基因工程的基本操作工具资料讲解.ppt

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1、基因工程的基本操作工具概念的把握概念的把握基因工程的别名基因工程的别名操作环境操作环境操作对象操作对象操作水平操作水平基本过程基本过程结果结果特点特点本质本质基因拼接技术或基因拼接技术或DNADNA重组技术重组技术生物体外生物体外基因基因DNADNA分子水平分子水平人类需要的基因产物人类需要的基因产物剪切剪切 拼接拼接 导入导入 表达表达打破种的界限,定向改造生物打破种的界限,定向改造生物基因重组基因重组实例:用大肠杆菌生产人的胰岛素实例:用大肠杆菌生产人的胰岛素操作步骤:将操作步骤:将人的胰岛素基因(人的胰岛素基因(目的目的基因基因)转移到转移到大肠杆菌(大肠杆菌(受体细胞受体细胞)中,通过

2、微生物的发酵使大肠杆菌中,通过微生物的发酵使大肠杆菌表达人的胰岛素基因,从而表达人的胰岛素基因,从而获得人获得人的胰岛素(的胰岛素(结果结果)。通俗地说,就是按照人们的意愿,把一通俗地说,就是按照人们的意愿,把一种生物的个别基因复制出来,加以修饰种生物的个别基因复制出来,加以修饰改造,然后放到另一种生物的细胞里,改造,然后放到另一种生物的细胞里,定向改造生物的遗传性状。定向改造生物的遗传性状。基因工程操作过程中基因工程操作过程中 常用的工具和酶有哪些?常用的工具和酶有哪些?各自的功能是什么?各自的功能是什么?看书:看书:P10-12基因操作的工具基因操作的工具基因的大小以纳米计算,要对它进行剪

3、切、基因的大小以纳米计算,要对它进行剪切、拼接等操作,没有非常精细的工具是不行的。进拼接等操作,没有非常精细的工具是不行的。进行基因操作最少需要以下三种工具:行基因操作最少需要以下三种工具:、基因的剪刀、基因的剪刀限制性内切酶(限制酶)限制性内切酶(限制酶)一种限制酶一种限制酶只能只能识别识别一种一种特定的特定的核苷核苷酸酸序列序列,并在特定的,并在特定的位点位点上将上将DNA DNA 分子切分子切断。目前已发现的限断。目前已发现的限制酶有制酶有5 50000多种。多种。重播重播切割位点切割位点实实质质;2个个磷磷酸酸二二酯酯键键的的断断裂裂 氢氢键键会会自自然然断断裂裂DNADNA被限制酶切

4、断后有两个被限制酶切断后有两个反向互补反向互补的的“黏黏性末端性末端”(单链的片段)(单链的片段)。被同一种限制酶切断的。被同一种限制酶切断的几个几个DNADNA具有相同的黏性末端,能够通过互补进具有相同的黏性末端,能够通过互补进行配对。行配对。磷磷酸酸二二酯酯键键切割位点切割位点看P10-11例题:-GAATTC-解答:切载体:切载体:切目的基因:切目的基因:-GAATTC-GAATTC-GAATTC-GAATTC-GAATTC-CTTAAG-CTTAAG-CTTAAG-G AATTC-G AATTC-G AATTC-CTTAA G-CTTAA G-CTTAA G-(1),),5-GACGT

5、C-3(2),),-AGGCCT-(3),),-AATT-切载体切载体 切目的基因切目的基因练一练:练一练:、基因的针线、基因的针线DNADNA连接酶连接酶连接酶的作用是:将连接酶的作用是:将互补配对的两互补配对的两个黏性末端个黏性末端连接起来,使之成为一个完整连接起来,使之成为一个完整的的DNADNA分子。分子。重重播播、基因的针线、基因的针线DNADNA连接酶连接酶连接酶的作用是:将连接酶的作用是:将互补配对的两个黏性互补配对的两个黏性末端连接或平口末端末端连接或平口末端起来,使之成为一个完整起来,使之成为一个完整的的DNADNA分子。分子。实质:(氢键容易结合)实质:(氢键容易结合)催化

