1.1 DNA重组技术的基本工具课件-2023-2024学年高二下学期生物人教版（2019）选择性必修3

生物 选修3 现代生物科技专题 长乐侨中 周燕莺 专题1 基因工程 一、基因工程的概述 1、定义： 是指按照人们的愿望，进行严格的设计，并通过体外DNA重组和转基因技术，赋予生物以新的遗传特性，从而创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。 基因工程的别名 基因拼接技术或DNA重组技术 操作环境 生物体外 操作对象 基因 操作水平 DNA分子水平 基本过程 剪切→拼接→导入→表达 结果 符合人类需要的基因产物 理论依据： 1、DNA是遗传物质的证明 2、DNA双螺旋结构和半保留复制 3、中心法则阐明遗传信息流动的方向 4、遗传密码的破译 技术发展： 1、基因转移载体的发现 2、工具酶的发现 3、DNA合成和测序技术的发明 4、DNA体外重组的实现 5、重组DNA表达实验的成功 6、第一例转基因动物问世 7、PCR技术的发明 2、诞生： 艾弗里证明DNA是遗传物质，DNA可从一种生物个体转移到另一种生物个体。 沃森、克里克提出DNA的双螺旋结构模型。 梅塞尔松、斯塔尔证明DNA的半保留复制 克里克等提出中心法则 1963年尼伦伯格和马太破译编码氨基酸的遗传密码，1966年霍拉纳用实验加以证明。 目的基因 供体细胞 重组 基因 二、DNA重组技术的基本工具 1、限制性核酸内切酶（限制酶） 2、DNA连接酶 3、载体 1、"分子手术刀"—限制性核酸内切酶 　 黏性末端　　　　 黏性末端 识别序列的特点：中轴线两侧的碱基反向对称重复排列 平末端　　　平末端 限制酶 Sma Ⅰ 的酶切过程 当限制酶在它识别的中心轴线处切开 磷酸二酯键 每形成一个磷酸二酯键脱去一分子水 要想获得某个特定性状的基因必须要用限制酶切几个切口？可产生几个黏性(平)末端？ 要切两个切口，产生四个黏性(平)末端。 如果把两种来源不同的DNA用同一种限制酶来切割，会怎样呢？ 会产生相同的黏性(平)末端，然后让两者的黏性(平)末端黏合起来，就似乎可以合成重组的DNA分子了。 …C T A A G C T T C A C T T C A A G T C G C A A G C T T C T… …G A T T C G A A G T G A A G T T C A G C G T T C G A A G A… …T A G A A T T C G C T G G A A A G C T T C G A T C C G A C… …A T C T T A A G C G A C C T T T C G A A G C T A G G C T G… HindⅢ AAGCTT A G C T T C A C T T C A A G T C G C A A G T G A A G T T C A G C G T T C G A A G C T T C G A T C C G A C… A G C T A G G C T G… …T A G A A T T C G C T G G A A …A T C T T A A G C G A C C T T T C G A 1、你能推测限制酶存在于原核生物中的作用是什么吗？ 寻根问底 防止外来病原物的侵害。当外源DNA侵入时，会利用限制酶将外源DNA切割掉，以保证自身的安全。所以，限制酶在原核生物中主要起到切割外源DNA、使之失效，从而达到保护自身的目的。 2、为什么限制酶不剪切细菌本身的DNA？ 细菌中含有某种限制酶的细胞，其DNA分子中不具备这种限制酶的识别切割序列； 通过甲基化酶将甲基转移到所识别序列的碱基上，使限制酶不能将其切开。 