12基因工程的基本操作程序.pptx
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1、根据基因工程的有关知识,回答下列问题:(1)限制性限制性核酸核酸内切内切酶切割酶切割DNA分子后产生的片段分子后产生的片段,其末端其末端类型类型有有_和和_。(2)质粒运载体用质粒运载体用EcoR切割后产生的片段如下切割后产生的片段如下:AATTCGGCTTAA为使运载体与目的基因相连为使运载体与目的基因相连,含有目的基因的含有目的基因的DNA除可用除可用EcoR切割外切割外,还可用另一种限制性内切酶切割还可用另一种限制性内切酶切割,该酶必须该酶必须具有的特点具有的特点是是_。(3)按其来源不同按其来源不同,基因工程中所使用的基因工程中所使用的DNA连接酶有两类连接酶有两类,即即_DNA连接酶
2、连接酶和和_DNA连接酶。连接酶。(4)基因工程中除质粒外基因工程中除质粒外, _ 和和_也也可作为运可作为运载体载体。(5)作为载体需具备的条件)作为载体需具备的条件_。基因工程培育抗虫棉的简要过程:基因工程培育抗虫棉的简要过程:棉花细胞棉花细胞(含抗虫基因含抗虫基因)苏云金芽苏云金芽孢杆菌孢杆菌普通棉花普通棉花(无抗虫特性无抗虫特性)棉花植株棉花植株(有抗虫特性有抗虫特性)基因工程基本操作的四个步骤基因工程基本操作的四个步骤1 1、目的基因的获取、目的基因的获取2 2、基因表达载体的构建、基因表达载体的构建3 3、将目的基因导入受体细胞、将目的基因导入受体细胞4 4、目的基因的检测与鉴定、
3、目的基因的检测与鉴定一一、获取获取目的基因(目的基因( ?)?)1. 目的基因:目的基因:(1)编码蛋白质的基因)编码蛋白质的基因(主要);(主要);(2)具有调控作用的因子)具有调控作用的因子2、目的基因的、目的基因的来源来源:(1)从自然界已有的物种中分离;)从自然界已有的物种中分离;(2)人工合成)人工合成3、获取目的基因的、获取目的基因的方法方法:(1)从基因文库中获取;)从基因文库中获取;(2)PCR技术扩增;技术扩增;(3)化学方法人工合成)化学方法人工合成真核细胞真核细胞的基因结构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RNARNA聚合酶聚合酶结合位点结合位点内
4、含子内含子 外显子外显子 能够编码蛋白质的序列叫做外显子能够编码蛋白质的序列叫做外显子 不能够编码蛋白质的序列叫做内含子不能够编码蛋白质的序列叫做内含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 内含子:内含子: 外显子:外显子: 真真核核细细胞胞的的 基基因因结结构构编码区编码区非编码区非编码区外显子:能编码蛋白质的序列外显子:能编码蛋白质的序列内含子:不能编码蛋白质的序列内含子:不能编码蛋白质的序列:有调控作用的核苷酸序列,:有调控作用的核苷酸序列, 包括位于编码区上游的包括位于编码区上游的RNARNA 聚合酶结合位点。聚合酶结合位点。非编码序列:非编码序列: 包括
5、非编码区和内含子包括非编码区和内含子结构基因外显子内含子转录、加工修饰mRNA原核细胞原核细胞的基因结构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 与与RNARNA聚合酶结合位点聚合酶结合位点启动子启动子终止子终止子能能转录相应的信使转录相应的信使RNARNA,能编码合成蛋白质能编码合成蛋白质 非非编编码码区区原核细胞的原核细胞的 基因结构基因结构调控调控遗传信息表达遗传信息表达的的 核苷酸序列核苷酸序列编编码码区区编码区上游编码区下游RNA聚合酶结合位点RNA聚合酶结合位点编码蛋白质调控调控原核细胞原核细胞真核细胞真核细胞 cDNA:以目
6、的基因转录成的以目的基因转录成的信使信使RNA为模为模板,再板,再反转录酶反转录酶的催化下反转录成互补的的催化下反转录成互补的单链单链DNA,然后在,然后在DNA聚合酶聚合酶的作用下合的作用下合成双链成双链DNA,即,即cDNA,从而获得所需的,从而获得所需的基因。基因。思考思考:cDNA与与DNA在结构上的区别?在结构上的区别?1. 从基因文库中获取目的基因从基因文库中获取目的基因基因文库:基因文库:将将含有含有某种生物不同基因某种生物不同基因的许多的许多DNA片断片断,导导入到入到中,各个受体菌中,各个受体菌分别含有这种生物分别含有这种生物的不同的不同基因。基因。思考:思考:获取某种生物发