6、形成磷催化形成磷酸二酯键。酸二酯键。AATTGCCTTAAG“分子缝合针分子缝合针”DNA连接酶连接酶两者都是将两者都是将双链双链DNA片段片段“缝合缝合”起来,恢复起来,恢复被限制酶切开的两个核苷之间的磷酸二酯键。被限制酶切开的两个核苷之间的磷酸二酯键。但但Ecoli DNA连接酶只能连接酶只能“缝合缝合”黏性末端不黏性末端不能能“缝合缝合”平末端;平末端;而而T4 DNA连接酶既能连接酶既能“缝合缝合”黏性末端又能黏性末端又能“缝合缝合”平末端。平末端。根据来源不同可分为根据来源不同可分为:Ecoli DNA连接酶连接酶 T4 DNA连接酶连接酶在性质上两者在性质上两者 异同点:异同点:D

7、NA连接酶与连接酶与DNA聚合酶是一回聚合酶是一回事吗?为什么?事吗?为什么?不是一回事不是一回事 相同点:都形成磷酸二酯键相同点:都形成磷酸二酯键不同点:不同点:1)DNA聚合酶只能将聚合酶只能将单个核苷酸单个核苷酸加到加到已有的核酸片段上,形成磷酸二酯键;已有的核酸片段上,形成磷酸二酯键;而而DNA连接酶是在连接酶是在两个两个DNA片段片段之间形之间形成磷酸二酯键成磷酸二酯键2)DNA聚合酶需要以一条聚合酶需要以一条DNA链为模链为模板;而板;而DNA连接酶不需要模板。连接酶不需要模板。3 3、基因的运输工具、基因的运输工具运载体运载体要让一个从甲生物细胞内取出来的基因在乙生物要让一个从甲

8、生物细胞内取出来的基因在乙生物体内进行表达,首先得将这个基因送到乙生物的细体内进行表达,首先得将这个基因送到乙生物的细胞内去!能将目的基因送入细胞的工具就是运载体。胞内去!能将目的基因送入细胞的工具就是运载体。运载体必须同时满足运载体必须同时满足三个要求:三个要求:具有多个限具有多个限制酶切点;制酶切点;能在宿主细能在宿主细胞内稳定保存并复制表达;胞内稳定保存并复制表达;具有标记基因具有标记基因。常用的载体有质粒、常用的载体有质粒、噬菌体、动植物病毒等;噬菌体、动植物病毒等;最早用的载体是一种环状最早用的载体是一种环状DNADNA质粒。质粒。目目的的基基因因插插入入位位点点基因操作的工具一一.

9、“分子手术刀分子手术刀:限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶来源来源:主要来自原核生物主要来自原核生物作用作用:将外来的将外来的DNA切断切断结果结果:产生黏性末端或产生黏性末端或 平末端平末端二二.“分子缝合针分子缝合针”:DNA连接酶连接酶分类分类:Ecoli DNA连接和连接和T4 4 DNA连接酶连接酶 作用作用:把黏性末端之间的缝隙把黏性末端之间的缝隙“缝合缝合”起来起来三三.“分子运输车分子运输车”:基因进入受体细胞的载体基因进入受体细胞的载体种类种类:质粒、噬菌体、动植物病毒等质粒、噬菌体、动植物病毒等条件条件:自我复制、限制酶切点、标记基因、自我复制、限制酶切点、标记基因、安全的、

10、大小应适合安全的、大小应适合n n1.以下说法正确的是以下说法正确的是 ()n n A、所有的限制酶只能识别一种特定的核、所有的限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列苷酸序列n n B、质粒是基因工程中唯一的运载体、质粒是基因工程中唯一的运载体 n n C、运载体必须具备的条件之一是:具有、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多个限制酶切点,以便与外源基因连接n n D、DNA连接酶使黏性末段的碱基之间形连接酶使黏性末段的碱基之间形成氢键成氢键Cn n2.不属于质粒被选为基因运载体的理由是不属于质粒被选为基因运载体的理由是n n A、能复制、能复制 ()n n B、有

