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1、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
2、法也不相同。 方式二方式二 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、
3、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 受体细胞植物细胞动物细胞微生物细胞 常用方法_法 法 法 过程 将目的基因插入Ti质 粒的 上农 杆菌导入植物细胞 整合到受体细胞染 色体的 上表达 将含有目的基因的表 达载体提纯取卵(受 精卵) 受 精卵发育获得具有 新性状的动物 Ca2处理细胞_ 细胞重组的基 因表达载体与感受态 细胞混合感受态细 胞吸收_ 基础梳理 将目的基因导入受体细胞的方法和过程将目的基因导入受体细胞的方法和过程 DNA TDNA 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
4、载体导入农杆菌细胞时，应怎样处理农杆菌细胞？ 答案 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TDNA上？ 答案 答案 答案 农杆菌中的Ti质粒上的TDNA(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 答案 植物体细胞的全能性较高，可经植物组织培养
5、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 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 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TDNA片段，因此 目的基因必须插入到该部位才能成功。
6、 (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TDNA 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 TDNA片段(内部) 解析 解析 根据TDNA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TDNA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 解
7、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 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
8、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 易错点拨易错点拨 农杆菌转化法中两次拼接、两次导入的辨析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TDNA的中间部位，第二次 拼接(非人工操作)指被插入目的基因的TDNA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TDNA导入受体细胞。 解析 解析 不同受
9、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
10、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：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：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：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：个体水平检测：对个体的 进行检测。 目的基因分子杂交
11、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 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 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
12、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 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 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 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
13、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。 归纳归纳 总结总结 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
14、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 题后归纳题后归纳 目的基因的检测与鉴定的方法汇总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
15、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 23451 解析 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
16、胞 B.质粒是细胞核或拟核外能自主复制的小型环状DNA C.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 23415 解析 23415 解析 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。 23415 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
17、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 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 23
18、41 答案 5 解析 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_ _。 234
19、15 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 23415 解析 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基因， 最好从基因组文库中获取。 解析 解析 检测目的基因使用DNA分子杂交法；检测蛋白质采用的是抗原抗 体杂交技术。 (3)转基因技术是否成功，需要对受体细胞进行分子水平的检测，首先是检测 受体细胞_上是否插入了目的基因，这是目的基因能否在真核生 物中稳定遗传的关键。检测方法是采用_。最后还要检测目的 基因是否翻译成了相应的蛋白质，利用的技术是_。 染色体的DNA DNA分子杂交法 答案 23415 抗原抗体杂交技术 解析 (2)用限制酶处理质粒和目的基因后，用_酶处理，可形成基因表 达载体，该载体的化学本质是_。 DNA连接 DNA 解析 解析 用限制酶处理载体和目的基因后，将目的基因与载体连接，需要使 用DNA连接酶处理，基因与载体的化学本质是相同的，都是DNA。