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基因工程的基本操作程序1、目的基因的获取2、基因表达载体的构建3、将目的基因导入受体细胞4、目的基因的检测与鉴定一、目的基因的获取1、目的基因主要是指______________________编码蛋白质的基因请举出三个以上的例子2、获取目的基因的常用方法（1）从基因文库中获取（2）利用PCR技术扩增（3）人工合成(4)直接分离法(1)从基因文库中获取目的基因什么是基因文库？基因文库的种类？基因文库怎样构建？怎样从基因文库中得到我们所需的目的基因？基因组文库与部分基因文库的关系基因组DNA文库cDNA文库基因组DNA文库与cDNA文库的比较基因组文库：一般针对原核生物的基因，因为基因少部分基因文库：一般针对真核生物的基因，如cDNA文库文库类型cDNA文库基因组文库文库大小小大基因中启动子无有基因中内含子无有基因多少某种生物的部分基因某种生物的全部基因物种之间的基因交流可以部分基因可以说明基因文库的组建过程就包含基因工程的基本操作步骤。从基因文库中获取目的基因的优点是操作简便，缺点是工作量大，具有一定的盲目性.基因文库的构建方法7原核细胞的基因结构(补充内容）非编码区非编码区编码区编码区上游编码区下游与RNA聚合酶结合位点启动子终止子①不编码蛋白质。：编码蛋白质,连续不间断编码区非编码区原核细胞的基因结构②调控遗传信息表达,上游有启动子，下游有终止子启动子真核细胞的基因结构（补充内容）编码区非编码区非编码区与RNA聚合酶结合位点内含子外显子启动子终止子编码区上游编码区下游真核细胞的基因结构编码区非编码区外显子：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,上游有启动子，下游有终止子非编码序列：包括非编码区和内含子原核细胞真核细胞不同点编码区是_____的编码区是间隔的、_____的相同点都由能够编码蛋白质的______和具有调控作用的______区组成的原核细胞与真核细胞的基因结构比较连续不连续编码区非编码如何从基因文库中得到所需要的基因？依据：目的基因的有关信息。如：根据基因的核苷酸序列基因的功能基因在染色体上的位置基因的转录产物mRNA基因翻译产物蛋白质等特性。（2）利用PCR技术扩增目的基因PCR——聚合酶链式反应是一项生物体外复制特定DNA片段的核酸合成技术。通过此技术，可获取大量的目的基因。PCR技术•概念：•原理•前提：•条件•方式PCR扩增仪DNA复制一段已知目的基因的核苷酸序列：以_____方式扩增，即____（n为扩增循环的次数）指数2n模板DNA（含目的基因）；四种脱氧核苷酸；热稳定DNA聚合酶（Taq酶）；引物（两种，与目的基因的起始段互补）过程变性、退火、延伸三步曲变性：加热至90～95℃双链DNA解链成为单链DNA退火：冷却至55～60℃部分引物与模板的单链DNA的特定互补部位相配对和结合延伸：加热至70～75℃以目的基因为模板，合成互补的新DNA链变性退火延伸利用PCR技术扩增目的基因15山西省孝义市第二中学DNA复制PCR技术解旋方式场所酶温度条件合成对象解旋酶DNA在高温下变性解旋细胞内（主要在细胞核）体外（在PCR扩增仪内）解旋酶、DNA聚合酶耐高温的DNA聚合酶细胞内温和条件需控制温度完整的DNA分子短时间内形成大量的DNA片段或基因二、基因表达载体的构建——基因工程的核心1、基因表达载体的作用a、使目的基因在受体细胞中稳定存在并遗传给子代b、同时使目的基因能表达和发挥作用思考：作为基因工程表达载体，只需含有目的基因就可以完成任务吗？为什么？科学家在培育抗虫棉时，经过了许多复杂的过程和不懈的努力，才获得成功。起初把苏云金芽孢杆菌的抗虫基因插入载体质粒中，然后导入棉花的受精卵中，结果抗虫基因在棉花体内没有表达。然后在插入抗虫基因的质粒中插入启动子(抗虫基因首端)，导入棉花受精卵，长成的棉花植株还是没有抗虫能力。科学家又在有启动子、抗虫基因的质粒中插入终止子(抗虫基因末端)，导入棉花受精卵，结果成长的植株，有了抗虫能力。资料:192.