2013届高考一轮生物复习课件:11、12DNA重组技术的基本工(人教版)讲义.ppt
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1、1.1、1.2 DNA重组技术的基本工 具基因工程的基本操作程序20132013届高考一轮生物复习课件(人教版)届高考一轮生物复习课件(人教版)一、基因工程的概念理解一、基因工程的概念理解1.1.供体:提供供体:提供_2.2.操作环境:操作环境:_3.3.操作水平:操作水平:_水平水平4.4.原理:原理:_5.5.受体:表达目的基因受体:表达目的基因6.6.本质:性状在本质:性状在_体内表达体内表达7.7.优点:克服优点:克服_障碍,定向改造生物障碍,定向改造生物_目的基因目的基因体外体外分子分子基因重组基因重组受体受体远缘杂交不亲和远缘杂交不亲和性状性状二、二、DNADNA重组技术的基本工具
2、重组技术的基本工具1.1.限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶(简称:限制酶简称:限制酶)(1)(1)来源:主要从来源:主要从_生物中分离纯化出来。生物中分离纯化出来。(2)(2)作用:识别特定的作用:识别特定的_并切开相应两个核苷酸之并切开相应两个核苷酸之间的间的_。(3)(3)结果:产生结果:产生_或平末端。或平末端。2.DNA2.DNA连接酶连接酶(1)(1)种类:按来源可分为种类:按来源可分为EcoliDNAEcoliDNA连接酶和连接酶和T T4 4DNADNA连接酶。连接酶。(2)(2)作用:在两个核苷酸之间形成作用:在两个核苷酸之间形成_以连接以连接_。原核原核核苷酸序列核苷酸序列磷
3、酸二酯键磷酸二酯键黏性末端黏性末端磷酸二酯键磷酸二酯键DNADNA片段片段两段两段3.3.载体载体(1)(1)种类:种类:_、噬菌体的衍生物、动植物病毒等。噬菌体的衍生物、动植物病毒等。(2)(2)质粒特点质粒特点【点拨点拨】提取目的基因和切割载体使用同一种限制酶,目的是提取目的基因和切割载体使用同一种限制酶,目的是能形成相同的黏性末端,形成重组能形成相同的黏性末端,形成重组DNADNA分子。分子。质粒质粒能能_;有一个至多个有一个至多个_;有特殊的有特殊的_。自我复制自我复制限制酶切割位点限制酶切割位点标记基因标记基因三、基因工程的基本操作程序三、基因工程的基本操作程序1.1.目的基因的获取
4、目的基因的获取(1)(1)目的基因:编码蛋白质的目的基因:编码蛋白质的_。(2)(2)获取方法;获取方法;从从_中获取;中获取;利用利用_扩增目的基因;扩增目的基因;通过通过_用化学方法直接人工合成。用化学方法直接人工合成。基因基因基因文库基因文库PCRPCR技术技术DNADNA合成仪合成仪2.2.基因表达载体的构建基因表达载体的构建基因工程的核心基因工程的核心(1)(1)由图可知载体的组成:由图可知载体的组成:_、启动子、终止子、启动子、终止子、_。(2)(2)构建目的构建目的:使使_在在_中稳定存在,并且可以遗传给下中稳定存在,并且可以遗传给下一代;一代;使使_能够表达和发挥作用。能够表达
5、和发挥作用。3.3.将目的基因导入受体细胞将目的基因导入受体细胞(1)(1)转化:目的基因进入受体细胞内转化:目的基因进入受体细胞内,并且在受体细胞内维持并且在受体细胞内维持_的过程。的过程。目的基因目的基因标记基因标记基因目的基因目的基因受体细胞受体细胞目的基因目的基因稳定和表达稳定和表达(2)(2)常用方法:常用方法:导入植物细胞:导入植物细胞:_、基因枪法、花粉管通、基因枪法、花粉管通 道法;道法;导入动物细胞:导入动物细胞:_;导入微生物细胞:感受态细胞法导入微生物细胞:感受态细胞法(或或CaCa2+2+处理法处理法)。4.4.目的基因的检测与鉴定目的基因的检测与鉴定(1)_(1)_目
6、的基因的有无目的基因的有无(2)(2)分子杂交技术分子杂交技术_(3)_(3)_目的基因是否翻译目的基因是否翻译(4)(4)生物性状的表达与否生物性状的表达与否目的基因是否表达目的基因是否表达(个体水平个体水平)农杆菌转化法农杆菌转化法显微注射技术显微注射技术DNADNA分子杂交技术分子杂交技术目的基因是否转录目的基因是否转录抗原抗原抗体杂交抗体杂交分分子子水水平平【点拨点拨】启动子、终止子与起始密码子、终止密码子不同:启启动子、终止子与起始密码子、终止密码子不同:启动子、终止子在动子、终止子在DNA DNA 上上,在遗传信息转录时起调控作用;而起在遗传信息转录时起调控作用;而起始密码子、终止
