選修3現(xiàn)代生物科技專題,第1講基因工程,一、基因工程的概念,生物體外,DNA分子,拼接,導(dǎo)入,基因產(chǎn)物,定向改造,基因重組,DNA重組,二、DNA重組技術(shù)的基本工具,黏性末端,原核生物,磷酸二酯鍵,磷酸二酯鍵,平末端,黏性末端,1限制酶與DNA連接酶的關(guān)系(1)限制酶和DNA連接酶的作用部位都是磷酸二酯鍵。(2)限制酶不切割自身DNA的原因：原核生物中不存在該酶的識(shí)別序列或識(shí)別序列已經(jīng)被修飾。,2與DNA分子相關(guān)的幾種酶比較,自我復(fù)制,目的基因,質(zhì)粒,選擇限制酶的注意事項(xiàng),(1)根據(jù)目的基因兩端的限制酶切點(diǎn)確定限制酶的種類所選的限制酶不能破壞目的基因。所選的限制酶不能全部破壞標(biāo)記基因，至少要保留1個(gè)標(biāo)記基因。切割質(zhì)粒的限制酶要與切割目的基因的限制酶一致，以確保具有相同的黏性末端。為避免目的基因和質(zhì)粒的自身環(huán)化和隨意連接，可使用兩種不同的限制酶分別切割目的基因和質(zhì)粒，如圖甲可選擇用Pst和EcoR兩種限制酶(但要確保質(zhì)粒上也有這兩種限制酶的切點(diǎn))。,1思考判斷(1)DNA連接酶可把目的基因與載體的黏性末端的堿基黏合，形成重組DNA。()(2)EcoliDNA連接酶既可以連接平末端，又可以連接黏性末端。()(3)Taq酶是用PCR儀對(duì)DNA分子擴(kuò)增過(guò)程中常用的一種耐高溫的DNA連接酶。(),三、練習(xí),2下列有關(guān)限制性核酸內(nèi)切酶的敘述中正確的是()A用限制性核酸內(nèi)切酶切割一個(gè)DNA分子中部，獲得一個(gè)目的基因時(shí)，被水解的磷酸二酯鍵有2個(gè)B限制性核酸內(nèi)切酶識(shí)別序列越短，則該序列在DNA中出現(xiàn)的幾率就越大CCATG和GGATCC序列被限制酶切出的黏性末端堿基數(shù)不同D只有用相同的限制性核酸內(nèi)切酶處理含目的基因的片段和質(zhì)粒，才能形成重組質(zhì)粒,B,3(2017年廣東對(duì)口升學(xué)模擬)限制性核酸內(nèi)切酶Mun和限制性核酸內(nèi)切酶EcoR的識(shí)別序列及切割位點(diǎn)分別是CAATTG和GAATTC。如圖表示四種質(zhì)粒和目的基因，其中箭頭所指部位為限制性核酸內(nèi)切酶的識(shí)別位點(diǎn)，質(zhì)粒的陰影部分表示標(biāo)記基因。適于作為圖示目的基因載體的質(zhì)粒是(),ABCD,A,4、大腸桿菌及質(zhì)粒載體的結(jié)構(gòu)模式圖，據(jù)圖回答。,能夠自我復(fù)制,具有遺傳特性,DNA,DNA連接酶,標(biāo)記基因,供重組DNA的鑒定和選擇,能夠自我復(fù)制,具有遺傳特性,能夠自我復(fù)制,具有遺傳特性,能夠自我復(fù)制,具有遺傳特性,編碼蛋白質(zhì),基因文庫(kù),mRNA反轉(zhuǎn)錄,DNA合成儀,PCR,2基因表達(dá)載體的構(gòu)建基因工程的核心(1)目的：使目的基因在受體細(xì)胞中_，并且可以_，同時(shí)使目的基因能夠表達(dá)和發(fā)揮作用。(2)基因表達(dá)載體的組成,穩(wěn)定存在,遺傳給下一代,RNA聚合酶,轉(zhuǎn)錄,轉(zhuǎn)錄,目的基因,基因工程中的3個(gè)易錯(cuò)點(diǎn)(1)基因表達(dá)載體載體：基因表達(dá)載體與載體相比增加了目的基因。(2)目的基因的插入位點(diǎn)不是隨意的：基因表達(dá)需要啟動(dòng)子與終止子的調(diào)控，所以目的基因應(yīng)插入到啟動(dòng)子與終止子之間的部位，若目的基因插入到啟動(dòng)子內(nèi)部，啟動(dòng)子將失去其功能。(3)啟動(dòng)子起始密碼子，終止子終止密碼子：?jiǎn)?dòng)子和終止子位于DNA片段上，分別控制轉(zhuǎn)錄過(guò)程的啟動(dòng)和終止；起始密碼子和終止密碼子位于mRNA上，分別控制翻譯過(guò)程的啟動(dòng)和終止。,(3)構(gòu)建過(guò)程,同種限制酶,DNA連接,3將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞,農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法,顯微注射法,Ca2處理法,受精卵,4目的基因的檢測(cè)與鑒定,DNA分子雜交,分子雜交,抗原抗體雜交,抗性實(shí)驗(yàn),雜交帶,抗性,抗蟲(chóng)、抗病接種實(shí)驗(yàn),是否抗蟲(chóng)是否抗病,分子水平檢測(cè),個(gè)體水平檢測(cè),1思考判斷(1)基因表達(dá)載體中含有啟動(dòng)子和終止密碼。()(2)如果某種生物的cDNA文庫(kù)中的某個(gè)基因與該生物的基因組文庫(kù)中的某個(gè)基因控制的性狀相同，則這兩個(gè)基因的結(jié)構(gòu)也完全相同。