2、"分子缝合针"—DNA连接酶 E·coli DNA/T4DNA连接酶-连接黏性末端 T4DNA连接酶-连接平末端 效率低 E·coli DNA连接酶 T4DNA连接酶 来源于大肠杆菌 来源于T4噬菌体 （5）DNA连接酶：通过磷酸二酯键连接DNA片段 DNA相关酶的比较 （1）DNA（水解）酶：能够将DNA水解成四种脱氧核苷酸，彻底水解成磷酸、脱氧核糖和含氮碱基 （2）（DNA）限制酶：切磷酸二酯键形成DNA片段 （4）DNA聚合酶：以DNA两条链为模板，能将单个的核苷酸通过磷酸二酯键连接成DNA子链 （3）（DNA）解旋酶：断氢键解双链螺旋 如图为DNA分子在不同酶的作用下所发生的变化，则图中依次表 示限制性核酸内切酶、DNA聚合酶、DNA连接酶、解旋酶作用的 正确顺序为 。 ①④②③ DNA链接酶 解旋酶 DNA聚合酶 限制酶 目的基因只是切割下来的DNA片段，不能自我复制，在受体细胞分裂时可能造成基因丢失 为什么不直接将目的基因导入受体细胞中？ 寻根问底 3、"分子运输车"—基因的载体 1、载体必须具备的条件： 2、载体的类型： 质粒；λ噬菌体的衍生物；动植物病毒等 对受体细胞无害； 有一个至多个限制酶切割位点； 有特殊的标记基因，便于鉴定和筛选； 能在宿主细胞中自我复制或能整合到染色体DNA上。 有标记基因，可用含氨苄青霉素的培养基鉴别 有切割位点 能复制并带着插入的目的基因一起复制 裸露的、结构简单的、独立于细菌染色体（即拟核DNA）之外，并具有自我复制能力的双链环状DNA分子。 在基因工程操作中，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。 活动一：纸质模型模拟限制酶剪切DNA分子获取目的基因 不同来源的DNA片段混合 ……G　　AATTC…… ……CTTAA　　G…… ……G　　AATTC…… ……CTTAA　　G…… 活动二：重组DNA分子的模拟操作 活动二：重组DNA分子的模拟操作 已知标记基因有抗四环素基因（Tetr）和抗氨苄青霉素(Ampr)的基因，现探讨某细菌的质粒中有无标记基因或标记基因是什么？请设计实验、预期实验结果，并得出相应的实验结论。 对照组：不添加抗生素 实验组1：添加一定浓度的四环素 实验组2：添加一定浓度的氨苄青霉素 实验组3：添加一定浓度的四环素和氨苄青霉素 活动三：设计实验 对照组 实验组1 实验组2 实验组3 结 论 预期一 ＋ ＋ ＋ ＋ 预期二 ＋ ＋ － － 预期三 ＋ － ＋ － 预期四 ＋ － － － 对照组：不添加抗生素 实验组1：添加一定浓度的四环素 实验组2：添加一定浓度的氨苄青霉素 实验组3：添加一定浓度的四环素和氨苄青霉素 既含有抗四环素基因也含有抗氨苄青霉素基因 只含有抗四环素基因 只含有抗氨苄青霉素基因 既不含有抗四环素基因也不含有抗氨苄青霉素基因 来源：主要来源于原核生物 特点：具有专一性 作用部位：磷酸二酯键 结果：形成黏性末端或平末端 限制酶 DNA连接酶 作用：把两条双链DNA片段拼接起来 连接部位：磷酸二酯键 种类：E.coliDNA连接酶、T4 DNA连接酶 载体 作为载体的条件 ①对受体细胞无害 ②有一个至多个限制酶切割位点 ③有特殊的标记基因 ④能自我复制或能整合到宿主DNA上 小结 DNA重 组 技 术 的 基 本 工 具 种类：质粒、 λ噬菌体衍生物 、动植物病毒 1、质粒上有标记基因如图所示，通过标记基因可以推知外源基因(目的基因)是否转移成功。外源基因插入的位置不同，细菌在培养基上的生长情况也不同，下表是外源基因插入位置(插入点有a、b、c)，请根据表中提供细菌的生长情况，推测①②③三种重组后细菌的外源基因插入点，正确的一组是 A．①是c；②是b；③是a B．①是a和b；②是a；③是b C．①是a和b；②是b；③是a D．①是c；②是a；③是b 2、下图是将人的生长激素基因导入细菌B（大肠杆菌）体内制造工程菌的示意图，已知细菌B细胞内不含质粒A，也不含质粒A上的基因。下列说法不正确的是（ ） A.基因表达载体的构建用到限制酶与DNA连接酶 B.将完成导入过程后的细菌涂布在含有氨苄青霉素的培养基上，能生长的只是导入了重组质粒的细菌 C.将完成导入过程后的细菌涂布在含有四环素的培养基上，能生长的就是导入了质粒A的细菌 D.目的基因成功导入的标志是受体细胞在含有氨苄青霉素的培养基上生长，而在含有四环素的培养基上不能生长 $$