高中生物基因工程基本操作程序新人教版选修PPT课件.ppt
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1、关于高中生物基因工程的基本操作程序新人教版选修第一张,PPT共四十八页,创作于2022年6月一一.目的基因的获取目的基因的获取1.基因的结构基因的结构2.目的基因的概念目的基因的概念3.3.目的基因的获取的方法目的基因的获取的方法第二张,PPT共四十八页,创作于2022年6月1.基因的结构基因的结构(1)原核生物基因结构原核生物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编码区上游编码区上游编码区下游编码区下游编码蛋白质编码蛋白质调控遗传信息的表达调控遗传信息的表达(调控程序)(调控程序)AATGTGCACGTAGTTAGTTACACGTGCATCAATC启动子启动子终止子终止子第三张
2、,PPT共四十八页,创作于2022年6月编码区编码区编码区编码区非编码区非编码区非编码区非编码区非编码区非编码区非编码区非编码区启动子启动子终止子终止子ATGTGCACGTAGTTAATGTGCACGTAGTTATACACGTGCATCAATTACACGTGCATCAATRNARNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶AUGUGCACGUAGUUAAUGUGCACGUAGUUA 启动子:启动子:位于基因首端一段能与位于基因首端一段能与RNARNA聚合酶聚合酶结合并能起始结合并能起始mRNAmRNA合成的序列。没有启动子,基因就不能转录。合成的序列。没有启动子,基因就不能转录。RNA RNA聚合酶聚合酶:能
3、够识别能够识别启动子上的结合位点启动子上的结合位点并与其结合的一并与其结合的一种蛋白质种蛋白质.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DNADNA片断,它能片断,它能阻碍阻碍RNARNA聚合酶的移动,并使其从聚合酶的移动,并使其从DNADNA模板链上脱离下来,模板链上脱离下来,使转录终止。使转录终止。第四张,PPT共四十八页,创作于2022年6月编码区编码区非编码区非编码区非编码区非编码区(能编码蛋白质)(能编码蛋白质)启动子启动子终止子终止子(2)真核与)真核与原核生物基因结构的比较原核生物基因结构的比较外显子外显子内含子内含子编码蛋白质编码蛋白质(不能编码蛋白
4、质)(不能编码蛋白质)相同点:都是由能够编码蛋白质的编码区和具有调控作相同点:都是由能够编码蛋白质的编码区和具有调控作用的非编码区。用的非编码区。不同点:原核细胞基因的编码区是连续的;真核细不同点:原核细胞基因的编码区是连续的;真核细胞的编码区是间隔的,不连续的。胞的编码区是间隔的,不连续的。第五张,PPT共四十八页,创作于2022年6月2.目的基因的概念目的基因的概念主要是指编码主要是指编码蛋白质蛋白质基因基因例如:与生物抗逆性相关的基因,与生物优良例如:与生物抗逆性相关的基因,与生物优良品质相关的基因,药物和保健品相关的基因,品质相关的基因,药物和保健品相关的基因,与毒物降解相关的基因,以
5、及与工业所需要酶与毒物降解相关的基因,以及与工业所需要酶相关的基因。相关的基因。目前被广泛提取使用的目的基因有:目前被广泛提取使用的目的基因有:苏云苏云金杆菌抗虫基因、植物抗病基因金杆菌抗虫基因、植物抗病基因(抗病毒、(抗病毒、抗细菌抗细菌)、人胰岛素基因人胰岛素基因等。等。第六张,PPT共四十八页,创作于2022年6月3.3.目的基因的获取的方法目的基因的获取的方法(4 4)从已有物种分离出目的基因)从已有物种分离出目的基因(3 3)用化学方法直接)用化学方法直接人工合成目的基因人工合成目的基因(1 1)从基因库中获取目的基因从基因库中获取目的基因(2 2)应用应用PCR技术扩增目的基因技术
