2017-2018学年同步备课套餐之生物北师大版选修3课件：第4章 第2节 第1课时

1、第1课时 目的基因的获得、基因表达载体的构建,第4章 第2节 基因工程的操作程序,目标导读 1.阅读教材P7274图文，掌握获取目的基因的两种方法。 2.结合教材P77图411，理解基因表达载体的构建过程。 重难点击 1.目的基因的含义及常用获取方法。 2.基因表达载体的构建。 3.大肠杆菌质粒DNA的提取。,课堂导入,抑制疾病传播的转基因蚊子 巴西等拉美国家深受致倦库蚊的危害。致倦库蚊可携带多种病毒和寄生虫，能够传播脑炎、丝虫等传染病，而这些传染病常年在拉美国家肆虐。为了抑制疾病的传播，巴西科学家培育出了一种转基因雄性致倦库蚊。科学家在雄性致倦库蚊体内植入一种特殊基因，当具该基因的转基因雄蚊与野生雌蚊交配时，这种基因可以进入雌蚊的基因组，并使雌蚊死亡，从而减少了该种蚊子的数量，达到抑制疾病传播的目的。怎样才能最终得到转基因雄蚊呢？让我们一起来学习基因工程的基本操作程序吧！,一、目的基因的获得,二、基因表达载体的构建,内容索引,当堂检测,一、目的基因的获得,1.目的基因：是指人们 的基因，如抗虫基因、抗病基因等。 2.获取目的基因的方法 (1)化学合成法 概念：利用 直接合成基因。 适

2、用条件：已知 的、相对分子质量 的目的基因。 仪器： 。 缺点：成本昂贵，不适用于序列未知的目的基因。,所需要的进行研究,化学反应,基础梳理,核苷酸序列,较小,DNA自动合成仪,(2)从基因组中直接分离法鸟枪法(如图所示),限制性内切酶,同样的限制性内切酶,连接酶,质粒转化细菌,克隆,(3)PCR扩增：在掌握了目的基因的部分或全部信息后，可以设计 ，利用 直接扩增目的基因。 (4)反转录法 以 为模板，借助 酶，通过PCR仪合成与mRNA序列互补的 片段，然后在 酶的作用下合成双链DNA，从而获得所需要的目的基因。,引物,DNA扩增仪(PCR仪),mRNA,反转录,DNA,DNA聚合,问题探究,如图表示基因工程中获取水稻某目的基因的不同方法。据图分析：,答案 三种方法分别是：反转录法、直接分离法和化学合成法，都是在体外进行的。,1.图示分别是哪种方法？是在体内还是体外进行的？,答案,3.三种方法获取的目的基因的碱基对的排列顺序都相同吗？,答案,答案 不都相同。方法b得到的是天然基因，方法a得到的目的基因和天然基因相比不含内含子，方法c得到的目的基因的碱基序列可能有多种。,2.三种方法都

3、需要酶，分别是哪些酶？,答案 方法a需要反转录酶和DNA聚合酶；方法b需要限制性内切酶；方法c需要DNA聚合酶。,拓展应用,1.下列获得目的基因的方法中需要模板链的是 化学合成法 鸟枪法 反转录法 PCR扩增目的基因 A. B. C. D.,解析 化学合成法是利用DNA自动合成仪合成已知核苷酸序列的较小的基因。鸟枪法是用很多个限制性内切酶去切割DNA获得目的基因，和化学合成法一样不需要模板。反转录法利用mRNA作为模板反转录出一条单链DNA，然后以这条单链的DNA为模板合成出双链的DNA，也是目的基因。PCR技术也需要模板。,答案,解析,2.下列属于PCR技术的条件的是 单链的脱氧核糖核苷酸序列引物 目的基因所在的DNA片段 脱氧核糖核苷酸 核糖核苷酸 DNA连接酶 DNA聚合酶 限制性内切酶 A. B. C. D.,答案,解析,解析 PCR技术需要一对引物，即一对单链的脱氧核糖核苷酸序列引物，正确； PCR技术需要模板，即目的基因所在的DNA片段，正确； 需要脱氧核糖核苷酸作为原料，正确； 核糖核苷酸是合成RNA的原料，而PCR合成的是DNA，错误； 采用PCR合成DNA时，不需要D