11、多个限制酶切点、有多个限制酶切点 n n C、具有标记基因、具有标记基因n n D、它是环状、它是环状DNADn n3.有关基因工程的叙述中,错误的是(有关基因工程的叙述中,错误的是()n n A、基因工程技术能定向地改造生物的遗传、基因工程技术能定向地改造生物的遗传性状,培育生物新品种性状,培育生物新品种n n B、重组、重组DNA的形成在细胞内完成的形成在细胞内完成n n C、目的基因须由运载体导入受体细胞、目的基因须由运载体导入受体细胞n n D、质粒都可作为运载体、质粒都可作为运载体B D4 4、下列关于限制酶的说法正确的是、下列关于限制酶的说法正确的是A A、限制酶广泛存在于各种生物

12、中,但微生物中、限制酶广泛存在于各种生物中,但微生物中很少很少B B、一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列、一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列C C、不同的限制酶切割、不同的限制酶切割DNADNA后都会形成黏性末端后都会形成黏性末端D D、限制酶的作用部位是特定核苷酸形成的氢键、限制酶的作用部位是特定核苷酸形成的氢键B n n5 5、关于限制酶的说法中,正确的是(、关于限制酶的说法中,正确的是(、关于限制酶的说法中,正确的是(、关于限制酶的说法中,正确的是()n nA A、限制酶是一种酶,只识别、限制酶是一种酶,只识别、限制酶是一种酶,只识别、限制酶是一种酶,只识别GAATTCGAATT

13、C碱基序列碱基序列碱基序列碱基序列B B、EcoRIEcoRI切割的是切割的是切割的是切割的是GAGA之间的氢键之间的氢键之间的氢键之间的氢键n nC C限制酶一般不切割自身的限制酶一般不切割自身的限制酶一般不切割自身的限制酶一般不切割自身的DNADNA分子,只切割分子,只切割分子,只切割分子,只切割外源外源外源外源DNADNAn nD D限制酶只存在于原核生物中限制酶只存在于原核生物中限制酶只存在于原核生物中限制酶只存在于原核生物中n n6 6、DNADNA连接酶催化的反应是连接酶催化的反应是连接酶催化的反应是连接酶催化的反应是()()n nA ADNADNA复制时母链与子链之间形成氢键复制

14、时母链与子链之间形成氢键复制时母链与子链之间形成氢键复制时母链与子链之间形成氢键 n nB B黏性末端碱基之间形成氢键黏性末端碱基之间形成氢键黏性末端碱基之间形成氢键黏性末端碱基之间形成氢键n nC C两个两个两个两个DNADNA片段黏性末端之间的缝隙的连接片段黏性末端之间的缝隙的连接片段黏性末端之间的缝隙的连接片段黏性末端之间的缝隙的连接 D DA A、B B、C C都不正确都不正确都不正确都不正确CDn n7 7、作为基因的运输工具、作为基因的运输工具、作为基因的运输工具、作为基因的运输工具载体,必须具备的条件载体,必须具备的条件载体,必须具备的条件载体,必须具备的条件及理由是及理由是及理

15、由是及理由是()()n nA A、能够在宿主细胞中稳定地保存下来并大量复制,、能够在宿主细胞中稳定地保存下来并大量复制,、能够在宿主细胞中稳定地保存下来并大量复制,、能够在宿主细胞中稳定地保存下来并大量复制,以便提供大量的目的基因以便提供大量的目的基因以便提供大量的目的基因以便提供大量的目的基因n nB B、具有多个限制酶切点,以便于目的基因的表达、具有多个限制酶切点,以便于目的基因的表达、具有多个限制酶切点,以便于目的基因的表达、具有多个限制酶切点,以便于目的基因的表达n nC C具有某些标记基因,以便为目的基因的表达提供具有某些标记基因,以便为目的基因的表达提供具有某些标记基因,以便为目的

16、基因的表达提供具有某些标记基因,以便为目的基因的表达提供条件条件条件条件n nD D、能够在宿主细胞中复制并稳定保存,以便于进行、能够在宿主细胞中复制并稳定保存,以便于进行、能够在宿主细胞中复制并稳定保存,以便于进行、能够在宿主细胞中复制并稳定保存,以便于进行筛选筛选筛选筛选n n8 8、质粒是基因工程最常见的载体,它的主要特点是、质粒是基因工程最常见的载体,它的主要特点是、质粒是基因工程最常见的载体,它的主要特点是、质粒是基因工程最常见的载体,它的主要特点是 n n能自主复制能自主复制能自主复制能自主复制 不能自主复制不能自主复制不能自主复制不能自主复制 结构很小结构很小结构很小结构很小是蛋

