基因工程的基本操作程序 学案

课题基因工程的基本操作程序

学习目标：简述基因工程的原理和技术。

理解基因操作的工具和基本程序及应用。

学习重点和难点：

重点：提取目的基因的方法。

难点：目的基因导入受体细胞的途径。

自学测评：

基因工程的基本操作程序主要包括4个步骤：①目的基因的；

②的构建；

③将目的基因；

<

④目的基因的。

一、目的基因的获取：

1、目的基因：符合人们需要的，编码蛋白质的。

2．获取目的基因的方法

（1）从基因文库中获取目的基因

①基因文库：将含有某种生物不同基因的许多，导人受体菌的群体中，各

个受体菌分别含有这种生物的不同基因，称为基因文库。

基因组文库：含有一种生物的基因

②种类

cDNA文库：含有一种生物的基因

③目的基因的获取

(

根据基因的有关信息：基因的序列、基因在上的位置、基因的产物mRNA、基因的产物蛋白质等特性获取目的基因。

（2）利用PCR技术扩增目的基因。

①PCR：是一项在生物体外特定DNA片段的核酸合成技术。

②过程：目的基因DNA受热形成，与结合，然后在____的作用

下进行延伸形成DNA。

③方式：指数扩增= （n为扩增循环的次数）

（3）化学方法人工合成：基因较，核苷酸序列。

二、基因表达载体的构建

1、表达载体的组成：目的基因+ + +标记基因+ 。

2、启动子：位于基因的，它是结合的部位，驱动基因转录产生mRNA。

3、终止子：位于基因的，终止。

4、标记基因：受体细胞是否含有目的基因。

5、表达载体的功能：使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且给下一代；使目的基因____和发挥作用。

6、不同的受体细胞及目的基因导入受体细胞的方法，基因表达载体的构建上也会有所差别。

三、将目的基因导入受体细胞

（一）转化：目的基因进人受体细胞内，并在受体细胞内维持稳定和的过程。

（二）方法

1、将目的基因导入植物细胞 （1）农杆菌转化法

① 农杆菌特点：易感染 植物和裸子植物，对___________植物没有感染力；Ti 质粒的 可转移至受体细胞，并整合到受体细胞的染色体上。 ② 转化：目的基因插人

??→?进入农杆菌→导入植物细胞→目的基因

整合到植物细胞染色体上→目的基因的遗传特性得以稳定维持和表达。 ~

（2）基因枪法:是 植物中常用的一种基因转化方法，但是成本较高。 （3）花粉管通道法

2．将目的基因导入动物细胞 （1）方法： 。 （2）操作程序：目的基因表达载体 →取 →显微注射→注射了目的基因的受精卵移植到_ ___性动物的 ____ _____内发育→新性状动物。 3．将目的基因导人微生物细胞

（1）原核生物特点：繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少等。 （2）转化：

处理细胞→

细胞→表达载体与感受态细胞混合→ ___

细胞吸收DNA 分子。

四、目的基因的检测与鉴定 合作探究、精讲点拨： 探究一 目的基因的获取 1、基因文库 ;

文库 文库2．原核细胞和真核细胞的基因结构

（1）原核细胞的基因结构

类型

…

步骤 检测内容

方法 结果显示 水平检测

第一步

目的基因是否进入受体细胞 是否成功显示出杂交带 )

第二步 目的基因是否转录出mRNA 是否成功显示出杂交带 第三步

目的基因是否翻译出蛋白质

是否成功显示出杂交带

、

水平鉴定

（2）真核细胞的基因结构

技术

原理：

前提：一段已知目的基因的核苷酸序列，以便根据这一序列合成

条件：、、、、过程：

￥

a．变性（℃）：目的基因DNA受热变性后接连为单链

b．退火（℃）：与单链相应互补序列结合

c．延伸（℃）：在的作用下进行延伸Taq酶的特点是。

PCR技术DNA复制

相同点原理%

DNA复制(碱基互补配对)

不同点解旋方式DNA在条件下变性解旋催化场所复制(PCR扩增仪)》

主要在内酶酶细胞内含有的

能量

/

结果

在短时间内形成大量的形成整个

探究二基因表达载体的构建

用一定的_________切割质粒，使其出现一个切口，露出____________。用______ _______切断目的基因，使其产生________________。将切下的目的基因片段插入质粒的____ __处，再加入适量_____ ______，形成了一个重组DNA分子（重组质粒）

