高考生物一轮复习 专题 基因工程 新人教版选修精选文档.ppt

高考生物一轮复习高考生物一轮复习 专专题题 基因工程课件基因工程课件 新新人教版选修人教版选修本讲稿第一页，共四十八页选修3现代生物科技专题本讲稿第二页，共四十八页观考情考纲考频1.基因工程的诞生()2.基因工程的原理及技术()3年10考3.基因工程的应用()3年8考4.蛋白质工程()3年1考5.DNA的粗提取与鉴定(实验)3年3考专题专题1基因工程基因工程本讲稿第三页，共四十八页一、基因工程的工具1限制酶(1)存在：主要从中分离纯化。(2)作用：识别 ，并且使特定部位的断开。(3)形成类型：产生 和 两种形式。原核生物原核生物双链双链DNA中某种特定核苷酸序列中某种特定核苷酸序列核苷酸之间的磷酸二酯键核苷酸之间的磷酸二酯键黏性末端黏性末端平末端平末端本讲稿第四页，共四十八页2DNA连接酶(2)功能：将双链DNA片段“缝合”起来，恢复被限制酶切开的两个核苷酸间的 。磷酸二酯键磷酸二酯键本讲稿第五页，共四十八页3载体(1)条件：能在受体细胞中复制并稳定保存；具有一至多个_；具有。(3)作用：。(4)特点：可在细胞中 或整合到 上随染色体DNA进行同步复制。限制酶切点限制酶切点标记基因标记基因携带外源携带外源DNA片段进入受体细胞片段进入受体细胞自我复制自我复制染色体染色体DNA本讲稿第六页，共四十八页二、基因工程的操作程序1获取目的基因(1)目的基因：主要指编码蛋白质的基因。本讲稿第七页，共四十八页2基因表达载体的构建基因工程的核心(1)目的：使目的基因在受体细胞中 ，并且可以_，同时使目的基因能够表达和发挥作用。(2)基因表达载体组成：目的基因启动子终止子标记基因。启动子：，能驱动基因转录出mRNA。终止子：使转录终止的一段有特殊结构的DNA短片段。标记基因：作用是鉴定受体细胞中是否含有 。稳定存在稳定存在遗传给下一代遗传给下一代RNA聚合酶识别和结合部位聚合酶识别和结合部位目的基因目的基因本讲稿第八页，共四十八页3将目的基因导入受体细胞本讲稿第九页，共四十八页4.目的基因的检测与鉴定三、基因工程的应用与蛋白质工程1转基因生物(1)概念：是指利用基因工程技术导入 培育出的能够将新性状稳定地遗传给后代的基因工程生物。(2)优点：运用基因工程改良动植物品种最突出的优点是能打破常规育种难以突破的 。外源基因外源基因物种之间的界限物种之间的界限本讲稿第十页，共四十八页2基因工程的应用(1)动物基因工程：用于提高动物生长速度从而提高产品 ；用于改善畜产品品质；用转基因动物生产；用转基因动物作器官移植的等。(2)植物基因工程：培育抗虫转基因植物、抗病转基因植物和抗逆转基因植物；利用转基因改良植物的 。(3)基因诊断：又称为DNA诊断，是采用的方法来判断患者是否出现了基因异常或携带病原体。(4)基因治疗：指利用 置换或弥补缺陷基因的治疗方法。实例：ADA基因缺陷症的基因治疗。产量产量药物药物供体供体品质品质基因检测基因检测正常基因正常基因本讲稿第十一页，共四十八页3蛋白质工程(1)概念：以蛋白质分子的结构规律及其与 作为基础，通过 ，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需求。(2)基本途径：预期蛋白质功能设计预期的蛋白质结构推测应有的 序列找到对应的序列(基因)。生物功能的关系生物功能的关系基因修饰或基因合成基因修饰或基因合成氨基酸氨基酸脱氧核苷酸脱氧核苷酸本讲稿第十二页，共四十八页1判断关于基因工程工具及基本操作过程说法的正误。