【課件】基因工程的基本操作程序第2課時(shí) 2023-2024學(xué)年高二下學(xué)期生物人教版選擇性必修三

第2課時(shí)第3章

基因工程基因工程的基本操作程序（一）人教版選擇性必修31.能概述PCR的原理、條件及過程2.能能闡明基因表達(dá)載體的組成及構(gòu)建過程從社會(huì)中來轉(zhuǎn)基因抗蟲棉（使棉鈴蟲死亡，左）與非轉(zhuǎn)基因抗蟲棉（右）1997年,我國政府首次批準(zhǔn)商業(yè)化種植轉(zhuǎn)基因抗蟲棉。到2015年,我國已育成轉(zhuǎn)基因抗蟲棉新品種100多個(gè)，減少農(nóng)藥用量40萬噸，增收節(jié)支社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益450億元。你知道轉(zhuǎn)基因抗蟲棉抗蟲的機(jī)制是什么嗎?培育轉(zhuǎn)基因抗蟲棉一般需要哪些步驟?轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的機(jī)制是抗蟲基因（Bt基因）來源于蘇云金桿菌，Bt基因表達(dá)的蛋白質(zhì)具有殺蟲活性。當(dāng)害蟲食用轉(zhuǎn)基因抗蟲棉花的時(shí)候，同時(shí)攝入Bt基因表達(dá)產(chǎn)生的蛋白質(zhì)，這種蛋白質(zhì)在害蟲腸道內(nèi)被激活，造成腸道穿孔，導(dǎo)致害蟲死亡。培育轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的步驟有：目的基因的篩選與獲取、基因表達(dá)載體的構(gòu)建、將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞、目的基因的檢測(cè)與鑒定?；蚬こ痰幕静僮鞒绦蚰康幕虻暮Y選與獲取基因表達(dá)載體的構(gòu)建將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞目的基因的檢測(cè)與鑒定有了目的基因，我們才能賦予一種生物以另一種生物的遺傳特性。使目的基因在受體細(xì)胞中穩(wěn)定存在，并可進(jìn)行遺傳、表達(dá)和發(fā)揮作用。載體進(jìn)入受體細(xì)胞穩(wěn)定表達(dá)，才能實(shí)現(xiàn)一種生物的基因在另一種生物中的轉(zhuǎn)化。才能確定目的基因是否真正在受體細(xì)胞中穩(wěn)定遺傳和正確表達(dá)。前提核心關(guān)鍵保證1.目的基因：在基因工程的設(shè)計(jì)和操作中，用于改變受體細(xì)胞性狀或獲得預(yù)期表達(dá)產(chǎn)物等的基因就是目的基因。目的基因“殺蟲基因”:Bt抗蟲蛋白基因

根據(jù)不同的需要，目的基因是不同的，主要是指編碼蛋白質(zhì)的基因。也可以是一些具有調(diào)控作用的因子。一、目的基因的篩選和獲?。?）利用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因（3）化學(xué)方法直接人工合成（2）從基因文庫中獲取目的基因（1）從生物組織中直接獲取從相關(guān)的已知結(jié)構(gòu)和功能清晰的基因中進(jìn)行篩選是較為有效的方法之一。2.目的基因獲取的方法2024/1/22

將含有某種生物不同基因的許多DNA片段，導(dǎo)入受體菌的群體中儲(chǔ)存，各個(gè)受體菌分別含有這種生物的不同基因，稱為基因文庫。①基因組文庫：含有一種生物的全部基因。提取某種生物的全部DNA用適當(dāng)?shù)南拗泼该盖幸欢ù笮〉腄NA片段將DNA片段與載體連接基因表達(dá)載體導(dǎo)入受體菌中儲(chǔ)存基因組文庫②部分基因文庫：只包含了一種生物的部分基因，如：cDNA文庫。提取某種生物的某器官或特定發(fā)育時(shí)期的mRNA反（逆）

轉(zhuǎn)錄酶單鏈互補(bǔ)DNADNA聚合酶雙鏈DNA片段與載體連接基因表達(dá)載體導(dǎo)入受體菌中儲(chǔ)存cDNA文庫構(gòu)建基因文庫來獲取目的基因：人工合成目的基因a反轉(zhuǎn)錄法：主要用于相對(duì)分子質(zhì)量較大而又不知其核苷酸序列的基因。它以目的基因的mRNA為模板，借助逆轉(zhuǎn)錄酶合成雙鏈DNA，其過程如下：目的基因的mRNA雙鏈DNA（目的基因）b化學(xué)合成法：依據(jù)某一蛋白質(zhì)的氨基酸序列，推測(cè)出其基因序列，然后直接合成目的基因，其過程如下：蛋白質(zhì)的氨基酸序列反轉(zhuǎn)錄mRNA的核苷酸序列推測(cè)目的基因的核苷酸序列推測(cè)目的基因化學(xué)合成能簡(jiǎn)述PCR的原理、條件及過程任務(wù)1：閱讀教材77-79頁結(jié)合PCR過程示意圖，推測(cè)PCR反應(yīng)的原理及所需的基本條件并列表比較PCR與細(xì)胞內(nèi)DNA復(fù)制的異同。目標(biāo)一

