12_基因工程的基本操作程序1.ppt
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1、 1.2 基因工程的基本操作程序基因工程的基本操作程序 RNA聚合酶能够识别调控序列中的结合位点,并与聚合酶能够识别调控序列中的结合位点,并与 其结合。其结合。 转录开始后,转录开始后,RNA聚合酶沿聚合酶沿DNA分子移动,并以分子移动,并以 DNA分子的一条链为模板合成分子的一条链为模板合成RNA。 转录完毕后,转录完毕后,RNA链释放出来,紧接着链释放出来,紧接着RNA聚合酶聚合酶 也从也从DNA模板链上脱落下来。模板链上脱落下来。与与RNA聚合酶结合位点聚合酶结合位点原核原核细胞细胞的基的基因结因结构构编码区编码区非编码区非编码区(补充知识)基因的结构(补充知识)基因的结构1、原核细胞的
2、基因结构、原核细胞的基因结构非编码区非编码区非编码区非编码区编码区编码区编码区上游编码区上游 编码区下游编码区下游 启动子启动子终止子终止子能转录相应的信使能转录相应的信使RNA,能能编码蛋白质编码蛋白质 不能转录为信使不能转录为信使RNA,不能不能编码蛋编码蛋 白质白质有调控遗传信息表达的核苷酸序列,有调控遗传信息表达的核苷酸序列,在该序列中,在该序列中,最重要的是位于编码区最重要的是位于编码区上游的上游的RNA聚合酶结合位点聚合酶结合位点。启动子启动子2、真核细胞的基因结构、真核细胞的基因结构编码区编码区非编码区非编码区非编码区非编码区与与RNA聚合酶聚合酶结合位点结合位点内含子内含子 外
3、显子外显子 启动子启动子终止子终止子编码区上游编码区上游 编码区下游编码区下游 能能够编码蛋白质的序列够编码蛋白质的序列不能不能够编码蛋白质的序列够编码蛋白质的序列内含子内含子: 外显子外显子: 某生物体内某生物体内全部全部DNA 许多许多DNA片段片段受体菌群体受体菌群体限制酶限制酶与运载体连接与运载体连接 导入导入基因组文库基因组文库基因文库基因文库: 将含有某种生物不同基因的许多将含有某种生物不同基因的许多DNA片片段段,导入受体菌的群体中储存导入受体菌的群体中储存,各个受体菌分别各个受体菌分别含有这种生物的不同的基因含有这种生物的不同的基因基因文库基因文库如:如:cDNA文库文库某种生
4、物某个时期的某种生物某个时期的mRNAcDNA反转录反转录受体菌群体受体菌群体与运载体连接与运载体连接 导入导入cDNA文库文库 又称又称聚合酶链式反应聚合酶链式反应(polymerase chain reaction) 通过模拟体内通过模拟体内 DNA 复制的方式,在复制的方式,在体外选择性地将体外选择性地将 DNA 某个特殊区域扩某个特殊区域扩增出来的技术。增出来的技术。引物引物5533Mullis的构思的构思特定特定DNA片段片段5555333355335533利利用用PCR技术扩增目的基因技术扩增目的基因Taq DNA聚合酶(聚合酶(thermus aquaticus)酶活性酶活性(%
5、)温度温度()40 50 60 70 80 90 100100 80 60 40 20DNA聚合酶?聚合酶?耐热耐热 概念:概念:PCR全称为全称为_,是一项,是一项 在生物在生物_复制复制_的核酸合成技术的核酸合成技术 条件:条件:_、 _、_ 、 _.原理:原理:_方式:以方式:以_方式扩增,即方式扩增,即_(n为扩增为扩增循环循环的次数)的次数)聚合酶链式反应聚合酶链式反应体外体外特定特定DNA片段片段已知基因的核苷酸序列已知基因的核苷酸序列四种脱氧核苷酸四种脱氧核苷酸引引物物DNA聚合酶聚合酶指数指数2n DNA复制复制 在在TaqDNA聚合酶的作用下,以聚合酶的作用下,以dNTP为原
6、料,从引为原料,从引物的物的5端端3端延伸,合成与模板互补的端延伸,合成与模板互补的DNA链链 a.变性变性(9095):b.退火退火(5560):c.延伸延伸(7075):DNA模板解链模板解链引物与模板结合,形成局部双链引物与模板结合,形成局部双链 PCR技术与体内技术与体内DNA复制的区别:复制的区别:1. PCR不需要解旋酶;体内不需要解旋酶;体内DNA复制需要;复制需要; 2. PCR需要耐热的需要耐热的DNA聚合酶(常用聚合酶(常用TaqDNA聚合酶),而生物体内的聚合酶在聚合酶),而生物体内的聚合酶在高温时会变性;高温时会变性; 3. PCR一般要经历三十多次循环,而生物一般要经
