第3章 第2节 第1课时 获取目的基因并构建基因表达载体（教参Word）- 【勤径学升·同步练测】2022-2023学年高二新教材生物选择性必修第三册（人教版）

第2节　基因工程的基本操作程序 第1课时　获取目的基因并构建基因表达载体 [学习目标] 1.运用系统思想解释基因工程的基本步骤和原理。 2.结合资料和示意图阐明PCR的原理，说出PCR所需的条件及其反应过程。 3.结合模式图说出基因表达载体的组成，并理解构建目的。 [对应学生用书第68页] 一、目的基因的筛选与获取 1.筛选合适的目的基因 （1）目的基因：在基因工程的设计和操作中，用于改变受体细胞性状或获得预期表达产物等的基因。目的基因主要是指编码蛋白质的基因。 （2）筛选方法：从相关的已知结构和功能清晰的基因中进行筛选是较为有效的方法之一。 实例：利用Bt基因培育转基因抗虫棉 →因此选取Bt基因作为培育转基因抗虫棉的目的基因 （3）认识基因结构和功能的技术方法：测序技术、序列数据库、序列比对工具。 2.利用PCR获取和扩增目的基因 （1）PCR的含义：PCR是聚合酶链式反应的缩写，它是一项根据DNA半保留复制的原理，在体外提供参与DNA复制的各种组分与反应条件，对目的基因的核苷酸序列进行大量复制的技术。 （2）条件：DNA模板、分别与两条模板链结合的2种引物、4种脱氧核苷酸和耐高温的DNA聚合酶。 （3）过程 ①变性：温度上升到90 ℃以上，目的基因DNA受热变性后解为单链。 ②复性：温度下降到50 ℃左右时，两种引物通过碱基互补配对与两条单链DNA结合。 ③延伸：温度上升到72 ℃左右时，溶液中4种脱氧核苷酸在耐高温的DNA聚合酶的作用下加到引物的3'端合成子链。 ④重复循环多次。 （4）结果：每次循环后目的基因的量增加一倍，即成指数形式扩增（约为2n，其中n为扩增循环的次数）。 （5）产物鉴定：琼脂糖凝胶电泳。 二、基因表达载体的构建 1.构建基因表达载体的目的 （1）使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传给下一代。 （2）使目的基因能够表达和发挥作用。 2.基因表达载体的组成（填图） 3.基因表达载体的构建 　　首先用一定的限制酶切割载体，使它出现一个切口，然后用同种限制酶或能产生相同末端的限制酶切割目的基因的DNA片段，再利用DNA连接酶将目的基因片段拼接到载体的切口处。 判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。 （1）PCR过程使用的是耐高温的DNA聚合酶。 （√） （2）PCR过程中引物是一小段DNA，至少要有两种。 （×） （3）由于整个PCR过程中需要不断调节温度，DNA聚合酶必须耐高温。 （√） （4）基因表达载体中含有起始密码子和终止密码子。 （×） [对应学生用书第69页] 知识点一　目的基因的筛选与获取 　　获取目的基因的方法很多，现在常用PCR特异性地快速扩增目的基因。PCR是聚合酶链式反应的缩写，是根据DNA半保留复制的原理，在体外提供参与DNA复制的各种组分与反应条件，对目的基因的核苷酸序列进行大量复制的技术。 （1）利用PCR技术扩增目的基因需要提供哪些条件？ 提示：需要模板、酶、原料、引物以及适宜的温度和pH等条件。即以DNA两条链为模板，在耐高温的DNA聚合酶的作用下，4种脱氧核苷酸（A、T、C、G）作为合成子链的原料，从引物的3'端开始连接脱氧核苷酸。反应过程中，缓冲溶液维持反应的pH，并保证变性、复性和延伸需要的适宜温度。 （2）什么是引物？如果在某基因组定位了一个目的基因X，但是其核苷酸序列未知，现已知X邻近区域的上、下游的部分DNA序列，此时如何设计引物？ 提示：引物是一小段能与DNA母链的一段碱基序列互补配对的短单链核酸；虽然目的基因X的核苷酸序列未知，但X临近区域的上、下游的部分DNA序列已知，因此可根据X临近区域的上、下游已知序列设计引物。 （3）一个目的基因（DNA）分子在第3次扩增时，需要几种引物？需要几个引物？ 提示：一个目的基因（DNA）分子在第3次扩增时，需要两种引物；第三轮是在第二轮的基础上进行的，第二轮得到四个DNA分子，共八条链，因此需要8个引物。 （4）研究发现，复性温度与设计的引物（如长度、碱基组成）有关，请分析原因。 提示：长度相同但G—C含量高的引物需要设定的复性温度较高；若复性温度过高，则会破坏引物与模板的结合，可能导致PCR得不到任何扩增产物。 （5）PCR技术扩增目的基因实际上是在体外模拟DNA复制过程。请从酶的角度分析PCR技术扩增DNA与DNA体内复制的不同点。 提示：①PCR技术扩增DNA不需要解旋酶；②PCR技术需要的DNA聚合酶应具有耐高温性。 1.PCR技术与细胞内DNA复制的比较 比较项目 细胞内DNA复制 PCR技术 区 别 解旋 方式 解旋酶催化 DNA在高温下变性解旋 场所 主要在细胞核内 细胞外 酶 解旋酶、DNA聚合酶 耐高温的DNA聚合酶 温度 细胞内温和条件 控制