17、是蛋是蛋是蛋白质白质白质白质是环状是环状是环状是环状RNARNA是环状是环状是环状是环状DNADNA能能能能“友好友好友好友好”地地地地“借居借居借居借居”n n A A、B B、n n C C D DCAn n9 9、在受体细胞中能检测出目的基因是因为、在受体细胞中能检测出目的基因是因为、在受体细胞中能检测出目的基因是因为、在受体细胞中能检测出目的基因是因为()()n nA A、目的基因上有标记、目的基因上有标记、目的基因上有标记、目的基因上有标记 n nB B、质粒具有某些标记基因、质粒具有某些标记基因、质粒具有某些标记基因、质粒具有某些标记基因n nC C、重组质粒能够复制、重组质粒能够

18、复制、重组质粒能够复制、重组质粒能够复制 D D以上都不正确以上都不正确以上都不正确以上都不正确n n1010、关于质粒的叙述正确的是、关于质粒的叙述正确的是、关于质粒的叙述正确的是、关于质粒的叙述正确的是()()n nA A、质粒是能够自我复制的环状、质粒是能够自我复制的环状、质粒是能够自我复制的环状、质粒是能够自我复制的环状DNADNA分子分子分子分子 n nB B、质粒是唯一的载体、质粒是唯一的载体、质粒是唯一的载体、质粒是唯一的载体n nC C、重组质粒是目的基因、重组质粒是目的基因、重组质粒是目的基因、重组质粒是目的基因 D D、质粒可在宿主外单独复制、质粒可在宿主外单独复制、质粒可

19、在宿主外单独复制、质粒可在宿主外单独复制BAn n1111、下列黏性未端属于同一限制酶切割而成的是、下列黏性未端属于同一限制酶切割而成的是、下列黏性未端属于同一限制酶切割而成的是、下列黏性未端属于同一限制酶切割而成的是n nA A、B B、C C、D Dn n1212、要使目的基因与对应的载体重组,所需的两、要使目的基因与对应的载体重组,所需的两、要使目的基因与对应的载体重组,所需的两、要使目的基因与对应的载体重组,所需的两种酶是种酶是种酶是种酶是 (1)(1)限制酶限制酶限制酶限制酶(2)(2)连接酶连接酶连接酶连接酶(3)(3)解旋酶解旋酶解旋酶解旋酶(4)(4)还原酶还原酶还原酶还原酶n

20、 nA A、(1)(2)(3)B(1)(2)(3)B、(1)(2)(4)(1)(2)(4)n nC C、(1)(2)D(1)(2)D、(1)(3)(1)(3)BCn n1313、以下是两种限制酶切割后形成的、以下是两种限制酶切割后形成的、以下是两种限制酶切割后形成的、以下是两种限制酶切割后形成的DNADNA片段,片段,片段,片段,分析回答问题。分析回答问题。分析回答问题。分析回答问题。n n(1)(1)其中其中其中其中和和和和是由一种限制酶切是由一种限制酶切是由一种限制酶切是由一种限制酶切割形成的割形成的割形成的割形成的 末端,两者要重组成一个末端,两者要重组成一个末端,两者要重组成一个末端,

21、两者要重组成一个DNADNA分子,所用分子,所用分子,所用分子,所用DNADNA连接酶通常是连接酶通常是连接酶通常是连接酶通常是。n n(2)(2)和和和和是由另一种是由另一种是由另一种是由另一种限制酶切割形成的限制酶切割形成的限制酶切割形成的限制酶切割形成的末端,两者末端,两者末端,两者末端,两者要形成重组要形成重组要形成重组要形成重组DNADNA片段,所用片段,所用片段,所用片段,所用DNADNA连接酶通常是连接酶通常是连接酶通常是连接酶通常是。平平 T4DNA连接酶连接酶 黏性黏性 Ecoli DNA连接酶连接酶基基因因克克隆隆操操作作基因工程的操作步骤有哪些?基因工程的操作步骤有哪些?