7、密码子在始密码子、终止密码子在mRNAmRNA上上,在翻译时起作用在翻译时起作用,决定翻译的决定翻译的开始和结束。开始和结束。基因工程的工具基因工程的工具1.1.与与DNADNA相关的酶相关的酶(1)(1)五种五种DNADNA相关酶的比较:相关酶的比较:作用底物作用底物作用部位作用部位形成产物形成产物限制酶限制酶DNADNA连接酶连接酶DNADNA聚合酶聚合酶DNADNA解旋酶解旋酶DNADNA(水解水解)酶酶DNADNA分子分子磷酸二酯键磷酸二酯键黏性末端或平末端黏性末端或平末端DNADNA片段片段磷酸二酯键磷酸二酯键重组重组DNADNA分子分子脱氧核苷酸脱氧核苷酸磷酸二酯键磷酸二酯键子代子
8、代DNADNADNADNA分子分子DNADNA分子分子碱基对间的氢键碱基对间的氢键磷酸二酯键磷酸二酯键形成脱氧核苷形成脱氧核苷酸单链酸单链游离的脱氧核苷酸游离的脱氧核苷酸(2)(2)限制酶和限制酶和DNADNA连接酶之间的关系图示:连接酶之间的关系图示:2.2.作为载体的条件作为载体的条件条件条件适应性适应性稳定并能复制稳定并能复制目的基因稳定存在且数量目的基因稳定存在且数量可扩大可扩大有一个至多个限制酶切割有一个至多个限制酶切割位点位点可携带多个或多种外源基可携带多个或多种外源基因因具有特殊的标记基因具有特殊的标记基因便于重组便于重组DNADNA的鉴定和选择的鉴定和选择【高考警示钟高考警示钟
9、】1.1.切割质粒需使用限制酶切割质粒需使用限制酶1 1次,切割目的基因则需要使用相同的次,切割目的基因则需要使用相同的限制酶限制酶2 2次。因为质粒是环状次。因为质粒是环状DNADNA,而目的基因在,而目的基因在DNADNA分子链上。分子链上。2.2.质粒质粒DNADNA分子上限制酶切割位点的选择必须保证至少有一个标分子上限制酶切割位点的选择必须保证至少有一个标记基因是完整的,如果标记基因全部被切开则不便于鉴定与选记基因是完整的,如果标记基因全部被切开则不便于鉴定与选择。择。3.3.基因工程中的载体与细胞膜上物质运输的载体不同,基因工程基因工程中的载体与细胞膜上物质运输的载体不同,基因工程中
10、的载体是中的载体是DNADNA分子,能将目的基因导入受体细胞内,膜载体是分子,能将目的基因导入受体细胞内,膜载体是蛋白质,与细胞膜的通透性有关。蛋白质,与细胞膜的通透性有关。【典例训练典例训练1 1】(2011(2011浙江高考浙江高考)将将adaada(腺苷酸脱氨酶基因)(腺苷酸脱氨酶基因)通过质粒通过质粒pET28bpET28b导入大肠杆菌并成功表达腺苷酸脱氨酶。下列导入大肠杆菌并成功表达腺苷酸脱氨酶。下列叙述错误的是叙述错误的是()()A.A.每个大肠杆菌细胞至少含一个重组质粒每个大肠杆菌细胞至少含一个重组质粒B.B.每个重组质粒至少含一个限制性核酸内切酶识别位点每个重组质粒至少含一个限
11、制性核酸内切酶识别位点C.C.每个限制性核酸内切酶识别位点至少插入一个每个限制性核酸内切酶识别位点至少插入一个adaadaD.D.每个插入的每个插入的adaada至少表达一个腺苷酸脱氨酶分子至少表达一个腺苷酸脱氨酶分子【解题指南解题指南】1.1.知识储备:知识储备:(1 1)重组质粒必须具备的条件。)重组质粒必须具备的条件。(2 2)目的基因导入成功的标志。)目的基因导入成功的标志。2.2.解题关键:解题关键:(1 1)明确每个重组质粒至少含一个限制性核酸内切酶识别位点。)明确每个重组质粒至少含一个限制性核酸内切酶识别位点。(2 2)由题干信息)由题干信息“成功表达腺苷酸脱氨酶成功表达腺苷酸脱
12、氨酶”推出目的基因导入推出目的基因导入成功,并能表达腺苷酸脱氨酶分子。成功,并能表达腺苷酸脱氨酶分子。【解析解析】选选C C。adaada为目的基因,大肠杆菌为受体细胞,将目的为目的基因,大肠杆菌为受体细胞,将目的基因导入大肠杆菌时如果能成功表达说明每个大肠杆菌细胞至基因导入大肠杆菌时如果能成功表达说明每个大肠杆菌细胞至少含一个重组质粒;要让目的基因与质粒形成重组质粒,两者少含一个重组质粒;要让目的基因与质粒形成重组质粒,两者必须用同种限制性核酸内切酶切割,所以每个重组质粒至少含必须用同种限制性核酸内切酶切割,所以每个重组质粒至少含一个限制性核酸内切酶识别位点;质粒作为载体的条件之一是一个限制
