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1、高二生物选修四基因工程课件现在学习的是第1页，共29页原核细胞的基因结构原核细胞的基因结构非编码区非编码区非编码区非编码区编码区编码区编码区上游编码区上游 编码区下游编码区下游 与与RNARNA聚合酶结合位点聚合酶结合位点启动子启动子终止子终止子编码区编码区：能转录，编码蛋白质能转录，编码蛋白质非编码区：非编码区：不编码蛋白质不编码蛋白质,能调控遗传信息表达能调控遗传信息表达2023/3/312023/3/312 2现在学习的是第2页，共29页真核细胞的基因结构真核细胞的基因结构编码区编码区非编码区非编码区非编码区非编码区启动子启动子终止子终止子编码区上游编码区上游 编码区下游编码区下游 内含
2、子内含子 外显子外显子 与与RNARNA聚合酶聚合酶结合位点结合位点编码区编码区：非编码区：非编码区：外显子：外显子：内含子：内含子：能编码蛋白质的序列能编码蛋白质的序列不能编码蛋白质的序列不能编码蛋白质的序列2023/3/312023/3/313 3现在学习的是第3页，共29页非编码区非编码区非编码区非编码区编码区编码区RNA聚合酶聚合酶结合位点结合位点外显子外显子内含子内含子终止子终止子启动子启动子原核原核真核真核基因的结构基因的结构2023/3/312023/3/314 4现在学习的是第4页，共29页原核细胞原核细胞真核细胞真核细胞不同点不同点编码区是编码区是_的的编码区是间隔的、编码区
3、是间隔的、_的的相同点相同点都由能够编码蛋白质的都由能够编码蛋白质的_和具有和具有调控作用的调控作用的_区组成的区组成的原核细胞与真核细胞的基因结构比较原核细胞与真核细胞的基因结构比较思思考考编码相同数目氨基酸的蛋白质，原核细胞编码相同数目氨基酸的蛋白质，原核细胞与真核细胞基因结构一样长吗？与真核细胞基因结构一样长吗？连续连续不连续不连续编码区编码区非编码非编码2023/3/312023/3/315 5山西省孝义市第二中学山西省孝义市第二中学现在学习的是第5页，共29页 基因工程的基本操作程序基因工程的基本操作程序v目的基因的获取目的基因的获取v基因表达载体的构建基因表达载体的构建v将目的基因
4、导入受体细胞将目的基因导入受体细胞操作过程操作过程操作过程操作过程v目的基因的检测与鉴定目的基因的检测与鉴定2023/3/312023/3/316 6现在学习的是第6页，共29页 目的基因主要是指目的基因主要是指_编码蛋白质的基因编码蛋白质的基因目的基因的获取目的基因的获取供体生物细胞供体生物细胞取出取出DNADNA用限制酶剪用限制酶剪去多余部分去多余部分目的基因目的基因即：将需要的基因从供体生物细胞内提取出来即：将需要的基因从供体生物细胞内提取出来目前被广泛提取使用目前被广泛提取使用的目的基因有：苏云金的目的基因有：苏云金杆菌抗虫基因、植物抗杆菌抗虫基因、植物抗病基因病基因（抗病毒、抗细（抗
5、病毒、抗细菌菌)、人胰岛素基因等。人胰岛素基因等。也可以是一些具有调控也可以是一些具有调控作用的因子作用的因子2023/3/312023/3/317 7现在学习的是第7页，共29页获得目的基因的方法获得目的基因的方法l 从基因文库中获取目的基因从基因文库中获取目的基因1.1.什么是基因文库？什么是基因文库？2.2.怎样从基因文库中得到我们所需的目的基因？怎样从基因文库中得到我们所需的目的基因？种类：种类：基因组文库：基因组文库：部分基因文库：部分基因文库：(如如cDNAcDNA文库文库)基因的核苷酸序列等基因的核苷酸序列等含有一种生物的含有一种生物的全部全部基因基因含有一种生物的含有一种生物的
6、部分部分基因基因根据基因的有关信息：如基因的转录产物根据基因的有关信息：如基因的转录产物mRNAmRNA现在学习的是第8页，共29页2.2.基因文库的构建方法基因文库的构建方法鸟枪法：鸟枪法：供体细胞中的供体细胞中的DNADNA许多许多DNADNA片段片段运载体运载体限制酶限制酶与载体连接与载体连接载入载入受体细胞受体细胞产生特定性状产生特定性状导入导入外源外源DNADNA扩增扩增目的基因目的基因分离分离(直接分离法直接分离法)(一一)从基因文库中获取目的基因从基因文库中获取目的基因现在学习的是第9页，共29页（一）基因文库的构建（一）基因文库的构建（一）基因文库的构建（一）基因文库的构建（每