7、历三十多次循环,而生物体内体内DNA复制受生物体遗传物质的控制。复制受生物体遗传物质的控制。 多聚酶链式反应多聚酶链式反应(PCR)是一种体外迅速扩增是一种体外迅速扩增DNA片片段的技术。段的技术。PCR过程一般经历下述三十多次循环:过程一般经历下述三十多次循环:95下使模板下使模板DNA变性、解链变性、解链55下复性(引物下复性(引物与与DNA模板链结合)模板链结合)72下引物链延伸(形成新下引物链延伸(形成新的脱氧核苷酸链)。下列有关的脱氧核苷酸链)。下列有关PCR过程的叙述中不过程的叙述中不正确的是(正确的是( ) A变性过程中破坏的是变性过程中破坏的是DNA分子内碱基对之间的分子内碱基
8、对之间的氢键,也可利用解旋酶实现氢键,也可利用解旋酶实现 B复性过程中引物与复性过程中引物与DNA模板链的结合是依靠碱模板链的结合是依靠碱基互补配对原则完成基互补配对原则完成 C延伸过程中需要延伸过程中需要DNA聚合酶、聚合酶、ATP、四种核糖、四种核糖核苷酸核苷酸 DPCR与细胞内与细胞内DNA复制相比所需要酶的最适温复制相比所需要酶的最适温度较高度较高C 为什么要构建基因文库?直接从含有目的基因的为什么要构建基因文库?直接从含有目的基因的生物体内提取不行吗?生物体内提取不行吗? 构建基因文库是获取目的基因的方法之一,并不是构建基因文库是获取目的基因的方法之一,并不是唯一的方式。如果所需要的
9、目的基因序列已知,就可唯一的方式。如果所需要的目的基因序列已知,就可以通过以通过PCRPCR方式从含有该基因的生物的方式从含有该基因的生物的DNADNA中,直接获中,直接获得,也可以通过反转录,用得,也可以通过反转录,用PCRPCR方式从方式从mRNAmRNA中获得,中获得,不一定要构建基因文库。不一定要构建基因文库。 但如果所需要的目的基因的序列完全不知,或只但如果所需要的目的基因的序列完全不知,或只知道目的基因序列的一段,或想从一种生物体内获得知道目的基因序列的一段,或想从一种生物体内获得许多基因,或者想知道这种生物与另一种生物之间有许多基因,或者想知道这种生物与另一种生物之间有多少基因不
10、同,或者想知道一种生物在个体发育的不多少基因不同,或者想知道一种生物在个体发育的不同阶段表达的基因有什么不同,或者想得到一种生物同阶段表达的基因有什么不同,或者想得到一种生物的全基因组序列,往往就需要构建基因文库。的全基因组序列,往往就需要构建基因文库。依据:目的基因的有关信息依据:目的基因的有关信息 如:根据基因的核苷酸序列如:根据基因的核苷酸序列 基因的功能基因的功能 基因在染色体上的位置基因在染色体上的位置 基因的转录产物基因的转录产物mRNA 基因翻译产物蛋白质等特性基因翻译产物蛋白质等特性例:根据基因的部分核苷酸序列找到目的基因例:根据基因的部分核苷酸序列找到目的基因第一步,通过第一
11、步,通过PCR方法将目的基因已知的部分核苷酸方法将目的基因已知的部分核苷酸序列扩增出来,进行放射性同位素标记。序列扩增出来,进行放射性同位素标记。第二步,将基因文库中的所有菌落转移至硝酸纤维膜第二步,将基因文库中的所有菌落转移至硝酸纤维膜上。然后,通过处理溶解消化掉细菌中的蛋白质,并上。然后,通过处理溶解消化掉细菌中的蛋白质,并使使DNA固定在膜上。固定在膜上。第三步,按第三步,按DNA杂交的方法进行杂交。杂交的方法进行杂交。第四步,在第四步,在X光底片上出现黑斑的菌落,这表明这个光底片上出现黑斑的菌落,这表明这个菌落中含有所需要的目的基因。菌落中含有所需要的目的基因。第五步,从该菌落中再提取