基因表达载体的组成：它们有什么作用？a、目的基因b、启动子c、终止子d、标记基因位于基因的首端,是RNA聚合酶识别和结合的位点位于基因的末端,终止转录检测目的基因是否导入受体细胞导入接种培养接种培养接种培养接种培养含有四环素的完全培养基完全培养基大肠杆菌不含抗四环素基因证明：不存活含有四环素的完全培养基证明：大肠杆菌含抗四环素基因证明：大肠杆菌的受体细胞含有目的基因四环素抗性基因四环素抗性基因完全培养基存活如何把导入了目的基因的受体细胞筛选出来？质粒目的基因限制酶处理一个切口两个黏性末端两个切口获得目的基因DNA连接酶表达载体同种3.过程:常用的受体细胞：有大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌、酵母菌和动植物细胞等。三、将目的基因导入受体细胞转化——目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程将目的基因导入受体细胞的原理：借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径1、将目的基因导入植物细胞（1）农杆菌转化法（采用最多）特点:能感染双子叶植物和祼子植物,对大多数单子叶植物无感染能力Ti质粒的T—DNA可转移至受体细胞并整合到其染色体上的DNA上转化过程:Ti质粒目的基因构建表达载体导入植物细胞插入植物细胞染色DNA表达新性状转入农杆菌（2）基因枪法——微弹轰击法特点：成本高适用于单子叶植物（3）花粉管通道法特点：简便经济2、将目的基因导入动物细胞方法:显微注射技术操作程序:提纯含目的基因表达载体取受精卵显微注射移植到子宫新性状动物3、将目的基因导入微生物细胞常用法：常用菌：微生物作受体细胞原因：过程：Ca2+处理大肠杆菌感受态细胞表达载体与感受态细胞混合感受态细胞吸收DNACa2+处理大肠杆菌繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对少(四)目的基因的检测与鉴定检测①导入检测：目的基因是否插入受体细胞DNA上方法——DNA分子杂交②表达检测转录检测——分子杂交翻译检测——抗原抗体杂交分子检测法鉴定抗虫鉴定抗病鉴定活性鉴定等个体水平的鉴定基因工程的基本操作程序目的基因的获取基因表达载体的构建将目的基因导入受体细胞目的基因的检测与鉴定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、化学方法人工合成复制原点+目的基因+启动子+终止子+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转基因生物的DNA探针15N15N14N14NDNA分子杂交技术变性变性原理：碱基互补配对原则基因探针：放射性同位素标记或荧光标记的DNA片段过程：目的基因探针＋转基因生物DNA①载体与表达载体的区别：二者都有标记基因和复制原点两部分DNA片段。表达载体在载体基础上增加了目的基因、启动子、终止子三部分结构②用到的工具酶：既用到限制酶切割载体，又用到DNA连接酶将目的基因和载体拼接，两种酶作用的化学键都是磷酸二酯键③启动子、终止子对于目的基因表达必不可少④目的基因不能单独进入受体细胞，必需以表达载体的方式携带进去。注意（一）、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(关键步骤)①.首先取出转基因生物的基因组DNA②.用含目的基因的DNA片段用放射性同位素等作标记,以此做探针③.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（1）方法:DNA分子杂交（2）过程:1、用β-珠蛋白的DNA探针可以检测出的遗传病是A．镰刀状细胞贫血症B．白血病C．坏血病D．苯丙酮尿症A2、应用基因工程技术诊断疾病的过程中必须使用基因探针才能达到检测疾病的目的。这里的基因探针是A．用于检测疾病的医疗器械B．用放射性同位素或荧光分子等标记的DNA分子C．合成β-珠蛋白的DNAD．