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1 2基因工程的基本操作程序 專題1基因工程 學(xué)習(xí)導(dǎo)航 專題1基因工程 一 基因工程的基本操作程序目的基因的獲取 的構(gòu)建 將 導(dǎo)入受體細(xì)胞 目的基因的 基因表達(dá)載體 目的基因 檢測與鑒定 二 目的基因的獲取1 目的基因 主要是指 的基因 也可以是一些具有調(diào)控作用的因子 2 目的基因的獲取方法 1 從基因文庫中獲取 基因文庫 將含有某種生物不同基因的許多DNA片段 導(dǎo)入 中儲存 各個受體菌分別含有這種生物的不同的基因 稱為基因文庫 編碼蛋白質(zhì) 受體菌的群體 提取依據(jù) 基因的核苷酸序列 基因的功能 基因在染色體上的位置 基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物 以及基因的表達(dá)產(chǎn)物蛋白質(zhì)等特性 2 利用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因 PCR的含義 是一項在生物 復(fù)制特定DNA片段的核酸合成技術(shù) 目的 短時間內(nèi)大量擴(kuò)增目的基因 原理 基因組 mRNA 體外 DNA雙鏈復(fù)制 過程 第一步 加熱至90 95 第二步 冷卻至 引物結(jié)合到互補(bǔ)DNA鏈 第三步 加熱至70 75 熱穩(wěn)定DNA聚合酶 Taq酶 從引物起始進(jìn)行互補(bǔ)鏈的合成 如此重復(fù)循環(huán)多次 特點 指數(shù)形式擴(kuò)增 3 人工合成如果目的基因較小 核苷酸序列又已知 可通過DNA合成儀用 人工合成 DNA解旋 55 60 化學(xué)方法 三 基因表達(dá)載體的構(gòu)建1 構(gòu)建基因表達(dá)載體的目的 1 使目的基因在 中穩(wěn)定存在 并且可以 給下一代 2 使目的基因能夠 和 受體細(xì)胞 遺傳 表達(dá) 發(fā)揮作用 2 基因表達(dá)載體組成 3 基因表達(dá)載體的功能 通過基因表達(dá)載體將 導(dǎo)入受體細(xì)胞 巧記兩子啟動和終止 目的基因在中間 標(biāo)記基因來篩選 目的基因 四 將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞1 轉(zhuǎn)化的概念 目的基因進(jìn)入受體細(xì)胞內(nèi) 并且在受體細(xì)胞內(nèi) 的過程 2 將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞 1 法 將目的基因?qū)腚p子葉植物和裸子植物 2 基因槍法 將目的基因?qū)雴巫尤~植物常用的方法 3 法 我國科學(xué)家獨創(chuàng)的一種方法 維持穩(wěn)定和表達(dá) 農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化 花粉管通道 3 將目的基因?qū)雱游锛?xì)胞 1 方法 2 常用受體細(xì)胞 受精卵 顯微注射法 4 將目的基因?qū)胛⑸锛?xì)胞 1 方法 用 處理細(xì)胞 使細(xì)胞處于一種能吸收周圍環(huán)境中DNA分子的生理狀態(tài) 這種細(xì)胞稱為 感受態(tài)細(xì)胞吸收 2 受體細(xì)胞 原核細(xì)胞 使用最廣泛的是大腸桿菌細(xì)胞 3 原核生物的特點 繁殖快 多為單細(xì)胞 遺傳物質(zhì)相對較少等 Ca2 感受態(tài)細(xì)胞 重組表達(dá)載體DNA分子 五 目的基因的檢測與鑒定1 分子水平檢測 1 檢測轉(zhuǎn)基因生物DNA上是否插入了目的基因 方法 技術(shù) 2 檢測目的基因是否轉(zhuǎn)錄出mRNA 方法 雜交技術(shù) 3 檢測目的基因是否翻譯成蛋白質(zhì) 方法 雜交技術(shù) 2 個體生物學(xué)水平鑒定 抗蟲 抗病 抗逆性狀的有無及程度 DNA分子雜交 分子 抗原 抗體 1 判一判 1 所有的目的基因都可從基因文庫中直接獲得 2 標(biāo)記基因的作用是為了鑒別受體細(xì)胞中是否含有目的基因 從而將含有目的基因的細(xì)胞篩選出來 3 