基因工程3.7基因工程3.7基因工程圖解：抗蟲棉的培育過程【考點1】描述基因工程基本操作的幾個步驟：①獲得目的基因

②目的基因與載體結合，形成重組DNA③重組DNA導入受體細胞

④目的基因的檢測和表達

④③①②1.基因工程操作中最核心、最關鍵的一步？2.唯一不涉及堿基互補配對的操作步驟?該過程把三種工具全用上了.3.7基因工程方法：已知序列未知序列化學方法合成PCR技術擴增從基因文庫獲得步驟1：獲得目的基因（人們感興趣的基因）

mRNA逆轉錄DNA

氨基酸mRNA逆轉錄DNA

推測PCR技術DNA復制相同點原理DNA復制(堿基互補配對)原料四種游離的脫氧核苷酸條件模板、ATP、酶、原料、引物不同點解旋方式DNA在高溫下變性解旋解旋酶催化場所體外復制(PCR擴增儀)主要在細胞核內(nèi)酶熱穩(wěn)定的DNA聚合酶(Taq酶)細胞內(nèi)含有的DNA聚合酶結果在短時間內(nèi)形成大量的DNA片段形成整個DNA分子3.7基因工程最常用:質粒其他:λ噬菌體、動植物病毒等步驟2：目的基因與載體結合(1)功能：將目的基因導入受體細胞。(2)類型(3)應具備條件：【注意】與細胞膜上載體的區(qū)別：兩者的化學本質和作用都不相同。

常見的標記基因：抗生素抗性基因、產(chǎn)生特定顏色的表達產(chǎn)物基因、發(fā)光基因等①能在宿主細胞中穩(wěn)定地保存并復制;②具有一至多個酶切位點，以便與外源基因連接；③具有標記基因，供重組DNA的檢測和鑒定。3.7基因工程

細胞類型常用方法受體細胞轉化過程植物細胞將目的基因插入Ti質粒的T-DNA上→轉入農(nóng)桿菌→導入植物細胞→整合到受體細胞的DNA上動物細胞將含有目的基因的表達載體提純→獲得受精卵→顯微注射→早期胚胎培養(yǎng)→胚胎移植→發(fā)育成為具有新性狀的動物微生物細胞用Ca2+處理細胞→感受態(tài)細胞→重組表達載體DNA分子與感受態(tài)細胞混合→感受態(tài)細胞吸收步驟3：重組DNA導入受體細胞農(nóng)桿菌轉化法顯微注射法CaCl2處理增大細胞壁通透性體細胞受精卵原核細胞或酵母菌3.7基因工程花粉管通道法在授粉后向子房注射含目的基因的DNA溶液，利用植物在開花、受精過程中形成的花粉管通道，將外源DNA導入受精卵細胞，并進一步地被整合到受體細胞的基因組中，隨著受精卵的發(fā)育而成為帶轉基因的新個體。該方法于80年代初期由我國學者周光宇提出，我國目前推廣面積最大的轉基因抗蟲棉就是用花粉管通道法培育出來的。該法的最大優(yōu)點是不依賴組織培養(yǎng)人工再生植株，技術簡單，不需要裝備精良的實驗室，常規(guī)育種工作者易于掌握。3.7基因工程

1.植物：常用體細胞(經(jīng)組織培養(yǎng))；2.動物：常用受精卵(一般不用體細胞)；3.微生物：大腸桿菌、酵母菌等；但要合成糖蛋白、有生物活性的胰島素，則必需用真核生物酵母菌——因需要內(nèi)質網(wǎng)、高爾基體的加工、分泌。4.一般不用支原體，原因是它營寄生生活;5.一定不能用哺乳動物成熟紅細胞,原因是它無細胞核,不能合成蛋白質。關于“受體細胞”的幾點說明：3.7基因工程步驟4：目的基因的檢測和表達3.7基因工程基因工程的基本原理和理論基礎概括如下圖：

3.7基因工程在生物體外對DNA分子進行人工剪切、拼接，對基因進行改造和重新組合，再導入生物體內(nèi)使導入的基因得以表達。基因工程的別名原理操作環(huán)境操作對象操作水平基本過程結果基因拼接技術或DNA重組技術生物體外基因基因重組DNA分子水平剪切→拼接→導入→表達人類需要的基因產(chǎn)物2.基因工程的概念3.7基因工程【考點2】基因工程中工具酶和載體的應用限制性內(nèi)切酶DNA連接酶載體分布作用結果主要在微生物中，如細菌和酵母菌識別特定的核苷酸序列并在特定切點上切割產(chǎn)生黏性末端所有細胞形成磷酸二酯鍵形成重組DNA細菌質粒、噬菌體和動植物病毒將目的基因送入受體細胞目的基因在受體細胞內(nèi)穩(wěn)定保存并復制表達3.7基因工程GCTTAAAATTCGGAATTCCTTAAG

