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    2021年春人教版高二生物选修三课件:1.2 基因工程的基本操作程序
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    高中人教版 (新课标)1.2 基因工程的基本操作程序教案配套ppt课件

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    这是一份高中人教版 (新课标)1.2 基因工程的基本操作程序教案配套ppt课件,共60页。PPT课件主要包含了学习重点,⑤复制原点,①启动子,②目的基因,③终止子,④标记基因,谢谢观赏等内容,欢迎下载使用。

    回顾复习: 关于基因
    基因是决定生物性状的基本单位
    基因是具有遗传效应的DNA片段。
    DNA分子具有多样性和特异性。
    基因在染色体上呈线性排列。
    每个基因都有特定的脱氧核苷酸排列顺序
    回顾复习: 复制、转录和翻译的比较
    rRNA、tRNAmRNA
    亲代DNA→子代DNA
    DNA →mRNA→氨基酸序列
    知识延伸: 基因的结构
    1、原核细胞的基因结构:
    与RNA聚合酶结合位点
    启动子:位于基因的首端的一段特殊的DNA片断,它是RNA聚合酶识别和结合的部位,有了它才能驱动基因转录出mRNA,最终获得蛋白质
    终止子:位于基因的尾端的一段特殊的DNA片断,能终止mRNA的转录
    RNA聚合酶:能够识别启动子上结合位点的一种蛋白质.
    RNA聚合酶能够识别调控序列中的结合位点,并与其结合。
    转录开始后,RNA聚合酶沿DNA分子移动,并以DNA分子的一条链为模板合成RNA。
    转录完毕后,RNA链释放出来,紧接着RNA聚合酶也从DNA模板链上脱落下来。
    ①不能转录为信使RNA, 不能编码蛋白质。
    :能转录相应的信使RNA, 能编码蛋白质
    ②有调控遗传信息表达的核 苷酸序列.包括启动子和终止子
    能够编码蛋白质的序列。
    不能够编码蛋白质的序列。
    2、真核细胞的基因结构:
    真核细胞的 基因结构
    外显子:能编码蛋白质的序列内含子:不能编码蛋白质的序列
    :有调控作用的核苷酸序列, 包括启动子和终止子
    3、原核细胞与真核细胞的基因结构比较
    编码相同数目氨基酸的蛋白质,原核细胞与真核细胞基因结构一样长吗?
    RNA聚合酶识别和结合的部位
    4、比较启动子、起始密码子、终止子、终止密码子
    基因工程的基本操作步骤:
    “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
    将目的基因导入受体细胞
    基因工程的基本操作的四个步骤:
    2.什么叫目的基因?并举例说明。
    1.什么是基因?基因的结构如何?
    3.获取目的基因的常用方法有哪些?
    主要是编码蛋白质的基因,也可以是一些具有调控作用的因子。
    (1)从基因文库中获取
    (2)利用PCR技术扩增
    3、获取目的基因的方法:①从基因文库中获取目的基因
    (1).概念:
    将某种生物全部DNA提取出来,选用适当的限制酶,将DNA切成一定范围大小的DNA片段,分别与载体连接,导入受体菌的群体中储存,各个受体菌分别含有这种生物的不同基因,称为基因文库。
    基因组文库:含有一种生物的全部基因
    部分基因文库:只包含了一种生物的部分基因, 如:cDNA文库
    在不知目的基因序列的情况下,获得所需的目的基因。
    (4).基因文库的构建
    与载体连接导入受体菌群
    ②cDNA文库的构建——mRNA反转录形成
    双链DNA(cDNA)
    第一步:以mRNA为模板,在反转录酶的作用,形成RNA-DNA杂交分子。第二步:核酸酶H使RNA-DNA杂交分子中的RNA链降解,使之变成单链的DNA。第三步:以单链DNA为模板,在DNA聚合酶的作用下合成另一条互补的DNA链,形成双链DNA分子。
    基因组文库 与 cDNA文库的比较
    村长, 为什么要构建基因文库?直接从含有目的基因的生物中提取不行吗???
    当然行啊。构建基因文库只是获取目的基因的方法之一。但是,有时我们完全不知道目的基因序列,或者想从一种生物体内获得许多基因,或者想知道几种生物之间有哪些基因不同,或者想知道一种生物在不同的发育阶段都表达哪些基因,或者想得到一种生物的全部基因序列,往往就需要构建基因文库。
    基因文库构建好了,怎么从中得到我们所需的目的基因呢???
    目前来说,这还是一件比较复杂的。事情,简单的说就是根据目的基因的相关信息,如基因的核苷酸序列、基因的功能、基因的位置、基因的转录产物mRNA,以及基因的表达产物蛋白质等特性来获取目的基因。
    (5).如何从基因文库中得到所需要的目的基因?
