3.2基因工程的基本操作程序 課件高二下學(xué)期生物人教版選擇性必修3

第3章基因工程第2節(jié)基因工程的基本操作程序棉鈴蟲蘇云金桿菌蘇云金桿菌制劑Bt基因5＇3＇5＇3’5’3’5’3’5’3’5’A.變性當(dāng)溫度超過

時，雙鏈DNA解聚為單鏈B.復(fù)性當(dāng)溫度下降到

時，兩種引物通過堿基互補(bǔ)配對與兩條單鏈DNA結(jié)合C.延伸當(dāng)溫度上升到

時，溶液中的4種脫氧核苷酸在耐高溫的DNA聚合酶的作用下，根據(jù)堿基互補(bǔ)配對原則合成新的DNA鏈3’5’3’5’3’5’3’5’3’5’3’5’3’5’3’5’90℃50℃左右72℃左右【思考】PCR技術(shù)獲取目的基因時至少要經(jīng)過幾次循環(huán)才能從DNA

分子中分離出目的基因？第一次循環(huán)90℃以上變性，DNA雙鏈解開50℃左右復(fù)性，引物與DNA結(jié)合72℃延伸，新DNA合成3’5’5’3’5’5’3’5’5’5’第二次循環(huán)5’3’5’5’3’5’變性、復(fù)性延伸第二次循環(huán)3’5’進(jìn)行第三次循環(huán)

變性、復(fù)性第三次循環(huán)3’5’延伸第三次循環(huán)3’5’目的基因目的基因【思考】PCR技術(shù)獲取目的基因時至少要經(jīng)過幾次循環(huán)才能

從DNA分子中分離出目的基因？3次【例1】利用PCR將某小段DNA分子擴(kuò)增n代，需()A.測定DNA分子兩端的核苷酸序列，以便設(shè)計引物對B.2n對引物參與子代DNA分子的合成C.向反應(yīng)體系中加入解旋酶、DNA聚合酶等D.保持反應(yīng)體系溫度恒定，確保擴(kuò)增的正常進(jìn)行A基因工程中可以通過PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因。請回答下列問題:(1)生物體細(xì)胞內(nèi)的DNA復(fù)制開始時，解開DNA雙鏈的酶是

。在體外利用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因時，使反應(yīng)體系中的模板DNA解鏈為單鏈的條件是

。上述兩個解鏈過程的共同點是破壞了DNA雙鏈分子中的

。

(2)目前在PCR反應(yīng)中不使用大腸桿菌DNA聚合酶的主要原因是

。解旋酶加熱超過90℃氫鍵大腸桿菌DNA聚合酶在高溫下會失活(3)含有限制酶的細(xì)胞中通常還具有相應(yīng)的甲基化酶，這兩種酶對DNA分子有相同的作用序列，但具有不同的催化功能。甲基化酶可以對DNA序列進(jìn)行修飾，使限制酶不能對這一序列進(jìn)行識別和切割。含有某種限制酶的細(xì)胞，可以利用限制酶切割外源DNA，但不破壞細(xì)胞自身的DNA，其原因可能有:①

;②

。(4)利用PCR擴(kuò)增目的基因的過程由高溫(90℃以上)變性、低溫(50℃左右)復(fù)性、適溫(72℃左右)延伸三個步驟構(gòu)成一個循環(huán)，為使得DNA聚合酶能夠重復(fù)利用，選用的酶應(yīng)在

處理后仍然具備催化活性。

細(xì)胞自身的DNA分子沒有該限制酶的識別序列甲基化酶對細(xì)胞自身的DNA分子進(jìn)行了修飾90℃以上項目PCR技術(shù)體內(nèi)DNA復(fù)制相同點原理原料條件配對方式不同點場所解旋方式酶特點是否需要ATP溫度條件結(jié)果DNA半保留復(fù)制四種脫氧核苷酸均需要模板、引物、酶等細(xì)胞外（PCR儀）（主要在細(xì)胞核內(nèi)）細(xì)胞內(nèi)DNA在高溫下變性解旋解旋酶催化耐高溫的TaqDNA聚合酶解旋酶、普通的DNA聚合酶體外迅速擴(kuò)增邊解旋邊復(fù)制不需要需要需控制溫度，在較高溫度下進(jìn)行細(xì)胞內(nèi)溫和的條件短時間內(nèi)可形成大量的DNA片段形成完整的DNA分子堿基互補(bǔ)配對原則（A-T，G-C，C-G，T-A）DNA分子量越大，移動越慢斷開2個磷酸二酯鍵，形成一個切口，2個末端斷開4個磷酸二酯鍵，形成2個切口，4個末端兩種限制酶不一定相同，只要能產(chǎn)生相同末端即可。(1)圖示過程的名稱是什么？在基因工程中的地位如何?基因表達(dá)載體的構(gòu)建。該過程是基因工程中的核心步驟。(2)卡那霉素抗性基因的作用是什么?在基因表達(dá)載體中還應(yīng)該存在

哪些結(jié)構(gòu)?