6、扩增目的基因第七张,PPT共四十八页,创作于2022年6月(1 1)从基因库中获取目的基因)从基因库中获取目的基因基因文库和部分基因文库的慨念基因文库和部分基因文库的慨念基因组文库和基因组文库和cDNA文库的主要区别文库的主要区别怎样从基因文库中找到我们所需要的目的基因怎样从基因文库中找到我们所需要的目的基因第八张,PPT共四十八页,创作于2022年6月基因文库和部分基因文库的慨念基因文库和部分基因文库的慨念: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片段片段,导入受导入受体菌的群体中储存体菌的群体中储存,各个受体菌分别含有这种生物的不各个受体菌分别含有这种生物的不同的基因
7、同的基因,称为基因文库。称为基因文库。基因文库中包含了一种生物所基因文库中包含了一种生物所有的基因有的基因,这种基因文库叫做基因这种基因文库叫做基因组文库。组文库。基因文库中包含了一基因文库中包含了一种生物的一部分基因种生物的一部分基因,这这种基因文库叫做部分基种基因文库叫做部分基因文库。如:因文库。如:cDNA文库。文库。第九张,PPT共四十八页,创作于2022年6月基因组文库的建立方法基因组文库的建立方法提取某种生物的全部提取某种生物的全部DNADNA用适当的限制酶酶切用适当的限制酶酶切一定大小的一定大小的DNADNA片段片段将将DNADNA片段与运载体连接片段与运载体连接导入受体菌中储存
8、导入受体菌中储存基因组文库基因组文库方法一:直接分离法方法一:直接分离法(鸟枪法鸟枪法)第十张,PPT共四十八页,创作于2022年6月在细胞质中将在细胞质中将mRNA分离并加分离并加入反转录酶入反转录酶合成第二条合成第二条DNA链链外显子外显子内含子内含子 外显子外显子外显子外显子内含子内含子真核细胞的基因真核细胞的基因在细胞核内转录在细胞核内转录RNA在核内内含子被切去,外在核内内含子被切去,外显子彼此连接显子彼此连接在细胞质中将在细胞质中将mRNA分离并分离并加入反转录酶加入反转录酶合成第二条合成第二条DNA链链基因的基因的cDNA不不含内含子含内含子mRNA原核细胞的基因原核细胞的基因在
9、细胞质内转录在细胞质内转录第十一张,PPT共四十八页,创作于2022年6月基因组文库和基因组文库和cDNA文库的主要区别文库的主要区别 文库类型文库类型 cDNA文库文库 基因组文库基因组文库 文库大小文库大小基因中启动子(具有启动作用的基因中启动子(具有启动作用的DNA片段)片段)基因中内含子基因中内含子(位于编码蛋白质序列位于编码蛋白质序列的非编码的非编码DNA片段)片段)基因多少基因多少 物种间的基因交流物种间的基因交流小小大大无无有有无无有有某种生物的部分基因某种生物的部分基因某种生物的全部基因某种生物的全部基因可以可以部分基因可以部分基因可以第十二张,PPT共四十八页,创作于2022
10、年6月怎样从基因文库中找到我们所需要的目的基因怎样从基因文库中找到我们所需要的目的基因 根据目的基因的有关信息,例如,根据基因的核根据目的基因的有关信息,例如,根据基因的核苷酸序列、基因的功能、基因在染色体上的位置、基苷酸序列、基因的功能、基因在染色体上的位置、基因的转录产物因的转录产物mRNA,以及基因的表达产物蛋白质等,以及基因的表达产物蛋白质等特性来获取目的基因。特性来获取目的基因。第十三张,PPT共四十八页,创作于2022年6月(2)应用)应用PCR技术扩增目的基因技术扩增目的基因定义:定义:原理:原理:DNA复制复制 PCR是聚合酶链式反应,是一项在生物体是聚合酶链式反应,是一项在生