    报告基因(含荧光素分子)
    DNA杂交(如检测SARS病毒等)
    3、获取目的基因的方法:②利用PCR技术扩增目的基因
    1.RCR 的中文全称?PCR是一项什么样的技术?2.PCR原理?利用这一技术获取目的基因的前提?3.PCR的过程?这一过程利用了什么酶?4.通过PCR使目的基因的数目如何增长?
    (1).概念:PCR全称为________________,是一项在生物 ____复制_____________的核酸合成技术。
    原料:脱氧核苷酸(dNTP)
    引物(一小段单链DNA或RNA)
    热稳定DNA聚合酶( Taq酶)
    已知一段目的基因的核苷酸序列,以便合成引物。
    什么是“引物”,为什么需要“引物”?
    由于DNA聚合酶不能从头开始合成DNA,只能从DNA的3‘端延伸DNA链,因此DNA复制需要引物。
    引物是一小段DNA或RNA,它能与DNA母链的一段碱基序列互补配对。用于PCR的引物长度通常为20—30个核苷酸。
    变性、复性、延伸三步曲
    延伸:加热至72℃ Taq酶以目的基因为模板,从引物开始,合成互补的新DNA链
    变性:加热至95℃ 双链DNA解链成为单链DNA
    复性:冷却至55℃ 引物结合到互补的DNA链上
    以_____方式扩增, 即____(n为扩增循环的次数)
    在短时间内大量扩增目的基因
    PCR技术扩增与DNA复制的比较
    四种脱氧核苷酸(dNTP)
    DNA在高温下变性解旋
    双链DNA(即目的基因)
    (2)化学合成法:(根据已知氨基酸序列合成DNA的方法)
    基因较小,核苷酸序列已知
    以目的基因转录成的mRNA为模板,反转录成互补的单链DNA,然后在酶的作用下合成双链DNA,从而获得所需的基因。
    3、获取目的基因的方法:③人工合成目的基因
    3、如果不知道目的基因的核苷酸序列,可采用_________________
    1、如果知道目的基因两端的核苷酸序列,而且基因比较大,可采用____________
    2、如果知道目的基因的序列,而且基因比较小,可采用________________
    总结归纳: 获取目的基因的三种方法应用
    二、基因表达载体的构建—— 核心
    1.如何构建基因表达载体?2.基因表达载体构建的目的?3.基因表达载体的组成?4.启动子、终止子、标记基因的作用分别是?
    1.基因表达载体构建的目的?
    构建表达载体可以使目的基因在受体细胞中稳定存在,并且可以遗传给下一代,同时使目的基因能表达和发挥作用。
    单独的DNA片段─目的基因是不能稳定遗传的。
    2.如何构建基因表达载体?
    重组DNA分子(重组质粒)
    用同一种限制性核酸内切酶分别切割目的基因和载体质粒,产生相同的粘性末端。
    用DNA连接酶将目的基因和载体连接在一起,形成重组DNA分子。
    如果用同一种限制酶(EcRI酶)切割目的基因 和质粒 ,再用DNA连接酶的作用后,会有几种连接产物(不考虑3个及以上的切割产物连接情况)?
    3.基因表达载体的组成?
    4.启动子、终止子、标记基因的作用分别是?
    启动子:位于基因的首端的一段特殊的DNA片断,它是RNA聚合酶识别和结合的部位,有了它才能驱动基因转录出mRNA,最终获得蛋白质。
    终止子:位于基因的尾端的一段特殊的DNA片断,能终止转录。
    标记基因:用于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
    1.转化的概念2.将目的基因导入植物、动物、微生物细胞的方法分别有哪些?
    三、将目的基因导入受体细胞
    将目的基因导入植物细胞
    将目的基因导入动物细胞
    将目的基因导入微生物细胞
    目的基因进入_________内,并且在受体细胞内维持_____和_____的过程
    (1)农杆菌转化法
    易感染双子叶植物和裸子植物,对大多数单子叶植物没有感染能力。
    思考:如果想用农杆菌转化法将目的基因导入单子叶植物,该如何做?
