高中生物 基因工程的基本操作步驟（第1課時） 課件

1、廣東省教育科學規(guī)劃課題“基于深度學習的高中生物學情境教學實踐研究”（立項編號2021YQJK598）研究成果第3章 基因工程 第2節(jié) 基因工程的基本操作程序（第一課時）生物學選擇性必修3年 級：高二年級 學 科：生物學（人教版）主講人：郭琪琦 學 校：深圳市第二實驗學校從社會中來1997年，我國政府首次批準商業(yè)化種植轉基因抗蟲棉。到2015年，我國已育成轉基因抗蟲棉新品種100多個，減少農藥用量40萬噸，增收節(jié)支社會經濟效益450億元。轉基因抗蟲棉非轉基因抗蟲棉你知道轉基因抗蟲棉抗蟲的機制是什么嗎？培育轉基因抗蟲棉一般需要哪些步驟？基因工程基本操作的四個步驟任務一：閱讀教材，將基因工程的四個基

2、本操作步驟及目的填寫在表格中。步驟目的目的基因的篩選與獲取篩選與獲取符合人們需要的基因，賦予生物新的遺傳特性。基因表達載體的構建使目的基因在受體細胞中穩(wěn)定存在，并且遺傳給下一代，同時使目的基因能夠表達和發(fā)揮作用。將目的基因導入受體細胞使目的基因進入受體細胞，并且維持穩(wěn)定和表達，實現一種生物的基因在另一種生物中的轉化。目的基因的檢測與鑒定確定目的基因是否能夠在受體細胞中穩(wěn)定維持和表達遺傳特性。第一步：目的基因的篩選與獲取任務二：閱讀教材，回答以下問題：（1）什么是目的基因？為什么培育轉基因抗蟲棉用到的目的基因是Bt基因？（2）Bt基因的殺蟲機理是怎樣的？對人畜有害嗎？（3）科學家是如何篩選得到合

3、適的目的基因的？【目的基因】在基因工程的設計和操作中，用于改變受體細胞性狀或獲得預期表達產物等的基因。根據不同的需要，目的基因不同，主要是指編碼蛋白質的基因。如：與生物抗逆性、優(yōu)良品質、生產藥物、毒物降解和工業(yè)用酶等相關的基因。第一步：目的基因的篩選與獲取蘇云金桿菌通過產生蘇云金桿菌伴胞晶體蛋白（Bt 抗蟲蛋白），破壞鱗翅目昆蟲的消化系統(tǒng)來殺死棉鈴蟲?？茖W家通過實驗，將該細胞的“殺蟲基因”轉到棉花里，讓棉花也能產生Bt 抗蟲蛋白抵抗蟲害。轉基因抗蟲棉非轉基因抗蟲棉Bt 抗蟲蛋白基因（Bt 基因）目的基因第一步：目的基因的篩選與獲取任務二：閱讀教材，回答以下問題：（2）Bt基因的殺蟲機理是怎樣的

4、？對人畜有害嗎？教材P77“相關信息”當Bt抗蟲蛋白被分解為多肽后，多肽與害蟲腸上皮細胞的特異性受體結合，導致細胞膜穿孔，最后造成害蟲死亡。Bt抗蟲蛋白只有在某類昆蟲腸道的堿性環(huán)境中才能表現出毒性，而人和牲畜的胃液呈酸性，腸道細胞也沒有特異性受體。因此，Bt抗蟲蛋白不會對人畜產生上述影響。第一步：目的基因的篩選與獲取任務二：閱讀教材，回答以下問題：（3）科學家是如何篩選得到合適的目的基因的？科學家不僅掌握了Bt 基因的序列信息，也對Bt基因的表達產物Bt抗蟲蛋白有了較為深入的了解。從相關的已知結構和功能清晰的基因中進行篩選隨著測序技術的發(fā)展，以及序列數據庫（如GenBank）、序列比對工具（如

5、BLAST)等的應用，越來越多的基因的結構和功能為人們所知。第一步：目的基因的篩選與獲取參考文獻：郭三堆.CrylA殺蟲基因的人工合成J.中國農業(yè)科學,1993(02):85-86.在我國首批具有較高抗蟲活性的轉基因抗蟲棉的培育過程中，科學家采用的是人工合成的方法。人工合成法第一步：目的基因的篩選與獲取PCR：聚合酶鏈式反應的縮寫，美國科學家穆里斯等人發(fā)明1993年獲諾貝爾獎原理：DNA半保留復制它是一項在體外提供參與DNA復制的各種組分與反應條件，對目的基因的核苷酸序列進行大量復制的技術。PCR細胞內的DNA復制在DNA復制中的作用PCR（體外DNA復制）打開DNA雙鏈提供DNA復制的模板合

6、成DNA子鏈的原料催化合成DNA子鏈使DNA聚合酶能夠從引物的3端開始連接脫氧核苷酸解旋酶DNA母鏈4種脫氧核苷酸DNA聚合酶引物高溫含目的基因的DNA母鏈4種脫氧核苷酸（dNTP）耐高溫的DNA聚合酶人工合成的引物含Mg2+的緩沖溶液dNTP如何既作為原料又提供能量？脫氧核苷三磷酸（dNTP），包括：dATP、dTTP、dGTP、dCTP）用作DNA復制的原料為DNA復制提供能量第一步：目的基因的篩選與獲取PCR第一步：目的基因的篩選與獲取PCRPCR的每個循環(huán)可以分為三個步驟：變性（溫度超過_）：雙鏈DNA受熱變性，斷開氫鍵，形成_；復性（溫度下降到_左右）：_種引物通過_與兩條單鏈DNA

