2020高中生物 专题11目的基因的获取和基因表达载体的构建 15页

1．2.1 目的基因的获取和基因表达载体的构建
[学习目标] 1.说出基因工程的基本操作程序。 2.理解获取目的基因的途径。3.说出基因表达载体的构建的目的与组成。

方式一 抑制疾病传播的转基因蚊子
巴西等拉美国家深受致倦库蚊的危害。致倦库蚊可携带多种病毒和寄生虫，能够传播脑炎、丝虫等传染病，而这些传染病常年在拉美国家肆虐。为了抑制疾病的传播，巴西科学家培育出了一种转基因雄性致倦库蚊。科学家在雄性致倦库蚊体内植入一种特殊基因，当具该基因的转基因雄蚊与野生雌蚊交配时，这种基因可以进入雌蚊的基因组，并使雌蚊死亡，从而减少了该种蚊子的数量，达到抑制疾病传播的目的。怎样才能最终得到转基因雄蚊呢？让我们一起来学习基因工程的基本操作程序吧！
方式二 师：出示我国有知识产权的转基因抗虫棉的培育图解：

问：转基因抗虫棉的培育需要哪些步骤？
学生看图并回答：首先要获得目的基因，其次将目的基因连接到Ti质粒上，然后将重组的Ti质粒导入受体细胞，最后要重建转基因植物。
根据学生回答补充：还需检测抗虫基因是否已经进入棉花植株，并由此引出基因工程的四部曲。

一、目的基因的获取
1．基因工程的基本操作程序
(1)目的基因的获取。
(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．目的基因的获取
(1)目的基因：主要是指编码蛋白质的基因，也可以是一些具有调控作用的因子。
(2)常见方法
①从基因文库中获取
a．基因文库：将含有某种生物不同基因的许多DNA片段，导入受体菌的群体中储存，各个受体菌分别含有这种生物的不同的基因，称为基因文库。
b．种类
c．提取依据：基因的核苷酸序列、基因的功能、基因在染色体上的位置、基因的转录产物mRNA，以及基因的表达产物蛋白质等特性。
②利用PCR技术扩增目的基因
a．PCR的含义：是一项在生物体外复制特定DNA片段的核酸合成技术。
b．目的：短时间内大量扩增目的基因。
c．原理：DNA双链复制。
d．前提：有一段已知目的基因的核苷酸序列。
e．过程
第一步：加热至90～95 ℃，DNA解链为单链；
第二步：冷却至55～60 ℃，引物结合到互补DNA链；
第三步：加热至70～75 ℃，热稳定DNA聚合酶(Taq酶)从引物起始进行互补链的合成。
如此重复循环多次。
f．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)。
③化学方法直接人工合成
a．条件：基因比较小，核苷酸序列又已知。
b．方法：借助DNA合成仪用化学方法直接人工合成。
归纳总结
1.PCR技术与细胞内DNA复制的比较
比较项目
细胞内DNA复制
PCR技术
区别
解旋方式
解旋酶催化
DNA在高温下变性解旋
场所
主要在细胞核内
细胞外
酶
解旋酶、DNA聚合酶
热稳定DNA聚合酶
温度
细胞内温和条件
控制温度，需在不同温度下进行
结果
合成整个DNA分子
扩增特定的DNA片段或基因
联系
(1)模板：均需要脱氧核苷酸双链作为模板
(2)原料：均为四种脱氧核苷酸
(3)酶：均需DNA聚合酶
(4)引物：都需要引物，使DNA聚合酶从引物开始进行互补链的合成

2.获取目的基因的方法比较
方法
从基因文库获取
PCR技术扩增
化学方法直
接人工合成
基因组文库
部分基因文库
(如cDNA文库)
过程
供体细胞中的
DNA
↓限制酶
许多DNA片段
↓连接
表达载体
↓导入
受体菌群
↓
外源DNA扩增，
产生特定性状
↓分离
目的基因
目的基因的mRNA
↓反转录
单链DNA
↓合成
双链DNA
↓插入
载体
↓导入
受体菌群
(cDNA文库)
↓分离
目的基因
目的基因DNA
↓高温解链
单链DNA
↓与引物结合、
DNA聚合酶
大量目的基因
蛋白质的氨基酸序列
↓推测
mRNA的核苷酸序列
↓推测
基因的核苷酸序列
↓化学合成
目的基因
优点
操作简单
专一性强
可在短时间内大量扩增目的基因
专一性强，可产生自然界中不存在的新基因
缺点
工作量大、盲目性大、专一性差
操作过程较繁琐，技术要求高
需要严格控制温度，技术要求高
适用范围小

3.获取目的基因的方法选择
(1)如果不知道目的基因的核苷酸序列，可以通过构建基因文库的方法，即通过受体菌储存并扩增目的基因后，从基因文库中获取目的基因。
(2)如果知...