22、各个步骤如何进行?各个步骤如何进行?看书看书P12目前被较广泛提取使用目前被较广泛提取使用的目的基因有:的目的基因有:苏苏云金杆菌抗虫基因、人云金杆菌抗虫基因、人胰岛素基因、人干扰素胰岛素基因、人干扰素基因、种子贮藏蛋白基基因、种子贮藏蛋白基因、植物抗病基因等。因、植物抗病基因等。基因操作的基本步骤基因操作的基本步骤(一)提取目的基因一)提取目的基因将需要的基因从将需要的基因从供体供体生生物的物的细胞细胞内提取出来。内提取出来。供体生物细胞供体生物细胞取出取出DNADNA用限制酶剪去用限制酶剪去多余部分多余部分目的基因目的基因限制酶限制酶提取目的基因的方法提取目的基因的方法直接分离基因直接分离

23、基因(从基因文库中获取)从基因文库中获取)鸟枪法鸟枪法将供体生物的将供体生物的DNADNA用限制酶切割为许多片段,再用运用限制酶切割为许多片段,再用运载体将这些片段都运载到受体生物的不同细胞中去。只载体将这些片段都运载到受体生物的不同细胞中去。只要有一个细胞获得了需要的目的基因并得以表达,基因要有一个细胞获得了需要的目的基因并得以表达,基因工程就算成功了。工程就算成功了。该法最大的该法最大的缺点是带有很大的盲目性,工作量大,成缺点是带有很大的盲目性,工作量大,成功率低功率低。且不能将真核生物的基因转移到原核生物中去。且不能将真核生物的基因转移到原核生物中去。人工合成基因法人工合成基因法有两种方

24、法:有两种方法:直接合成法直接合成法:根据蛋白质的氨基酸顺序推算出:根据蛋白质的氨基酸顺序推算出信使信使RNARNA核苷酸顺序,再据此推算出基因核苷酸顺序,再据此推算出基因DNADNA的脱的脱氧核苷酸顺序。用游离脱氧核苷酸直接合成相应氧核苷酸顺序。用游离脱氧核苷酸直接合成相应的基因。的基因。DNADNA合成仪合成仪(3 3)利用)利用PCRPCR技术扩增目技术扩增目的基因的基因 P P1414逆转录法逆转录法:以信使:以信使RNARNA为模板,在逆转录酶的作用下为模板,在逆转录酶的作用下将脱氧核苷酸合成合成将脱氧核苷酸合成合成DNA(DNA(基因基因)。质粒质粒DNADNA分子分子限制酶处理限

25、制酶处理一个切口一个切口两个黏性末端两个黏性末端两个切口两个切口获得目的基因获得目的基因DNADNA连接酶连接酶重组重组DNADNA分子(重组质粒)分子(重组质粒)同一种同一种(二二)目的基因与运载体结合目的基因与运载体结合4.4.过程过程:(三三)将目的基因导入受体细胞将目的基因导入受体细胞转化转化 方法方法将目的基因导入将目的基因导入植物植物细胞细胞将目的基因导入将目的基因导入动物动物细胞细胞将目的基因导入将目的基因导入微生物细胞微生物细胞农杆菌转化法农杆菌转化法基因枪法基因枪法花粉管通道法花粉管通道法显微注射法显微注射法感受态细胞感受态细胞目的基因进入目的基因进入_内,并且在内,并且在

26、受体细胞内维持受体细胞内维持_和和_的过程的过程受体细胞受体细胞稳定稳定表达表达(四四)目的基因的检测与鉴定目的基因的检测与鉴定检查是否成功检查是否成功检测检测鉴定鉴定检测转基因生物染色体的检测转基因生物染色体的DNA DNA 上是否插入了目的基因上是否插入了目的基因检测目的基因是否转录出了检测目的基因是否转录出了mRNAmRNA检测目的基因是否翻译成蛋白质检测目的基因是否翻译成蛋白质抗虫鉴定、抗病鉴定、活性鉴定等抗虫鉴定、抗病鉴定、活性鉴定等方法方法方法方法方法方法DNADNA分子杂交分子杂交分子杂交分子杂交抗原抗体杂交抗原抗体杂交从苏云金芽苞杆菌中提取从苏云金芽苞杆菌中提取抗虫基因抗虫基因