4、NA连接酶，而需要DNA聚合酶，错误、正确； 体外合成DNA时，不需要限制性内切酶，错误。,PCR技术的基本原理和过程 (1)原理：DNA双链复制。 (2)前提：有一段已知目的基因的核苷酸序列。 (3)过程 第一步：加热至9498 ，DNA解链为单链； 第二步：冷却至4060 ，引物结合到互补DNA链； 第三步：加热至72 左右，热稳定DNA聚合酶(TaqDNA酶)从引物起始进行互补链的合成。 如此重复循环多次。,(4)结果：每一次循环后，目的基因的量可以增加一倍，即成指数形式扩增(约为2n，n为扩增循环的次数)。,二、基因表达载体的构建,1.实验：大肠杆菌质粒DNA的提取 (1)实验原理,基础梳理,菌体,释放,上清液：_ 沉淀：_,染色体DNA,质粒DNA,(2)方法步骤 在超净工作台上(或在酒精灯旁)，取1 mL含质粒的大肠杆菌菌液，_ 于100 mL LB培养基中，于37 摇床振荡培养810 h，如无摇床可每0.5 h用手摇晃一次。 取1.4 mL菌液于1.5 mL EP管中，以10 000 rpm离心0.5 min，弃 。 加0.1 mL ，充分混合。 加入0.2 mL 轻轻翻

5、转混匀，静置5 min(溶液要现配现用)。 再加入0.15 mL ，轻轻翻转混匀，静置5 min。,接种,上清液,预冷的溶液,溶液,预冷溶液,以10 000 rpm离心20 min，取 于另一新EP管中。 加入等体积 的异丙醇或乙醇，混匀后静置于冰箱的冷冻室2030 min。 10 000 rpm离心15 min，弃上清液。待沉淀稍干后，溶于50 L蒸馏水中。 取两支试管，分别加入1 mL蒸馏水，其中的一支加入提取的质粒DNA溶液，向两支试管中各加入1 mL ，混匀后，放入沸水中加热5 min。 待试管冷却后，观察两支试管中溶液颜色的变化发现，加入提取的质粒DNA的溶液变 ，另一个不变色。,上清液,预冷,二苯胺,蓝,2.基因表达载体的构建 (1)构建基因表达载体的原因 单个基因或DNA片段导入另一生物体的细胞后，往往会被细胞内的 消灭掉，降低了目的基因的表达效率。 将目的基因和 一起进入受体细胞，可以保护目的基因不被受体细胞识别并破坏。,防御系统,运载体,(2)构建过程 酶切割质粒，使环状质粒出现一个切口，露出_ 。 用同样的 酶切割目的基因，暴露出两个与质粒相同的 。 用 酶使质粒和

6、目的基因结合成新的 分子表达载体。,用限制性内切,DNA,末端,限制性内切,DNA末端,DNA连接,环状质粒DNA,2.同一种限制性内切酶切割后的质粒和目的基因片段混合后，是不是一定是质粒和目的基因结合？,问题探究,结合右图重组质粒的构建过程分析：,1.图中和分别用到哪种酶？,答案 用限制性内切酶，用DNA连接酶。,答案 不一定。也可能发生质粒的自我环化或者目的基因的自我环化。,答案,3.重组质粒上除了具有目的基因外，为了方便监测和筛选，还应具备哪种基因？,答案 遗传报告基因。,答案,3.下列关于图中P、Q、R、S、G的描述，正确的是 A.P代表的是质粒RNA，S代表的是外源DNA B.Q表示限制性内切酶的作用，R表示RNA聚合酶的作用 C.G是RNA与DNA形成的重组质粒 D.G是转基因形成的重组质粒DNA,拓展应用,答案,解析,解析 质粒是很小的环状DNA分子，因此P是质粒DNA，S是外源DNA，G是质粒和外源DNA通过DNA连接酶连接而成的重组质粒；质粒和外源DNA需要经过同一种限制性内切酶切割出相同的黏性末端。,4.如图为基因表达载体的模式图，若结构X是表达载体所必需的，则X最