    1.将目的基因导入植物细胞的方法:
    Ti质粒上的T-DNA可以转移到受体细胞,并整合到受体细胞染色体的DNA上。
    将外源目的基因插入Ti质粒的T-DNA中形成重组Ti质粒
    将重组Ti质粒转入农杆菌
    使含重组Ti质粒的农杆菌感染植物细胞
    又称微弹轰击法,是利用压缩气体产生的动力,将包裹在金属颗粒表面的表达载体DNA打入受体细胞中,使目的基因与其整合并表达的方法。
    单子叶植物常用的基因转化的方法,但成本较高。
    植物花粉在柱头上萌发后,花粉管要穿过花柱直通胚囊。花粉管通道法就是在植物受粉后,花粉形成的花粉管还未愈合前,剪去柱头,然后,滴加DNA(含目的基因),使目的基因借助花粉管通道进入受体细胞。
    我国科学家独创方法,十分简便经济,我国的转基因抗虫棉就是采用的此方法。
    (1)将目的基因导入植物细胞采用最多的方法是?(2)农杆菌如何感染植物细胞?(3)农杆菌的Ti质粒中T-DNA有何特点?(4)若用农杆菌转化法应选用什么作为运载体?将目的基因插入运载体的什 么部位?此时的农杆菌是受体细胞吗?(5)获得含有目的基因的受体细胞后如何获得具有新性状的植物体?原理?(6)农杆菌转化法和基因枪法分别适用于什么生物?
    2.将目的基因导入动物细胞
    是目前最有效的一种将目的基因导入动物细胞的方法
    提纯含目的基因表达载体
    动物的受体细胞主要是什么?
    (1)早期基因工程为何选择原核生物作为受体细胞?
    3.将目的基因导入微生物细胞
    原核生物特点:繁殖快、单细胞、遗传物质少
    用Ca2+处理细胞,使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA的生理状态,这种细胞称为感受态细胞。
    感受态细胞法: 用CaCl2处理大肠杆菌,增加细菌细胞壁的通透性,使含有目的基因的重组质粒进入宿主细胞。
    感受态细胞易于吸收外源DNA
    表达载体与感受态细胞混合
    小结:将目的基因导入受体细胞的方法
    不能,受体细胞必须表现出特定的性状,才能说明目的基因完成了表达。
    受体细胞摄入DNA分子后就说明目的基因完成了表达吗?
    怎样鉴定基因表达载体是否导入受体细胞中:
    1、目的基因检测的过程分为哪几步?分别用什么方法?2、鉴定(个体生物学水平)方法?
    四、目的基因的检测与鉴定
    检测 —(分子检测)
    鉴定 ——(个体生物学水平)
    ③检测目的基因是否翻译成蛋白质
    抗虫鉴定、抗病鉴定、活性鉴定等
    ②检测目的基因是否转录出了mRNA
    ①检测转基因生物的DNA上是否插入了目的基因
    若外源DNA插入后,使整个DNA的GC含量过高,受体细胞会使外源DNA甲基化,不能转录;
    某种蛋白质会与启动子结合,阻止外源基因开启转录过程
    mRNA合成后,可能被相应的酶直接水解;
    分子检测:①检测转基因生物染色体的DNA上是否插入了目的基因
    A.首先取出转基因生物的基因组DNA。B.对含目的基因的DNA片段作放射性同位素标记,以此做探针。C.使探针和转基因生物的基因组杂交,若显示出杂交带,表明染色体已插入染色体DNA中。
    用上述探针和转基因生物的mRNA杂交,若出现杂交带,表明目的基因转录出了mRNA。
    分子杂交(DNA——mRNA)
    分子检测:②检测目的基因是否转录出了mRNA
    目的基因所表达的蛋白质充当抗原
    可将抗原注射给动物体内,从血清中提取相应抗体。
    分子检测:③检测目的基因是否翻译成蛋白质
    方法——抗原-抗体杂交
    将Bt毒蛋白注射小鼠体内
    从小鼠血管抽出血液分离出抗Bt毒素的抗体
    个体生物学水平鉴定——
    例:用棉铃饲喂棉铃虫,如虫吃后不出现中毒症状,说明未导入目的基因或导入的目的基因未表达。如虫吃后中毒死亡,则说明导入了抗虫基因并得到表达。
    思考:若培育耐盐碱的水稻,如何进行个体生物学水平鉴定?
    盐碱地种植,观察其生长状况。
    小结:目的基因的检测与鉴定
    如将含胰岛素基因的表达载体成功导入到大肠杆菌中,产生的胰岛素没有生物活性,原因是 。
    大肠杆菌没有内质网和高尔基体,无法对胰岛素进行加工
    基因工程的基本操作程序
    二、基因表达载体的构建(核心)
    1、从基因文库中获取目的基因2、利用PCR技术扩增目的基因3、化学方法人工合成
    ①复制原点 +② 目的基因 + ③启动子 + ④终止子 +⑤ 标记基因
    农杆菌转化法、基因枪法、花粉管通道法、显微注射法、Ca2+处理法
    DNA分子杂交技术、分子杂交技术、抗原—抗体杂交技术
    分子检测外的个体水平鉴定
    (1)如何知道目的基因是否进入受体细胞?(2)怎样检测转基因生物的DNA上是否插入目的基因?(3)如何检测受体细胞中目的基因是否转录出了mRNA?(4)如何检测目的基因是否翻译成蛋白质?
    1、利用标记基因(抗生素抗性基因)进行筛选。
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