2026届高三生物二轮复习课件大专题9——基因工程赋予生物新的遗传特性

二轮大专题-9 基因工程赋予生物新的遗传特性 配套练习见文档 新教材二轮微专题 1 05 画一画 02 二轮复习 01 课前朗读 03 易错判断 04 教材扫盲 新教材二轮微专题 1 新教材二轮微专题 新教材二轮微专题 1 1.蛋白质工程：以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作为基础，通过改造或合成基因，来改造现有蛋白质，或制造一种新的蛋白质，以满足人类生产和生活的需求。(选择性必修3P93) 2.基因工程原则上只能生产自然界中已存在的蛋白质。(选择性必修3P93) 3.基因工程是一种DNA操作技术，需要借助限制酶、DNA连接酶和载体等工具才能进行。它的基本操作程序包括：目的基因的筛选与获取、基因表达载体的构建、将目的基因导入受体细胞和目的基因的检测与鉴定。(选择性必修3P97) 课前朗读 01 新教材二轮微专题 新教材二轮微专题 1 二轮复习——目录 02 基因工程的操作工具和程序 限制酶、DNA连接酶、DNA聚合酶和解旋酶的比较 限制酶的选择技巧 同尾酶 基因表达载体的构建过程 PCR技术的引物 PCR常见类型(重叠延伸PCR|大引物PCR、荧光定量PCR、巢式PCR、反向PCR) PCR产物鉴定——琼脂糖凝胶电泳 新教材二轮微专题 新教材二轮微专题 1 二轮复习 02 1.基因工程的操作工具和程序 ①限制性核酸内切酶(限制酶)P71 基因工程基本工具 功能:能够识别的 某种特定的核苷酸序列，并且使 中特定部位的两个核苷酸之间 的断开。 结果:形成黏性末端或平末端 每一条链 磷酸二酯键 双链DNA分子 ②DNA连接酶 作用:将双链DNA片段连接起来，恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间磷酸二酯键。 常见种类:E·coli DNA连接酶(只连黏性末端)T4DNA连接酶(两种末端都能连)。 ③最常用的载体运载体——质粒P72 种类：质粒、噬菌体、动植物病毒 具备条件：①有一个至多个限制酶切割位点②在受体细胞中稳定存在并能自我复制或整合到受体DNA上，随受体DNA同步复制③具有特殊的标记基因④无毒害作用 新教材二轮微专题 新教材二轮微专题 1 二轮复习 02 1.基因工程的操作工具和程序 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 获取方法：常用PCR特异性地快速扩增目的基因 目的基因的筛选与获取 基因表达载体的构建(核心) 将目的基因导入受体细胞 目的基因的 检测与鉴定 启动子(有特殊序列结构的DNA片段): 位置：目的基因的上游 功能：RNA聚合酶识别和结合的部位，驱动基因转录 终止子(有特殊序列结构的DNA片段): 位置：目的基因的下游 功能：终止转录 标记基因：初步鉴定和筛选含有目的基因的受体细胞。 复制原点：要能与特定的受体细胞相匹配使外源基因在受体细胞中能稳定复制并遗传。 植物：农杆菌转化法、花粉管通道法 动物：显微注射技术（导入受精卵） 微生物：Ca2+处理法 分子水平：PCR等技术、抗原一抗体杂交 个体生物学水平：抗性、耐性实验 新教材二轮微专题 新教材二轮微专题 1 二轮复习 02 2.限制酶、DNA连接酶、DNA聚合酶和解旋酶的比较 种类 限制性内切核酸酶 (限制酶) DNA连接酶 DNA聚合酶 解旋酶 作用底物 DNA分子 DNA分子片段 脱氧核苷酸 DNA分子 作用部位 磷酸二酯键 磷酸二酯键 磷酸二酯键 碱基对间的氢键 种类 限制酶(限制性内切核酸酶) DNA连接酶 DNA聚合酶 解旋酶 作用特点 切割目的基因及载体，能专一性识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开 将双链DNA片段“缝合”起来，恢复被限制酶切开了的两个核苷酸之间的磷酸二酯键 只能将单个脱氧核苷酸添加到已有的核苷酸链上，形成新的磷酸二酯键 将DNA两条链之间的氢键打开 作用结果 形成黏性末端或平末端 形成重组DNA分子 形成新DNA分子 形成单链DNA分子 新教材二轮微专题 新教材二轮微专题 1 二轮复习 02 3.