11DNA重组技术的基本工具-海南省华东师范大学第二附属中学乐东黄流中学人教版高中生物选修三课件(共

假如你是一位育种专家，你能培育出下面几种“生物”吗？请问你准备用什么方法？能否培养出具有抗虫性状的抗虫棉呢？这些定向改造基因的设想能实现吗？经过多年的努力，科学家终于在20世纪70年代创立了可以定向改造生物的新技术——基因工程专题一基因工程一.基因工程的概念DNA重组技术生物体外基因DNA分子水平定向改造生物基因重组基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，并通过体外DNA重组和转基因等技术，赋予生物以新的遗传特性，从而创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。由于基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的。因此又叫做DNA重组技术。基因工程的别名操作环境操作对象操作水平基本过程实质结果剪切→拼接→导入→表达1.1DNA重组技术的基本工具三种基本工具剪刀针线运输车限制性核酸内切酶DNA连接酶运载体问题探讨：苏云金芽孢杆菌毒蛋白普通棉花抗虫棉基因工程培育抗虫棉的简要过程普通棉花(无抗虫特性)苏云金芽孢杆菌（有抗虫性状）提取抗虫基因棉花细胞(含抗虫基因)棉花植株(有抗虫特性)重组DNA导入形成抗虫棉的培育有哪些关键步骤？表达基因工程培育抗虫棉的关键步骤：关键步骤一：抗虫基因从苏云金芽孢杆菌细胞内提取出来关键步骤二：抗虫基因与DNA“缝合”关键步骤三：抗虫基因进入棉花细胞“分子手术刀”—限制性核酸内切酶“分子缝合针”—DNA连接酶“分子运输车”—基因进入受体细胞的载体⒈主要来源：（一）限制性核酸内切酶——“分子手术刀”原核生物限制酶就是细菌的一种防御性工具，切割外源DNA、使之失效，从而达到保护自身的目的。简称：限制酶2.作用：你能推测限制酶存在于原核生物中的作用是什么吗？【学习活动一】基因工程的工具识别特定的核苷酸序列,并在特定的部位切断两个核苷酸之间的磷酸二酯键。特点：具有特异性限制酶切割磷酸二酯键3.限制酶识别序列大多数限制酶的识别序列由6个核苷酸组成少数的识别序列由4、5或8个核苷酸组成（一）限制性核酸内切酶——“分子手术刀”限制酶所识别的序列，无论是6个碱基还是4个碱基，都可以找到一条中心轴线（如图），中轴线两侧的双链DNA上的碱基是反向、对称、重复排列的。想一想限制酶所识别的序列有什么特点？大肠杆菌的一种限制酶（EcoRⅠ)能识别GAATTC序列，并在G和A之间切开形成黏性末端。SmaⅠ能识别CCCGGG序列，并在C和G之间切割形成平末端。4.常见的两种限制酶5.限制性内切酶作用过程点击播放SmaⅠ平末端平末端6.限制酶的作用结果：限制酶SmaΙ能识别GGGCCC序列，并在G和C之间切开。当限制酶从识别序列的中心轴线处切开时，切开的DNA两条单链的切口，是平整的，这样的切口叫平末端。什么叫平末端？EcoRⅠ黏性末端黏性末端6.限制酶的作用结果：大肠杆菌(E.coli)的一种限制酶EcoRΙ能识别GAATTC序列，并在G和A之间切开。什么叫黏性末端？当限制酶从识别序列的中心轴线两侧切开时，被限制酶切开的DNA两条单链的切口，带有几个伸出的核苷酸，他们之间正好互补配对，这样的切口叫黏性末端。基因的针线：DNA连接酶GAATTCCTTAAGGAATTCCTTAAGGCTTAAAATTCGGCTTAAAATTCGGCTTAAAATTCG用同种EcoRⅠ酶切割DNA分子的切割和连接不同来源的DNA片段混合思考：两种来源不同的DNA为什么用同一种限制酶来切割？（二）“分子缝合针—DNA连接酶①作用:把切下来的DNA片段拼接成新的DNA，即将脱氧核糖和磷酸连接起来.②作用原理：恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键可把黏性末端之间的缝隙“缝合”起来，E·coliDNA连接酶或T4DNA连接酶即恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键T4DNA连接酶还可把平末端之间的缝隙“缝合”起来，但效率较低T4DNA连接酶③类型：类型E·coliDNA连接酶T4DNA连接酶来源功能大肠杆菌T4噬菌体恢复磷酸二酯键只能连接黏性末端能连接黏性末端和平末端(效率较低)相同点差别（二）“分子缝合针—DNA连接酶DNA连接酶思考：DNA连接酶与DNA聚合酶是一回事吗?