第3课时导入 检测和鉴定目的基因 第一章第一节基因工程概述 学习导航1 理解目的基因导入受体细胞的方法 2 掌握检测与鉴定目的基因的方法 重难点击1 目的基因导入受体细胞的方法 2 检测和鉴定目的基因的方法 课堂导入方式一通过前面的学习 我们了解了基因工程中目的基因的获取及基因表达载体的构建 在目的基因与载体连接成重组DNA分子以后 下面的重要工作主要是将其导入受体细胞进行扩增和筛选 获得大量的重组DNA分子 这就是外源基因的无性繁殖 即克隆 cloning 由于外源基因与载体构成的重组DNA分子性质不同 宿主细胞不同 将重组DNA导入宿主细胞的具体方法也不相同 方式二目的基因导入受体细胞后 是否可以稳定维持和表达其遗传特性 只有通过检测和鉴定才能知道 这是基因工程的第四步工作 以上步骤完成后 在全部的受体细胞中 真正能够摄入重组DNA分子的受体细胞是很少的 因此 必须通过一定的手段对受体细胞中是否导入了目的基因进行检测 检测的方法有很多种 例如 大肠杆菌的某种质粒具有青霉素抗性基因 当这种质粒与外源DNA组合在一起形成重组质粒 并被转入受体细胞后 就可以根据受体细胞是否具有青霉素抗性来判断受体细胞是否获得了目的基因 重组DNA分子进入受体细胞后 受体细胞必须表现出特定的性状 才能说明目的基因完成了表达过程 一 导入目的基因 内容索引 当堂检测 二 检测和鉴定目的基因 一 导入目的基因 基础梳理 将目的基因导入受体细胞的方法和过程 DNA T DNA 感受 显微注射 态 DNA分子 农杆菌转化 感受态细胞 显微注射 问题探究 1 农杆菌转化法的分析 1 将基因表达载体导入农杆菌细胞时 应怎样处理农杆菌细胞 答案 答案基因表达载体 重组质粒 导入农杆菌细胞时 要用Ca2 处理农杆菌细胞 使其处于感受态 利于重组质粒的导入 2 在用土壤农杆菌转化法将目的基因导入植物细胞的过程中 为什么一定要将目的基因插入到Ti质粒的T DNA上 答案 答案农杆菌中的Ti质粒上的T DNA 可转移的DNA 可转移至受体细胞 并且整合到受体细胞的染色体DNA上 2 植物基因工程常用的受体细胞为什么可以是体细胞 而动物基因工程一般只用受精卵 3 为什么微生物细胞适合作为基因工程的受体细胞 答案 答案植物体细胞的全能性较高 可经植物组织培养过程形成完整植物体 因此受体细胞可以是体细胞 动物体细胞的全能性受到严格限制 因此动物基因工程中的受体细胞一般只用受精卵 答案微生物细胞具有繁殖快 多为单细胞 遗传物质相对较少的优点 拓展应用 1 农杆菌是一种在土壤中生活的微生物 能在自然条件下感染植物 因而在植物基因工程中得到了广泛的运用 如图为农杆菌转化法的示意图 试回答下列问题 解析一般农杆菌不能感染的植物是单子叶植物 可感染双子叶植物和裸子植物 利用其感染性 可实现目的基因导入植物细胞 真正可转移至受体细胞并整合到受体细胞染色体的DNA上的是农杆菌T DNA片段 因此目的基因必须插入到该部位才能成功 1 一般情况下农杆菌不能感染的植物是 利用农杆菌自然条件下感染植物的特点 能实现 具体原理是在农杆菌的Ti质粒上存在T DNA片段 它具有可转移至受体细胞并整合到受体细胞 上的特点 因此只要将携带外源基因的DNA片段插入到 部位 即可 答案 解析 单子叶植物 将目的基因导入植物细胞 染色体的DNA T DNA片段 内部 解析根据T DNA这一转移特点 可以推测该DNA片段能控制合成DNA连接酶 限制酶以实现与双子叶植物细胞染色体DNA的整合 2 根据T DNA这一转移特点 推测该DNA片段上可能含有控制 酶合成的基因 答案 解析 DNA连 接酶 限制 解析植物细胞受伤后可产生酚类物质 促进农杆菌向植物细胞转移 3 图中c过程中 能促进农杆菌向植物细胞转移的物质是 类化合物 答案 解析 酚 解析植物基因工程中除了农杆菌转化法之外 还有基因枪法和花粉管通道法等 4 植物基因工程中除了农杆菌转化法之外 还可采取 至少写出两种 答案 解析 