12、目的基因。第五步,从该菌落中再提取目的基因。PCR技术扩增技术扩增DNA,需要的条件是(需要的条件是( ) 目的基因目的基因 引物引物 四种脱氧核苷酸四种脱氧核苷酸DNA聚合酶等聚合酶等 mRNA 核糖体核糖体A、 B、C、 D、A获取目的基因的方法有多种,下列获取目的基因的方法有多种,下列不属于目的基因获取方法的是()不属于目的基因获取方法的是()A A、从基因组文库中获取、从基因组文库中获取B B、从从cDNAcDNA文库中获取文库中获取 C C、从含目的基因生物细胞中获取、从含目的基因生物细胞中获取D D、利用、利用PCRPCR技术获取技术获取C二、二、基因表达载体的构建基因表达载体的构
13、建基因工程的核心基因工程的核心目的:目的:组成:组成:1、使目的基因在受体细胞中稳定存在,、使目的基因在受体细胞中稳定存在,且可以遗传给下一代,且可以遗传给下一代,2、使、使目的基因能够表达和发挥作用。目的基因能够表达和发挥作用。它们各自它们各自的作用是的作用是什么什么?目的基因目的基因+启动子启动子+终止子终止子+标记基因标记基因+复制原点复制原点 位于基因的首端的一段特殊的位于基因的首端的一段特殊的DNA片断,是片断,是RNA聚合酶识别和聚合酶识别和结合的部位,有了它才能驱动基结合的部位,有了它才能驱动基因转录出因转录出mRNA,最终获得蛋白,最终获得蛋白质,但启动子本身不被转录质,但启动
14、子本身不被转录启动子:启动子:终止子:终止子: 位于基因的尾端的一段特殊的位于基因的尾端的一段特殊的DNA片断,能终止片断,能终止mRNA的转录的转录 鉴别受体细胞中是否含有目的基因,鉴别受体细胞中是否含有目的基因,从而将有目的基因的细胞筛选出来从而将有目的基因的细胞筛选出来标记基因:标记基因: 有时需要确定目的基因表达的产物存在于有时需要确定目的基因表达的产物存在于细胞的什么部位,往往要加上可以标识存在细胞的什么部位,往往要加上可以标识存在部位的基因(或做成目的基因与标识基因的部位的基因(或做成目的基因与标识基因的融合基因),如绿色荧光蛋白基因等。融合基因),如绿色荧光蛋白基因等。外源基因外
15、源基因抗Amp抗Tet抗抗AmpAmp抗抗AmpAmp抗抗TetTet抗抗TetTet重组重组DNADNA空载体空载体不含有载体或不含有载体或重组重组DNADNA 质粒的多克隆位点整质粒的多克隆位点整合在合在lacZ基因中,在多基因中,在多克隆位点插入外源目的克隆位点插入外源目的基因,破坏了基因,破坏了lacZ基因基因的结构,大肠杆菌形成的结构,大肠杆菌形成白色的克隆。白色的克隆。 否则形成蓝色克隆。否则形成蓝色克隆。 2008年诺贝尔化学奖授予了年诺贝尔化学奖授予了“发现和发展了水母发现和发展了水母绿色荧光蛋白绿色荧光蛋白“的三位科学家。将绿色荧光蛋白的三位科学家。将绿色荧光蛋白基因的片段与
16、目的基因连接起来组成一个融合基基因的片段与目的基因连接起来组成一个融合基因,再将该融合基因转入真核生物细胞内,表达因,再将该融合基因转入真核生物细胞内,表达出的蛋白质就会带有绿色荧光。绿色荧光蛋白在出的蛋白质就会带有绿色荧光。绿色荧光蛋白在该研究中的主要作用是该研究中的主要作用是 A追踪目的基因在细胞内的复制过程追踪目的基因在细胞内的复制过程 B追踪目的基因插入到染色体上的位置追踪目的基因插入到染色体上的位置 C. 追踪目的基因编码的蛋白质在细胞内的分布追踪目的基因编码的蛋白质在细胞内的分布 D追踪目的基因编码的蛋白质的空间结构。追踪目的基因编码的蛋白质的空间结构。C三、将三、将目的基因导入受
17、体细胞目的基因导入受体细胞转化转化 目的基因进入目的基因进入_内,并且在内,并且在 受体细胞内维持受体细胞内维持_和和_的过程的过程受体细胞受体细胞稳定稳定表达表达1.将目的基因导入植物细胞将目的基因导入植物细胞农杆菌转化法农杆菌转化法基因枪法基因枪法花粉管通道法花粉管通道法2.将目的基因导入动物细胞将目的基因导入动物细胞显微注射技术显微注射技术3.将目的基因导入微生物细胞将目的基因导入微生物细胞Ca2+处理处理1、将目的基因导入植物细胞的方法:农杆菌转化法、将目的基因导入植物细胞的方法:农杆菌转化法(1)农杆菌介绍:)农杆菌介绍:(2)原理)原理(3)适)适用范围用范围感染双子叶植物和裸子植
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