人教版教学课件基因工程基本操作程序.ppt
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1、人教版教学课件基因工程基本操作程序 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望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、目的基因的检测与鉴定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一、目的基因的获取一、目的基因的获取(一一)目的基因主要是目的基因主要是_,_,也可是一些具有调控作用的因子。目的基因的获也可是一些具有调控作用的
2、因子。目的基因的获取方法主要有取方法主要有_和和_两大两大类类编码蛋白质的基因编码蛋白质的基因(二)获取目的基因的常用方法有哪些(二)获取目的基因的常用方法有哪些?1 1、从基因文库中获取、从基因文库中获取2 2、利用、利用PCRPCR技术扩增技术扩增3 3、人工合成法(反转录法和化学合成法)、人工合成法(反转录法和化学合成法)如:与生物抗性相关的基因、与优良品质相关的基因、如:与生物抗性相关的基因、与优良品质相关的基因、与生物药物和保健品相关的基因、与毒物降解相关的基与生物药物和保健品相关的基因、与毒物降解相关的基因、与工业用酶相关的基因等。因、与工业用酶相关的基因等。直接分离法直接分离法人
3、工合成法人工合成法1 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(1 1)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DNADNA片断,导入到片断,导入到受体菌的群体中,各个受体菌分别含有这种生物的不受体菌的群体中,各个受体菌分别含有这种生物的不同基因,称为基因文库。同基因,称为基因文库。种种类类基因组文库:基因组文库:含有一种生物的含有一种生物的全部全部基因基因部分基因文库:部分基因文库:只包含了一种生物的只包含了一种生物的部分部分基因,基因,如:如:cDNAcDNA文库文库1、原核细胞基因结构:、原核细胞基因结构:基因基因非编码区:非编码区:非编
4、码区:非编码区:调控序列调控序列编码区:编码区:编码蛋白质编码蛋白质终止子:终止子:终止转录终止转录启动子:启动转录,启动子:启动转录,RNARNA聚合酶结合识别位点聚合酶结合识别位点mRNA翻译翻译特定功能的蛋白质特定功能的蛋白质转录转录特点:特点:编码区是连续的,非编码区起调控作用编码区是连续的,非编码区起调控作用DNA分子分子2:真核细胞基因结构:真核细胞基因结构:基因基因非编码区:非编码区:非编码区:非编码区:编码区:编码区:编码蛋白质编码蛋白质终止子终止子启动子启动子前体前体mRNA外显子和内含子都转录外显子和内含子都转录特点:特点:编码区间隔不连续!分为编码区间隔不连续!分为内含子
5、内含子和和外显子外显子。编码蛋白质编码蛋白质不编码蛋白质不编码蛋白质剪切掉内含子转录的部分剪切掉内含子转录的部分mRNADNA分子分子提取某种生物的提取某种生物的全部全部DNADNA适当的限制酶适当的限制酶一定大小的一定大小的DNADNA片段片段将将DNADNA片段与载体连接片段与载体连接重组重组DNADNA分子分子基因组文库基因组文库导入受体菌导入受体菌(2 2)基因文库的构建方法)基因文库的构建方法基因组文库的构建基因组文库的构建有启动子和内含子有启动子和内含子提取某生物提取某生物特定发育时期特定发育时期的的mRNAmRNA单链单链DNADNA双链双链cDNAcDNA片段片段重组载体重组载
6、体与载体连接与载体连接cDNAcDNA文库文库逆转录酶逆转录酶DNADNA聚合酶聚合酶导入受体菌导入受体菌 cDNA文库的构建文库的构建-逆转录法:逆转录法:部分基因:基因部分基因:基因的选择性表达的选择性表达无启动子和内含子无启动子和内含子 真核生物的基因用逆转录法得到真核生物的基因用逆转录法得到的的cDNA与原基因相同吗?有哪些差异与原基因相同吗?有哪些差异?原核生物基因呢?原核生物基因呢?思考?思考?真核生物:无非编码区和内含子真核生物:无非编码区和内含子原核生物:无非编码区原核生物:无非编码区(3 3)构建基因文库的目的)构建基因文库的目的 怎样从基因文库中得到我们所怎样从基因文库中得
7、到我们所需的目的基因呢需的目的基因呢?便于在便于在不知道目的基因核苷酸序列不知道目的基因核苷酸序列的情况下,获得所需的目的基因。的情况下,获得所需的目的基因。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mRNAmRNA 基因翻译产物蛋白质等特性基因翻译产物蛋白质等特性(4)从基因文库中得到目的基因的方法)从基因文库中得到目的基因的方法2 2、利用、利用PCRPCR技术扩增目的基因技术扩增目的基因 概念:概念:PCRPCR全称为全称为_,是一项,是
8、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。原理:原理:_多聚酶链式反应多聚酶链式反应体外体外特定特定DNADNA片段片段DNADNA复制复制前提前提_一段已知目的基因的核苷酸序列一段已知目的基因的核苷酸序列过程:过程:a a、DNADNA变性变性(90-9590-95):):双链双链DNADNA模板在热作用下,模板在热作用下,_断裂,形成断裂,形成_b b、退火、退火(复性复性55-6555-65):):系统温度降低,系统温度降低,引物引物与与DNADNA模模板结合,形成局部板结合,形成局部_。c c、延伸、延伸(70-7570-75):在):在TaqTaq酶酶的作用下,合