基因枪法 花粉管 通道法 一题多变判断正误 1 获得上述转基因植物的核心步骤是a 2 用含有重组Ti质粒的土壤农杆菌去感染植物细胞 从而把目的基因导入植物细胞 在这个过程中所有细胞都导入了目的基因 3 在过程a中只需要DNA连接酶参与 4 用含有重组Ti质粒的土壤农杆菌去感染植物细胞 要经过植物组织培养才能获得表现出新性状的植物 5 因病毒能够侵染正常细胞 有的病毒还能将自己的核酸整合到宿主细胞的染色体上 所以动植物病毒也可作为基因工程的载体 答案 农杆菌转化法中两次拼接 两次导入的辨析第一次拼接是将目的基因拼接到Ti质粒的T DNA的中间部位 第二次拼接 非人工操作 指被插入目的基因的T DNA拼接到受体细胞染色体的DNA上 第一次导入是将含目的基因的Ti质粒重新导入农杆菌 第二次导入 非人工操作 是指含目的基因的T DNA导入受体细胞 解析不同受体细胞导入目的基因的方法不同 每种方法都有利弊 目的基因导入植物细胞常用的方法是农杆菌转化法 该方法比较经济和有效 目的基因导入动物细胞常用的方法是显微注射法 目的基因导入大肠杆菌细胞最常用的转化方法就是用钙离子处理细胞 使细胞的生理状态发生改变 完成转化 2 下列关于目的基因导入受体细胞的描述 不正确的是A 基因枪法导入植物体细胞的方法比较经济和有效B 显微注射技术是转基因动物中采用最多的方法C 大肠杆菌最常用的转化方法 是使细胞的生理状态发生改变D 农杆菌转化法是将目的基因导入植物细胞最常用的方法 答案 解析 二 检测和鉴定目的基因 目的基因导入受体细胞后 是否可以稳定维持和表达其遗传特性 只有通过检测和鉴定才能知道 基础梳理 1 DNA水平检测 采用 主要做法是用标记的已知DNA片段作检测受体细胞 如果能发生特异性结合 说明目的基因已经插入转基因生物中 放射性同位素 DNA分子杂交法 基因探针 染色体的DNA 2 RNA水平检测 采用技术 用已标记的作为探针与待测生物体内提取的分子杂交 观察是否出现杂交带 3 蛋白质水平检测 采用法 从待测转基因生物中提取 用相应的进行杂交 若有杂交带出现 表明目的基因已经表达了 4 个体水平检测 对个体的进行检测 目的基因 分子杂交 mRNA 抗原 抗体杂交 蛋白质 抗体 生物学特定性状 问题探究 1 观察目的基因的检测示意图 如下图所示 回答下列问题 1 检测转基因生物的染色体DNA上是否插入了目的基因 采用DNA分子杂交技术 这种技术的主要做法是什么 答案主要做法是用标记了放射性同位素的目的DNA片段作为探针 检测受体细胞的DNA中有无目的基因 显示出杂交带 说明目的基因已经插入染色体DNA中 答案 2 DNA分子杂交的原理是什么 除了用于目的基因的检测与鉴定以外 试举例说明还有哪些应用 答案碱基互补配对原则 还可用于亲子鉴定 刑事侦察 生物亲缘关系确定等 答案 3 检测目的基因是否转录出了mRNA 采用分子杂交技术 这种技术与DNA分子杂交技术有何异同 答案相同之处是都采用分子杂交技术 不同之处是从转基因生物中提取的是mRNA 同样用标记的目的基因作探针 与mRNA杂交 如果显示出杂交带 则表明目的基因转录出了mRNA 答案 4 检测目的基因是否翻译出蛋白质的方法是什么 其原理是什么 答案抗原 抗体杂交法 原理是抗原能与相应抗体特异性结合 2 检测棉花中导入的抗虫基因是否表达的最简便的方法是什么 答案用叶片饲养棉铃虫 观察棉铃虫是否死亡 答案 关于不同分子检测的原理 场所 探针的异同 1 原理 转录水平的检测原理与复制水平的检测原理是相似的 只是被检测的物质不再是转基因生物的基因组DNA 而是转基因生物细胞内的mRNA 翻译水平的检测 则是利用抗原与抗体特异性结合的原理 2 场所 不论是复制水平 转录水平还是翻译水平的检测 都是在体外进行的 3 探针 在DNA分子 mRNA分子上检测目的基因是否插入 目的基因是否转录时 用的探针都是放射性同位素等标记的含有目的基因的DNA片段 归纳总结 拓展应用 3 