11、物体外复制特定外复制特定DNA片段的核酸合成技术,在短时间内片段的核酸合成技术,在短时间内大量扩增目的基因大量扩增目的基因 DNA分子热变性(在分子热变性(在9095 OC时,解时,解旋,双旋,双链分开温度降低又结合成双链)因此,在链分开温度降低又结合成双链)因此,在PCR技术中技术中不需要解旋酶(与复制不同之在处不需要解旋酶(与复制不同之在处)仪器:仪器:PCR扩增仪(自动调控温度的仪器)扩增仪(自动调控温度的仪器)条件:条件:有一段已知的基因的核苷酸序列,以便根有一段已知的基因的核苷酸序列,以便根据这一序列合成引物,脱氧核苷酸,酶等。据这一序列合成引物,脱氧核苷酸,酶等。第十四张,PPT共
12、四十八页,创作于2022年6月过程:过程:a.DNA热变性(热变性(909095 95 O OC C):b.复性复性(55556060 O OC C):c.延伸延伸(707075 75 O OC C):d.重复重复a.b.c步骤:步骤:双链双链DNA模板在热的作用下,模板在热的作用下,氢键断裂形成单键氢键断裂形成单键DNA 系统温度降低,引物结合到互补系统温度降低,引物结合到互补DNA链链上,形成局部的双链上,形成局部的双链DNA 在在Taq酶作用下,合成与模板互补的酶作用下,合成与模板互补的DNA子链,形成双链子链,形成双链DNA 每重复一次,目的基因增加一每重复一次,目的基因增加一倍倍PC
13、R扩增为指数形式扩增扩增为指数形式扩增2n(n为扩增循环的次数)为扩增循环的次数),在短时间内扩增大量目的基因。,在短时间内扩增大量目的基因。第十五张,PPT共四十八页,创作于2022年6月用化学方法直接用化学方法直接人工合成目的基因人工合成目的基因反转录法反转录法mRNARNA与与DNA杂交链杂交链单链单链DNA双链双链DNA逆转录酶逆转录酶核苷酸酶核苷酸酶HDNA聚合酶聚合酶cDNA化学合成法化学合成法氨基酸序列氨基酸序列mRNA序列序列目的基因序列目的基因序列目的基因目的基因推测推测合成合成思考:思考:不具有,缺少非编码区不具有,缺少非编码区(启动子、终止子)和非编码启动子、终止子)和非
14、编码序列(如内含子),要人工构建。序列(如内含子),要人工构建。人工合成的目的基因是否具有完整基因结构人工合成的目的基因是否具有完整基因结构的基因?的基因?推测推测第十六张,PPT共四十八页,创作于2022年6月1.1.1.1.作用:作用:作用:作用:二二.基因表达载体的构建基因表达载体的构建核心核心IMNIMN2.2.组成:组成:使目的基因在受体细胞中稳定存在并遗使目的基因在受体细胞中稳定存在并遗使目的基因在受体细胞中稳定存在并遗使目的基因在受体细胞中稳定存在并遗传给子代。传给子代。传给子代。传给子代。同时使目的基因能表达和发挥作用。同时使目的基因能表达和发挥作用。同时使目的基因能表达和发挥
15、作用。同时使目的基因能表达和发挥作用。(3)(3)终止子:是使转录在需要的地方停止。终止子:是使转录在需要的地方停止。(4)(4)标记基因:是鉴别受体细胞中是否含有目的基因从而标记基因:是鉴别受体细胞中是否含有目的基因从而将含有目的基因的细胞筛选出来。将含有目的基因的细胞筛选出来。(2)(2)启动子:是启动子:是RNA聚合酶识别和结合部位。聚合酶识别和结合部位。(1)(1)目的基因。目的基因。(5)复制原点:是转录和复制的起点。)复制原点:是转录和复制的起点。不同受体细胞,目的基因导入受体细胞的方法不同,不同受体细胞,目的基因导入受体细胞的方法不同,基因表达载体的构建有所差异。基因表达载体的构
