基因工程

基因工程享学课堂普通高中生物新课程标准要求1.基因工程的概念2.重组技术所需三种基因工具的作用3.基因工程基本操作程序的四个步骤一、基因工程的概念什么叫基因工程？基因工程又叫基因拼接技术或DNA重组技术。该技术是在生物体外，通过对DNA分子进行人工“剪切”和“拼接”，对生物的基因进行改造和重新组合，然后导入受体细胞内进行无性繁殖，使重组基因在受体细胞内表达，产生出人类所需要的基因产物。一、基因工程的概念基因工程生产胰岛素简要过程：人的细胞胰岛素基因与运载体DNA拼接导入提取细菌（含胰岛素基因）生产胰岛素上述生产胰岛素的关键步骤是什么？一、基因工程的概念基因工程生产胰岛素的关键步骤：关键步骤一：胰岛素基因的获取关键步骤二：胰岛素基因与运载体DNA连接关键步骤三：胰岛素基因导入受体(大肠杆菌)细胞二、基因操作的工具解决胰岛素生产的关键步骤需要哪些工具？关键步骤一的工具：分子手术刀——限制性内切酶关键步骤二的工具：分子缝合针——DNA连接酶关键步骤三的工具：分子运输车——运载体基因工程的“专用工具”重难点剖析1、限制性核酸内切酶GAATTCCTTAAG粘性末端粘性末端来源：主要从原核细胞分离作用：作用结果：平未端及粘性未端EcoRI限制酶是在生物体(主要是微生物)内的一种酶，一种限制性内切酶只能识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开（切割DNA分子）什么叫黏性末端？被限制酶切开的DNA两条单链的切口，带有几个伸出的核苷酸，他们之间正好互补配对，这样的切口叫黏性末端。要想获得某个特定性状的基因必须要用限制酶切几个切口？可产生几个黏性末端？要切两个切口，产生四个黏性末端。如果把两种来源不同的DNA用同一种限制酶来切割，会怎样呢？会产生相同的黏性末端，然后让两者的黏性末端黏合起来，就似乎可以合成重组的DNA分子了。GAATTCCTTAAGGAATTCCTTAAGGAATTCCTTAAGGAATTCCTTAAGGAATTCCTTAAG同种限制酶切割基因的针线：DNA连接酶基因的针线——DNA连接酶DNA连接酶可把黏性末端之间的缝隙“缝合”起来，即把梯子两边扶手的断口连接起来(形成磷酸二酯键)，这样一个重组的DNA分子就形成了。外源基因(胰岛素基因)怎样才能导入受体细胞(大肠杆菌)？导入过程需要运输工具——运载体。运载体的作用有哪些？作用一：作为运载工具，将外源基因(胰岛素基因)转移到受体细胞(大肠杆菌)中去。作用二：利用运载体在受体细胞(大肠杆菌)内，对外源基因(胰岛素基因)进行大量复制。1）能够在宿主细胞中复制并稳定地保存。2）具多个限制酶切点，以便与外源基因连接。3）具有某些标记基因，便于进行筛选。如抗菌素的抗性基因、产物具有颜色反应的基因等。作为运载体必须具备哪些条件？常用的运载体主要有两类：1）细菌细胞质的质粒2）噬菌体或某些动植物病毒大肠杆菌的质粒最常用的质粒是大肠杆菌的质粒，其中常含有抗药基因，如抗四环素的标记基因。质粒的存在与否对宿主细胞生存没有决定性作用，但复制只能在宿主细胞内完成。三、基因操作的基本步骤四个基本步骤：1）提取目的基因2）目的基因与运载体结合3）将目的基因导入受体细胞4）目的基因的检测和表达步骤一：目的基因提取目的基因目的基因是人们所需要转移或改造的基因。如苏云金芽孢杆菌的抗虫基因，还有植物的抗病（抗病毒、抗细菌）基因、种子贮藏蛋白的基因，以及人的胰岛素基因、干扰素基因等。目的基因的提取方法直接分离基因：鸟枪法人工合成基因反转录法根据已知的氨基酸序列合成DNA在获取真核细胞中的目的基因时,一般用人工合成基因的方法.哪些新技术能大大简化基因工程的操作技术？1）DNA序列自动测序仪：对提取出来的基因进行核苷酸序列分析。2）PCR技术：使目的基因的片段在短时间内成百万倍地扩增。步骤二：目的基因与运载体重组1）用一定的限制酶切割质粒，使其出现一个切口，露出黏性末端。2）用同一种限制酶切断目的基因，使其产生相同的黏性末端。3）将切下的目的基因片段插入质粒的切口处，再加入适量DNA连接酶，形成了一个重组DNA分子（重组质粒）目的基因与运载体的结合过程，实际上是不同来源的基因重组的过程。目的基因与运载体结合用于提取目的基因相同的限制酶切割质粒使之出现一个切口，将目的基因插入切口处，让目的基因的黏性末端与切口上的黏性末端互补配对后，在连接酶的作用下连接形成重组DNA分子。步骤三：目的基因导入受体细胞常用的受体细胞：有大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌、酵母菌和动植物细胞等。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。