7、个受体菌含有一段不同的DNA片段）（2 2）cDNAcDNA文库的构建文库的构建文库的构建文库的构建mRNAmRNA反转录形成反转录形成反转录形成反转录形成与载体连接与载体连接导入受体菌群导入受体菌群mRNA逆转录酶逆转录酶杂交双链杂交双链核酸酶核酸酶H单链单链DNADNA聚合酶聚合酶双链双链DNA(cDNA)该生物该生物cDNA文库文库现在学习的是第10页，共29页1 1、概念概念：PCRPCR全称为全称为_，是一项，是一项 在生物在生物_复制复制_的核酸合成技术的核酸合成技术 通过这项技术可在通过这项技术可在短时间内大量扩增目的基因短时间内大量扩增目的基因 因为整个过程是在体外进行，所以又
8、叫做因为整个过程是在体外进行，所以又叫做体外体外DNADNA扩增扩增技术。技术。聚合酶链式反应聚合酶链式反应体外体外特定特定DNADNA片段片段2 2、原理：、原理：DNADNA复制复制（二）利用（二）利用PCRPCR技术扩增目的基因技术扩增目的基因现在学习的是第11页，共29页四种脱氧核苷酸四种脱氧核苷酸(dNTP)(dNTP)一对引物：一对引物：热稳定热稳定DNADNA聚合酶聚合酶(Taq(Taq酶）酶）模板模板DNA(DNA(需含有目的基因需含有目的基因)4 4、条件：、条件：、条件：、条件：一对寡核苷酸序列：与目的基因的起一对寡核苷酸序列：与目的基因的起始段互补始段互补一段已知目的基因
9、的核苷酸序列，以便根一段已知目的基因的核苷酸序列，以便根据这一序列合成引物据这一序列合成引物3 3、前提：、前提：、前提：、前提：温度控制温度控制现在学习的是第12页，共29页PCRPCR技术扩增过程技术扩增过程a a、DNADNA变性（变性（90-9590-95）：双链）：双链DNADNA模板模板 在热作用下，在热作用下，断裂，形成断裂，形成_ _ b b、复性（、复性（55-6055-60）：系统温度降低，引物）：系统温度降低，引物 与与DNADNA模板结合，形成局部模板结合，形成局部_。c c、延伸（、延伸（70-7570-75）：在）：在TaqDNATaqDNA聚合酶的作用聚合酶的作用
10、下，从引物的下，从引物的_延伸，合成与模板互补延伸，合成与模板互补的的_。氢键氢键单链单链DNADNA双链双链DNADNA链链5端端3端端现在学习的是第13页，共29页（三）通过DNA合成仪用化学方法人工合成DNA合成仪合成仪蛋白质的氨蛋白质的氨蛋白质的氨蛋白质的氨基酸顺序基酸顺序基酸顺序基酸顺序mRANmRAN核苷酸序列核苷酸序列核苷酸序列核苷酸序列基因基因基因基因DNADNA的核的核的核的核苷酸序列苷酸序列苷酸序列苷酸序列目的目的目的目的基因基因基因基因推推测测推推测测合合成成 当基因比较小、蛋白质的氨基酸序列可以测得或核苷酸序列已当基因比较小、蛋白质的氨基酸序列可以测得或核苷酸序列已当基
11、因比较小、蛋白质的氨基酸序列可以测得或核苷酸序列已当基因比较小、蛋白质的氨基酸序列可以测得或核苷酸序列已知时，可采用此种方法。知时，可采用此种方法。知时，可采用此种方法。知时，可采用此种方法。DNADNA合成仪合成仪合成仪合成仪现在学习的是第14页，共29页1.1.用一定的用一定的_切割切割 质粒，使其出现一个切质粒，使其出现一个切 口，露出口，露出_。2.2.用用_切断目切断目 的基因，使其产生的基因，使其产生_ _ _。核心核心3.3.将切下的目的基因片段插入质粒的将切下的目的基因片段插入质粒的_处，处，再加入适量再加入适量_，形成了一个重组，形成了一个重组 DNADNA分子（重组质粒）分
12、子（重组质粒）限制酶限制酶黏性末端黏性末端同一种限制酶同一种限制酶的黏性末端的黏性末端切口切口DNADNA连接酶连接酶相同相同(二二)基因表达载体的构建基因表达载体的构建2023/3/312023/3/311515现在学习的是第15页，共29页质粒质粒DNADNA分子分子限制酶处理限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）核心核心同一种同一种(二二)基因表达载体的构建基因表达载体的构建4.4.过程过程:2023/3/312023/3/311616现在学习的是第16页，共2
13、9页 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。资资 料料:现在学习的是第17页，共29页基因表达载体的组成：基因表达载体的组成：目的：使目的基因在受体细胞中稳定存在，并目的：使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传给下一代，同时使目的基因能够表且可以遗传
