基因工程的基本操作程序一轮学案

1基因工程【学习目标】1．理解基因工程的实质2．理解基因工程操作的四步曲及其操作实例【基础知识】一．基因工程的概念基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，通过体外DNA重组和转基因技术，赋予生物以新的遗传特性，更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。基因工程是在水平上进行设计和施工的，又叫做。二．基因工程的基本工具1.限制性核酸内切酶（限制酶）（1）来源：主要是从中分离纯化出来的。（2）功能：能够识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列，并使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的断开，具有专一性。（3）结果：产生的DNA片段末端通常有两种形式：。2.DNA连接酶（1）两种DNA连接酶（E·coliDNA连接酶和T4DNA连接酶）比较：①相同点：都作用于。②区别：E·coliDNA连接酶来源于，只能将双链DNA片段互补的末端之间的磷酸二酯键连接起来；而T4DNA连接酶能缝合末端，但连接平末端的之间的效率较低。（2）与DNA聚合酶作用的异同:DNA聚合酶只能将单个核苷酸加到已有的核苷酸片段的末端，形成磷酸二酯键。DNA连接酶是连接两个DNA片段的末端，形成磷酸二酯键。3.载体（1）载体具备的条件：①能在受体细胞中并稳定保存。②具有一至多个切点，供外源DNA片段插入。③具有，供重组DNA的鉴定和选择。（2）最常用的是，其它载体：。三．基因工程的基本操作程序第一步：1.原核基因采取直接分离获得，真核基因是人工合成。人工合成目的基因的常用方法有。２.PCR技术扩增目的基因（1）原理：（2）过程：→→2第二步：1.目的：使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传至下一代，使目的基因能够表达和发挥作用。2.组成：目的基因＋启动子＋终止子＋标记基因（1）启动子：是识别和结合的部位，能驱动基因转录出mRNA，最终获得所需的蛋白质。（2）终止子：也是一段有特殊结构的DNA片段，位于基因的尾端。（3）标记基因的作用：鉴定受体细胞中是否含有，从而将含有目的基因的细胞筛选出来。常用的标记基因是抗生素抗性基因。第三步：常用的方法：1．将目的基因导入植物细胞方法：。2．将目的基因导入动物细胞：最常用的方法是。此方法的受体细胞多是。3．将目的基因导入微生物细胞：最常用的原核细胞是，其转化方法是：先用处理细胞，使其成为细胞，再将重组表达载体DNA分子溶于缓冲液中与感受态细胞混合，在一定的温度下促进感受态细胞吸收DNA分子，完成转化过程。第四步：1.首先要检测转基因生物的染色体DNA上是否插入了目的基因，方法是采用。2.其次还要检测目的基因是否转录出了mRNA，方法是采用。3.最后检测目的基因是否翻译成蛋白质，方法是。4.有时还需进行个体生物学水平的鉴定的鉴定。如转基因抗虫植物是否出现抗虫性状。【探究过程】知识探究一：对基因工程概念的理解别名基因拼接技术或DNA重组技术操作环境操作对象操作水平基本过程剪切→拼接→导入→表达结果与杂交育种相比与诱变育种相比原理3知识探究二：基因工程的基本操作工具1．与DNA分子相关的酶(1)几种酶的比较种类项目限制酶DNA连接酶DNA聚合酶解旋酶作用底物作用部位作用特点作用结果(2)限制酶与DNA连接酶的关系①原核生物中不存在该酶的识别序列或识别序列已经被修饰。②DNA连接酶起作用时不需要模板。2．载体(1)作用①作为工具，将目的基因转移到宿主细胞内。②利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制。(2)最常用载体—质粒：一种祼露的、结构简单、独立于细菌拟核DNA之外，能够自我复制的很小的DNA分子。特别提醒：①一般来说，天然载体往往不能满足人类的所有要求，因此人们根据不同的目的和需要，对某些天然的载体进行人工改造。