目的基因?qū)腚p子葉植物一般采用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法 4 基因工程常用的受體細(xì)胞都是動植物的體細(xì)胞 5 基因工程是否成功需進(jìn)行個體生物學(xué)水平上的鑒定 2 連一連將下列方法技術(shù)與其對應(yīng)內(nèi)容連線 目的基因的獲取 1 基因文庫 基因組文庫和cDNA文庫 1 基因文庫的含義 如圖所示 2 cDNA文庫與基因組文庫的主要區(qū)別 小 大 無 有 無 有 某種生物的部分基因 某種生物的全部基因 可以 部分基因可以 2 提取目的基因方法的比較 操作簡單 專一性強(qiáng) 可在短時間內(nèi)大量擴(kuò)增目的基因 專一性強(qiáng) 可產(chǎn)生自然界中不存在的新基因 工作量大 盲目性大 專一性差 操作過程較麻煩 技術(shù)要求過高 需要嚴(yán)格控制溫度 技術(shù)要求高 適用范圍小 3 PCR技術(shù)與生物體內(nèi)DNA復(fù)制的比較 DNA在高溫下變性解旋 解旋酶催化 場所 體外復(fù)制 主要在細(xì)胞核內(nèi) 酶 熱穩(wěn)定的DNA聚合酶 細(xì)胞內(nèi)含有的DNA聚合酶 溫度條件 需控制溫度 在較高溫度下進(jìn)行 細(xì)胞內(nèi)溫和條件 結(jié)果 在短時間內(nèi)形成大量的DNA片段 形成整個DNA分子 原理 DNA雙鏈復(fù)制 堿基互補(bǔ)配對 原料 四種游離的脫氧核苷酸 條件 模板 ATP 酶等 特別提醒獲取目的基因需在受體細(xì)胞中表達(dá) 1 真核細(xì)胞的基因編碼區(qū)含有不能表達(dá)的區(qū)域 因此不能直接用于基因的擴(kuò)增和表達(dá) 獲得真核細(xì)胞中的目的基因時 一般用人工合成的方法 2 基因工程操作中 只有使用受體生物自身基因的啟動子才比較有利于基因的表達(dá) 3 通過cDNA文庫獲得的目的基因沒有啟動子 只將編碼序列導(dǎo)入受體細(xì)胞中無法轉(zhuǎn)錄 下列獲取目的基因的方法中需要模板的是 從基因文庫中獲取目的基因 利用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因 反轉(zhuǎn)錄法 通過DNA合成儀利用化學(xué)方法人工合成DNAA B C D 解析 PCR技術(shù)利用的是DNA雙鏈復(fù)制原理 即將DNA雙鏈之間的氫鍵打開 變成單鏈DNA 作為聚合反應(yīng)的模板 反轉(zhuǎn)錄法是以目的基因轉(zhuǎn)錄成的信使RNA為模板 在反轉(zhuǎn)錄酶的作用下 先反轉(zhuǎn)錄形成互補(bǔ)的單鏈DNA 再合成雙鏈DNA 則均不需要模板 D 2014 甘肅蘭州一中高二檢測 獲取目的基因的方法有多種 下列不屬于目的基因獲取方法的是 A 從基因組文庫中獲取B 從cDNA文庫中獲取C 直接從受體細(xì)胞中獲取目的基因D 利用PCR技術(shù)獲取解析 應(yīng)該直接從供體細(xì)胞中獲取目的基因 C 基因表達(dá)載體的構(gòu)建 2 構(gòu)建方法 特別提醒啟動子和終止子 起始密碼子與終止密碼子的區(qū)別啟動子 起始密碼 子 終止子 終止密碼 子 1 啟動子和終止子都在DNA上 在遺傳信息轉(zhuǎn)錄時起作用 啟動子是啟動轉(zhuǎn)錄的開始 終止子是DNA分子上決定轉(zhuǎn)錄停止的一段DNA序列 其組成單位都是脫氧核苷酸 2 起始密碼子和終止密碼子都是mRNA上三個相鄰堿基 起始密碼子決定翻譯的開始 終止密碼子決定翻譯的停止 2014 聊城高二檢測 下列關(guān)于基因表達(dá)載體的構(gòu)建描述錯誤的是 A 基因表達(dá)載體的構(gòu)建是基因工程的核心B 基因表達(dá)載體的構(gòu)建包括目的基因 啟動子 終止子 標(biāo)記基因等部分C 目的基因主要是指編碼蛋白質(zhì)的基因D 構(gòu)建的基因表達(dá)載體都是相同的 解析 基因表達(dá)載體的構(gòu)建是基因工程的第二步 也是基因工程的核心 一個基因表達(dá)載體的組成除目的基因外還必須具有啟動子 終止子 標(biāo)記基因等部分 目的基因主要是指編碼蛋白質(zhì)的基因 由于受體細(xì)胞不同 基因表達(dá)載體的構(gòu)建也會有差別 