27、从土壤农杆菌中提取带从土壤农杆菌中提取带有选择性标记的质粒有选择性标记的质粒同一种限制同一种限制酶处理酶处理抗虫基因与质粒结合形成抗虫基因与质粒结合形成重组质粒重组质粒将重组质粒导入土壤农杆菌将重组质粒导入土壤农杆菌筛选筛选将土壤农杆菌与棉花将土壤农杆菌与棉花细胞混合培养细胞混合培养侵侵染染重组质粒将抗虫基因导重组质粒将抗虫基因导入棉花细胞并整合到棉入棉花细胞并整合到棉花的花的DNA上上植物组织培养植物组织培养获得抗虫棉获得抗虫棉抗虫棉的培育流程图:抗虫棉的培育流程图:-P13积极思维积极思维1)基因工程依据的遗传学原理是()基因工程依据的遗传学原理是()A基因突变基因突变 B基因重组基因重组

28、 C染色体变异染色体变异 DDNA复制复制练习练习B2)以下说法正确的是)以下说法正确的是 ()A、所所有有的的限限制制酶酶只只能能识识别别一一种种特特定定的的核核苷苷酸序列酸序列 B、质粒是基因工程中唯一的运载体、质粒是基因工程中唯一的运载体 C、运运载载体体必必须须具具备备的的条条件件之之一一是是:具具有有多多个限制酶切点,以便与外源基因连接个限制酶切点,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、基因控制的性状都能在后代表现出来C C练习练习3)不属于质粒被选为基因运载体的理由是)不属于质粒被选为基因运载体的理由是 A、能复制、能复制 ()B、有多个限制酶切点、有多个限制酶

29、切点 C、具有标记基因、具有标记基因 D、它是环状、它是环状DNAD D练习练习4)有关基因工程的叙述中,错误的是()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连接酶将黏性末端的碱基对连接起来 B、限制性内切酶可用于目的基因的获取限制性内切酶可用于目的基因的获取 C、目的基因须由运载体导入受体细胞、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人工合成目的基因不用限制性内切酶A A练习练习5)有关基因工程的叙述正确的是)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、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

30、内完成、重组质粒的形成在细胞内完成 C、质粒都可作为运载体、质粒都可作为运载体 D、只只要要把把目目的的基基因因导导入入受受体体细细胞胞就就会会产产生相应的蛋白质生相应的蛋白质D D练习练习6)基基因因工工程程是是在在DNA分分子子水水平平上上进进行行设设计计施施工工的的。在在基基因因操操作作的的基基本本步步骤骤中中,不不进进行行碱基互补配对的步骤是碱基互补配对的步骤是 ()A、人工合成目的基因、人工合成目的基因 B、目的基因与运载体结合、目的基因与运载体结合 C、将目的基因导入受体细胞、将目的基因导入受体细胞 D、目的基因的检测和表达、目的基因的检测和表达C C练习练习7、基因工程是在现代生

31、物学、化学和工程学基础上建立和发展起来的,并有、基因工程是在现代生物学、化学和工程学基础上建立和发展起来的,并有赖于微生物学理论和技术的发展运用。基因工程基本操作流程如下图,请据图赖于微生物学理论和技术的发展运用。基因工程基本操作流程如下图,请据图分析回答:分析回答:获取目的基因获取目的基因A拼接拼接B含重组含重组DNA的受体细胞的受体细胞扩增和筛选扩增和筛选工程动物工程动物工程植物工程植物工程菌工程菌选选育育优良动物优良动物优良植物优良植物表达产物表达产物质粒质粒导入导入选选育育选选育育要用要用-要用要用-A是是-B是是-A是?B是?用用?用用?C是?D是?转化转化(导入)(导入)筛选筛选表达表达取取 切切取取 切切连丰县欢口中学丰县欢口中学 高二高二 生物组生物组

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