16、建有所差异。第十七张,PPT共四十八页,创作于2022年6月导入导入接种培接种培养养接种培接种培养养接种培接种培养养接种培接种培养养含有四环素的完含有四环素的完全培养基全培养基完全培养基完全培养基大大肠肠杆杆菌菌不不含含抗抗四四环环素素基基因因证明:证明:不存活不存活含有四环素的完含有四环素的完全培养基全培养基证明:证明:大大肠肠杆杆菌菌含含抗抗四四环环素素基基因因证明:证明:大肠杆菌的大肠杆菌的受体细胞含有目受体细胞含有目的基因的基因 四环素四环素抗性基因抗性基因 四环素四环素抗性基因抗性基因完全培养基完全培养基存存活活如何把导入了目的基因的受体细胞筛选出来?如何把导入了目的基因的受体细胞筛
17、选出来?第十八张,PPT共四十八页,创作于2022年6月存存活活的的大大肠肠杆杆菌菌培培养养培培养养质粒来源:质粒来源:大肠杆菌大肠杆菌含有氨苄青霉素含有氨苄青霉素 的的完全培养基完全培养基含有四环素的完含有四环素的完全培养基全培养基人工改造质粒人工改造质粒(选择具有氨苄青霉素抗性基因和四环素抗性基因农杆菌)(选择具有氨苄青霉素抗性基因和四环素抗性基因农杆菌)质粒质粒知识拓展知识拓展第十九张,PPT共四十八页,创作于2022年6月Hin d限制性酶限制性酶Hin dIIIHin dIII目的目的DNA质粒质粒构建表达载体构建表达载体四环素抗性基因由于目的基因插入而失活,形四环素抗性基因由于目的
18、基因插入而失活,形成只具有氨苄青霉素抗性基因成只具有氨苄青霉素抗性基因DNA连接酶连接酶人类胰岛素的基因人类胰岛素的基因第二十张,PPT共四十八页,创作于2022年6月培培养养培培养养培培养养导入导入含目的基因的重组质粒导入大肠杆菌含目的基因的重组质粒导入大肠杆菌含有氨苄青霉素含有氨苄青霉素 的完全培养基的完全培养基含有四环素的完含有四环素的完全培养基全培养基两两种种培培养养基基均均不不能能生生长长大大肠肠杆杆菌菌 Ca2+处理细胞形处理细胞形成感受态细胞成感受态细胞检测检测(培养不具有氨苄青霉素(培养不具有氨苄青霉素 抗性基因和四环素抗性积基因的大肠杆菌)抗性基因和四环素抗性积基因的大肠杆菌
19、)只有氨苄青霉素抗只有氨苄青霉素抗性基因质粒性基因质粒只具有氨苄青霉素抗只具有氨苄青霉素抗性基因大肠杆菌性基因大肠杆菌不不具具有有氨氨苄苄青青霉霉素素 抗抗性性基基因因和和四四环环素素抗抗性性积积基基因因的的大大肠肠杆杆菌菌完全培养基完全培养基第二十一张,PPT共四十八页,创作于2022年6月培培养养检测含重组质粒的大肠杆菌检测含重组质粒的大肠杆菌含有氨苄青霉素含有氨苄青霉素 的完全培养基的完全培养基含有四环素的完含有四环素的完全培养基全培养基(大肠杆菌内含有氨苄青霉素抗性基因,不含有四环素抗性基因)(大肠杆菌内含有氨苄青霉素抗性基因,不含有四环素抗性基因)只具有氨苄青霉素只具有氨苄青霉素抗性
20、基因农杆菌抗性基因农杆菌不不存存活活存存活活证证明明:目目的的基基因因已已导导入入质质粒粒培培养养培培养养完全培养基完全培养基 培育出得培育出得到能够发酵产到能够发酵产生人类胰岛素生人类胰岛素的工程菌。的工程菌。第二十二张,PPT共四十八页,创作于2022年6月寻根问底:寻根问底:将生物的所有将生物的所有DNA直接导入受体细直接导入受体细胞不是更简便吗?如果这么做,结果会胞不是更简便吗?如果这么做,结果会怎样?怎样?有人采用总有人采用总DNA注射法进行遗传转化:即将一个生注射法进行遗传转化:即将一个生物中的总物中的总DNA提取出来,通过注射或花粉管通道法导入受提取出来,通过注射或花粉管通道法导
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