(1)限制性核酸内切酶、DNA连接酶和质粒是基因工程中常用的三种工具酶()(2)DNA连接酶能将两碱基间通过形成氢键连接起来()(3)Ecoli DNA连接酶既可以连接平末端，又可以连接黏性末端()(4)载体的作用是携带目的基因导入受体细胞中，使之稳定存在并表达()(5)质粒是小型环状DNA分子，是基因工程常用的载体()(6)检测目的基因是否导入受体细胞可用抗原抗体杂交技术()(7)目的基因导入双子叶植物一般采用农杆菌转化法()本讲稿第十三页，共四十八页2判断关于基因工程的应用及蛋白质工程说法的正误。(1)蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作，定向改变分子的结构()(2)蛋白质工程可按照人的意愿生产出自然界中不存在的蛋白质()(3)基因治疗是把正常基因导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的()(4)利用PCR技术能合成目的基因()(5)利用乳腺生物反应器能够获得一些重要的医药产品，如人的血清白蛋白，这是因为将人的血清白蛋白基因导入了动物的乳腺细胞中()本讲稿第十四页，共四十八页1“分子手术刀”限制性核酸内切酶(限制酶)(1)存在：主要存在于原核生物中。(2)特性：一种限制酶只能识别一种 ，并且能在 切割DNA分子。基因工程的操作工具分析基因工程的操作工具分析 特定的核苷酸序列特定的核苷酸序列特定的切点上特定的切点上本讲稿第十五页，共四十八页(4)切割后末端的种类：DNA分子经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有两种形式 和平末端。黏性末端黏性末端本讲稿第十六页，共四十八页2分子缝合针DNA连接酶(1)常用的种类：Ecoli DNA连接酶和T4DNA连接酶。本讲稿第十七页，共四十八页(2)作用：把两个DNA片段的“缝隙”(末端)连接起来。(3)作用实质：使两个DNA单链末端之间形成 而连接成一个DNA分子。3分子的运输车载体(1)载体的作用：载体是基因运输工具，在基因操作过程中，使用载体有两个目的：一是用它作为运载工具，将目的基因送到宿主细胞中；二是利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量。(2)载体的种类：目前，基因工程中经常使用的载体主要有细菌的、噬菌体、动植物病毒几类。(3)载体具备的条件能在宿主细胞内 并 。有 限制酶切割位点，以便与外源基因连接。具有某些 ，以便进行筛选。磷酸二酯键磷酸二酯键复制复制质粒质粒稳定保存稳定保存大量复制大量复制多个多个遗传标记基因遗传标记基因本讲稿第十八页，共四十八页本讲稿第十九页，共四十八页1(2015年武汉调研)下图是利用基因工程方法培育抗虫棉的过程。请回答相关问题：(1)从苏云金芽孢杆菌的DNA上获取抗虫基因，需要用到的工具是_，此工具主要是从_生物中分离纯化出来的，它能够识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的两个脱氧核苷酸之间的_键断开。(2)构建重组质粒时，常用Ti质粒作为载体，是因为Ti质粒上具有_，它能把目的基因整合到受体细胞_。本讲稿第二十页，共四十八页(3)E过程是利用_技术完成的，要确定抗虫基因导入棉花细胞后，是否赋予了棉花抗虫特性，在个体水平上还需要做_实验。(4)将目的基因导入植物细胞，除采用上图中的方法外，还可采用_法和花粉管通道法。解析：(1)限制酶用于切割DNA分子，获取目的基因。限制酶主要从原核生物细胞中获取。限制酶可断裂磷酸二酯键，将DNA分子切开。