（）,2科學(xué)家將比目魚(yú)的抗凍蛋白基因轉(zhuǎn)移到西紅柿細(xì)胞內(nèi)培育出“抗凍西紅柿”，在“目的基因的檢測(cè)與鑒定”環(huán)節(jié)，不需要進(jìn)行的是A利用標(biāo)記基因，將含有比目魚(yú)抗凍蛋白基因的西紅柿細(xì)胞篩選出來(lái)B利用分子探針，檢測(cè)“抗凍西紅柿”的DNA上是否插入了抗凍蛋白基因C利用相應(yīng)的抗體，檢測(cè)“抗凍西紅柿”細(xì)胞中是否形成抗凍蛋白質(zhì)D進(jìn)行抗寒栽培實(shí)驗(yàn)，檢測(cè)“抗凍西紅柿”是否能在寒冷環(huán)境中生存,A,C,3(2016年福建普高畢業(yè)班質(zhì)檢)為探究SHH基因與角化囊腫發(fā)生的相關(guān)性，科研人員利用SHH基因的非模板鏈轉(zhuǎn)錄合成的RNA作為探針，進(jìn)行分子雜交實(shí)驗(yàn)，以檢測(cè)SHH基因在角化囊腫中的表達(dá)情況。其基本流程如圖：(Amp表示氨芐青霉素抗性基因；LacZ基因被SHH基因插入后不表達(dá)),考向預(yù)測(cè)1：考查基因工程的操作過(guò)程,請(qǐng)回答：(1)重組載體中SHH基因轉(zhuǎn)錄合成RNA探針時(shí)，_(填“需要”或“不需要”)啟動(dòng)子。(2)步驟中，用Ca2處理大腸桿菌，使之成為_(kāi)細(xì)胞，然后導(dǎo)入重組載體。實(shí)驗(yàn)中，用添加氨芐青霉素的培養(yǎng)基培養(yǎng)大腸桿菌，未導(dǎo)入質(zhì)粒的細(xì)菌將會(huì)死亡，原因是這些細(xì)菌不含有_基因。(3)將制備的探針加入角化囊腫切片中，探針將與_形成雜交帶，進(jìn)而判斷SHH基因的轉(zhuǎn)錄情況。,需要,感受態(tài),Amp(或氨芐青霉素抗性或抗性),SHH轉(zhuǎn)錄的mRNA,4(2017年福建三明第一中學(xué)月考)絞股藍(lán)細(xì)胞中含有抗煙草花葉病毒(TMV)基因，可以合成一種抗TMV蛋白，葉片對(duì)TMV具有抗感染性。煙草是重要的經(jīng)濟(jì)作物，由于TMV的感染會(huì)導(dǎo)致大幅度減產(chǎn)。研究人員利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)培育出了抗TMV的煙草，主要流程如圖所示：,(1)科學(xué)家首先從絞股藍(lán)細(xì)胞中提取抗TMV基因轉(zhuǎn)錄的RNA，然后合成目的基因。圖中過(guò)程表示_，獲得的DNA必須在兩側(cè)添加_和_。(2)過(guò)程構(gòu)建重組Ti質(zhì)粒時(shí)，必須使用_和_兩種工具酶。(3)由圖分析，在過(guò)程構(gòu)建的重組Ti質(zhì)粒上應(yīng)該含有卡那霉素抗性基因作為_(kāi)，重組Ti質(zhì)粒導(dǎo)入煙草體細(xì)胞的方法是_。(4)在過(guò)程培養(yǎng)基中除含有卡那霉素及植物必需的各種營(yíng)養(yǎng)成分外，還必須添加_，以保證受體細(xì)胞能培養(yǎng)成再生植株。(5)過(guò)程可采取_的方法，檢測(cè)植株是否合成了抗TMV蛋白。在個(gè)體水平的鑒定過(guò)程中，可通過(guò)_的方法來(lái)確定植株是否具有抗性。,逆(反)轉(zhuǎn)錄,啟動(dòng)子,終止子,限制酶,DNA連接酶,標(biāo)記基因,農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法,植物激素,抗原抗體雜交,接種煙草花葉病毒,四、基因工程的應(yīng)用,抗逆,器官移植,五、蛋白質(zhì)工程1概念理解(1)基礎(chǔ)：蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其與生物功能的關(guān)系。(2)操作：_或基因合成。(3)結(jié)果：改造了現(xiàn)有蛋白質(zhì)或制造出_。(4)目的：根據(jù)人們對(duì)蛋白質(zhì)功能的特定需求，對(duì)_進(jìn)行分子設(shè)計(jì)。2蛋白質(zhì)工程的設(shè)計(jì)流程,基因修飾,新的蛋白質(zhì),蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu),功能,蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu),氨,基酸序列,脫氧核,苷酸序列,3蛋白質(zhì)工程與基因工程的關(guān)系,1蛋白質(zhì)工程與基因工程相比，其突出特點(diǎn)是()A基因工程原則上能生產(chǎn)任何蛋白質(zhì)B蛋白質(zhì)工程能對(duì)現(xiàn)有的蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，或制造一種新的蛋白質(zhì)C蛋白質(zhì)工程可以不通過(guò)轉(zhuǎn)錄和翻譯來(lái)實(shí)現(xiàn)D蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上，延伸出來(lái)的第三代基因工程,B,2、對(duì)天然蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，應(yīng)該直接對(duì)蛋白質(zhì)分子進(jìn)行操作，還是通過(guò)對(duì)基因的操作來(lái)實(shí)現(xiàn)？，原因是_。,要對(duì)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)改造，最終還必須通過(guò)