9、成与模板的作用下,合成与模板互补的互补的_。氢键氢键单链单链DNADNA双链双链DNADNA链链d.重复重复a.b.ca.b.c步骤:每重复一步骤:每重复一次,目的基因增加次,目的基因增加_倍倍一一:以:以_方式扩增,方式扩增,指数指数方式:方式:条件:条件:模板模板DNADNA(含目的基因)(含目的基因)四种脱氧核苷酸四种脱氧核苷酸1 1对引物对引物热稳定的热稳定的DNADNA聚合酶聚合酶(Taq(Taq酶酶)一段已知目的基因的核苷酸序列一段已知目的基因的核苷酸序列过程:过程:PCRPCR反应体系中目的基因成反应体系中目的基因成反应体系中目的基因成反应体系中目的基因成指数指数指数指数(2(2
10、n n)形式扩增形式扩增形式扩增形式扩增蛋白质的氨基酸序列蛋白质的氨基酸序列mRNAmRNA的核苷酸序列的核苷酸序列基因的核苷酸序列基因的核苷酸序列目的基因目的基因化学合成化学合成推测推测推测推测3 3、人工合成法、人工合成法基因较小,核苷酸序列已知(化学合成法)基因较小,核苷酸序列已知(化学合成法)化学法合成的目化学法合成的目的基因含的基因含内含子、启内含子、启动子和终止子动子和终止子吗?吗?需要模板吗?需要模板吗?反反转转录录法法mRNAmRNARNARNADNADNA杂合双链杂合双链杂合双链杂合双链单链单链单链单链DNADNA双链双链双链双链DNADNA逆转录酶逆转录酶DNADNA聚合酶
11、聚合酶(1 1)用一定的)用一定的_切切割质粒,使其出现一个切口,割质粒,使其出现一个切口,露出露出_。(2 2)用)用_切断目切断目 的基因,使其产生的基因,使其产生_ _ _。(3 3)将切下的目的基因片段插入质粒的)将切下的目的基因片段插入质粒的_处,再加入适量处,再加入适量_,形成了一个重组,形成了一个重组 DNA DNA分子(重组质粒)分子(重组质粒)限制酶限制酶黏性末端黏性末端同一种限制酶同一种限制酶的黏性末端的黏性末端切口切口DNADNA连接酶连接酶相同相同1.1.过程过程:第二步:基因表达载体的构建3 3、基因表达载体的组成?、基因表达载体的组成?使目的基因在受体细胞中使目的基
12、因在受体细胞中稳定存在稳定存在,并且可以,并且可以遗传遗传给下一代给下一代使目的基因能够使目的基因能够表达和发挥作用表达和发挥作用2 2、基因表达载体基因表达载体构建的目的构建的目的?(?(P162P162)目的基因必须在启动子与终止子之间目的基因必须在启动子与终止子之间目的基因目的基因启动子:启动子:基因的首端,基因的首端,RNARNA聚合酶识别聚合酶识别和结合的部位,驱动基因转和结合的部位,驱动基因转录出录出mRNAmRNA终止子:终止子:基因的尾端,基因的尾端,终止转录终止转录标记基因:标记基因:鉴别受体细胞中是否含有鉴别受体细胞中是否含有目的基因目的基因思考:思考:作为基因工程表达载体
13、,只需含有目的基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?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,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。还需要有其他控制元件,如启动子、终止子和标记基因等。必须构建上述元件的主要理由是:必须构建上述元件的主要理由是:(1)生物之间进行基因交流,只有使用受体生物自身基因生物之间进行基因交流,只有使用受体生物自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)通过通过cDNA文库获得的目的基因没有启动子,只将编
14、码文库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;序列导入受体生物中无法转录;(3)目的基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)为了增强目的基因的表达水平,往往还要增加一些其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,如增强子等;他调控元件,如增强子等;(5)有时需要确定目的基因表达的产物存在于细胞的什么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(或做成目的基部位,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融合基因),如绿色荧光蛋白基因等。因与标识基因的融合
15、基因),如绿色荧光蛋白基因等。载体载体与与表达载体表达载体的区别:二者都有标记基因的区别:二者都有标记基因和复制原点两部分和复制原点两部分DNADNA片段。表达载体在载体片段。表达载体在载体基础上增加了目的基因、启动子、终止子三部基础上增加了目的基因、启动子、终止子三部分结构分结构用到的工具酶:用到的工具酶:既用到限制酶切割载体,又既用到限制酶切割载体,又用到用到DNADNA连接酶将目的基因和载体拼接,两种连接酶将目的基因和载体拼接,两种酶作用的化学键都是磷酸二酯键酶作用的化学键都是磷酸二酯键启动子、终止子启动子、终止子对于目的基因表达必不可少对于目的基因表达必不可少目的基因不能单独进入受体细
16、胞,目的基因不能单独进入受体细胞,必需以表必需以表达载体的方式携带进去。达载体的方式携带进去。注意注意第三步:第三步:将目的基因导入受体细胞将目的基因导入受体细胞转化转化 方法方法将目的基因导入将目的基因导入植物细胞植物细胞将目的基因导入将目的基因导入动物细胞动物细胞将目的基因导入将目的基因导入微生物细胞微生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显微注射法显微注射法目的基因进入目的基因进入_内,并且在受体细内,并且在受体细胞内维持胞内维持_和和_的过程的过程受体细胞受体细胞受体细胞受体细胞稳定稳定稳定稳定表达表达表达表达CaCa2+2+处理法处理法1、将目的基因
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