14、给下一代，同时使目的基因能够表达和发挥作用。达和发挥作用。a、目的基因、目的基因b、启动子、启动子c、终止子、终止子d、标记基因、标记基因2023/3/312023/3/311818现在学习的是第18页，共29页2 2、基因表达载体的组成：、基因表达载体的组成：复制原点复制原点+目的基因目的基因+启动子启动子+终止子终止子+标记基因标记基因它们各自它们各自的作用是的作用是什么什么?现在学习的是第19页，共29页启动子：启动子：位于基因的首端的一位于基因的首端的一段特殊的段特殊的DNADNA片断，它是片断，它是RNARNA聚聚合酶识别和结合的部位，有了合酶识别和结合的部位，有了它才能它才能驱动基
15、因转录出驱动基因转录出mRNAmRNA，最终获得蛋白质，最终获得蛋白质终止子：终止子：位于基因的尾端的一位于基因的尾端的一段特殊的段特殊的DNADNA片断，片断，能终止能终止mRNAmRNA的转录的转录标记基因标记基因的作用是的作用是为了为了鉴别鉴别受受体细胞中是否含有目的基因，体细胞中是否含有目的基因，从而将有目的基因的细胞筛从而将有目的基因的细胞筛选出来选出来现在学习的是第20页，共29页载体载体与与表达载体表达载体的区别：二者都有标记基因和复的区别：二者都有标记基因和复制原点两部分制原点两部分DNADNA片段。表达载体在载体基础上增片段。表达载体在载体基础上增加了加了目的基因、启动子、终
16、止子目的基因、启动子、终止子三部分结构三部分结构用到的工具酶：用到的工具酶：既用到限制酶切割载体，又用到既用到限制酶切割载体，又用到DNADNA连接酶将目的基因和载体拼接，两种酶作用的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化学键都是磷酸二酯键启动子、终止子启动子、终止子对于目的基因表达必不可少对于目的基因表达必不可少目的基因不能单独进入受体细胞，目的基因不能单独进入受体细胞，必需以表达必需以表达载体的方式携带进去。载体的方式携带进去。注意注意现在学习的是第21页，共29页三、将目的基因导入受体细胞三、将目的基因导入受体细胞（一）转化：（一）转化：（二）方法（二）方法将目的
17、基因导入将目的基因导入植物细胞植物细胞将目的基因导入将目的基因导入动物细胞动物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 受受体细胞内维持体细胞内维持_和和_的过程的过程受体细胞受体细胞稳定稳定表达表达现在学习的是第22页，共29页1 1、将目的基因导入植物细胞的方法：、将目的基因导入植物细胞的方法：（1）农杆菌转化法农杆菌转化法 农杆菌特点：农杆菌特点：易感染双子叶植物和裸子植物，对大多数单易感染双子叶植物和裸子植物，对大多数单子叶植
18、物没有感染能力子叶植物没有感染能力原理：原理：Ti质粒上的质粒上的T-DNA可以转移到可以转移到受体细胞，并整合到受体细胞染色体的受体细胞，并整合到受体细胞染色体的DNA上。上。现在学习的是第23页，共29页过程：过程：优点优点现在学习的是第24页，共29页（2）基因枪法基因枪法（3）花粉管通道法花粉管通道法现在学习的是第25页，共29页2 2、将目的基因导入动物细胞、将目的基因导入动物细胞方法：显微注射法方法：显微注射法程序：程序：目的基因表达载体提纯目的基因表达载体提纯 取卵（受精卵）取卵（受精卵）显微注射显微注射 受精卵受精卵 新性状动物新性状动物现在学习的是第26页，共29页3 3、将
19、目的基因导入微生物细胞、将目的基因导入微生物细胞原核生物特点：繁殖快、单细胞、遗传物质少原核生物特点：繁殖快、单细胞、遗传物质少方法：方法：用用Ca2+处理细胞处理细胞 感受态细胞感受态细胞 表达表达载体与感受态细胞混合载体与感受态细胞混合 感受态细胞感受态细胞吸收吸收DNA分子分子现在学习的是第27页，共29页四、目的基因的检测与鉴定四、目的基因的检测与鉴定检查是否成功检查是否成功现在学习的是第28页，共29页（一）、检测（一）、检测1 1、检测转基因生物染色体的、检测转基因生物染色体的DNADNA上是否插入了目上是否插入了目的基因的基因 (关键步骤关键步骤).首先取出转基因生物的基因组首先取出转基因生物的基因组DNA.用含目的基因的用含目的基因的DNA片段用放射性同位素等作片段用放射性同位素等作标记标记,以此做探针以此做探针.使探针和转基因生物的基因组杂交使探针和转基因生物的基因组杂交,若显示若显示出杂交带出杂交带,表明染色体已插入染色体表明染色体已插入染色体DNA中中（1）方法方法:DNADNA分子杂交分子杂交（2）过程）过程:现在学习的是第29页，共29页