DNA被限制酶切斷后,有兩個反向互補的

“黏性末端”。１、“基因的剪刀”──限制性內(nèi)切酶3.7基因工程①限制酶切割的化學鍵為__________。

②在切割目的基因和運載體時要求用______限制酶,目的是產(chǎn)生相同的黏性末端。

③將一個基因從DNA分子上切割下來,需要____個限制酶，同時____個產(chǎn)生黏性末端。

④不同DNA分子用同一種限制酶切割產(chǎn)生的黏性末端______，同一個DNA分子用不同的限制酶產(chǎn)生的黏性末端_______。

磷酸二酯鍵同一種24都相同不一定相同提醒：3.7基因工程

拓展提升：DNA連接酶與DNA聚合酶的比較DNA

連接酶DNA

聚合酶作用實質都是催化兩個脫氧核苷酸之間形成磷酸二酯鍵是否需模板不需要需要連接DNA鏈雙鏈單鏈作用過程在兩個DNA片段之間形成磷酸二酯鍵將單個核苷酸加到已存在的核酸片段的3′端的羥基上,形成磷酸二酯鍵作用結果將兩個DNA片段連接成重組DNA分子合成新的DNA分子3.7基因工程3、基因的運輸工具——質粒①能在宿主細胞中復制并穩(wěn)定地保存;請思考:

質粒為什么適合做運載體?②具有多個限制酶切點；③具有標記基因.細菌擬核外能自主復制的小型環(huán)狀DNA分子（但不是細胞器）明確：質粒既可在自身細胞、受體細胞，也可在體外復制。3.7基因工程1.基因工程中，需使用特定的限制酶切割目的基因和質粒，便于重組和篩選。已知限制酶I的識別序列和切點是--G↓GATCC--;限制酶II的識別序列和切點是--↓GATC--。根據(jù)圖示判斷下列操作正確的是：()

A．質粒用限制酶Ⅰ切割，目的基因用限制酶Ⅱ切割

B．質粒用限制酶Ⅱ切割，目的基因用限制酶Ⅰ切割

C．目的基因和質粒均用限制酶Ⅰ切割

D．目的基因和質粒均用限制酶Ⅱ切割A3.7基因工程2.（07廣東）現(xiàn)有一長度為1000堿基對（bp）的DNA分子，用限制性核酸內(nèi)切酶EcoRI酶切后得到的DNA分子仍是1000bp，用KpnI單獨酶切得到400bp和600bp兩種長度的DNA分子，用EcoRI,Kpnl同時酶切后得到200bp和600bp兩種長度的DNA分子。該DNA分子的酶切圖譜正確的是（）D3.7基因工程3.限制性內(nèi)切酶能識別特定的DNA序列并進行剪切，不同的限制性內(nèi)切酶可以對不同的核酸序列進行剪切。現(xiàn)以3種不同的限制性內(nèi)切酶對6.2kb大小的線狀DNA進行剪切后。用凝膠電泳分離各核酸片段，實驗結果如圖所示。請問：3種不同的限制性內(nèi)切酶在此DNA片段上相應切點的位置是()D3.7基因工程5.(09浙江卷,3)下列關于基因工程的敘述,錯誤的是 ()A.目的基因和受體細胞均可來自動、植物或微生物

B.限制性核酸內(nèi)切酶和DNA連接酶是兩類常用的工具酶

C.人胰島素原基因在大腸桿菌中表達的胰島素原無生物活性

D.載體上的抗性基因有利于篩選含重組DNA的細胞和促進目的基因的表達D3.7基因工程5.(09·重慶卷,2)下表有關基因表達的選項中，不可能的是 ()基因表達的的細胞表達產(chǎn)物A細菌抗蟲蛋白基因抗蟲棉葉肉細胞細菌抗蟲蛋白B人酪氨酸酶基因正常人皮膚細胞人酪氨酸酶C動物胰島素基因大腸桿菌工程菌細胞動物胰島素D兔血紅蛋白基因兔成熟紅細胞兔血紅蛋白D3.7基因工程6.(09·福建)轉基因抗病香蕉的培育過程如圖所示。質粒上有PstⅠ、SmaⅠ、EcoRⅠ、ApaⅠ等四種限制酶切割位點。請回答:

(1)構建含抗病基因的表達載體A時,應選用限制酶

,對

進行切割。

(2)培養(yǎng)基中的卡那霉素會抑制香蕉愈傷組織細胞的生長,欲利用該培養(yǎng)基篩選已導入抗病基因的香蕉細胞,應使基因表達載體A中含有____________作為標記基因。

(3)香蕉組織細胞具有

,因此,可以利用組織培養(yǎng)技術將導入抗病基因的香蕉組織細胞培育成植株。圖中①、②依次表示組織培養(yǎng)過程中香蕉組織細胞的

。

脫分化、再分化PstⅠ、EcoRⅠ含抗病基因的DNA、質粒抗卡那霉素基因全能性3.7基因工程植物方面提高植物的抗蟲、抗病、抗逆性改良植物的品質動物方面提高動物生長速度用轉基因動物生產(chǎn)藥物用轉基因動物作器官移植的供體疾病治療

Δ基因診斷

Δ基因工程藥物

Δ基因治療環(huán)境保護【考點3】基因工程的應用（如基因工程胰島素、人生長激素、干擾素、乙肝疫苗）乳腺生物反應器

膀胱生物反應器

把健康的外源基因導入有基因缺陷的細胞中，達到治療疾病的目的。優(yōu)點：①與雜交育種相比：②與誘變育種相比：克服遠緣雜交不親和障礙定向改造生物性狀。3.7基因工程改良植物的品質3.7基因工程基因診斷：

也稱為DNA診斷或基因探針技術，即在DNA水平分析檢測某一基因，從而對特定的疾病進行診斷。

基因探針：一段與目的基因互補的用放射性同位素(如32P)、熒光分子等標記的特異核苷酸序列；它包括整個基因，或基因的一部分；可以是DNA本身，也可以是由之轉錄而來的RNA。

原理：DNA分子雜交；概念：3.7基因工程基因診斷技術在什么方面發(fā)展迅速？

在診斷遺傳性疾病方面發(fā)展迅速。目前已經(jīng)可以對幾十種遺傳病進行產(chǎn)前診斷。1）β—珠蛋白的DNA探針→鐮刀狀細胞貧血癥

2）苯丙氨酸羧化酶基因探針→苯丙酮尿癥

3）白血病患者細胞中分離出的癌基因探針→白血病舉例：3.7基因工程4．基因工程與生態(tài)環(huán)境保護⑴環(huán)境監(jiān)測：

基因工程做成的DNA探針能夠十分靈敏地檢測環(huán)境中的病毒、細菌等污染。1t水中只有10個病毒也能被DNA探針檢測出來3.7基因工程⑵環(huán)境污染治理：

基因工程做成的“超級細菌”能吞食和分解多種污染環(huán)境的物質。通常一種細菌只能分解石油中的一種烴類，用基因工程培育成功的“超級細菌”卻能分解石油中的多種烴類化合物。有的還能吞食轉化汞、鎘等重金屬，分解DDT等毒害物質。3.7基因工程提取目的基因

【考點1】基因工程的基本操作過程目的基因與運載體結合，形成重組DNA重組DNA導入受體細胞

目的基因的檢測和表達

直接分離基因：

人工合成基因

常用的載體：

涉及的酶：

動物：

植物：

判斷目的基因是否導入：判斷目的基因是否表達：

鳥槍法、PCR技術；ｍRNA逆轉錄；氨基酸推測限制酶/DNA連接酶質粒、噬菌體、動植物病毒顯微注射法花粉管通道法標記基因受體細胞培養(yǎng)成的個體是否表現(xiàn)特定的性狀基因文庫3.7基因工程農(nóng)桿菌轉化法農(nóng)桿菌是普遍存在于土壤中的一種革蘭氏陰性細菌，它能在自然條件下趨化性地感染大多數(shù)雙子葉植物的受傷部位，并誘導產(chǎn)生冠癭瘤或發(fā)狀根。根癌農(nóng)桿菌和發(fā)根農(nóng)桿菌中細胞中分別含有Ti質粒和Ri質粒，其上有一段T-DNA，農(nóng)桿菌通過侵染植物傷口進入細胞后，可將T-DNA插入到植物基因組中