目的基因导入受体细胞(2)

一、实验目的1. 理解质粒转化实验的基本原理和操作步骤。

2. 掌握感受态细胞制备和质粒转化方法。

3. 学会筛选和鉴定转化子。

二、实验原理质粒转化实验是将外源DNA片段（如质粒）导入受体细胞（如大肠杆菌）的过程。

通过转化，受体细胞获得外源DNA片段所携带的遗传信息，从而表现出相应的生物学特性。

本实验采用热冲击法将质粒DNA导入大肠杆菌感受态细胞中，通过筛选和鉴定转化子，实现对目的基因的克隆。

三、实验材料1. 质粒：pUC19质粒（含有抗生素抗性基因）2. 受体菌：大肠杆菌DH5α3. 试剂：氯化钙、NaCl、Tris-HCl、EDTA、TE缓冲液、无水乙醇、酚、氯仿、异丙醇、琼脂糖、DNA Marker、DNA测序引物等4. 仪器：恒温摇床、台式离心机、PCR仪、电泳仪、凝胶成像系统、紫外灯、超净工作台等四、实验步骤1. 制备感受态细胞（1）将大肠杆菌DH5α在含有抗生素的LB液体培养基中培养过夜。

（2）取适量培养物，按1:100的比例加入新鲜的LB液体培养基中，37℃振荡培养1.5小时，使细菌处于对数生长期。

（3）将细菌离心收集，弃去上清液，用冷的CaCl2溶液重悬细胞，使细胞浓度约为1×10^8个/mL。

（4）将重悬的细胞置于冰浴中5分钟，以降低细胞膜通透性。

（5）将细胞与质粒DNA混合，37℃温育30分钟。

（6）将混合物迅速置于冰浴中5分钟，以停止转化过程。

（7）将混合物加入到LB固体培养基中，37℃培养过夜。

2. 筛选和鉴定转化子（1）将培养皿中的单菌落接种到含有抗生素的LB液体培养基中，37℃培养过夜。

（2）提取转化子DNA，进行PCR扩增，检测目的基因是否存在。

（3）对PCR产物进行琼脂糖凝胶电泳，观察条带是否与预期相符。

（4）对阳性克隆进行测序，验证目的基因是否正确导入。

五、实验结果1. 感受态细胞制备成功，转化效率较高。

2. 成功筛选出转化子，目的基因导入受体细胞。

3. 阳性克隆PCR产物与预期相符，测序结果验证目的基因正确导入。

第2节基因工程的基本操作程序课标内容要求核心素养对接阐明基因工程的基本操作程序主要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。

1。

科学思维：结合生产实例，举例说出基因工程的基本操作程序。

2．科学探究：针对人类生产和生活的某一需求，尝试提出初步的基因工程构想，完成初步设计。

一、目的基因的筛选与获取1．目的基因(1）概念:用于改变受体细胞性状或获得预期表达产物等的基因。

(2）实例:培养转基因抗虫棉用到的目的基因是Bt抗虫蛋白基因.2．筛选合适的目的基因(1)较为有效的方法：从相关的已知结构和功能清晰的基因中进行筛选。

（2)实例:在培育转基因抗虫棉之前，科学家不仅掌握了Bt基因的序列信息，也对Bt基因的表达产物—-Bt抗虫蛋白有了较为深入的了解。

（3)认识基因结构和功能的技术方法：DNA测序技术、遗传序列数据库、序列比对工具。

3．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、四种脱氧核苷酸、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，溶液中四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)。

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。

第2节基因工程的基本操作程序一、目的基因的筛选与获取1．培育转基因抗虫棉的四个步骤(1)目的基因的筛选与获取。

(2)基因表达载体的构建。

(3)将目的基因导入受体细胞。

(4)目的基因的检测与鉴定。

2．目的基因的筛选与获取目的基因：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。

主要指编码蛋白质的基因，如与生物抗逆性、优良品质、生产药物、毒物降解和工业用酶等相关的基因。

(1)筛选合适的目的基因：从相关的已知结构和功能清晰的基因中进行筛选。

(2)利用PCR获取和扩增目的基因①PCR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，在生物体外提供参与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目的：快速扩增目的基因。

