高三生物一轮复习课件： 基因工程的工具和操作步骤.pptx

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1、课程要求考点1 基因工程的诞生、发展和概念 考点2 基因工程的基本工具考点3 基因工程的操作(含PCR)一轮第49讲：基因工程的工具和操作1.基因工程的理论基础不同生物的基因能够拼接的理论基础？基因能够在不同生物细胞内表达的理论基础？（1）都遵循中心法则；（2）共用一套遗传密码。（1）DNA是绝大多数生物的遗传物质；（2）不同生物的DNA的基本单位和结构相同；（3）均遵循碱基互补配对的原则。2018全国1卷 艾弗里肺炎双球菌转化实验对基因工程启示：DNA可从一种生物个体转移到另外一种生物考点1 基因工程的诞生和发展 P681.基因工程的理论基础2017全国1卷 DNA为什么能实现不同生物的转移

2、，从结构和功能两个方面进行分析？DNA双螺旋结构(结构上的可能性)生物界共用一套遗传密码(功能上可能性)科学家将非洲爪蟾中能表达抗菌肽的基因转入大肠杆菌，并在大肠杆菌表达相同的抗菌肽，说明了 。生物界共用一套遗传密码考点1 基因工程的诞生和发展 P682.基因工程的工具发现典例 多种限制酶，DNA连接酶和逆转录酶的发现为_创造了条件。DNA的切割、连接、功能基因的获得考点1 基因工程的诞生和发展 P68质粒可以作为基因工程的载体；重组DNA可以进入受体细胞；不同物种之间可以实现基因交流2018全国1卷 重组DNA表达实验的成功博耶和科恩将非洲爪蟾核糖体蛋白基因与质粒重组后导入大肠杆菌表达：重组

3、的DNA转入大肠杆菌中，转录出相同的mRNA,说明了？3.什么是基因工程 P672018海南卷 通常，基因工程操作主要有四个步骤，即目的基因的获取，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。因此基因工程含义可以概括为：_按照人们意愿进行设计通过转基因等技术赋予生物新遗传特性，创造出更符合人们需求的生物类型和生物产品考点1 基因工程的诞生4.基因工程的其他内容 别名:。原理:。操作对象:。操作水平:。操作环境:生物 （体内/体外）进行 结果：。优点：(1)。(2)等。基因重组（广义）DNA分子水平重组DNA技术基因体外创造出符合人们需要的生物类型和生物产品 定向改造生物性

4、状（目的性强）克服远缘杂交不亲和的障碍考点1 基因工程的诞生和发展 P68工具工具酶分子运输车：_（）。（）。限制酶DNA连接酶运载体【易错点】工具酶工具质粒噬菌体的衍生物动植物病毒考点2 基因工程的基本工具1.限制性内切核酸酶（限制酶）分子手术刀原核特定的核苷酸序列磷酸二酯键黏性末端考点2 基因工程的基本工具选择性必修3 P71“旁栏思考”：原核生物中存在限制酶的意义是什么？原核生物中限制酶的作用是切割外源DNA以保证自身安全，防止外来病原物的危害。限制酶来源于原核生物，为什么不能切割自己的DNA分子？限制酶不切割自身DNA的原因是原核生物DNA分子中不存在该酶的识别序列或识别序列已经被修饰

5、（甲基化），使限制酶不能将其切开。考点2 基因工程的基本工具单酶切和双酶切 应该选择什么限制酶？单酶切：目的基因和质粒都用EcoRI 目的基因自身环化，载体自身环化，目载2 双酶切：目的基因和质粒都用BamHI 和HindIII（还有其它方案）产物：目载选择性必修3 P75：在切割含目的基因的DNA片段和质粒分子时应选取_，若选取不同限制酶，也应保证切割两种DNA分子时_。实际操作时，常选取两种限制酶切割目的基因的DNA片段和质粒分子的，其优点是 。获取一个目的基因需限制酶切割_次，共产生_个游离的磷酸基团同种限制酶相同的黏性末端（同尾酶）防止目的基因自连、倒连、质粒自身环化等考点2 基因工程

6、的基本工具两42.DNA连接酶“分子缝合针”作用：将限制酶切割下来的DNA片段拼接成DNA分子。类型常用类型Ecoli DNA连接酶T4 DNA连接酶来源_T4噬菌体功能只“缝合”_“缝合”_结果恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的_大肠杆菌黏性末端磷酸二酯键考点2 基因工程的基本工具黏性末端和平末端2.DNA连接酶“分子缝合针”P72“旁栏思考”：DNA连接酶和DNA聚合酶DNA连接酶连接的是 ，而DNA聚合酶是把单个_ 连接到已有的DNA片段上（DNA复制）。起作用时需要以一条DNA链为模板，而不需要模板。两个DNA片段脱氧核苷酸DNA聚合酶DNA连接酶 细节：实际上DNA复制也需要DNA连