(2)Ti质粒是可转移的DNA，其上TDNA可以整合到受体细胞的染色体DNA上，故将目的基因借助Ti质粒导入受体细胞中。(3)E过程利用了植物组织培养技术。可把害虫接种到转基因植株上，以检测转基因植株的抗虫基因是否正常表达。答案：(1)限制酶原核磷酸二酯(2)TDNA染色体DNA(3)植物组织培养抗虫的接种(4)基因枪本讲稿第二十一页，共四十八页1目的基因的获取(1)目的基因的获取方法从 中获取，包括从供体细胞直接获取和从基因文库中获取。人工合成，包括 和。(2)扩增目的基因PCR技术的原理：DNA双链复制。PCR过程：加热至9095，DNA解链冷却到5560，引物结合到互补DNA链加热至7075，DNA聚合酶从引物起始进行互补链的合成。基因工程的基本操作程序基因工程的基本操作程序 生物材料生物材料反转录法反转录法化学合成法化学合成法本讲稿第二十二页，共四十八页(3)基因文库、基因组文库、cDNA文库的概念及作用基因组文库：含有一种生物的。cDNA文库：含有一种生物的，一般由mRNA逆转录而来。基因文库包括基因组文库和cDNA文库。作用：有了基因文库，就可随时从中提取所需要的目的基因，导入受体细胞使之表达。全部基因全部基因部分基因部分基因本讲稿第二十三页，共四十八页2基因表达载体的构建(1)基因表达载体的组成：一段有特殊结构的DNA片段，位于基因的首端。它是RNA聚合酶识别、结合的部位。终止子：一段有特殊结构的DNA短片段，位于基因的尾端。作用是使 停止。标记基因：一般为抗生素 或荧光基因等，其作用是鉴别受体细胞中是否含有 (目的基因是否导入成功)。启动子启动子转录过程转录过程抗性基因抗性基因目的基因目的基因本讲稿第二十四页，共四十八页(2)基因表达载体的构建方法3将目的基因导入受体细胞(1)转化的概念：目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内_和 的过程。(2)转化实质：目的基因整合到受体细胞 中。维持稳定维持稳定表达表达基因组基因组本讲稿第二十五页，共四十八页4目的基因的检测和鉴定本讲稿第二十六页，共四十八页易错易混(1)只有第三步将目的基因导入受体细胞不需碱基互补配对，其余三个步骤都涉及碱基互补配对。(2)工具酶只有两种：限制酶在操作程序1、2中用到且要求用同一种，目的是产生相同的黏性末端；DNA连接酶只在操作程序2中用到。(3)目的基因的插入位点不是随意的，基因表达需要启动子与终止子的调控，所以目的基因应插入启动子与终止子之间的部位。(4)农杆菌转化法原理：农杆菌易感染植物细胞，并将其Ti质粒上的TDNA转移并整合到受体细胞染色体DNA上。本讲稿第二十七页，共四十八页2在培育转基因植物的研究中，卡那霉素抗性基因(kan)常作为标记基因，只有含卡那霉素抗性基因的细胞才能在卡那霉素培养基上生长。如图为获得抗虫棉的技术流程。请据图回答：本讲稿第二十八页，共四十八页(1)基因工程的基本操作程序主要包括四个步骤：目的基因的获取、_、将目的基因导入受体细胞、_。(2)A过程需要的酶有_和_。(3)要把重组质粒导入土壤农杆菌，首先必须用_处理土壤农杆菌，使土壤农杆菌转变为_态；然后将_在缓冲液中混合培养完成转化过程。(4)含有重组质粒的土壤农杆菌侵染离体棉花叶片组织后，将离体棉花叶片组织培养成再生植株要经过C_和E_。如要确保再生植株中含有抗虫基因，可在C过程的培养基中加入_。(5)目的基因能否在棉花植株体内维持和表达其遗传特性的关键是_。这需要通过检测才能知道，检测采用的方法是_。本讲稿第二十九页，共四十八页解析：(1)基因工程的基本操作程序主要包括四个步骤：目的基因的获取、基因表达载体的构建、将目的基因导入受体细胞、目的基因的检测与鉴定。