③原理：DNA半保留复制。

④基本条件：DNA模板、4种脱氧核苷酸、2种引物、耐高温的DNA聚合酶、缓冲液。

⑤过程a．变性：当温度上升到90 ℃以上时，双链DNA解聚为单链。

b．复性：温度下降至50 ℃左右时，两种引物通过碱基互补配对与两条单链DNA结合。

c．延伸：温度升至72 ℃左右时，溶液中的4种脱氧核苷酸在耐高温的DNA聚合酶的作用下，根据碱基互补配对原则合成新的DNA链。

⑥结果：每一次循环后，目的基因的量可以增加一倍，即成指数形式扩增(约为2n，n为扩增循环的次数)。

⑦鉴定：采用琼脂糖凝胶电泳鉴定PCR产物。

⑧仪器：PCR扩增仪。

(3)在获得转基因产品的过程中，还可以通过构建基因文库来获取目的基因。

【强化记忆】图1、图2分别是PCR扩增技术相关过程，请思考回答：(1)图1所示利用PCR技术扩增目的基因，在第几轮循环产物中开始出现两条脱氧核苷酸链等长的DNA片段？提示第3轮。

(2)图2是某同学设计的两组引物(只标注了部分碱基序列)都不合理，请分别说明理由。

提示第1组：引物Ⅰ和引物Ⅱ局部发生碱基互补配对而失效。

1．基因工程的操作过程与应用（1）基因工程的操作步骤（2）基因工程的应用：培育转基因植物和转基因动物，生产基因工程药物，进行基因治疗。

（3）目的基因导入不同受体细胞的过程生物种类植物动物微生物常用方法农杆菌转化法显微注射技术感受态细胞法受体细胞体细胞或受精卵受精卵原核细胞转化过程将目的基因插入到Ti质粒的T-DNA上→农杆菌→导入植物细胞→整合将含有目的基因的表达载体提纯→取卵(受精卵)→显微注射→受Ca2＋处理细胞→感受态细胞→重组表达载体DNA分子与感受态细胞到受体细胞染色体的DNA上→表达精卵发育→获得具有新性状的动物混合→感受态细胞吸收DNA分子（4）基因治疗与基因诊断的不同点原理操作过程进展基因治疗基因表达利用正常基因导入有基因缺陷的细胞中，以表达出正常性状来治疗(疾病)临床实验基因诊断碱基互补配对制作特定DNA探针与病人样品DNA混合，分析杂交带情况临床应用2．蛋白质工程（1）流程图写出流程图中字母代表的含义：A．转录，B．翻译，C．分子设计，D．多肽链，E．预期功能。

（2）结果：改造了现有蛋白质或制造出新的蛋白质。

（3）应用：主要集中应用于对现有蛋白质进行改造，改良生物性状。

学科&网考向一目的基因的获取及基因表达载体的构建1．利用基因工程技术可使大肠杆菌生产人的胰岛素，下列相关叙述正确的是A．人和大肠杆菌在合成胰岛素时，转录和翻译的场所都是相同的B．所有的限制酶都只能识别同一种特定的核苷酸序列C．通过检测，大肠杆菌中没有胰岛素产生则可判断重组质粒未导入受体菌D．选用大肠杆菌作为受体细胞主要原因是繁殖快、易培养、产量高【参考答案】D【试题解析】人是真核生物，大肠杆菌是原核生物，真核细胞转录在细胞核内，原核细胞在拟核中，A 错误；不同的限制酶识别不同的核苷酸序列，B错误；通过检测，大肠杆菌中没有胰岛素产生则可判断重组质粒未导入受体菌或虽已导入受体，但没有表达，C错误；D.利用基因工程技术可使大肠杆菌生产人的胰岛素时，选用大肠杆菌作为受体细胞主要原因是繁殖快、易培养、产量高，D正确。

