基因工程的基本原理學(xué)案

1、?基因工程的根本原理學(xué)案?作者:日期:?基因工程的根本原理學(xué)案?張建尚/江蘇【學(xué)習(xí)目標(biāo)】 站得高一一明確學(xué)習(xí)目標(biāo) .1 .簡(jiǎn)述DNA組技術(shù)所需的三種根本工具.2 .認(rèn)同基因工程的誕生和開(kāi)展離不開(kāi)理論研究和技術(shù)創(chuàng)新.3 .簡(jiǎn)述基因工程原理及根本操作程序.4 .嘗試設(shè)計(jì)某一轉(zhuǎn)基因生物的研制過(guò)程. 【重點(diǎn)和難點(diǎn)】重點(diǎn)：1.DNA重組技術(shù)所需的三種根本工具的作用.2.基因工程根本操作程序的四個(gè)步驟.難點(diǎn)：1.基因工程載體需要具備的條件.2.從基因文庫(kù)中獲取目的基因和利用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因.【學(xué)法提示】1 .聯(lián)系DNA子的結(jié)構(gòu),理解限制酶、DNA連接酶和載體的作用及特點(diǎn),準(zhǔn)確畫(huà)出限制酶切割產(chǎn)生的末端

2、；通過(guò)比擬掌握DNA!接酶和DNA聚合酶的作用特點(diǎn).2 .聯(lián)系DNAM制、基因表達(dá)過(guò)程,理解PCRi程、基因表達(dá)載體的構(gòu)建和目的基因的檢測(cè)與 鑒定.【課前預(yù)習(xí)】起步穩(wěn)一一知識(shí)源于生活.1 .基因工程中使用的 “分子手術(shù)刀是,它能夠識(shí)別 的某種,并且使每一條鏈中特定部位的兩個(gè)核甘酸之間的 斷開(kāi),從而使DNA DNA片段產(chǎn) 末端或 末端;基因工程中使用的“分子縫合針是,其作用是將“縫合起來(lái),恢復(fù)被限制酶切開(kāi)了的;基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體被稱為 “,常用的載體有(11)等.2 .作為載體DNA、須具備的特點(diǎn)有：具有一個(gè)至多個(gè) ,供外源DNA片段插入其中；攜帶外源DNA®入受體細(xì)胞后,停留在細(xì)

3、胞中進(jìn)行 ,或者整合到染色體DNA上,隨染色體 DNAS行.具有特殊的,供重組DNA的;載體DNA、須是平安的.3 .基因工程的根本操作程序主要包括四個(gè)步驟： 、和.4 .獲取目的基因的方法有以下幾種： 、 、.基因表達(dá)載體的構(gòu)建是基因工程的 .一個(gè)基因表達(dá)載體的組成除了 外,還必須有、 以及 等.其中 是RNA聚合酶識(shí)別和結(jié)合的部位.5.將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞采用最多的方法是.是轉(zhuǎn)基因動(dòng)物中采用最多,也是最為有效的一種將目的基因?qū)雱?dòng)物細(xì)胞的方法.轉(zhuǎn)化大腸桿菌細(xì)胞時(shí)要先用 處理細(xì)胞,使其成為 細(xì)胞.用方法可以檢 測(cè)轉(zhuǎn)基因生物染色體的 DNA上是否插入了目的基因,用方法可以檢 測(cè)目的基因是否轉(zhuǎn)

4、錄出了 mRNA用方法可以檢測(cè)目的基因是否譯成蛋白質(zhì).除了上述分子檢測(cè)外,有的還需要進(jìn)行 的鑒定. 答案1.限制性核酸內(nèi)切酶(限制酶)雙鏈DNA特定核甘酸序列磷酸二酯鍵黏性末端平DNA連接酶雙鏈 DNA片段磷酸二酯鍵分子運(yùn)輸車(chē)(11)質(zhì)粒、入噬菌體 的衍生物和動(dòng)植物病毒2.限制酶切割位點(diǎn)自我復(fù)制同步復(fù)制遺傳標(biāo)記基因鑒定和選擇3.目的基因的獲取基因表達(dá)載體的構(gòu)建將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞目的基因的檢測(cè)與鑒定 4.從基因文庫(kù)中獲取目的基因利用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因通過(guò)DNA合成儀用化學(xué)方法直接人工合成核心目的基因啟動(dòng)子終止子標(biāo)記基因啟動(dòng)子5.農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法顯微注射法Ca2+感受態(tài)細(xì)胞DNA分子雜交分子雜

5、交技術(shù)抗原-抗體雜交個(gè)體生物學(xué)水平【課堂探究】走得歡一一探索成長(zhǎng)快樂(lè).、DNA重組技術(shù)的根本工具1.分析答復(fù)以下問(wèn)題：DNA勺入侵,但(1)從噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)來(lái)看,細(xì)菌等原核生物容易受到自然界外源這類原核生物沒(méi)有絕滅,其保護(hù)機(jī)制是_(2)限制酶不能任意切割 DNA子的原因是ggatC-GGATCC-請(qǐng)畫(huà)出該酶切割(3)限制性內(nèi)切酶I的識(shí)別序列和切點(diǎn)是DNAI接酶DNAM合酶作用對(duì)象連接 DNA連接 DNA作用部位將DNAZ鏈上 個(gè)缺口連接起來(lái)將個(gè)核甘酸加到已存在的核酸片段上模板共同點(diǎn)產(chǎn)生的黏性末端.2.比擬：3.思考并答復(fù)以下問(wèn)題：(1)為什么不能把單獨(dú)的 DNA段直接導(dǎo)入受體細(xì)胞?制作出

