2019_2020学年高二苏教版生物选修三课件:1.1.2 获取目的基因、构建基因表达载体 .pdf
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1、第2课时 获取目的基因、构建基因表达载体 第一章 第一节 基因工程概述 学习导航 1.概述获取目的基因的方法,特别说明PCR的原理。 2.结合图110,说出基因表达载体的构建。 重难点击 获取目的基因的途径及基因表达载体的构建。 课堂导入 方式一方式一 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
2、, 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! 方式二方式二 师:出示我国有知识产权的转基因抗虫棉的培育图解: 问:转基因抗虫棉的培育需要哪些步骤? 学生看图并回答:首先要获得目的基因,其次将目的基因连接到Ti质粒 上,然后将重组的Ti质粒导入受体细胞,最后要重建转基因植物。 根据学生回答补充:还需检测抗虫基因是否已经进入棉花植株,并由此 引出基因工程的四部曲。 一、获取目的基因 内容索引 当堂检测 二、构建基因表达载体 一、获取目的基因 基因组文库:包含某种生物 的基因文库 部分基因文库:包含某种生物 的基因文
3、库 基础梳理 1.通过基因文库获取目的基因通过基因文库获取目的基因 (1)概念 先用 等方法将某种生物细胞的整个基因组DNA切割成大小合适的片 段,再将这些片段分别和 连接起来,导入受体菌的群体并 起 来,各个受体菌分别含有这种生物的 ,这个群体称为基因文库。 (2)种类 载体 酶切 储存 不同基因 全部基因 部分基因 2.通过通过PCR技术扩增目的基因技术扩增目的基因 (1)原理: 。 (2)基本过程 加入反应物质:在离心管中加入所需要的模板DNA、 、4种_ 以及 酶。 变性:加热至 左右,使DNA中的 键断裂,双链解开。 退火(复性):冷却到55 左右, 与单链DNA相应互补序列结合。
4、延伸:加热至72 左右,在 酶的作用下,沿模板延伸子 链,最终合成2条DNA分子。 DNA分子半保留复制 引物脱氧 核苷酸TaqDNA聚合 94 引物 TaqDNA聚合 氢 (3)若PCR过程中,扩增循环的次数是n,则目的基因的量将被扩增 倍。 (4)PCR技术中因为需要在高温下进行,因此TaqDNA聚合酶需要有什么 特性? 3.通过化学方法直接人工合成目的基因通过化学方法直接人工合成目的基因 如果目的基因较小, 又已知,可以通过DNA合成仪用化 学方法直接人工合成。 2n 答案 答案 具有热稳定性。 脱氧核苷酸序列 问题探究 1.从基因文库中获取目的基因 (1)cDNA文库是从某种生物的某一
5、细胞中提取出mRNA,经逆转录过程 获得的基因文库,为什么该基因文库仅含有该生物的部分基因? 答案 答案 答案 由于基因的选择性表达,某种生物的某一细胞中仅有部分基因 转录出mRNA,所以由该细胞中的mRNA逆转录得到的基因文库仅含该 生物的部分基因。 (2)结合概念,从范围上比较基因组文库和cDNA文库(部分基因文库)之间 的大小关系: 。 (3)基因文库的组建过程所包含基因工程的步骤 目的基因的获取:将某种生物体内的DNA全部提取出来,选用适当的 ,将DNA切成一定范围大小的 。 重组质粒的构建:将所获得的DNA片段分别与 连接起来。 目的基因导入受体细胞:将 导入受体菌的群体中储存。 基
6、因组文库cDNA文库 限制酶DNA片段 载体 重组质粒 比较项目DNA复制PCR技术 区 别 解旋方式_ 场所_ 酶_ 温度细胞内温和条件控制温度,需在较高温度下进行 结果合成DNA分子合成DNA片段或基因 2.PCR技术与DNA复制的比较 解旋酶催化DNA在高温下变性解旋 细胞内(主要在细胞核内)细胞外(主要在PCR扩增仪中) 解旋酶、DNA聚合酶热稳定的DNA聚合酶 联 系 (1)模板:均需要 作为模板 (2)原料:均为_ (3)酶:均需_ (4)引物:都需要引物,使DNA聚合酶从引物开始进行互补链 的合成 脱氧核苷酸双链 四种脱氧核苷酸 DNA聚合酶 两种人工合成目的基因的方法比较 (1
7、)逆转录法 主要用于相对分子质量较大而又不知其序列的基因,它是以目的基因的 mRNA为模板,借助逆转录酶合成碱基互补的单链DNA,然后在DNA聚 合酶的作用下合成双链DNA。其过程如下图: 归纳归纳 总结总结 (2)化学合成法 即依照某一蛋白质的氨基酸序列,通过密码子推算出其基因序列,然后直 接合成目的基因。其过程如下图: 由于真核细胞的基因含有不表达的DNA片段,不能直接用于基因的扩增和 表达,因此,在获取真核细胞中的目的基因时,一般是用人工合成目的基 因的方法。 拓展应用 1.为从根本上解决水稻中的高植酸问题,可将植酸酶基因导入水稻,培育 低植酸转基因水稻品种。下图是获取植酸酶基因的流程。
8、据图回答下列 问题: 解析 解析 B过程是以RNA为模板合成DNA的逆转录过程,需要的酶是逆转录酶; 目的基因和除可从构建的文库中分离外,还可以分别利用图中DNA和 cDNA为模板直接进行PCR扩增,该过程中所用酶的显著特点是耐高温。 (1)B过程需要的酶是_。 (2)图中基因组文库_ (填 “小于”“大于”或“等于”) cDNA文库。 (3)目的基因和除可从构建 的文库中分离外,还可以分别 利用图中_和_为模板直接进行PCR扩增,该过程中所用酶 的显著特点是_。 答案解析 逆转录酶 大于 DNAcDNA 耐高温 解析 解析 PCR技术扩增的原理是DNA半保留复制,需要耐高温的DNA聚合 酶催
9、化,并以脱氧核苷酸为原料。 一题多变一题多变 判断正误: (1)直接分离目的基因的方法其优点是操作简便,缺点是工作量大,具有 一定的盲目性( ) (2)由于真核细胞的基因含有不表达的DNA片段,一般使用人工合成 的方法( ) (3)目前人工合成目的基因的方法主要有两种,分别是逆转录法和化学合 成法( ) (4)PCR技术的原理是DNA复制,需要RNA聚合酶催化DNA合成( ) 答案 解析 易错辨析易错辨析 认清基因组文库法与逆转录法获取目的基因的不同认清基因组文库法与逆转录法获取目的基因的不同 (1)酶:前者需要限制酶;后者需要逆转录酶。 (2)原料:前者不需要原料;后者需要脱氧核苷酸。 (3
10、)结构:前者基因中含有启动子,能转录;后者基因中没有启动子, 只将编码序列导入受体细胞,故无法进行转录。 2.以下为形成cDNA(图中的单链DNA)过程和PCR扩增过程示意图。据图 分析,下列说法正确的是 A.催化过程的酶是RNA聚合酶 B.过程发生的变化是引物与单链DNA结合 C.催化过程的酶都是DNA聚合酶,都能耐高温 D.如果RNA单链中A与U之和占该链碱基含量的40%,则一个双链DNA中, A与U之和也占该DNA碱基含量的40% 答案解析 解析 解析 由题意可知,分别表示逆转录、DNA的复制、DNA 解链、引物结合到互补DNA单链及互补链的合成,B正确; 过程由逆转录酶催化完成,A错;
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