限制酶的选择技巧 ①不破坏目的基因原则：应选择切点位于目的基因两端的限制酶，不能选择切点位于目的基因内部的限制酶，如图甲不能选择SmaⅠ。 ②保留标记基因、启动子、终止子、复制原点原则： ③确保出现相同黏性末端原则：为避免目的基因和质粒的自身环化和反向连接，也可使用不同的限制酶切割目的基因和质粒，如图甲可选择用PstⅠ和EcoRⅠ两种限制酶(但要确保质粒上也有这两种酶的切点，如图乙) (1)根据目的基因两端的限制酶切点选择限制酶 新教材二轮微专题 新教材二轮微专题 1 二轮复习 02 3.限制酶的选择技巧 (2)根据质粒的特点选择限制酶(如图) 目的基因位于启动子和终止子之问才能表达 新教材二轮微专题 新教材二轮微专题 1 二轮复习 02 4.同尾酶 同尾酶是指识别的序列不相同，但产生相同的黏性末端的限制酶。由同尾酶产生的DNA片段，是能够通过其黏性末端之间的互补作用彼此连接起来的。当把两种同尾酶切割的DNA片段连接后，原来的酶切位点将不存在，不能被原来的限制酶所识别。例如：BamHI和BglⅡ,Sal I和Xho I就是常见的同尾酶。 限制酶 识别序列及切割位点 BamH Ⅰ Bgl Ⅱ Sal Ⅰ Xho Ⅰ 新教材二轮微专题 新教材二轮微专题 1 二轮复习 02 5.基因表达载体的构建过程 双酶切的优点: 防止质粒重新环化 防止目的基因自身环化 防止质粒与目的基因 单酶切缺点: 质粒重新环化 目的基因自身环化 质粒与目的基因反向连接(后果) 目的基因插入位点不是随意的：基因表达载体需要启动子与终止子的调控，所以目的基因应插入启动子和终止子之间的部位，若目的基因插入启动子部位，启动子将失去原功能。 新教材二轮微专题 新教材二轮微专题 1 二轮复习 02 6.PCR技术的引物 PCR引物的特点与设计 DNA聚合酶不能单独从头开始合成DNA，只能从一段DNA序列的3'端延伸DNA链。当引物与DNA母链通过碱基互补配对结合后，DNA聚合酶就能从引物的3'端开始延伸DNA链，因此DNA的合成方向总是从子链的5'端向3'端延伸。 (1)PCR技术需要引物的原因 二轮微专题——PCR及不同应用情境下引物的设计 新教材二轮微专题 新教材二轮微专题 1 二轮复习 02 6.PCR技术的引物 PCR引物的特点与设计 ①引物能与DNA模板的碱基进行特异性互补配对(只能扩增出目标DNA片段)。 ②2种引物之间不能有互补的碱基序列，避免引物形成双链，导致扩增失败。 ③某一引物不能存在局部碱基序列互补配对，避免自身出现折叠配对，无法和模板DNA结合。 (2)引物应具备的特点 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(如图),请分别说明理由。 新教材二轮微专题 新教材二轮微专题 1 二轮复习 02 6.PCR技术的引物 PCR引物的特点与设计 ③引物的延伸是从3'端开始的，不能进行任何修饰。多数情况需要在2种引物的5'端添加不同限制酶识别的碱基序列(或引人启动子序列、放射性同位素\荧光标记物、插入突变序列)，扩增出的DNA片段可以使用相应限制酶切割后与载体正向连接。 (2)引物应具备的特点 新教材二轮微专题 新教材二轮微专题 1 二轮复习 02 6.PCR技术的引物 PCR引物的特点与设计 ④引物不能太短(通常20-30个核苷酸序列)，以防扩增出非特异性DNA片段（非目的基因）。太长则会导致PCR效率变低。短的引物（15个核苷酸以下）能非常高效地结合---但是它们的专一性 。非常长的引物能提高专一性，但是复性效率 ，从而导致PCR产物量 。如果引物中GC含量较高，可适当 退火温度。 (2)引物应具备的特点 差 低 低 提高 复性温度越高，则可以让更长的引物与母链结合 新教材二轮微专题 新教材二轮微专题 1 二轮复习 02 6.PCR技术的引物 例、(2023·山东，25节选)科研人员构建了可表达J－V5融合蛋白的重组质粒并进行了检测，该质粒的部分结构如图甲所示，其中V5编码序列表达标签短肽V5。 构建重组质粒后，为了确定J基因连接到质粒中且插入方向正确，需进行PCR检测，若仅用一对引物，应选择图甲中的引物____________________。已知J基因转录的模板链位于b链，由此可知引物F1与图甲中J基因的________(填“a链”或“b链”)相应部分的序列相同。 