合成苯丙羟化酶的DNA片段B思考与探究：2.根据农杆菌可将目的基因导入双子叶植物的机理,你能分析出不能导入单子叶植物的原因吗?若将一个抗病基因导入小麦中,理论上讲你应该怎样做?①要选择合适的农杆菌菌株，因为不是所有的农杆菌菌株都可以侵染单子叶植物；②要加趋化和诱导的物质，一般为乙酰丁香酮等，目的是使农杆菌向植物组织的受伤部位靠拢（趋化性）和激活农杆菌的Vir区（诱导）的基因，使T-DNA转移并插入到染色体DNA上。3.利用大肠杆菌可以生产出人的胰岛素，联系前面有关细胞器功能的知识，结合基因工程操作程序的基本思路，思考一下，若要生产人的糖蛋白，可以用大肠杆菌吗？有些蛋白质肽链上有共价结合的糖链，这些糖链是在内质网和高尔基复合体上加工完成的，内质网和高尔基复合体存在于真核细胞中，大肠杆菌不存在这两种细胞器，因此，在大肠杆菌中生产这种糖蛋白是不可能的。4.β-珠蛋白是动物血红蛋白的重要组成成分。当它的成分异常时，动物有可能患某种疾病，如镰刀形细胞贫血症。假如让你用基因工程的方法，使大肠杆菌生产出鼠的β-珠蛋白，想一想，应如何进行设计？（1）从小鼠中克隆出β-珠蛋白基因的编码序列（cDNA)。（2）将cDNA前接上在大肠杆菌中可以适用的启动子，另外加上抗四环素的基因，构建成一个表达载体。（3）将表达载体导入无四环素抗性的大肠杆菌中，然后在含有四环素的培养基上培养大肠杆菌。如果表达载体未进入大肠杆菌中，大肠杆菌会不含有抗四环素基因而死掉；如果培养基上长出大肠杆菌菌落，则表明β-珠蛋白基因已进入其中。（4）培养进入了β-珠蛋白基因的大肠杆菌，收集菌体，破碎后从中提取β-珠蛋白。复习题1）将目的基因导入受体细胞有哪些方法?(试举例说明)2）简述农杆菌转化法4）有关基因工程的叙述正确的是（）A、限制酶只在获得目的基因时才用B、重组质粒的形成在细胞内完成C、质粒都可作为运载体D、蛋白质的结构可为合成目的基因提供资料D3）有关基因工程的叙述中，错误的是（）A、DNA连接酶将黏性末端的碱基对连接起来B、限制性内切酶用于目的基因的获得C、目的基因须由运载体导入受体细胞D、人工合成目的基因不用限制性内切酶A5）基因工程是在DNA分子水平上进行设计施工的。在基因操作的基本步骤中，不进行碱基互补配对的步骤是A、人工合成目的基因B、目的基因的检测和表达C、将目的基因导入受体细胞D、目的基因与运载体结合C6）（多选）人们利用基因工程的方法，用大肠杆菌生产人类胰岛素，这一过程涉及到（）A.用适当的酶对胰岛素基因与运载体进行切割并连接B.把重组后的DNA分子导入受体细菌内进行扩增C.检测重组DNA分子是否导入受体细菌内并表达出性状D.筛选出能产生胰岛素的“工程菌”ABCD7）下列哪项不属于基因工程技术的步骤（）A．基因转移B．基因扩增C．基因检测D．基因表达BPCR技术DNA复制过程DNA变性（90～95℃）→退火（复性55~60℃）→子链延伸（70~75℃）→重复循环DNA复制起始，RNA引物形成→DNA片段生成→RNA引物水解→完整的DNA分子形成相同点原则碱基互补配对条件模板、原料（dCTP、dATP、dGTP、dTTP）、能量、酶、引物等不同点解旋方式氢键在高温下断裂，双链全部解开解旋酶催化氢键逐步断裂场所体外主要在细胞核中引物DNARNA酶热稳定DNA聚合酶（Taq酶）解旋酶、DNA聚合酶、DNA连接酶等结果在短时间内形成大量的DNA片段形成完整的DNA分子利用PCR技术扩增目的基因41（一）基因文库的构建（1）基因组文库的构建提取某生物全部DNA用适当限制酶切割许多DNA片段与载体连接导入受体菌群该生物基因组文库（每个受体菌含有一段不同的DNA片段）（2）cDNA文库的构建——mRNA反转录形成与载体连接导入受体菌群mRNA逆转录酶杂交双链核酸酶H单链DNADNA聚合酶双链DNA(cDNA)该生物cDNA文库DNA复制PCR技术场所原理条件解旋方式酶特点结果PCR技术扩增与DNA复制的比较碱基互补配对原则碱基互补配对原则四种脱氧核苷酸、模板、酶、ATP四种脱氧核苷酸、模板、酶、引物DNA在高温下变性解旋解旋酶催化解旋半保留复制、边解旋变复制半保留复制、全解旋再复制体外复制主要在细胞