7、育的某个时期的所表达的基因?获取某种生物发育的某个时期的所表达的基因? 或者是获取某个器官或组织中特异性表达的基因?或者是获取某个器官或组织中特异性表达的基因? 启动子终止子起始密码子终止密码子本质作用基因组文库基因组文库cDNA文库文库基因组文库基因组文库和和cDNA文库文库的的比较:比较:外显子部分片段,外显子部分片段,无内含子,启动无内含子,启动子,终止子等子,终止子等小小大大部分基因可以部分基因可以某种生物某种生物的的部分部分基因基因某种生物某种生物的的全部全部基因基因可以可以完整基因,含有完整基因,含有内含子,启动子,内含子,启动子,终止子等终止子等一种生物一种生物可以可以有多种有多
8、种一种生物一种一种生物一种思考思考:如何如何从基因文库中得到所需要的基因?从基因文库中得到所需要的基因?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。注意:注意:基因文库中不是直接保管相应基因,而是保存受体菌,菌中含基因。2、利用、利用PCR技术扩增目的基因技术扩增目的基因(1)1)概念概念:PCRPCR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
9、。的核酸合成技术。 (3) (3)前提前提条件条件:_ _ (2) (2)原理原理:_多聚酶多聚酶链式反应链式反应体外体外特定特定DNADNA片段片段DNADNA复制复制已知的目的基因部分核苷酸已知的目的基因部分核苷酸序列序列(4)(4)反应体系反应体系条件:条件: 模板模板DNADNA; 特异性引物;特异性引物; 酶:酶:耐高温耐高温DNADNA聚合酶聚合酶 原料:原料: 能量:能量: 酶促反应所需离子等酶促反应所需离子等 四种四种脱氧核苷三磷酸脱氧核苷三磷酸变性、退火、延伸三步曲变性:加热至9095双链DNA解链成为单链DNA退火:冷却至5560部分引物与模板的单链DNA的特定互补部位相配
10、对和结合延伸:加热至7075以目的基因为模板,合成互补的新DNA链变性变性退火退火延伸延伸(5)过程:PCR的基本反应的基本反应步骤:步骤:变性变性90-95C延伸延伸70-75C退火退火55-60C2、利用、利用PCR技术扩增目的基因技术扩增目的基因模板DNA95PCR反应条件PCR过程PCR的特点50引物1引物2DNA引物PCR反应条件PCR过程PCR的特点引物1引物2DNA引物72Taq酶Taq酶PCR反应条件PCR过程PCR的特点72第1轮结束第2轮开始PCR反应条件PCR过程PCR的特点955072TaqTaqTaqTaqPCR反应条件PCR过程PCR的特点72第2轮结束PCR技术技
11、术DNA复制复制相相同同点点原则原则碱基互补配对碱基互补配对原料原料四种脱氧核苷酸四种脱氧核苷酸条件条件模板、酶模板、酶不不同同点点解旋方式解旋方式DNA在高温下变性解旋在高温下变性解旋解旋酶催化解旋酶催化场所场所体外复制体外复制主要在细胞核内主要在细胞核内酶酶热稳定的热稳定的DNA聚合酶聚合酶(Taq酶酶)细胞内含有的细胞内含有的DNA聚合酶聚合酶结果结果在短时间内形成大量的在短时间内形成大量的DNA片段片段形成整个形成整个DNA分分子子PCR技术与技术与DNA复制的复制的比较:比较:3、化学方法人工合成目的、化学方法人工合成目的基因基因1、反转录法:利用mRNA合成目的基因2、通过DNA合
12、成仪用化学方法人工合成适用条件: 基因基因较小,核苷酸序列已知,可以利用较小,核苷酸序列已知,可以利用DNA合成合成仪直接人工仪直接人工合成合成提取目的基因的三种方法的应用情况:提取目的基因的三种方法的应用情况:(1)如果不知道目的基因的核苷酸序列,可以通过构建基因文库的方法,即通过用受体菌储存并扩增目的基因后,从基因文库中去获取目的基因。(2)如果知道目的基因的核苷酸序列,而且基因比较小,可以通过DNA合成仪利用化学方法人工合成。(3)如果知道扩增目的基因及两端的核苷酸序列,而且基因又比较大,则可以通过PCR技术扩增目的基因。二、二、基因表达载体基因表达载体的的构建构建(基因工程的核心)基因