7、接酶连接冈崎片段（题目出现才去考虑这个问题）3.载体1)化学本质：DNA分子2)种类：质粒（经人工改造，常用）、噬菌体衍生物、动植物病毒等3)条件 能自我复制 或整合到染色体一起复制 有一个或多个限制酶切割位点（目的基因插入位点）带有标记基因（便于鉴定和筛选）4)作用：使目的基因在受体细胞稳定存在，表达和发挥作用，并遗传给下一代。考点2 基因工程的基本工具3.载体的其他注意事项 在进行基因工程操作中，真正被用作载体的质粒，都是在天然质粒的基础上进行过人工改造的 噬菌体的衍生物或某些动植物病毒作为运载体利用的原理是 .病毒对宿主细胞的侵染具有一定的 性_。利用病毒对宿主细胞的侵染性物种（组织）特

8、异 如新冠病毒可以入侵哺乳动物的肺部细胞高考题：若用家蚕作为某基因表达载体的受体细胞，在噬菌体和昆虫病毒两种载体中，不选用 作为载体，其原因是 。噬菌体噬菌体的宿主细胞是细菌，而不是家蚕双标记基因题型：2016年新课标I卷 某一质粒载体如图所示，外源DNA插入到Ampr或Tetr中会导致相应的基因失活（Ampr表示氨苄青霉素抗性基因，Tetr表示四环素抗性基因）。有人将此质粒载体用SamI酶切后，与用SamHI酶切获得的目的基因混合，加入DNA连接酶进行连接反应，用得到的混合物直接转化大肠杆菌，结果大肠杆菌有的未被转化，有的被转化。被转化的大肠杆菌有三种，分别是含有环状目的基因、含有质粒载体、

9、含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌。回答下列问题：1）质粒载体作为基因工程的工具，应具备的基本条件有（答出两点即可）_（答出两点即可）。而作为基因表达载体，除满足上述基本条件外，还需具有启动子和终止子。能自我复制、有标记基因、有一个至多个限制酶切割位点目的基因未转化大肠杆菌类型氨苄青霉素抗性四环素抗性未被转化 含有目的基因 普通质粒 重组质粒 图片来源：高中生物核心知识图文笔记2）如果用含有氨苄青霉素的培养基进行筛选，在上述四种大肠杆菌细胞中，未被转化的和仅含有环状目的基因的细胞是不能区分的，其原因是_；并且_和_的细胞也是不能区分的，其原因是_。在上述筛选的基础上，若要筛选含有插入了目的

10、基因的重组质粒的大肠杆菌的单菌落，还需使用含有是_的固体培养基。答案：二者均不含氨苄青霉素抗性基因，在该培养基上都不能生长 含有质粒载体 含有插入了目的基因的重组质粒（或答含有重组质粒）二者都含氨苄青霉素抗性基因，在该培养基上均能生长 四环素思考 如何使棉花植株具有抗棉铃虫的特性？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考点3 基因工程的操作1.获取目的基因基因文库 （旧教材重点，新教材还是会考）mRNA反转录DNA合成仪 基因文库：将含有某种生物不同基因的许多DNA片段，导入受体菌群中储存，各个受体菌分别含有这种生物的不同基因。基因组文库cDNA文库含

11、有一种生物所有基因的基因文库某生物发育某时期的mRNA反转录形成DNA片段储存在菌群中。考点3 基因工程的操作编码区能转录相应的信使RNA，能编码蛋白质 加工成熟mRNA前体mRNA转录翻译有效的蛋白质非编码区编码区非编码区cDNA注意 cDNA的特点cDNA没有启动子，终止子和内含子。1.获取目的基因基因文库mRNA反转录DNA合成仪 人工合成目的基因的原理:反转录法：在反转录酶的作用下，以DNA的一条链为模板，按照碱基互补配对原则合成cDNA.通过DNA合成仪进行化学合成：根据蛋白质的氨基酸序列推测mRNA序列进而推测脱氧核苷酸序列考点3 基因工程的操作2.DNA复制所需条件？模板 原料

12、酶 能量 引物 mg2+由细胞呼吸产生的ATP提供人工合成的能与目的基因互补配对的DNA片段，所以需要提前知道扩增片段的一段核苷酸序列 P77右小角小子1.原理：DNA的双链复制半保留复制、碱基互补配对原则亲代DNA分子两条单链4种游离的脱氧核苷酸（三磷酸脱氧腺苷dNTP）DNA解旋酶、DNA聚合酶等Taq酶PCR技术 聚合酶链式反应3端5端引物3端5端常考！PCR为什么加入两种引物？因为DNA聚合酶只能从3 端延伸DNA链，两种引物才能确保DNA两条链同时被扩增。变性：温度上升到90以上时，双链DNA解旋。复性：退火即温度下降到55，引物与单链DNA结合。延伸：温度上升到72，脱氧核苷酸在