7、結合，形成局部_；延伸（溫度上升到_左右）：以_為模板，4種脫氧核苷酸在_酶的作用下，根據_原則合成新的DNA鏈，該DNA鏈的延伸方向是_。PCR過程中，每個循環(huán)得到的產物都將作為下一個循環(huán)的模板，因此經過n次循環(huán)，1個DNA分子將被擴增為_個，成_形式擴增。PCR過程完成以后，常采用瓊脂糖凝膠電泳來鑒定PCR的產物。90DNA單鏈502堿基互補配對DNA雙鏈72DNA單鏈耐高溫的DNA聚合堿基互補配對5端3端2n指數用PCR可以擴增mRNA嗎？mRNA不可以直接擴增，需要將它逆轉錄成cDNA再進行擴增。逆轉錄酶核酸酶HDNA聚合酶單鏈RNA雜交雙鏈單鏈DNA雙鏈DNARNA鏈DNA鏈基因組文

8、庫cDNA文庫構建基因文庫第一步：目的基因的篩選與獲取第二步：基因表達載體的構建獲取了足夠量的Bt 基因后，下一步就是要讓基因在受體細胞中穩(wěn)定存在，并且遺傳給下一代；同時，使Bt 基因能夠表達和發(fā)揮作用。構建基因表達載體（核心工作）基因表達載體由哪些部分組成任務三：畫出基因表達載體的結構模式圖，標注各組成部分的名稱和功能。第二步：基因表達載體的構建限制酶切割位點復制原點目的基因標記基因啟動子終止子基因表達載體的組成部分：復制原點標記基因目的基因啟動子終止子RNA聚合酶識別和結合的部位，驅動基因轉錄終止基因轉錄控制特定性狀或表達特定產物檢測目的基因是否導入受體細胞DNA聚合酶結合位點，驅動DNA

9、復制第二步：基因表達載體的構建基因表達載體的構建流程：用一定的限制酶切割載體，使其出現一個切口，露出黏性末端。用同種限制酶或能產生相同末端的限制酶切割含有目的基因的DNA片段。將切下的目的基因片段拼接到載體的切口處，再加入適量DNA連接酶，形成了一個重組DNA分子。工具酶：限制酶、DNA連接酶，作用的化學鍵都是磷酸二酯鍵。第三步：將目的基因導入受體細胞 花粉管通道法花粉外源DNA花粉管子房胚珠思考：1. 應在植物發(fā)育的什么時期使用花粉管通道法？ 2. 如何獲得含有目的基因的植物后代？受粉后花粉管未愈合之前收獲種子，需要多代自交純化第四步：目的基因的檢測與鑒定Bt 基因Bt 抗蟲蛋白抗蟲棉Bt

10、基因的mRNADNA分子水平RNA分子水平蛋白質分子水平個體生物學水平PCR、核酸雜交檢測等技術抗原-抗體雜交技術抗蟲接種實驗如何利用PCR檢測棉花的染色體DNA上是否插入了Bt 基因？提取棉花的總DNA作為模板根據Bt 基因兩側序列設計引物進行PCR用瓊脂糖凝膠電泳鑒定PCR產物電泳結果若出現Bt 基因相應條帶，則說明Bt 基因插入成功如何采用核酸雜交檢測法檢測是否存在目的基因或相應的mRNA？方法：DNA分子雜交、DNA-RNA分子雜交工具：基因探針，是一段帶有檢測標記（同位素、熒光分子或化學發(fā)光催化劑），且順序已知的，與目的基因互補的核酸序列(DNA或RNA)。 英國分子生物學家薩瑟恩（

11、Edwin Southern，1938）Southern印跡原理示意圖過程：以DNA分子雜交為例如何采用核酸雜交檢測法檢測是否存在目的基因或相應的mRNA？基因探針：單鏈DNA或RNA片段，帶有某種標記，能與目標DNA的一條鏈或RNA發(fā)生堿基互補配對。 基因表達載體的構建基因表達載體的組成目的基因、標記基因、啟動子、終止子、復制原點構建流程用限制酶分別切割載體和含有目的基因的DNA片段DNA連接酶連接形成重組DNA分子將目的基因導入受體細胞目的基因的檢測與鑒定目的基因的篩選與獲取方法花粉管通道法包括分子水平：檢測DNA、mRNA、蛋白質個體水平：是否出現相應的性狀獲取方法人工合成、PCR（常用）、構建基因文庫小結：基因工程基本操作的四個步驟到社會中去 轉基因抗蟲棉在世界范圍內被廣泛種植，有效控制了棉鈴蟲的種群數量，顯著減少了農藥的用量。面對棉鈴蟲的危害，有了抗蟲棉是否就可以一勞永逸、高枕無憂呢？根據棉鈴蟲對傳統(tǒng)農藥產生抗性的發(fā)展歷史，科研人員推測棉鈴蟲存在對Bt抗蟲蛋白產生抗性的可能。