F2和R1或F1与R2 a链 模板链的启动子的一端是3’端，转录时子链伸是5’-3’ 新教材二轮微专题 新教材二轮微专题 1 【详解】据图甲可知，引物F2与R1或F1与R2结合部位包含J基因的碱基序列，因此推测为了确定J基因连接到质粒中且插入方向正确，进行PCR检测时，若仅用一对引物，应选择图甲中的引物F2和R1或F1与R2。b是模板链，而根据图上启动子和终止子的位置可知转录方向是图上从左向右，对应的模板链方向应该是3’-5'，非模板链（也就是a链）是5'-3'；考虑到DNA复制的方向是子链的5’-3'，引物基础上延伸的方向肯定是5'-3'，所以引物结合的单链其方向是3'-5'；图中F1是前引物，在左侧，所以其配对的单链是3’-5'的b链，故其序列应该与a链相应部分的序列相同。 二轮复习 02 6.PCR技术的引物 数量计算 已知引物1及引物2之间的序列为目的序列，若引物与DNA的结合位点如图所示，在第________轮循环产物中开始出现两条单链等长的目的片段。若进行3次循环，共需加入引物______个，其中引物1_____个。 2 14 7 新教材二轮微专题 新教材二轮微专题 1 PCR定点突变技术：设计含有非特异性配对碱基的引物，再通过PCR将突变位点引入产物中，可在任何位点引入突变，它又可以分为重叠延伸PCR、大引物PCR等。 二轮复习 02 7.重叠延伸PCR|大引物PCR、荧光定量PCR、巢式PCR、反向PCR 重叠延伸PCR|大引物PCR 重叠延伸PCR 大引物PCR 新教材二轮微专题 新教材二轮微专题 1 二轮复习 02 7.重叠延伸PCR|大引物PCR、荧光定量PCR、巢式PCR、反向PCR 重叠延伸PCR在定点诱变获取突变基因时,PCR1中使用的引物有 　　 ，PCR2中使用的引物有　　　　 。 PCR1和PCR2不能在同一个反应体系中进行,原因是 。 图1 引物A、引物C 引物B、大引物b 引物之间能结合,会干扰引物和模板链的结合，影响PCR过程 新教材二轮微专题 新教材二轮微专题 1 二轮复习 02 7.重叠延伸PCR|大引物PCR、荧光定量PCR、巢式PCR、反向PCR 大引物PCR需要用到三条引物进行两轮PCR，这三条引物分别是突变上游引物、常规上游引物和常规下游引物。 第一轮PCR利用突变上游引物和常规下游引物进行扩增，得到不完整的含有突变位点的DNA片段； 第二轮PCR利用第一轮扩增产物中的一条DNA链作为下游大引物，它与常规上游引物一起扩增得到完整的含有突变位点的DNA片段 新教材二轮微专题 新教材二轮微专题 1 二轮复习 02 7.重叠延伸PCR|大引物PCR、荧光定量PCR、巢式PCR、反向PCR 荧光定量PCR 实时荧光定量PCR简称qPCR，灵敏度高特异性好，是目前检测微小残留病变的常用方法。将标有荧光素的Taqman探针与待测样本DNA混合后，在变性、复性、延伸的热循环中，与待测样本DNA配对结合的Taqman探针被Taq 酶切断，在特定光激发下发出荧光(如图所示)，随着循环次数的增加，荧光信号强度增加，通过实时检测荧光信号强度，可得Ct值(该值与待测样本中目的基因的个数呈负相关)。 新教材二轮微专题 新教材二轮微专题 1 二轮复习 02 7.重叠延伸PCR|大引物PCR、荧光定量PCR、巢式PCR、反向PCR 荧光定量PCR 荧光定量PCR原理如图，TaqMan探针可与特定的模板序列结合，上游引物延伸至探针所在位置时，可水解探针使荧光基团R与淬灭基团Q分离，使R基团发出荧光。可通过反应体系的荧光达到指定强度时的扩增轮数，即CT值，来判断待测样品中目标核酸的含量。下列叙述错误的是（ ） A．图中Q基团连接在探针的5′端 B．一个DNA分子扩增N轮共消耗2N-1个探针 C．CT值越高，样品中目标DNA含量也越高 D．新冠病毒采样后的样品需先进行逆转录再进行荧光定量PCR AC 新教材二轮微专题 新教材二轮微专题 1 二轮复习 02 7.重叠延伸PCR|大引物PCR、荧光定量PCR、巢式PCR、反向PCR 巢式PCR 巢式PCR技术的目的是为减少引物与模板之间的非特异性配对，其原理是利用两套引物进行两轮PCR扩增。