6、重組DNAO如果選擇的載體沒(méi)有限制酶切割位點(diǎn),能否O限制酶切割.天A聚合酶的特點(diǎn)是基(2)能否選用從霍亂弧菌中別離出來(lái)的質(zhì)粒做載體£.(3)我們用肉眼不能直接觀察到載體進(jìn)入受體細(xì)胞,那如何鑒定呢?二、基因工程的根本操作程序完成基因工程的根本操作流程圖,并答復(fù)以下問(wèn)題:(1)填寫(xiě)圖中ae的內(nèi)容.(2)PCR±程中利用 使DNA解鏈為單鏈,所需要的引物有 種.(3)右圖是基因表達(dá)載體模式圖,圖中1是出,作用是堂, 2是 ,作用是.抗生素基因的作用是 ,目的基因應(yīng)該插入在 之間.(4)如果要將某目的基因通過(guò)農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法導(dǎo)入植物細(xì)胞,先要將目的基因插入農(nóng)桿菌Ti質(zhì)粒的中,然后用該農(nóng)

7、桿菌感染植物細(xì)胞,通過(guò) DN底:組將目的基因插入植物細(xì)胞的上.受體細(xì)胞假設(shè)是體細(xì)胞那么可以通過(guò)技術(shù)獲得個(gè)體,而動(dòng)物基因工程的受體細(xì)胞通常是 .在用表達(dá)載體轉(zhuǎn)化大腸桿菌時(shí),常用 處理大腸桿菌,以利于表達(dá)載體進(jìn)入.(5)用方法可以檢測(cè)目的基因是否整合到染色體DNAk,為了檢測(cè)目的基因是否轉(zhuǎn)錄出了 mRNA可用標(biāo)記的目的基因片段作探針與mRN原交,該雜交技術(shù)稱為 _堂,為了檢測(cè)目的基因轉(zhuǎn)錄的mRN渥否譯成,常用抗原-抗體雜交技術(shù).檢測(cè)抗蟲(chóng)基因是否導(dǎo)入棉花體內(nèi),簡(jiǎn)便方法是 . 答案一、1. (1)細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)的限制酶能切割侵入的噬菌體DNA使之失去遺傳作用(2) 限制酶具有特異性,能夠識(shí)別特定核甘酸序列

8、,并在特定的切點(diǎn)上切割 DNA分子(3)G2.雙鏈單鏈兩單不需要模板以一條DNA鏈為模板都能形成磷酸二酯鍵3.(1)直接導(dǎo)入的 DNA片段不能復(fù)制,也容易被受體細(xì)胞水解不能(2)不能(3)利用載體上特殊的遺傳標(biāo)記基因進(jìn)行鑒定和選擇二、(1)mRNA反轉(zhuǎn)錄cDNA文庫(kù)構(gòu)建表達(dá)載體目的基因的檢測(cè)與鑒定(2)高溫耐高溫2 (3)啟動(dòng)子是 RNA聚合酶識(shí)別和轉(zhuǎn)錄的部位,驅(qū)動(dòng)基因轉(zhuǎn)錄出mRNA終止子終止基因轉(zhuǎn)錄為了鑒別受體細(xì)胞中是否含有目的基因,從而將含有目的基因的細(xì)胞篩選出來(lái)啟動(dòng)子與終止子 (4)T-DNAD染色體的DNAD植物組織培養(yǎng)受精卵 Ca2+ ( 5) DNA分子雜交分子雜交技術(shù)蛋白質(zhì)用棉花

9、葉直接飼喂害蟲(chóng)【知識(shí)體系】限制性核注位NA連摘從基因義.醉山顯因,瞰中獲取PCRT增 I 噓干法物細(xì)胞裝需臾RNAfii子雜交【課堂穩(wěn)固】 跑得快一一善于學(xué)習(xí),手不釋卷！為擴(kuò)大可耕地面積,增加糧食產(chǎn)量,黃河三角洲等鹽堿地的開(kāi)發(fā)利用備受關(guān)注.我國(guó)科學(xué)家應(yīng)用耐鹽基因培育出了耐鹽水稻新品系.a5 c T G3 b 11 b3c A G5a1獲得耐鹽基因后,構(gòu)建重組 DNA子所用的限制 性內(nèi)切酶作用于圖中的 處,DNA連接酶作用于 處填" a或" b.構(gòu)建重組 DNA分子的載體一般 選用病毒或, 后者的形狀 成.構(gòu)建重組 DNA分子時(shí)應(yīng)將目的 基因插入到載體上的 和 之間.2將重組