標(biāo)記基因。便于重組DNA分子的篩選。還應(yīng)該包括啟動子、目的基因、終止子等。(3)在基因表達(dá)載體構(gòu)建時能不能選擇SmaⅠ？如果不能，請表述原因。你認(rèn)為應(yīng)該選擇的限制酶是什么?不能，會將目的基因破壞。PstⅠ和EcoRⅠ。(1)根據(jù)目的基因兩端的限制酶切割位點確定限制酶的種類。①應(yīng)選擇切割位點位于目的基因兩端的限制酶，如圖甲可選擇PstⅠ。②不能選擇切割位點位于目的基因內(nèi)部的限制酶，如圖甲不能選擇SmaⅠ。構(gòu)建基因表達(dá)載體時限制酶的選擇②為避免目的基因和質(zhì)粒的自身環(huán)化及隨意連接，可使用不同的限制酶切割目的基因和質(zhì)粒，如圖甲可選擇用PstⅠ和EcoRⅠ兩種限制酶(但要確保質(zhì)粒上也有這兩種酶的切割位點)(2)根據(jù)質(zhì)粒的特點確定限制酶的種類。①所選限制酶要與切割目的基因的限制酶相同或可產(chǎn)生同種末端。②質(zhì)粒作為載體必須具備標(biāo)記基因等，所以選擇的限制酶不要破壞這些結(jié)構(gòu)，如圖乙中限制酶SmaⅠ會破壞標(biāo)記基因；如果所選限制酶的切割位點不止一個，則切割重組后可能丟失某些片段，若丟失的片段含復(fù)制原點，則切割重組后的DNA分子進(jìn)入受體細(xì)胞后不能自主復(fù)制?！纠?】下圖為某基因表達(dá)載體示意圖，請據(jù)圖回答下列問題。(1)基因工程的核心步驟是

。

(2)利用

（技術(shù)）可以獲得大量的目的基因。該技術(shù)利用

的原理，將基因的核苷酸序列不斷地加以復(fù)制，使其數(shù)量成指數(shù)形式增長。

(3)圖中的

位于基因的上游，是

識別和結(jié)合的部位?？股乜剐曰虻淖饔檬亲鳛?/p>

，可用于鑒別受體細(xì)胞中是否導(dǎo)入了目的基因。

基因表達(dá)載體的構(gòu)建啟動子PCRDNA半保留復(fù)制RNA聚合酶標(biāo)記基因下列關(guān)于基因表達(dá)載體的說法，錯誤的是()A.基因表達(dá)載體的構(gòu)建是基因工程的核心步驟B.基因表達(dá)載體包含啟動子、目的基因、終止子、標(biāo)記基因等C.啟動子位于目的基因的上游，能夠啟動翻譯D.不同的目的基因所需的啟動子不一定相同C【母題延伸】啟動子與終止子：位于DNA分子中，作用為起始和終止轉(zhuǎn)錄過程。起始密碼子與終止密碼子：位于mRNA分子中，作用為起始和終止翻譯過程?！皢幼优c終止子”和“起始密碼子與終止密碼子”的辨析第一次拼接第一次導(dǎo)入第二次導(dǎo)入（非人工操作）第二次拼接（非人工操作）

獲取目的基因的方法：從基因文庫中獲取、PCR技術(shù)、人工合成法(1)分子水平上檢測抗蟲基因是否導(dǎo)入棉花細(xì)胞的原理是什么？試舉例說明此原理還可以應(yīng)用于哪些方面。

堿基互補(bǔ)配對原則。還可用于親子鑒定、刑事偵查、生物親緣關(guān)系確定等。(2)鑒定棉花中導(dǎo)入的抗蟲基因是否表達(dá)，最簡便的方法是什么?用其葉片飼喂棉鈴蟲，觀察棉鈴蟲是否死亡。(3)β-珠蛋白是動物血紅蛋白的重要組成成分，當(dāng)它的成分異常時，動物有可能患某種疾病，如鐮狀細(xì)胞貧血。假如讓你用基因工程的方法，使棉花生產(chǎn)出鼠的β-珠蛋白，想一想應(yīng)該如何進(jìn)行設(shè)計。