专题二十五基因工程考点1 基因工程的基本工具与操作程序1.[2021某某某某阶段训练,12分]超氧化物歧化酶(SOD)具有抗衰老作用。

研究人员培育了能合成SOD的转基因酵母菌。

结合下图回答下列问题。

注:Hin d Ⅲ和Apa LⅠ是两种限制酶,箭头表示酶的切割位置。

(1)将图中的重组DNA分子用Hin d Ⅲ和Apa L Ⅰ完全酶切后,可得到种DNA片段。

(2)作为受体细胞的酵母菌缺失URA3基因,必须在含有尿嘧啶的培养基中才能存活,为了筛选出成功导入表达载体的酵母菌,所使用的培养基(填“需要”或“不需要”)添加尿嘧啶,理由是。

(3)目的基因进入受体细胞内,并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程,称为。

为了确定受体细胞中SOD基因是否转录,可用标记的作探针与从受体细胞中提取的RNA进行分子杂交检测,分子杂交的原理是。

(4)利用蛋白质工程获得活性更高的SOD时,需根据所设计蛋白质的结构推测其氨基酸序列,最终确定相对应的脱氧核苷酸序列并经获得所需的基因。

2.[2020某某示X高中联考,15分]南极某种鱼含有抗冻基因,如图是获取转基因抗冻番茄植株的过程示意图。

请回答下列相关问题:(1)利用①过程的方法获取目的基因需要用到酶。

②过程中常需要用到的工具酶是。

(2)通过①、②过程成功构建的重组质粒,除目的基因外,还应该具备等。

(3)将目的基因导入番茄体细胞的方法是利用农杆菌的作用,其原理是。

(4)要确认抗冻基因是否在转基因番茄植株中表达出相应的蛋白质,可以采用方法,除进行分子检测外,有时还需要进行的鉴定。

考点2 基因工程的应用与蛋白质工程3.[2021某某某某质量检测,12分]植物基因工程技术的发展为人类更好地利用盐碱地提供了可能。

请回答下列问题:(1)欲培育转基因耐盐水稻,需要完成的基因工程的核心步骤是,一个基因表达载体的组成,除了目的基因和复制原点外,还必须有、以及标记基因。

(2)用PCR技术扩增耐盐基因的原理是,目前将耐盐基因导入双子叶植物最常用的方法是。

二将目的基因导入受体细胞、目的基因的检测与鉴定一、将目的基因导入受体细胞1．转化：是指目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程。

2．将目的基因导入植物细胞的方法3．将目的基因导入动物受精卵的方法：利用显微注射将目的基因注入动物的受精卵中。

4．将目的基因导入微生物细胞的方法：常用原核生物作为受体细胞，其中以大肠杆菌应用最为广泛。

先用Ca2＋处理大肠杆菌细胞，使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态，再将重组的基因表达载体导入大肠杆菌细胞中。

[提醒]微生物(大肠杆菌、酵母菌等)具有繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少等优点。

二、目的基因的检测与鉴定[提醒]PCR不仅可用于获取和扩增目的基因，还能用于检测受体细胞中是否含有目的基因或受体细胞中的目的基因是否转录出mRNA。

(1)将目的基因导入植物细胞一般采用农杆菌转化法。

()(2)为培育抗除草剂的作物新品种，导入抗除草剂基因时只能以受精卵为受体。

()(3)常用卵细胞作为培育转基因动物的受体细胞。

()(4)转基因抗虫棉植株抗虫效果的鉴定必须通过分子检测。

()(5)抗虫基因即使成功地插入植物细胞染色体上也未必能正常表达。

()(6)检测目的基因是否插入受体细胞的DNA中，可用抗原—抗体杂交技术。

()答案：(1)√(2)×(3)×(4)×(5)√(6)×知识点一将目的基因导入受体细胞1．农杆菌转化法中的两次拼接和两次导入第一次拼接是将目的基因拼接到Ti质粒的T-DNA上；第二次拼接(非人工操作)是指插入目的基因的T-DNA被拼接到受体细胞的染色体DNA上。

第一次导入是将含目的基因的Ti质粒转入农杆菌；第二次导入(非人工操作)是指将含目的基因的T-DNA导入受体细胞。

2．受体细胞的选择(1)对于植物来说，受体细胞可以是受精卵或体细胞，因为植物细胞具有全能性。

(2)对于动物来说，受体细胞一般是受精卵，因为受精卵的全能性高，而高度分化的动物体细胞的全能性受到抑制。