探究三目的基因导入受体细胞---转化

细胞类型常用方法转化过程

~

植物细胞将目的基因插入Ti质粒的T-DNA上→转入农杆菌→导入植物细胞→整合到受体细胞的DNA上→表达

探究四目的基因的检测与鉴定——检查是否成功

问题1: 受体细胞摄入DNA分子后就说明目的基因完成了表达吗

问题2．试分析真核生物的基因导入细菌细胞后，不能正常发挥功效的可能原因有哪些

）

拓展提高、达标测评：

1．下列正确表示基因操作“四部曲”的是（）

A．提取目的基因→目的基因导入受体细胞→基因表达载体的构建→目的基因的检测和鉴定B．目的基因的检测和鉴定→提取目的基因→基因表达载体的构建→目的基因导入受体细胞C．提取目的基因→基因表达载体的构建→目的基因导入受体细胞→目的基因的检测和鉴定D．基因表达载体的构建→提取目的基因→目的基因导入受体细胞→目的基因的检测和鉴定2．下列不属于

．．．获得目的基因的方法的是（）A．利用DNA连接酶复制目的基因B．利用DNA聚合酶复制目的基因

C．从基因文库中获取目的基因D．利用PCR技术扩增目的基因

、

3．PCR技术扩增DNA，需要的条件是（）

①目的基因②高温③四种脱氧核苷酸④DNA聚合酶等⑤mRNA ⑥核糖体A．①②③④B．②③④⑤C．①③④⑤D．①②③⑥

4．根据mRNA的信息推出获取目的基因的方法是（）A．用DNA探针测出目的基因B．用mRNA探针测出目的基因

C．用mRNA反转录形成目的基因D．用PCR技术扩增mRNA

5．在已知某小片段基因碱基序列的情况下，获得该基因的最佳方法是（）

A．用mRNA为模板逆转录合成DNA

B．以4种脱氧核苷酸为原料人工合成

C．由蛋白质的氨基酸序列推测mRNA

$

D．将供体DNA片段转入受体细胞中，再进一步筛选

6、在基因工程中，把选出的目的基因（共1000个脱氧核苷酸对，其中腺嘌岭脱氧核苷酸是460个）放入DNA扩增仪中扩增4代，那么，在扩增仪中应放入胞嘧啶脱氧核苷酸的个数是( )

个个个个

7．下列不属于

．．．目的基因与运载体结合过程的是（）A．用一定的限制酶切割质粒露出黏性末端

B．用同种限制酶切割目的基因露出黏性末端

C．将切下的目的基因的片段插入到质粒切口处

D．将重组DNA导入受体细胞中进行扩增

8．下列哪项不是

．．基因表达载体的组成成分（）A．启动子B．终止密码子C．标记基因D．复制原点

'

9. 在基因表达载体的构建中，所需要的酶是（）

①限制酶②DNA连接酶③解旋酶④DNA聚合酶

A．①②B．①②③C．①②④D．①②③④

10．植物学家在培育抗虫棉时，对目的基因作适当修饰，使目的基因在棉花植株的整个生长发育期都表达，以防止害虫侵害，这种对目的基因所作的修饰发生在（）

A．终止子B．引物C．标记基因D．启动子

11．下列哪项不是

．．将目的基因导入植物细胞的方法（）A．基因枪法B．显微注射法C．农杆菌转化法D．花粉管通道法

12．在基因工程操作的基本步骤中，不进行

．．．碱基互补配对的是（）A．人工合成目的基因B．目的基因与载体结合

C．将目的基因导入受体细胞D．目的基因的检测与鉴定

:

13．将目的基因导入微生物细胞之前，要用Ca2+处理细胞，处理过的细胞叫（）A．感受态细胞B．敏感性细胞C．吸收性细胞D．接受细胞

14．农杆菌转化法转移目的基因进入受体细胞，目的基因的最终位置是（）A．Ti质粒上B．受体细胞染色体上C．裸露细胞核中D．存在细胞质中15．目的基因导入受体细胞后，是否可以稳定维持和表达其遗传特性，只有通过鉴定和检测才能知道。下列属于目的基因检测和鉴定的是（）