②限制酶切割位点所处的位置必须是在所需的标记基因之外，这样才能保证标记基因的完整性，有利于对目的基因的检测。知识探究三：基因工程操作程序基因工程技术生产凝乳酶的过程41．基因工程的操作程序分析(1)目的基因的获取途径①从自然界中已有的物种中分离出来，如从基因组文库或cDNA文库中获取。②人工合成目的基因常用的方法有反转录法和化学合成法。③利用PCR技术扩增目的基因通过PCR技术可对已获取的目的基因进行扩增，以获取大量的目的基因。(2)基因表达载体的构建特别提醒：①插入的目的基因的表达需要调控序列，因而用作载体的质粒的插入基因部位之前需有启动子，之后需有终止子。②两次使用的限制酶为同一种酶，这样形成的黏性末端碱基之间互补，便于连接(3)将目的基因导入受体细胞(转化)生物种类植物细胞动物细胞微生物细胞常用方法受体细胞体细胞受精卵原核细胞转化过程(4)目的基因的检测与鉴定类型检测内容方法结果显示分子检测导入检测[来:Zxxk.Com[来源:转录检测翻译检测个体水平检测特别提醒：1．在整个工程中，只有第三步将目的基因导入受体细胞过程中不发生碱基互补配对，其他步骤均发生配对。2．切割质粒和目的基因的限制酶必须是同一种酶，以获得相同的黏性末端，利于基因表达载体的构建。3．插入的目的基因只是结构基因部分，其表达需要调控序列，因而用作载体的质粒的插入部位前须有启动子，后须有终止子。54．PCR技术与DNA复制的比较PCR技术DNA复制相同点原理DNA双链复制(碱基互补配对)原料四种游离的条件模板、ATP、酶等不同点解旋方式DNA在下变性解旋催化场所体外复制主要在细胞核内酶热稳定的(Taq酶)细胞内含有的DNA聚合酶结果在短时间内形成大量的DNA片段形成整个DNA分子【习题巩固】1.下列关于基因工程的叙述，错误的是()A．目的基因和受体细胞均可来自动物、植物或微生物B．限制性核酸内切酶和DNA连接酶是两类常用的工具酶C．人胰岛素原基因在大肠杆菌中表达的胰岛素原无生物活性D．载体上的抗性基因有利于筛选含重组DNA的细胞和促进目的基因的表达2.下列有关基因工程中限制性核酸内切酶的描述，错误的是()。A．一种限制性核酸内切酶只能识别一种特定的脱氧核苷酸序列B．限制性核酸内切酶的活性受温度影响C．限制性核酸内切酶能识别和切割RNAD．限制性核酸内切酶可从原核生物中提取3.如图是利用基因工程技术培育转基因植物，生产可食用疫苗的部分过程示意图，其中PstⅠ、SmaⅠ、EcoRⅠ、ApaⅠ为四种限制性核酸内切酶。下列说法错误的是()。A．图示过程是基因工程的核心步骤B．表达载体构建时需要用到限制酶SmaⅠC．抗卡那霉素基因的存在有利于将含有抗原基因的细胞筛选出来D．除图示组成外，表达载体中还应该含有启动子和终止子等结构64.下图是获取转基因抗冻番茄植株的过程示意图，有关叙述正确的是()A．过程①获取的目的基因，可用于基因工程和比目鱼基因组测序B．将多个抗冻基因编码区依次相连成能表达的新基因，不能得到抗冻性增强的抗冻蛋白C．过程②构成的重组质粒缺乏标记基因，需要转入农杆菌才能进行筛选D．应用DNA探针技术，可以检测转基因抗冻番茄植株中目的基因的存在及其完全表达5．下图为DNA分子在不同酶的作用下所发生的变化，图中依次表示限制酶、DNA聚合酶、DNA连接酶、解旋酶作用的正确顺序是()A．①②③④B．①②④③C．①④②③D．①④③②6．下列关于基因工程的叙述，不正确的是(多选)()A．基因工程经常以抗菌素抗性基因为目的基因B．细菌质粒是基因工程常用的运载体C．通常用一种限制性核酸内切酶处理含目的基因的DNA，用另一种处理运载体DNAD．为培育成抗除草剂的作物新品种，导入抗除草剂基因时只能以受精卵为受体7.下图表示利用基因工程培育抗虫棉的过程，请据图回答下列有关问题。(1)若限制酶Ⅰ的识别序列和切点是—↓GATC—，限制酶Ⅱ识别序列和切点是—G↓GATCC—，那么在①过程中，应用限制酶________切割质粒，用限制酶________切割抗虫基因。(2)将通过②过程得到的大肠杆菌涂布在含有________的培养基上，若能够生长说明已导入了普通质粒或重组质粒，反之则说明没有导入。