13、Taq DNA聚合酶的作用下合成新的DNA子链(要会标注撇端)DNA聚合酶能特异性地复制_的DNA序列。答案：处于两个引物之间的PCR的主要目的是扩增目的基因还是目的基因所处的整个DNA片段？结论：n次复制后含有引物A的_个。含有引物B的_个。含有引物A和B的_个。从第_次扩增开始能够获得单纯的目的基因。PCR中DNA聚合酶只能特异性地复制_的DNA序列。32n-12n-12n-1目的基因图片来源：高中生物核心知识图文笔记注意事项 设计引物是PCR技术关键步骤之一。某同学设计的两组引物(只标注了部分碱基序列)都不合理(如下图)，请分别说明理由。1）第1组：；2）第2组：。引物和引物局部发生碱基

14、互补配对而失效引物自身内部部分碱基发生互补配对而失效新冠热点题型 荧光定量PCR是一种在PCR反应体系中加入荧光标记的探针，利用荧光信号的积累，对整个PCR进程进行检测，最后对PCR产物扩增量进行定量分析技术。作用原理如下图所示：1）据图分析，TaqDNA聚合酶的作用有：_（答两点）2）带荧光标记的探针，其_端带有荧光物质，在延伸阶段，通过检测反应体系中的_，可以达到检测_的目的。催化DNA的合成（子链延伸）、分解与模板杂交的荧光探针5荧光强度PCR产物扩增量新冠热点题型 荧光定量PCR是一种在PCR反应体系中加入荧光标记的探针，利用荧光信号的积累，对整个PCR进程进行检测，最后对PCR产物扩

15、增量进行定量分析技术。作用原理如下图所示：3）若运用该技术检测COVID-19（新冠病毒）的核酸，图中所示模板DNA来源于_；为精确定位并复制新冠病毒基因，设计引物和荧光标记的探针时应该遵循的思路是_以COVID-19的RNA为模板逆转录合成DNA 设计与新冠病毒（COVID-19）的基因片段碱基互补配对的序列RNA聚合酶转录目的基因2.构建基因表达载体转录考点3 基因工程的操作启动子具有物种特异性或组织特异性！比如在用乳腺生物反应器生产药用蛋白的时候药用蛋白基因连接在乳腺蛋白基因的启动子后面3.将目的基因导入受体细胞表达载体显微注射仪注射受体动物受精卵移植雌性动物输卵管或子宫内发育具有新性状

16、的动物（转基因动物）考点3 基因工程的操作又称:.常用菌：。微生物作为受体细胞的原因是_ 受体细胞用Ca2+处理的目的是 _ Ca2+转化法 大肠杆菌繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对少使其变为感受态细胞，容易吸收周围环境中的DNA分子感受态细胞法)农杆菌转化法 原理：农杆菌感染双子叶和裸子植物，当植物体到损伤时，伤口处分泌酚类吸引农杆菌，这时农杆菌中的Ti质粒上的T-DNA转移至受体细胞，并整合到受体细胞染色体DNA上感受态细胞法 转基因细胞的两种处理a.将新鲜的从叶片上取下的圆形小片与农杆菌共培养，然后筛选转化细胞，并通过植物组织培养生成植株；b.可以将花序直接浸没在含有农杆菌的溶液一段时间

17、，然后培植植株并获得种子，再进行筛选、鉴定等。3.将目的基因导入受体细胞思考 下面几种情况应该选择什么受体细胞？原因是？本节情景中的Bt毒蛋白基因：药用蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子形成的融合基因：干扰素基因：运载体为噬菌体的目的基因：运载体为动植物病毒的基因：植物受精卵/体细胞具全能性可使目的基因在相应组织细胞表达动物的受精卵除上述优点外还能剪切内含子并对蛋白质加工大肠杆菌/酵母菌繁殖快，多为单细胞，遗传物质较少（记住啊）细菌噬菌体的宿主细胞是细菌病毒的宿主细胞注意载体要改造为无感染性的考点3 基因工程的操作4.目的基因的检测与鉴定 检测目的基因插入受体DNA上探针：含有目的基因的DNA片段

18、用反射性同位素等标记观察依据：是否出现杂交带技术名称：DNA分子杂交技术1基因片段2基因片段目的基因用反射性同位素标记成探针配对Q2：为什么基因探针能检测受体细胞中是否转录出mRNA?考点3 基因工程的操作4.目的基因的检测与鉴定 检测目的基因是否成功表达转录方法：以被标记的目的基因作探针，与转基因生物提取出的mRNA杂交，观察是否出现杂交带技术名称：分子杂交技术 检测目的基因是否翻译成蛋白质抗原 抗体杂交技术 检测转基因生物的性状（个体水平）观察或测定是否出现目的基因所决定的性状考点3 基因工程的操作除了从分子水平上检测目的基因是否整合到染色体上，能否通过杂交实验鉴定？2014年新课标II卷节选4）假如用得到的二倍体转基因耐旱植株自交，子代中耐旱与不耐旱植株的数量比为31时，则可推测该耐旱基因整合到了_（填“同源染色体的一条上”或“同源染色体的两条上”）。同源染色体的一条上如果已知上述实验导入了两个目的基因A和B到染色体，请设计实验证明两个基因的位置关系是以下哪种？同源染色体的一条上；同源染色体的两条上；非同源染色体各一条上。转基因抗虫棉