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2014选修3《现代生物科技专题》 专题1 基因工程 1.1 基因工程的诞生 一、基因工程的诞生 1、20世纪中叶，基础理论取得了重大突破 DNA是遗传物质的证明：1944艾弗里等人 DNA双螺旋结构和中心法则的确立： 1953年沃森和克里克建立了DNA双螺旋结构模型。1958年，梅塞尔松和斯塔尔用实验证明了DNA的半保留复制，随后不久确立了中心法则。 遗传密码的破译：1963年，尼伦贝格等破译了遗传密码。 2、技术的发明使基因工程的实施成为可能 基因转移载体的发现 工具酶的发明 DNA合成和测序技术的发明 DNA体外重组的实现 重组DNA表达实验的成功： 1973年，博耶和科恩将两种不同来源的DNA 分子进行体外重组，并首次实现了在大肠杆菌中的表达，至此，基因工程正式问世。 第一例转基因动物问世： 1980年，科学家首次通过显微注射法，培育出世界上第一个转基因动物。这一实验被认为是基因工程发展史上的一个里程碑。 PCR技术的发明：1985年，科学家莫里斯发明。 二、基因工程的概念 是指在体外通过人工“剪切”和“拼接”等方法，对生物的基因进行改造和重新组合，然后导入受体细胞并使重组基因在受体细胞中表达，产生人类需要的基因产物的技术。又称重组DNA技术。 思考： （1）基因工程的物质基础是：所有生物的DNA均由四种脱氧核苷酸组成。 （2）基因工程的结构基础是：所有生物的DNA均为双螺旋结构。 （3）一种生物的DNA上的基因之所以能在其他生物体内得以进行相同的表达，是因为它们共用一套遗传密码子。 1.2 基因工程的原理及技术 一、基因工程的工具——酶与载体 1、分子手术刀：限制性核酸内切酶（简称限制酶）。 （1）来源：主要从原核生物中分离和纯化。 （2）特点：每种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定的位点上切割DNA分子。 （切割的化学键：磷酸二酯键） （2）切割方式 错位切：产生黏性末端。 平切： 产生平口末端。 2、分子针线：DNA连接酶。 （1）类型：E·coliDNA连接酶、T4DNA连接酶等。 （2）作用：可以将两个DNA 片段之间的2各缺口通过磷酸二酯键同时连接起来。 3、运载工具：载体。 （1）种类：质粒（常用）、噬菌体、可起载体作用的动植物病毒。 （2）质粒： 来源：是细菌细胞质中一种很小的环状、双链DNA分子。 条件：①具有一个至多个限制酶切割位点。 ②能在受体细胞中自我复制，或整合到染色体DNA上，随染色体DNA进行同步复制。 ③具有某些标记基因。（供重组DNA的 鉴定和选择） ④能“友好”地“借居”在受体细胞内； 二、基因工程的一般过程与技术 苏教版 人教版 1、获得目的基因 1、目的基因的获取 2、制备重组DNA分子 2、基因表达载体的构建 3、转化受体细胞 3、将目的基因导入受体细胞 4、筛选出获得目的基因的受体细胞 4、目的基因的检测与鉴定 5、培养受体细胞并诱导目的基因的表达 1、目的基因的获取 （1）目的基因：主要是指编码蛋白质的结构基因。 （2）获取方法 从自然界已有物种中分离 人工合成 补充：聚合酶链式反应技术（PCR技术） （1）PCR：即聚合酶链式反应 （2）PCR技术：在体外通过酶促反应有选择地大量扩增目的基因或序列的技术。 （3）方法： 2、基因表达载体的构建（核心） （1）目的：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，同时，使目的基因可以能够表达和发挥作用。 （2）组成：目的基因 + 启动子 + 终止子 + 标记基因 （3）构建步骤： 用同一种限制酶切割目的基因和载体，从而产生相同的黏性末端，再用DNA连接酶连接。 （形成的分子称：重组DNA分子或重组质粒。） 【特别提示】 插入的目的基因只是目的基因部分，其表达需要调控序列，因而用作载体的质粒前需有启动子，后需有终止子。 3、将目的基因导入受体细胞（转化） （1）受体种类不同，导入方法不同 导入植物细胞：农杆菌转化法（常用）、基因枪法、花粉管通道法。 导入动物细胞：显微注射法。 导入微生物细胞：Ca2+处理法。 （2）受体细胞的种类 植物：可以是受精卵、体细胞（可经组织培养成完整个体） 动物：受精卵（因为动物细胞的全能性受到抑制） （3）转化实质：目的基因整合到受体细胞的染色体DNA上。 4、目的基因的检测与鉴定 （1）分子检测 ①检测转基因生物的染色体DNA是否插入了目的基因（DNA分子杂交法） ②检测目的基因是否转录出了mRNA（分子杂交法） ③检测目的基因是否翻译出了蛋白质（抗原—抗体杂交法） （2）个体生物学水平鉴定 检测转基因生物是否具有了我们所需要的遗传特性。 三、基因工程育种 1、方法：提取目的基