为什么?AGTACTAATDNA母链DNA聚合酶DNA聚合酶TTAGATATCCAA……………………………………………………DNA聚合酶DNA连接酶区别1区别2相同点1)只能将单个核苷酸连接到已有的核酸片段上，形成磷酸二酯键形成磷酸二酯键1)在两个DNA片段之间形成磷酸二酯键2)以一条DNA链为模板，将单个核苷酸通过磷酸二酯键连接成一条互补的DNA链2)能将DNA双链上的两个缺口同时连接起来，不需要模板归纳DNA聚合酶和DNA连接酶有何相同点和不同点限制性核酸内切酶、DNA连接酶、DNA聚合酶作用于①部位,DNA解旋酶作用于②部位。补充：几种酶的作用部位（三）“分子运输车”——基因进入受体细胞的载体⒈载体需要的条件：⑴有1~多个限制酶切点⑵对受体细胞无害⑶导入基因能在受体细胞中复制、表达⑷有某些标记基因，便于筛选⒉常用运载体：（1）质粒（2）动植物病毒（3）λ噬菌体的衍生物（2）能否用SARS病毒作为基因载体？（1）作为载体，若没有切割位点将怎样？（最常用）⑶假如目的基因导入受体细胞后不能复制或不能转录，转基因生物能有预想的效果吗？⑷目的基因有没有进入受体细胞，如何去发现？常用的载体——质粒质粒是一种裸露的、结构简单、独立于细菌拟核DNA之外，并且有自我复制能力的双链环状DNA分子。常用的载体——质粒思考：所有的质粒都可以作为运载体吗？有标记基因的存在，可用含氨苄青霉素的培养基鉴别小结基因工程的工具限制酶主要存在于原核生物中具有专一性(识别序列)切开DNA分子的磷酸二酯键产生黏末端或平末端DNA连接酶连接磷酸二酯键种类E.coliDNA连接酶T4DNA连接酶运载工具具备的条件能在宿主细胞中自我复制并稳定存在具一种至多种限制酶切点具标记基因质粒、λ噬菌体衍生物、动植物病毒1.限制酶在DNA的任何部位都能将DNA切开吗？以下是四种不同限制酶切割形成的DNA片段:你是否能用DNA连接酶将它们连接起来？…CTGCA…G①…AC…TG②CG…GC…③…G…CTTAA④G…ACGTC…⑤…GC…CG⑥GT…CA…⑦AATTC…G…⑧②和⑦能连接形成…AC…TGGT…CA…④和⑧能连接形成…G…CTTAAAATTC…G…CG…GC……GC…CG③和⑥能连接形成①和⑤能连接形成…CTGCA…GG…ACGTC…反向对称思考与探究P7学以致用2.在基因工程中，切割运载体和含有目的基因的DNA片段，需使用（）A.同种限制酶B.两种限制酶C.同种连接酶D.两种连接酶学以致用A3.不属于质粒被选为基因运载体的理由是()A.能复制B.有多个限制酶切点C.具有标记基因D.它是环状DNAD4.下列关于基因工程的叙述，不正确的是（）A.基因工程的原理是基因重组B.运用基因工程技术，可使生物发生定向变异C.一种生物的基因转接到另一种生物的DNA分子上D.是非同源染色体上非等位基因的自由组合D学以致用5.下列关于DNA连接酶的叙述中，正确的是()A.DNA连接酶连接的是两条链碱基对之间的氢键B.两种来源不同的DNA用同一种限制酶来切割会产生不同的黏性末端C.DNA连接酶连接的是黏性末端两条链主链上的磷酸和核糖D.DNA连接酶连接的是黏性末端两条链上的磷酸和脱氧核糖D学以致用6.基因工程是在DNA分子水平上进行设计施工的。在基因操作的基本步骤中，不进行碱基互补配对的步骤是()A.人工合成目的基因B.目的基因与运载体结合C.将目的基因导入受体细胞D.目的基因的检测和表达C学以致用7.下图为大肠杆菌及质粒载体的结构模式图，据图回答下列问题。学以致用(1)a代表的物质和质粒的化学本质相同，都是________，二者还具有其他共同点，如①________________，②________________(写出两条即可)。能够自我复制DNA具有遗传效应(2)若质粒DNA分子的切割末端为，则与之连接的目的基因切割末端应为________________；可使用________把质粒和目的基因连接在一起。(3)氨苄青霉素抗性基因在质粒DNA上称为________，其作用是___________DNA连接酶学以致用7.下图为大肠杆菌及质粒载体的结构模式图，据图回答下列问题。标记基因筛选含重组DNA的受体细胞——A——TGCGC