13、性核酸内切酶识别位点;质粒作为载体的条件之一是有多种限制性核酸内切酶的识别位点,但每种限制性核酸内切有多种限制性核酸内切酶的识别位点,但每种限制性核酸内切酶只有一个识别位点,只能插入一个目的基因(酶只有一个识别位点,只能插入一个目的基因(adaada););adaada导导入大肠杆菌成功的标志是表达腺苷酸脱氨酶,因此每个插入的入大肠杆菌成功的标志是表达腺苷酸脱氨酶,因此每个插入的adaada至少表达一个腺苷酸脱氨酶分子。至少表达一个腺苷酸脱氨酶分子。【变式训练变式训练】如图为如图为DNADNA分子在不同酶的作用下所发生的变化,分子在不同酶的作用下所发生的变化,图中依次表示限制性核酸内切酶、图中
14、依次表示限制性核酸内切酶、DNADNA聚合酶、聚合酶、DNADNA连接酶、解连接酶、解旋酶作用的正确顺序是旋酶作用的正确顺序是()()A A B B C C D D 【解析解析】选选C C。限制性核酸内切酶是把。限制性核酸内切酶是把DNADNA链切开,可用表示;链切开,可用表示;DNADNA聚合酶用于聚合酶用于DNADNA分子的复制,用表示;分子的复制,用表示;DNADNA连接酶把限制连接酶把限制性核酸内切酶切开的切口连接起来,用表示;解旋酶是把性核酸内切酶切开的切口连接起来,用表示;解旋酶是把DNADNA双链解开,用表示。双链解开,用表示。基因工程的基本操作程序基因工程的基本操作程序1.1.
15、目的基因的获取目的基因的获取(1)(1)从基因文库中获取目的基因:如从基因组文库或从基因文库中获取目的基因:如从基因组文库或cDNAcDNA文库文库中获取。中获取。(2)(2)利用利用PCRPCR技术扩增目的基因:利用技术扩增目的基因:利用DNADNA复制的原理在体外特复制的原理在体外特异性的复制某异性的复制某DNADNA片段以获得呈指数方式增加的目的基因。片段以获得呈指数方式增加的目的基因。(3)(3)人工合成法:通过人工合成法:通过DNADNA合成仪用化学方法直接人工合成。合成仪用化学方法直接人工合成。2.2.基因表达载体的构建基因表达载体的构建(1)(1)基因表达载体组成:基因表达载体组
16、成:启动子、终止子:是基因转录的起点和终点,在转录过程中启动子、终止子:是基因转录的起点和终点,在转录过程中起调控作用。起调控作用。标记基因:作用是为了鉴别受体细胞中是否含有目的基因标记基因:作用是为了鉴别受体细胞中是否含有目的基因,从而将含有目的基因的细胞筛选出来从而将含有目的基因的细胞筛选出来,如抗生素抗性基因。如抗生素抗性基因。目的基因:能控制特定性状的外源基因。目的基因:能控制特定性状的外源基因。(2)(2)基因表达载体的构建步骤:基因表达载体的构建步骤:载体载体(质粒质粒)DNADNA分子分子(含目的基因含目的基因)同一种限制酶切割同一种限制酶切割带有黏性带有黏性末端切口末端切口带有
17、相同黏性末端带有相同黏性末端的目的基因片段的目的基因片段重组重组DNA(DNA(环状重组质粒环状重组质粒)DNADNA连接酶连接酶3.3.将目的基因导入受体细胞将目的基因导入受体细胞生物种类生物种类植物植物动物动物微生物微生物常用方法常用方法受体细胞受体细胞转化过程转化过程农杆菌转化法农杆菌转化法显微注射技术显微注射技术感受态细胞法感受态细胞法体细胞体细胞受精卵受精卵原核细胞原核细胞将目的基因插将目的基因插入到入到TiTi质粒的质粒的T-DNAT-DNA上上农农杆菌杆菌导入植导入植物细胞物细胞整合整合到受体细胞的到受体细胞的DNADNA上上表达表达将含有目的基将含有目的基因的表达载体因的表达载
18、体提纯提纯取卵取卵(受受精卵精卵)显微注显微注射射受精卵发受精卵发育育获得具有获得具有新性状的动物新性状的动物CaCa2+2+处理细处理细胞胞感受态细感受态细胞胞重组表达重组表达载体载体DNADNA分子分子与感受态细与感受态细胞混合胞混合感感受态细胞吸受态细胞吸收收DNADNA分子分子4.4.目的基因的检测与鉴定目的基因的检测与鉴定【典例训练典例训练2 2】(20112011山东高考改编)人类疾病的转基因动山东高考改编)人类疾病的转基因动物模型常用于致病机理的探讨及治疗药物的筛选。利用正常大物模型常用于致病机理的探讨及治疗药物的筛选。利用正常大鼠制备遗传性高血压转基因模型大鼠的流程如图所示。鼠
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