①提取鼠的β-珠蛋白的mRNA；②逆轉(zhuǎn)錄mRNA合成互補(bǔ)DNA，再進(jìn)行DNA大量復(fù)制；③將目的基因連接到載體(質(zhì)粒)上，再導(dǎo)入棉花細(xì)胞中；④篩選出含有并表達(dá)目的基因的棉花細(xì)胞；⑤擴(kuò)大培養(yǎng)，生產(chǎn)出鼠的β-珠蛋白。【例3】人感染新型冠狀病毒后，機(jī)體會產(chǎn)生多種特異性抗體。我國科學(xué)家從康復(fù)者的漿細(xì)胞中克隆出針對病毒表面抗原的抗體基因相關(guān)序列，構(gòu)建基因表達(dá)載體并在相應(yīng)系統(tǒng)中表達(dá)，可制備出全人源單克隆抗體。下列敘述錯誤的是()A.該單克隆抗體可直接用于新型冠狀病毒的核酸檢測B.在該單克隆抗體制備過程中利用了基因工程技術(shù)C.該單克隆抗體可與新型冠狀病毒相應(yīng)蛋白特異性結(jié)合D.可用抗原—抗體雜交檢測抗體基因表達(dá)產(chǎn)物A【例4】下列關(guān)于目的基因的檢測與鑒定的敘述，錯誤的是()A.如在受體細(xì)胞內(nèi)檢測到目的基因表達(dá)的蛋白質(zhì)，可確定目的基因上游含有啟動子B.檢測受體細(xì)胞是否含有目的基因及其是否成功轉(zhuǎn)錄的方法都是分子雜交法C.目的基因的鑒定通常是在個體水平上進(jìn)行的D.目的基因在真核細(xì)胞中能否穩(wěn)定遺傳的關(guān)鍵是目的基因是否插入細(xì)胞質(zhì)DNA中D【例5】農(nóng)桿菌是一種在土壤中生活的微生物，能在自然條件下侵染部分植物，因而在植物基因工程中得到了廣泛的運(yùn)用。下圖為農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法的示意圖，請分析回答下列問題。(1)一般情況下農(nóng)桿菌不能侵染的植物是

，利用農(nóng)桿菌自然條件下侵染植物的特點，能實現(xiàn)

。具體原理是在農(nóng)桿菌的Ti質(zhì)粒上存在T-DNA片段，它具有可轉(zhuǎn)移至受體細(xì)胞并整合到受體細(xì)胞

上的特點，因此只要將攜帶外源基因的DNA片段插入

(填部位)即可。

(2)根據(jù)T-DNA這一轉(zhuǎn)移特點，推測該DNA片段上可能含有控制

(填酶的名稱)合成的基因。

(3)植物基因工程中除了農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法之外，還可以采取

。單子葉植物將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞限制酶、DNA連接酶染色體DNAT-DNA花粉管通道法【母題延伸】土壤農(nóng)桿菌含有一個大型的Ti質(zhì)粒(如下圖所示)，在侵染植物細(xì)胞的過程中，其中的T-DNA片段轉(zhuǎn)入植物的基因組。若想運(yùn)用基因工程通過土壤農(nóng)桿菌向某種植物中導(dǎo)入抗旱基因，以下分析不合理的是()A.若用Ti質(zhì)粒作為抗旱基因的載體，目的基因的插入位置應(yīng)該在T-DNA片段內(nèi)，且要保證復(fù)制起始點和用于轉(zhuǎn)移T-DNA的基因片段不被破壞B.將重組Ti質(zhì)粒導(dǎo)入土壤農(nóng)桿菌中時，可以用Ca2+處理細(xì)菌C.用含有重組Ti質(zhì)粒的土壤農(nóng)桿菌去感染植物細(xì)胞，可以通過植物組織培養(yǎng)成具有抗旱基因的植物D.若能夠在植物細(xì)胞中檢測到抗旱目的基因，則說明該基因工程項目獲得成功D1.研究人員將一種海魚的抗凍蛋白基因ap整合到土壤農(nóng)桿菌的Ti質(zhì)粒上，然后用它侵染番茄細(xì)胞，獲得了抗凍的番茄品種。判斷下列相關(guān)表述是否正確。（1）afp基因是培育抗凍番茄用到的目的基因。(