(3)要确定抗虫基因导入后，是否能稳定遗传并表达，需进行检测和鉴定工作，则在个体水平上的鉴定过程可简述为：________。经筛选分析，该植株细胞中含有一个携带抗虫基因的DNA片段，因此可以把它看作是杂合子。理论上，该转基因植株自交产生的F1代中，仍具有抗虫特性的植株占总数的________。(4)⑤过程所用的现代生物技术称为________，从遗传学角度来看，据细胞通过⑤过程，能形成棉植株的根本原因是细胞具有____________________。78．干扰素是病毒侵入人体后由淋巴细胞产生的一种免疫活性物质，它具有广谱抗病毒的作用。利用现代生物技术生产干扰素的流程如下：(1)过程①产生的物质A是______，cDNA文库______(大于/小于)人的基因组文库。(2)过程④用到的工具酶是______________，过程⑤需先用____________________处理受体细胞，过程⑥通常采用________技术。(3)过程⑧和⑨的关键技术分别是________、________。(4)基因工程的核心步骤是图中的________________(填标号)。9．下图是培育表达人乳铁蛋白的乳腺生物反应器的技术路线。图中tetR表示四环素抗性基因，ampR表示氨苄青霉素抗性基因，BamHⅠ、HindⅢ、SmaⅠ直线所示为三种限制酶的酶切位点。据图回答问题。(1)图中将人乳铁蛋白基因插入载体，需用________________限制酶同时酶切载体和人乳铁蛋白基因。筛选含有重组载体的大肠杆菌首先需要在含________的培养基上进行。(2)能使人乳铁蛋白基因在乳腺细胞中特异性表达的调控序列是________(填字母代号)。A．启动子B．tetRC．复制原点D．ampR(3)过程①可采用的操作方法是________(填字母代号)。A．农杆菌转化B．大肠杆菌转化C．显微注射D．细胞融合(4)过程②采用的生物技术是________________。(5)对早期胚胎进行切割，经过程②可获得多个新个体。这利用了细胞的________性。(6)为检测人乳铁蛋白是否成功表达，可采用________(填字母代号)技术。A．核酸分子杂交B．基因序列分析C．抗原—抗体杂交D．PCR810.（2013江苏卷，22）小鼠杂交瘤细胞表达的单克隆抗体用于人体试验时易引起过敏反应，为了克服这个缺陷，可选择性扩增抗体的可变区基因（目的基因）后再重组表达。下列相关叙述正确的是（多选）（）A.设计扩增目的基因的引物时不必考虑表达载体的序列B.用PCR方法扩增目的基因时不必知道基因的全部序列C.PCR体系中一定要添加从受体细胞中提取的DNA聚合酶D.一定要根据目的基因编码产物的特性选择合适的受体细胞11.(2012江苏高考32)图1表示含有目的基因D的DNA片段长度（bp即碱基对）和部分碱基序列，图2表示一种质粒的结构和部分碱基序列。现有MspI、BamHI、MboI、SmaI4种限制性核酸内切酶，它们识别的碱基序列和酶切位点分别为C↓CGG、G↓GATCC、↓GATC、CCC↓GGG。请回答下列问题（1）图1的一条脱氧核苷酸链中相邻两个碱基之间依次由连接。（2）若用限制酶SmaI完全切割图1中DNA片段，产生的末端是末端，其产物长度为。（3）若图1中虚线方框内的碱基对被T-A碱基对替换，那么基因D就突变为基因d。从杂合子中分离出图1及其对应的DNA片段，用限制酶SmaI完全切割，产物中共有种不同长度的DNA片段。（4）若将图2中质粒和目的基因D通过同种限制酶处理后进行连接，形成重组质粒，那么应选用的限制酶是。在导入重组质粒后，为了筛选出含重组质粒的大肠杆菌，一般需要用添加的培养基进行培养。经检测，部分含有重组质粒的大肠杆菌菌株中目的基因D不能正确表达，其最可能的原因是。9基因工程答案与解析基础自查一．基因工程的概念创造出DNA分子DNA重组技术。二．基因工程的基本工具1.限制性核酸内切酶（限制酶）（1）来源：主要是从原核生物中分离纯化出来的。（2）功能：能够识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列，并使每一