目的基因导入受体细胞后 是否可以稳定维持和表达其遗传特性 只有通过鉴定和检测才能知道 下列属于目的基因检测和鉴定的是 检测受体细胞的染色体上是否有目的基因 检测受体细胞是否有致病基因 检测目的基因是否转录出了mRNA 检测目的基因是否翻译出了蛋白质A B C D 答案 4 判断正误 1 如果检测出标记基因表达的性状 说明载体已导入受体细胞 2 检测目的基因是否翻译成蛋白质是目的基因能否在真核生物中稳定遗传的关键 3 DNA探针用来检测目的基因是否导入 4 鉴定转化的基因是否成功表达 在分子水平上可应用的方法是抗原 抗体杂交 答案 目的基因的检测与鉴定的方法汇总 分子杂交技术 杂交 导入植物细胞 导入动物细胞 导入微生物细胞 分子水平检测 目的基因 课堂小结 检测和鉴定 DNA分子杂交法 基因工程的基本操作程序 获取目的基因 构建基因表达载体 导入目的基因 水平的鉴定 抗原 抗体 个体 当堂检测 1 将目的基因导入玉米茎尖分生区细胞和小鼠受精卵 应分别采用的方法是A 显微注射法农杆菌转化法B 基因枪法花粉管通道法C 农杆菌转化法显微注射法D 基因枪法显微注射法 2 3 4 5 1 解析玉米是单子叶植物 对单子叶植物来说 常用的方法是基因枪法 对于动物细胞来说 常用的方法是显微注射法 答案 解析 2 下图表示一项重要生物技术的关键步骤 X是获得外源基因并能够表达的细胞 下列有关说法不正确的是A X是能合成胰岛素的细菌细胞B 质粒是细胞核或拟核外能自主复制的小型环状DNAC 目的基因与质粒的重组只需要DNA连接酶D 该细菌的性状被定向改造 答案 2 3 4 1 5 解析 2 3 4 1 5 解析分析题意和图示可知 重组质粒导入的是细菌细胞 所以X是能合成胰岛素的细菌细胞 A正确 质粒是一种常用载体 是在细胞核或拟核外能自主复制的小型环状DNA B正确 基因与载体的重组需要限制性核酸内切酶和DNA连接酶 C错误 基因工程的特点是能够定向改造生物的性状 D正确 2 3 4 1 5 3 下列关于基因表达载体导入微生物细胞的叙述中 不正确的是A 常用原核生物作为受体细胞 是因为原核生物繁殖快 且多为单细胞 遗传物质相对较少B 受体细胞所处的一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态称为感受态C 感受态细胞吸收DNA分子需要适宜的温度和酸碱度D 感受态细胞吸收重组表达载体DNA分子的液体只要调节为适宜的pH即可 没必要用缓冲液 答案 解析 解析将基因表达载体导入微生物细胞时 需在一定条件 如适宜的温度 pH等 下 将基因表达载体和感受态的微生物细胞混合培养 在培养过程中 可能会影响pH的变化 因此要加入缓冲液 以保持适宜的pH 4 检测转基因生物染色体DNA上是否插入了目的基因的常用方法是A DNA分子杂交技术B 荧光分子标记技术C 放射性同位素标记技术D 显微注射技术 2 3 4 1 答案 5 解析检测目的基因常采用DNA分子杂交技术 即在含有目的基因的DNA片段上用放射性同位素进行标记 以此作为基因探针 并使基因探针与基因组DNA杂交 若显示出杂交带 则表明目的基因已插入染色体DNA中 解析 5 1957年 生物学家了解到 病毒感染的细胞能产生一种因子 这种因子能作用于其他细胞 干扰病毒的复制 故将其命名为干扰素 从1987年开始 用基因工程方法生产的干扰素进入了工业化生产 并且大量投放市场 1 若已知干扰素的氨基酸序列 则获取目的基因的较简单方法是 目的基因还可以从 文库中获取 而从cDNA文库中不一定能得到 原因是 2 3 4 1 5 人工合成法 基因组 答案 cDNA是由生物发育的某个时期的mRNA逆转录产生的 其他合理答案也可 解析 2 3 4 1 5 解析若已知干扰素的氨基酸序列 则可以通过人工合成的方法获得目的基因 cDNA文库是部分基因文库 因为cDNA是由生物发育的某个时期的mRNA逆转录产生的 所以cDNA文库中不一定有目的