7、可能是 A.氨苄青霉素抗性基因 B.启动子 C.限制酶 D.DNA连接酶,答案,解析,解析 启动子是该表达载体所必需的，功能是启动 插入基因的转录过程。氨苄青霉素抗性基因可以作为报告基因，但不是必须用它作报告基因。限制酶和DNA连接酶都不是表达载体所需要的。,基因表达载体的构成,目的基因的获得,法,_ PCR仪扩增_ _,基因表达载体的构建,启动子 目的基因 终止子 报告基因,目的基因,从基因组中 直接分离法,课堂小结,化学合成,鸟枪法,反转录法,当堂检测,1.在基因工程技术中，下列方法与目的基因获得无关的是 A.辐射诱变法 B.从cDNA中获取 C.反转录法 D.人工合成法,2,3,4,5,1,答案,2.如图为用于基因工程的一个质粒示意图。用EcoR限制性内切酶切割目的基因和该质粒，再用DNA连接酶连接形成重组质粒，然后导入大肠杆菌，最后将大肠杆菌放在四种培养基中培养：a无抗生素的培养基，b含四环素的培养基，c含氨苄青霉素的培养基，d含四环素和氨苄青霉素的培养基。含重组质粒的大肠杆菌能生长的是,答案,2,3,4,1,5,A.a B.a和c C.a和b D.b和c,2,3,4,1,5,

8、3.不属于目的基因与运载体结合过程的是 A.用一定的限制性内切酶切割质粒，露出黏性末端 B.用同种限制性内切酶切割目的基因，露出黏性末端 C.将切下的目的基因插入质粒的切口处 D.将重组DNA引入到受体细胞中进行扩增,答案,4.下列哪项不是表达载体所必需的组成 A.目的基因 B.启动子 C.终止子 D.抗青霉素基因,2,3,4,1,答案,5,5.下面是将某细菌的基因A导入大肠杆菌内，制备“工程菌”的示意图。,2,3,4,1,5,请据图回答： (1)获得A有两条途径：一是以A的mRNA为模板，在_的催化下，合成互补的单链DNA，然后在_作用下合成双链DNA，从而获得所需基因；二是根据目标蛋白质的_序列，推测出相应的mRNA序列，然后按照碱基互补配对原则，推测其DNA的_序列，再通过化学方法合成所需基因。,反转录酶,答案,解析,DNA聚合酶,氨基酸,脱氧核糖核苷酸,解析 利用反转录法合成目的基因的过程是：以mRNA为模板，在反转录酶的催化作用下合成单链DNA，然后在DNA聚合酶的作用下，合成双链DNA分子；根据蛋白质工程合成目的基因的过程是：根据目标蛋白质的氨基酸序列，推测相应的mRNA序列，然后按照碱基互补配对原则，推测DNA中脱氧核糖核苷酸的排列顺序，通过化学方法合成。,2,3,4,1,5,(2)利用PCR技术扩增DNA时，需要在反应体系中添加的有机物质有_、_、4种脱氧核糖核苷酸和耐热性的DNA聚合酶，扩增过程可以在PCR扩增仪中完成。,解析 PCR过程中需要酶、底物、模板、引物等条件。,答案,解析,引物,模板(A基因),2,3,4,1,5,(3)由A和运载体B拼接形成的C通常称为_。,解析 目的基因和运载体结合，形成基因表达载体。,答案,解析,2,3,4,1,5,基因表达载体,

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