(2)基因表达载体构建过程中，需要用同种限制酶切割目的基因和载体，使它们产生相同的黏性末端，再用DNA连接酶把这两个DNA片段连接起来。(3)农杆菌转化法导入目的基因时，首先必须用Ca2处理土壤农杆菌，使土壤农杆菌转变为感受态；然后将重组质粒和感受态细胞在缓冲液中混合培养完成转化过程。(4)植物组织培养过程的关键步骤是脱分化和再分化。因为只有含卡那霉素抗性基因的细胞才能在卡那霉素培养基上生长，故若要确保再生植株中含有抗虫基因，可在C过程的培养基中加入卡那霉素。(5)目的基因能否在棉花植株体内维持和表达其遗传特性的关键是目的基因是否插入受体细胞的DNA分子上，检测采用的方法是DNA分子杂交技术。本讲稿第三十页，共四十八页答案：(1)基因表达载体构建目的基因的检测与鉴定(2)限制酶DNA连接酶(3)Ca2感受重组质粒和感受态细胞(4)脱分化再分化卡那霉素(5)目的基因是否插入受体细胞的DNA分子上DNA分子杂交技术本讲稿第三十一页，共四十八页1乳腺生物反应器与工程菌生产药物的比较(1)含义：乳腺生物反应器是指使外源基因在哺乳动物的乳腺中特异表达，利用动物的乳腺组织生产药物蛋白。工程菌是指用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的菌类细胞株系。基因工程的应用及蛋白质工程基因工程的应用及蛋白质工程 本讲稿第三十二页，共四十八页(2)两者区别：本讲稿第三十三页，共四十八页本讲稿第三十四页，共四十八页2.蛋白质工程与基因工程的比较本讲稿第三十五页，共四十八页本讲稿第三十六页，共四十八页3.基因诊断与基因治疗本讲稿第三十七页，共四十八页易错易混(1)Bt毒蛋白基因编码的Bt毒蛋白并无毒性，进入昆虫消化道被分解成多肽后产生毒性。(2)青霉素是诱变后的高产青霉菌产生的，不是通过基因工程改造的工程菌产生的。(3)动物基因工程的应用主要体现在提高动物生长速度；改善畜产品品质、用转基因动物生产药物等方面。本讲稿第三十八页，共四十八页3为探究SHH基因与角化囊肿发生的相关性，科研人员利用SHH基因的非模板链转录合成的RNA作为探针，进行分子杂交实验，以检测SHH基因在角化囊肿中的表达情况。其基本流程如下图：(Amp表示氨苄青霉素抗性基因；LacZ基因被SHH基因插入后不表达)本讲稿第三十九页，共四十八页请回答：(1)重组载体中SHH基因转录合成RNA探针时，_(填“需要”或“不需要”)启动子。(2)步骤中，用Ca2处理大肠杆菌，使之成为_细胞，然后导入重组载体。实验中，用添加氨苄青霉素的培养基培养大肠杆菌，未导入质粒的细菌将会死亡，原因是这些细菌不含有_基因。(3)能表达LacZ基因的大肠杆菌在含有IPTG和Xgal的培养基上会形成蓝色菌落，易于识别。根据上述原理可以初步判断_(填“蓝色”或“白色”)菌落中的大肠杆菌为重组菌。(4)将制备的探针加入角化囊肿切片中，探针将与_形成杂交带，进而判断SHH基因的转录情况。本讲稿第四十页，共四十八页解析：(1)重组载体中SHH基因表达需要启动子。(2)大肠杆菌细胞用Ca2处理后就成为感受态细胞。能在添加氨苄青霉素的培养基上生存的细菌含有氨苄青霉素抗性基因，没有氨苄青霉素抗性基因的细菌将会死亡。(3)能表达LacZ基因的大肠杆菌在含有IPTG和Xgal的培养基上会形成蓝色菌落，重组菌中LacZ基因被SHH基因插入后不表达，重组菌在含有IPTG和Xgal的培养基上会形成白色菌落。(4)判断SHH基因的转录情况，也就是判断SHH基因是否转录出mRNA。