10、DNA分子導(dǎo)入水稻受體細(xì)胞的常用方法有農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法和 法.3由導(dǎo)入目的基因的水稻細(xì)胞培養(yǎng)成植株需要利用 技術(shù).4為了確定耐鹽轉(zhuǎn)基因水稻是否培育成功,既要用放射性同位素標(biāo)記的 做探針進(jìn)行分子雜交檢測(cè),又要用 方法從個(gè)體水平鑒定水稻植株的耐鹽性.5限制性內(nèi)切酶I的識(shí)別序列和切點(diǎn)是-GGATCC-限制性內(nèi)切酶II的識(shí)別序列和切點(diǎn)是-'GATCp在目的基因的左側(cè)有酶I的一個(gè)切點(diǎn),右側(cè)各有酶H的一個(gè)切點(diǎn)如以下圖所 示.請(qǐng)畫(huà)出目的基因兩側(cè)被限制酶I和限制酶n同時(shí)切割后所形成的黏性末端.一GGATCC酶 I 和.答案1 a ; a ;質(zhì)粒；小型環(huán)狀獺屈域鼾；終止子 2基因槍法花粉管通道法 3 植物組

11、織培養(yǎng)4耐鹽基因目的基因；一定濃度的鹽水澆灌移植到鹽堿地中5目的基因一GGATC-IGATC-G【課后作業(yè)】 步步高一一穩(wěn)固成果,對(duì)答如流！2021海南右圖為某種質(zhì)粒表達(dá)載體簡(jiǎn)圖,小箭頭所指分別為限制性內(nèi)切酶 EcoRI、BamHI的酶切位點(diǎn),am£ yECO為青霉素抗性基因,tctR為四環(huán)素抗性基因,p啟動(dòng)子, /PYBamT為終止子,ori為復(fù)制原點(diǎn).目的基因的兩端分別P 、R有包括EcoRI、BamHI在內(nèi)的多種酶的酶切位點(diǎn).據(jù)圖回 M amp tCt 口 1i將含有目的基因的DNAW質(zhì)粒表達(dá)載體分別用 EcoRI o酶切,酶切產(chǎn)物用 DNA1接酶進(jìn)行連接后,其中由兩個(gè)DNA段

12、之間連接形成的產(chǎn)物有、三種.假設(shè)要從這些連接產(chǎn)物中別離出重組 質(zhì)粒,需要對(duì)這些連接產(chǎn)物進(jìn)行 .2用上述3種連接產(chǎn)物與無(wú)任何抗藥性的原核宿主細(xì)胞進(jìn)行轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn).之后將這些宿主 細(xì)胞接種到含四環(huán)素的培養(yǎng)基中,能生長(zhǎng)的原核宿主細(xì)胞所含有的連接產(chǎn)物是 ;假設(shè)接種到含青霉素培養(yǎng)基中,能生長(zhǎng)的原核宿主細(xì)胞所含的連接產(chǎn)物3目的基因表達(dá)時(shí),RNA聚合酶識(shí)別和結(jié)合的位點(diǎn)是 ,其合成的產(chǎn)物4在上述實(shí)驗(yàn)中,為了預(yù)防目的基因和質(zhì)粒表達(dá)載體在酶切后產(chǎn)生的末端發(fā)生任意連接, 酶切時(shí)應(yīng)選用的酶是 .答案1目的基因一載體連接物；載體 -載體連接物；目的基因-目的基因連接物；別離 純化2載體-載體連接物；目的基因-載體連接物、載

13、體-載體連接物3啟動(dòng)子； mRNA 4 EcoRI 和 BamHI解析1目的基因的DNA質(zhì)粒表達(dá)載體分別用EcoRI酶切后產(chǎn)生的黏性末端相同,此時(shí)在DNA!接酶的作用下會(huì)產(chǎn)生自身環(huán)化或形成串聯(lián)寡聚物,由于題中求的是“兩個(gè)DNA片段之間連接形成的產(chǎn)物,可排除自身環(huán)化這一情況,得到目的基因與目的基因、目的基因 與質(zhì)粒表達(dá)載體、質(zhì)粒表達(dá)載體與質(zhì)粒表達(dá)載體三種連接物.2由于質(zhì)粒上的抗四環(huán)素基因被EcoRI切斷失去作用,所以目的基因一載體連接物和目的基因-目的基因連接物也就失去抗四環(huán)素的作用,只有載體一載體連接物修復(fù)了抗四環(huán)素基因,使受體細(xì)胞原核宿主細(xì)胞能夠在含四環(huán)素的培養(yǎng)基上正常生長(zhǎng).EcoRI沒(méi)有破壞抗青霉素基因,所以導(dǎo)入基因一載體連接物和載體一載體連接物的原核宿主細(xì)胞能夠在含有青霉素的培養(yǎng)基上正常生長(zhǎng).3如果用EcoRI、BamHI兩種限制酶同時(shí)處理目的基因的DN用口質(zhì)粒表達(dá)載體, 別離出的目的基因和質(zhì)粒表達(dá)載體各自具有兩個(gè)不同的黏性末端,而對(duì)于目的基