不可能都是相同的 D 由于受體細(xì)胞有植物 動物 微生物之分 加上目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞的方法不同 因此 基因表達(dá)載體的構(gòu)建也會有差別 不可能千篇一律 2014 安徽屯溪一中高二質(zhì)檢 人們常選用的細(xì)菌質(zhì)粒分子往往帶有一個抗生素抗性基因 該抗性基因的主要作用是 A 提高受體細(xì)胞在自然環(huán)境中的耐藥性B 有利于對目的基因是否導(dǎo)入進(jìn)行檢測C 增加質(zhì)粒分子的分子量D 便于與外源基因連接解析 抗生素抗性基因為標(biāo)記基因 便于對目的基因是否導(dǎo)入進(jìn)行檢測 B 1 目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞的過程 目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞 2 不同受體細(xì)胞的常用導(dǎo)入方法 顯微注射法 Ca2 處理法 體細(xì)胞 受精卵 原核細(xì)胞 目的基因插入Ti質(zhì)粒的T DNA上 導(dǎo)入植物細(xì)胞 整合到受體細(xì)胞的DNA中 表達(dá) 目的基因表達(dá)載體提純 取卵 受精卵 顯微注射 受精卵發(fā)育 獲得具有新性狀的動物 Ca2 處理細(xì)胞 感受態(tài)細(xì)胞 表達(dá)載體與感受態(tài)細(xì)胞混合 感受態(tài)細(xì)胞吸收DNA分子 特別提醒目的基因能否穩(wěn)定遺傳的判斷目的基因能否在受體細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)定保存并表達(dá)的關(guān)鍵是目的基因是否插入到受體細(xì)胞染色體上的DNA分子中 圖中過程b與過程a相比 b會使目的基因的遺傳特性得以穩(wěn)定維持和表達(dá) 而a細(xì)胞分裂時 細(xì)胞質(zhì)是不均分的 子細(xì)胞不一定含有目的基因 2014 山東濟(jì)南高二檢測 農(nóng)桿菌是一種在土壤中生活的微生物 能在自然條件下感染植物 因而在植物基因工程中得到了廣泛的運用 如圖為農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法的示意圖 試回答下列問題 1 一般情況下農(nóng)桿菌不能感染的植物是 利用農(nóng)桿菌自然條件下感染植物的特點 能實現(xiàn) 具體原理是在農(nóng)桿菌的Ti質(zhì)粒上存在T DNA片段 它具有可轉(zhuǎn)移至受體細(xì)胞并整合到受體細(xì)胞 上的特點 因此只要將攜帶外源基因的DNA片段插入到 部位 即可 單子葉植物 目的基因?qū)胫参锛?xì)胞 染色體的DNA T DNA片段 內(nèi)部 2 根據(jù)T DNA這一轉(zhuǎn)移特點 推測該DNA片段上可能含有控制 酶 合成的基因 3 圖中c過程中 能促進(jìn)農(nóng)桿菌向植物細(xì)胞轉(zhuǎn)移的物質(zhì)是 類化合物 4 植物基因工程中除了農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法之外 還可采取 至少寫出兩種 DNA連接酶 限制酶 酚 基因槍法 花粉管通道法 解析 1 一般農(nóng)桿菌不能感染的植物是單子葉植物 可感染雙子葉植物和裸子植物 利用其感染性 可實現(xiàn)目的基因?qū)胫参锛?xì)胞 真正可轉(zhuǎn)移至受體細(xì)胞并整合到受體細(xì)胞染色體的DNA上的是農(nóng)桿菌T DNA片段 因此目的基因必須插入到該部位才能成功 2 根據(jù)T DNA這一轉(zhuǎn)移特點 可以推測該DNA片段能控制合成DNA連接酶 限制酶以實現(xiàn)與雙子葉植物細(xì)胞染色體DNA的整合 3 植物細(xì)胞受傷后可產(chǎn)生酚類物質(zhì) 促進(jìn)農(nóng)桿菌向植物細(xì)胞轉(zhuǎn)移 4 植物基因工程中除了農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法之外 還有基因槍法和花粉管通道法等 1 