答案：(1)需要(2)感受态Amp(或氨苄青霉素抗性或抗性)(3)白色(4)SHH转录的mRNA 本讲稿第四十一页，共四十八页例1(2015年唐山模拟)如图是从酵母菌获取某植物需要的某种酶基因的流程，结合所学知识及相关信息回答下列问题：基因工程的原理和技术基因工程的原理和技术 本讲稿第四十二页，共四十八页(1)图中cDNA文库_基因组文库(填“大于”“等于”或“小于”)。(2)过程提取的DNA需要_的切割，B过程是_。(3)为在短时间内大量获得目的基因，可用_扩增的方法。目的基因获取之后，需要进行_，其组成必须有_以及标记基因等，此步骤是基因工程的核心。(4)将该目的基因导入某双子叶植物细胞，常采用的方法是_，其能否在此植物体内稳定遗传可以用_技术进行检测。本讲稿第四十三页，共四十八页解析(1)cDNA文库小于基因组文库。(2)提取目的基因需要限制酶，逆转录法获得目的基因需要逆转录酶。(3)短时间内大量获得目的基因，可用PCR技术扩增的方法。基因表达载体的组成必须有目的基因、标记基因、启动子和终止子，基因表达载体的构建是基因工程的核心。(4)将目的基因导入某双子叶植物细胞常采用的方法是农杆菌转化法，目的基因只有整合到植物细胞的染色体上才能在植物体内稳定遗传，可通过DNA分子杂交的方法对目的基因是否整合到染色体上进行检测。答案(1)小于(2)限制酶反转录(或逆转录)(3)PCR技术基因表达载体的构建启动子、终止子、目的基因(4)农杆菌转化法DNA分子杂交本讲稿第四十四页，共四十八页例2菊天牛是菊花的主要害虫之一。科研人员将抗虫基因转入菊花，培育出抗虫菊花。下图是获得转基因菊花的技术流程，请据图回答：基因工程的应用基因工程的应用 注：卡那霉素抗性基因(kanR)作为标记基因，菊花叶片对卡那霉素高度敏感本讲稿第四十五页，共四十八页(1)为了促进土壤农杆菌吸收重组质粒，可用_处理土壤农杆菌，使其处于感受态。(2)将重组质粒导入土壤农杆菌的目的是利用农杆菌能够_的特点，使目的基因进入受体细胞中，并插入到菊花细胞的_上，最终形成转基因植株。(3)将愈伤组织转移到添加一定浓度植物激素和_的培养基中，在适宜条件下进行培养，筛选转基因菊花。(4)用PCR方法检测转基因菊花是否含有目的基因时，需根据_的核苷酸序列设计特异引物，以_为模板进行第一轮扩增。本讲稿第四十六页，共四十八页(5)将转基因菊花嫩茎及叶片与人工饲料以适当比例混合后饲喂菊天牛2龄幼虫，实验结果如下表所示。对照组应饲喂等量的_。据表分析，_差异显著，说明转基因菊花对菊天牛2龄幼虫有较强的毒杀作用。本讲稿第四十七页，共四十八页解析(1)用Ca2处理土壤农杆菌，使其处于感受态，易于吸收外源重组DNA分子。(2)农杆菌能够感染植物细胞，并将TDNA转移至受体细胞中，并插入到受体细胞的染色体DNA上，利用这个特点实现导入目的基因。(3)利用添加卡那霉素的培养基可以筛选含卡那霉素抗性基因的转基因植株。(4)用PCR方法检测转基因菊花是否含有目的基因时，需根据目的基因的核苷酸序列设计特异引物，以含目的基因的菊花DNA为模板进行第一轮扩增。(5)本实验分对照组和实验组，对照组饲喂等量的非转基因菊花嫩茎及叶片与人工饲料混合物，实验组饲喂转基因菊花嫩茎及叶片与人工饲料混合物，通过实验组与对照组死亡率比较说明转基因菊花对菊天牛2龄幼虫是否有毒杀作用。答案(1)Ca2(或“CaCl2”)(2)感染菊花(或“植物”)细胞，并将TDNA转移至受体细胞染色体DNA(3)卡那霉素(4)抗虫基因(目的基因)转基因菊花的DNA(或“含目的基因的菊花DNA”)(5)非转基因菊花嫩茎及叶片与人工饲料混合物实验组与对照组死亡率 本讲稿第四十八页，共四十八页