首先利用第一对引物(外引物)对目的基因所在的DNA进行第一轮扩增(经过15～30次循环)，第二轮扩增以第一轮扩增产物为模板，利用第二对引物(内引物或巢式引物)结合在第一轮扩增产物内部，经过15～30次循环，获得第二轮扩增片段(即目的基因)，最终第二轮扩增片段短于第一轮，基本过程如图所示： 新教材二轮微专题 新教材二轮微专题 1 二轮复习 02 7.重叠延伸PCR|大引物PCR、荧光定量PCR、巢式PCR、反向PCR 反向PCR 如果已知一小段DNA的序列，可采用PCR方法，简捷地分析出已知序列两侧的序列，具体流程如图(以EcoR Ⅰ酶切为例)。请据图回答问题： (1)如表所列为已知的DNA序列和设计的一些PCR引物，步骤Ⅲ选用的引物必须是________(从表格引物①②③④中选择，填编号)。 新教材二轮微专题 新教材二轮微专题 1 二轮复习 02 7.重叠延伸PCR|大引物PCR、荧光定量PCR、巢式PCR、反向PCR 反向PCR (2)对产物测序，经分析得到了片段F的完整序列。下列单链序列中(虚线处省略了部分核苷酸序列)，结果正确的是______。 A.5′-AACTATGCG－－－－－－AGCCCTT-3′ B.5′-AATTCCATG－－－－－－ CTGAATT-3′ C.5′-GCAATGCGT－－－－－－TCGGGAA-3′ D.5′-TTGATACGC－－－－－－ CGAGTAC-3′ B 新教材二轮微专题 新教材二轮微专题 1 二轮复习 02 8.PCR产物鉴定——琼脂糖凝胶电泳 DNA分子具有可解离的基团，在一定的PH下，这些基团可以带上正电荷或负电荷。在电场的作用下，这些带电分子会向着与它所带电荷相反的电极移动，这个过程就是电泳。在凝胶中DNA分子的迁移速率与凝胶的浓度、DNA分子的大小和构象等有关。 新教材二轮微专题 新教材二轮微专题 1 二轮复习 02 8.PCR产物鉴定——琼脂糖凝胶电泳 凝胶中的DNA分子通过染色，可以在波长为300nm的紫外灯下被检测出来。 二轮复习微专题——电泳 新教材二轮微专题 新教材二轮微专题 1 1.转基因作物被动物食用后，目的基因会转人动物体细胞中。( ) 2.蛋白质工程在设计蛋白质结构时依据的是现有基因的脱氧核苷酸序列。( ) 3.PCR反应需提供DNA模板、2种引物、4种核糖核苷酸和耐高温的DNA聚合酶。( ) 4.检测目的基因是否导入受体细胞可用抗原一抗体杂交技术。( ) 5.载体质粒通常采用抗生素合成基因作为筛选标记基因。( ) 易错判断 03 新教材二轮微专题 新教材二轮微专题 1 1.真核细胞和细菌的DNA聚合酶都需要_________激活。因此，PCR反应缓冲液中一般要添加_________。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。用于PCR的引物长度通常为20～30个核苷酸。(选择性必修3P77“相关信息”) 2.农杆菌细胞内含有Ti质粒，当它侵染植物细胞后，能将Ti质粒上的_________(可转移的DNA)转移到被侵染的细胞，并且将其整合到该细胞的____________上。(选择性必修3P81“资料卡”) 3.在凝胶中DNA分子的迁移速率与____________________________________等有关。(选择性必修3P84“探究·实践”) 4.构建乳腺生物反应器时，需要将药用蛋白基因与___________________________的启动子等调控元件重组在一起。(选择性必修3P90正文) 教材扫盲 04 Mg2+ Mg2+ T-DNA 染色体 DNA 凝胶的浓度、DNA 分子的大小和构象 乳腺中特异表达的基因 新教材二轮微专题 新教材二轮微专题 1 答案： 1.不一定  出生率和死亡率  食物、天敌、气候 迁入率和迁出率 2.自身对照  重复实验，求平均值 3.生态位 4.捕食 寄生 捕食 5.群落的空间结构 季节性 1．梳理基因工程的操作流程。 画一画 05 目的基因的筛选与获取→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。 2．梳理基因工程的操作流程。 从预期的蛋白质功能出发→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到并改变相对应的脱氧核苷酸序列(基因)或合成新的基因→获得所需要的蛋白质。 新教材二轮微专题 新教材二轮微专题 1 $