第三步：将目的基因导入受体常用的受体细胞：菌类和动植物细胞可以分泌人胰岛素的细菌受体细胞：细菌↓细胞壁的通透性增大↓重组质粒进入受体细胞↓目的基因随受体细胞的繁殖而复制↓大量的目的基因氯化钙导入过程：运载体为质粒，受体细胞为细菌步骤四：目的基因检测和表达检测：通过检测标记基因的有无，来判断目的基因是否导入青霉素抗性基因四环素抗性基因检测方法：将受体细胞放在含有青霉素或四环素的培养皿中培养，若存活，则导入成功；若死亡，则重组质粒没有导入受体细胞．受体细胞摄入DNA分子后就说明目的基因完成了表达吗？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。表达：通过特定性状的产生与否来确定目的基因是否表达怎样检验抗虫基因在棉细胞内是否表达呢？没有抗虫基因的棉植株有抗虫基因的棉植株若不能表达，要对抗虫基因再进行修饰。虫没有死没有表达虫被杀死目的基因表达棉铃虫练习1）以下说法正确的是（）A.所有的限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列B.质粒是基因工程中唯一的运载体C.运载体必须具备的条件之一是：具有多个限制酶切点，以便与外源基因连接D.基因控制的性状都能在后代表现出来C练习2）不属于质粒被选为基因运载体的理由是（）A.能复制B.有多个限制酶切点C.具有标记基因D.它是环状DNAD练习3）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A练习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重组质粒的C.质粒都可作为运载体D.蛋白质的结构可为合成目基因提供资料D练习5）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.目的基因与运载体结合C.将目的基因导入受体细胞D.目的基因的检测和表达C(2008理综山东卷)35.（8分）【生物—现代生物科技专题】为扩大耕地面积，增加粮食产量，黄河三角洲等盐碱地的开发利用备受关注。我国科学家应用耐盐基因培育出了耐盐水稻新品系。（1）获得耐盐基因后，构建重组DNA分子所用的限制性内切酶作用于图中___处，DNA连接酶作用于___处。（填“a”或“b”）（2）将重组DNA分子导入水稻受体细胞的常用方法有农杆菌转化法和_________________________法。（3）由导入目的基因的水稻细胞培养成植株需要利用_____________技术，该技术的核心是________________和_______。（4）为了确定耐盐转基因水稻是否培育成功，既要用放射性同位素标记的_____________________作探针进行分子杂交检测，又要用_________________________________方法从个体水平鉴定水稻植株的耐盐性。练习aa基因枪法（花粉管通道法）植物组织培养脱分化（去分化）再分化耐盐基因（目的基因）一定浓度盐水浇灌（移栽到盐碱地中）练习（2008上海高考生物巻）39、以重组DNA技术为核心的基因工程正在改变着人类的生活。请回答下列问题。（1）获得目的基因的方法通常包括_________和_________。（2）切割和连接DNA分子所使用的酶分别是_________和_________。（3）运送目的基因进入受体细胞的载体一般选用病毒或_________，后者的形状成_________。（4）由于重组DNA分子成功导入受体细胞的频率_________，所以在转化后通常需要进行_________操作。（5）将人胰岛素基因分别导入大肠杆菌与酵母菌，从两者中生产的胰岛素在功能和_________序列上是相同的。答案：（1）从基因文库中获取化学合成（人工合成）（2）限制性核酸内切酶（限制酶）DNA连接酶（连接酶）（3）质粒小型环状（双链环状、环状）（4）低筛选（5）氨基酸练习（2007，山东理，8分）继哺乳动物乳腺生物反应器研发成功后，膀胱生物反应器的研究也取得了一定进展。最近，科学家培育出一种转基因小鼠，其膀胱上皮细胞可以合成人的生长激素并分泌到尿液中。请回答：（1）将人的生长激素基因导入小鼠受体细胞，常用方法是____________。（2）进行基因转移时，通常要将外源基因转入中，原因是__________________________________________________________________。（3）通常采用______________技术检测外源基因是否插入了小鼠的基因组。（4）在研制膀胱生物反应器时，应使外源基因在小鼠的_________细胞中特异表达。（5）为使外源基因在后代长期保持，可将转基因小鼠体细胞的_________转入_________细胞中构成重组细胞，使其发育成与供体具有相同性状的个体。该技术称为________________。显微注射法DNA分子杂交）（核酸探针）受精卵（或早期胚胎细胞）具有全能性，可使外源基因在相应组织细胞表达去核的卵膀胱上皮细胞核核移植（或克隆）谢谢