能促進(jìn)含目的基因的重組Ti質(zhì)粒轉(zhuǎn)入農(nóng)桿菌中的常用方法是什么 2 怎樣操作可促進(jìn)單子葉植物受農(nóng)桿菌的感染 提示 1 用Ca2 或CaCl2溶液 處理可增加農(nóng)桿菌細(xì)胞壁的通透性而達(dá)到促進(jìn)含目的基因的重組Ti質(zhì)粒轉(zhuǎn)入農(nóng)桿菌中的目的 2 可在單子葉植物受損處加涂酚類物質(zhì)來吸引更多的農(nóng)桿菌感染 下列關(guān)于目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞的描述不正確的是 A 基因槍法導(dǎo)入植物體細(xì)胞的方法比較經(jīng)濟(jì)有效B 顯微注射技術(shù)是轉(zhuǎn)基因動物中采用最多的方法C 大腸桿菌最常用的轉(zhuǎn)化方法是使細(xì)胞的生理狀態(tài)發(fā)生改變D 農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法是將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞最常用的方法解析 不同生物目的基因?qū)氲姆椒ú煌?每種方法都有利有弊 目的基因?qū)胫参锛?xì)胞常用的方法是農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法 該方法比較經(jīng)濟(jì)有效 基因槍法成本較高 目的基因?qū)雱游锛?xì)胞常用的方法是顯微注射法 大腸桿菌細(xì)胞最常用的轉(zhuǎn)化方法就是用鈣離子處理細(xì)胞 使細(xì)胞的生理狀態(tài)發(fā)生改變 完成轉(zhuǎn)化過程 A 目的基因的檢測與鑒定 目的基因是否進(jìn)入受體細(xì)胞 DNA分子雜交技術(shù) DNA和DNA之間 目的基因是否轉(zhuǎn)錄出mRNA 分子雜交技術(shù) DNA和mRNA之間 目的基因是否翻譯出蛋白質(zhì) 抗原 抗體雜交技術(shù) 是否成功顯示出雜交帶 包括抗蟲 抗病的接種實驗 以確定是否有抗性以及抗性的程度 基因工程產(chǎn)品與天然產(chǎn)品的活性比較 以確定功能是否相同 特別提醒在DNA分子 mRNA分子上檢測目的基因是否插入 目的基因是否轉(zhuǎn)錄時 所用的探針都是用放射性同位素等標(biāo)記的含有目的基因的單鏈DNA片段 回答有關(guān)基因工程的問題 1 構(gòu)建基因工程表達(dá)載體時 用不同類型的限制酶切割DNA后 可能產(chǎn)生黏性末端 也可能產(chǎn)生 末端 若要在限制酶切割目的基因和質(zhì)粒后使其直接進(jìn)行連接 則應(yīng)選擇能使二者產(chǎn)生 相同 不同 黏性末端的限制酶 平 相同 2 利用大腸桿菌生產(chǎn)人胰島素時 構(gòu)建的表達(dá)載體含有人胰島素基因及其啟動子等 其中啟動子的作用是 在用表達(dá)載體轉(zhuǎn)化大腸桿菌時 常用 處理大腸桿菌 以利于表達(dá)載體進(jìn)入 為了檢測胰島素基因是否轉(zhuǎn)錄出了mRNA 可用標(biāo)記的胰島素基因片段作探針與mRNA雜交 該雜交技術(shù)稱為 為了檢測胰島素基因轉(zhuǎn)錄的mRNA是否翻譯成 常用抗原 抗體雜交技術(shù) RNA聚合酶識別和結(jié)合的部位 Ca2 分子雜交技術(shù) 蛋白質(zhì) 解析 1 限制酶切割產(chǎn)生兩種末端 黏性末端和平末端 若用DNA連接酶連接兩個末端 兩個末端必須是相同的 2 基因工程檢測的方法 檢測目的基因是否導(dǎo)入 使用DNA分子雜交技術(shù) 檢測目的基因是否轉(zhuǎn)錄 使用分子雜交技術(shù) 檢測是否形成蛋白質(zhì) 使用抗原 抗體雜交技術(shù) 2014 陜西西安高二檢測 下列哪項表述說明了目的基因表達(dá)成功 A 用DNA探針檢測目的基因出現(xiàn)雜交帶B 用DNA探針檢測mRNA出現(xiàn)雜交帶C 用抗原 抗體雜交檢測蛋白質(zhì)出現(xiàn)雜交帶D 以上都不能說明解析 由于基因工程產(chǎn)生與天然產(chǎn)品的功能不一定相同 往往需要進(jìn)行活性的比較 才能確定功能程度 最終說明目的基因是否表達(dá)成功 D