①检测受体细胞是否有目的基因②检测受体细胞是否有致病基因

③检测目的基因是否转录mRNA ④检测目的基因是否翻译蛋白质

A．①②③B．②③④C．①③④D．①②④

16．要检测目的基因是否成功地插入了受体DNA中，需要用基因探针，基因探针是指（）

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目的基因

C．合成β-球蛋白的DNA

D．合成苯丙羟化酶的DNA片段

17．（多选）用基因工程技术可使大肠杆菌合成人的蛋白质。下列叙述正确的是（）A．常用相同的限制性核酸内切酶处理目的基因和质粒

B．DNA连接酶和RNA聚合酶是构建重组质粒必须的工具酶

C．可用含抗生素的培养基检测大肠杆菌中是否导入了重组质粒

D．导入大肠杆菌的目的基因不一定能成功表达

18．（多选）我国科学家运用基因工程技术将苏云金芽孢杆菌的抗虫基因导入棉花细胞并成功表达，培育出了抗虫棉。下列叙述正确的是（）

A．基因非编码区对于抗虫基因在棉花细胞中的表达不可缺少

;

B．重组DNA分子中增加一个碱基对，可能导致毒蛋白的毒性丧失

C．抗虫棉的抗虫基因可通过花粉传递至近缘作物，从而造成基因污染

D．转基因棉花是否具有抗虫特性是可以通过检测棉花对抗生素抗性来确定的

19．（多选）科学家通过基因工程的方法，能使马铃薯块茎内含有人奶主要蛋白。以下有关该基因工程的叙述，正确的是( )

A．采用反转录的方法得到目的基因有内含子

B．基因非编码区对于目的基因在块茎中表达是不可缺少的

C．马铃薯的叶肉细胞可作为受体细胞

D．用同一种限制性内切酶，分别处理质粒和含目的基因的DNA，可产生黏性末端而形成重组DNA分子

20．人体受到病毒刺激后可以产生干扰素.干扰素分为α．β．γ三类.1980年生物学家成功地破译了α干扰素的全部遗传信息.并运用插入质粒的方法.用大肠杆菌生产.得到的干扰素可以用于治疗肝炎和肿瘤.回答下列问题:

(1)上述材料中涉及到的现代生物技术有.

…

(2)人体中能合成干扰素的细胞是，合成的场所是细胞中的.

(3)在利用大肠杆菌生产干扰素过程中，目的基因是，所用的运载体是

(4)目的基因在大肠杆菌中表达时必须经过和过程.

21．资料显示，近十年来，PCR技术（DNA聚合酶链式反应技术）成为分子生物实验的一种常规手段，其原理是利用DNA半保留复制的特性，在试管中进行DNA的人工复制（如下图），在很短的时间内，将DNA扩增几百万倍甚至几十亿倍，使分子生物实验所需的遗传物质不再受限于活的生物体。请据图回答：

（1）加热至94℃的目的是使DNA样品中的_______键断裂，该过程在生物体细胞内是通过__________酶的作用完成的。分析可知新合成DNA分子中A=T，C=G，这说明DNA分子的合成遵循______________________。

（2）与细胞内DNA复制相比，PCR技术所需要的DNA聚合酶的最适温度比较____________（高、低）。

（3）通过PCR技术使DNA分子大量复制时，若将一个用15N标记的模板DNA分子(第一代)放入试管中，以14N标记的脱氧核苷酸为原料，连续复制到第五代时，含15N标记的DNA 分子单链数占全部DNA总单链数的比例为。

（4）PCR技术不仅为遗传病的诊断带来了便利，而且改进了检测细菌和病毒的方法。若要检测一个人是否感染了艾滋病病毒，你认为可以用PCR扩增血液中的（）

A．白细胞DNA B．病毒蛋白质C．血浆抗体D．病毒核酸

22．下表中列出了几种限制酶识别序列及其切割位点，请回答下列问题：

（1）一个图1所示的质粒经SmaⅠ切割前后，分别含有个游离的磷酸基团。（2）若对图中质粒进行改造，插入的SmaⅠ酶切位点越多，其热稳定性越。（3）用图中的质粒和外源DNA构建重组质粒，不能使用SmaⅠ切割，原因是

。

（4）与只使用EcoR I相比较，使用BamH Ⅰ和Hind Ⅲ两种限制酶同时处理质粒、外源DNA 的优点在于可以防止。

（5）为了获取重组质粒，将切割后的质粒与目的基因片段混合，并加入酶。

（6）重组质粒中抗生素抗性基因的作用是为了。

（7）为了从cDNA文库中分离获取蔗糖转运蛋白基因，将重组质粒导入丧失吸收蔗糖能力的大肠杆菌突变体，然后在的培养基中培养，以完成目的基因表达的初步检测。