13、工程的核心)区别于载体区别于载体 1 1、基因表达基因表达载体载体的作用:的作用:(1 1)使目的基因在受体细胞中稳定)使目的基因在受体细胞中稳定存在,存在, 并并可以遗传给下一代;可以遗传给下一代;(2 2)使目的基因能够表达和发挥作用。)使目的基因能够表达和发挥作用。 科学家在培育抗虫棉时,经历了多次失败,才获得成功。 起初把苏云金芽孢杆菌的抗虫基因插入载体质粒中,然后导入棉花的受精卵中,结果抗虫基因在棉花体内没有表达。 然后在插入抗虫基因的质粒中插入启动子(抗虫基因首端),导入棉花受精卵,长成的棉花植株还是没有抗虫能力。科学家又在有启动子、抗虫基因的质粒中插入终止子(抗虫基因末端),导入
14、棉花受精卵,结果成长的植株,有了抗虫能力。 资资 料料:思考:思考:作为基因工程表达载体,只需含有目的基因就可以完成任务吗?为什么? 不可以。 因为目的基因在表达载体中得到表达并发挥作用,还需要有其他控制元件,如启动子、终止子和标记基因等。 (1 1) 生物之间进行基因交流,只有使用生物之间进行基因交流,只有使用受体生物自受体生物自身基因身基因的启动子才能比较有利于基因的表达;的启动子才能比较有利于基因的表达;(2 2) 通过通过cDNAcDNA文库文库获得的目的基因没有启动子,只获得的目的基因没有启动子,只将编码序列导入受体生物中无法转录;将编码序列导入受体生物中无法转录;(3 3) 目的基
15、因是否导入受体生物中需要有筛选标记;目的基因是否导入受体生物中需要有筛选标记;(4 4) 为了增强目的基因的表达水平,往往还要增加一为了增强目的基因的表达水平,往往还要增加一些其他调控元件,如些其他调控元件,如增强子增强子(增强基因启动子工作效率(增强基因启动子工作效率的顺式作用序列,能够在相对于启动子的任何方向和任的顺式作用序列,能够在相对于启动子的任何方向和任何位置何位置( (上游或下游上游或下游) )上都发挥作用。)等;上都发挥作用。)等;(5 5) 有时需要确定目的基因表达的产物存在于细胞的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部位的基因(或做什么部
16、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融合基因),如绿色荧光蛋白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。基因等。2 2、基因表达、基因表达载体的组成:载体的组成:a、目的基因b、启动子c、终止子d、标记基因3 3、基因表达载体构建过程:(以质粒为例)、基因表达载体构建过程:(以质粒为例)质粒质粒DNADNA分子分子限制酶限制酶处理处理一个切口一个切口两个黏性末端两个黏性末端两个切口两个切口获得目的基因获得目的基因DNADNA连接酶连接酶重组重组DNADNA分子(重组质粒)分子(重组质粒)图为重组质粒形成示意图。将此重组质粒导入图为重组质粒形成示意图。将
17、此重组质粒导入大肠杆菌,然后将大肠杆菌放在四种培养基中培大肠杆菌,然后将大肠杆菌放在四种培养基中培养:养:a-无抗生素的培养基,无抗生素的培养基,b-含四环素的培养基,含四环素的培养基,c-含氨苄青霉素的培养基,含氨苄青霉素的培养基,d-含四环素和氨苄青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霉素的培养基。含重组质粒的大肠杆菌能生长的是是 Aa Ba和c Ca和b Db和c下表中列出了几种限制酶识别序列及其切割位点,图下表中列出了几种限制酶识别序列及其切割位点,图1、图图2中箭头表示相关限制酶的酶切位点。请回答下列问题中箭头表示相关限制酶的酶切位点。请回答下列问题:(1)一个
18、图一个图1所示的质粒分子所示的质粒分子经经Sma切割前后,切割前后,分别分别含有含有_个游离的磷酸基团。个游离的磷酸基团。(2)若对图中质粒进行改造若对图中质粒进行改造,插入插入的的Sma酶切位点越多酶切位点越多,质粒质粒的热稳定性越的热稳定性越_。(3)用图中的质粒和外源用图中的质粒和外源DNA构建构建重组质粒,不能使用重组质粒,不能使用Sma 切割,切割,原原因是因是_。 (4)与只使用与只使用EcoR相比较,使用相比较,使用BamH和和Hind 两种限制酶同两种限制酶同时处理质粒、外源时处理质粒、外源DNA的优点在于的优点在于可以可以防止防止 _。(5)为了获取重组质粒,将切割后的为了获
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