（1）變性（溫度超過90℃）

（2）復(fù)性（溫度下降到

50℃左右）

（3）延伸（溫度上升到72℃左右）模板、4種脫氧核苷酸、2種引物、耐高溫的DNA聚合酶1.PCR的原理：2.PCR反應(yīng)所需的基本條件：3.PCR反應(yīng)的過程DNA半保留復(fù)制PCR擴(kuò)增的過程條件能簡(jiǎn)述PCR的原理、條件及過程任務(wù)1：閱讀教材77-79頁結(jié)合PCR過程示意圖，推測(cè)PCR反應(yīng)的原理及所需的基本條件并列表比較PCR與細(xì)胞內(nèi)DNA復(fù)制的異同。目標(biāo)一項(xiàng)目體內(nèi)DNA復(fù)制PCR擴(kuò)增技術(shù)解旋方式場(chǎng)所酶溫度條件結(jié)果相同點(diǎn)解旋酶催化DNA在高溫作用下變性解旋細(xì)胞內(nèi)(主要在細(xì)胞核內(nèi))PCR擴(kuò)增儀內(nèi)解旋酶、DNA聚合酶耐高溫的DNA聚合酶細(xì)胞內(nèi)溫和條件需控制溫度，在較高溫度下進(jìn)行DNA分子DNA片段或目的基因(1)模板：均需要DNA的兩條單鏈作為模板；(2)原料：均為4種脫氧核苷酸；(3)酶：均需DNA聚合酶任務(wù)2：如圖1、圖2分別是PCR擴(kuò)增技術(shù)相關(guān)過程，請(qǐng)思考回答下列問題：【思考與討論】1．圖2是某同學(xué)設(shè)計(jì)的兩組引物(只標(biāo)注了部分堿基序列)都不合理，請(qǐng)分別說明理由?！咎崾尽?/p>

第1組：引物Ⅰ和引物Ⅱ局部發(fā)生堿基互補(bǔ)配對(duì)而失效。第2組：引物Ⅰ′自身折疊后會(huì)出現(xiàn)局部堿基互補(bǔ)配對(duì)而失效。任務(wù)2：如圖1、圖2分別是PCR擴(kuò)增技術(shù)相關(guān)過程，請(qǐng)思考回答下列問題：2．圖1所示利用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因，在第幾輪循環(huán)產(chǎn)物中開始出現(xiàn)兩條脫氧核苷酸鏈等長(zhǎng)的DNA片段？如果循環(huán)n次，則共需消耗多少對(duì)引物？【提示】第3輪；共需消耗2n－1對(duì)引物?！局R(shí)總結(jié)】復(fù)制次數(shù)123nDNA分子數(shù)2482n含引物的DNA分子數(shù)2482n含其中一種引物的DNA分子數(shù)1＝21－13＝22－17＝23－12n－1同時(shí)含兩種引物的DNA分子數(shù)0＝21－22＝22－26＝23－22n－2共消耗引物的對(duì)數(shù)1＝21－13＝22－17＝23－12n－1含脫氧核苷酸鏈等長(zhǎng)的DNA分子數(shù)0＝21－20＝22－42＝23－62n－2n能簡(jiǎn)述基因表達(dá)載體的組成及構(gòu)建過程任務(wù)：畫出基因表達(dá)載體的結(jié)構(gòu)模式圖，標(biāo)注各組成部分的名稱和功能，運(yùn)用“分子工具”,設(shè)計(jì)構(gòu)建培育轉(zhuǎn)基因抗蟲棉所需的基因表達(dá)載體的流程目標(biāo)二【提示】基因表達(dá)載體的構(gòu)建過程：(1)首先用一定的限制酶切割載體。(2)然后用同種限制酶或能產(chǎn)生相同末端的限制酶切割含有目的基因的DNA片段。(3)再利用DNA連接酶將含目的基因的DNA片段拼接到載體的切口處(如圖所示)二、基因表達(dá)載體的構(gòu)建一個(gè)基因表達(dá)載體的組成，除了有目的基因外，還必須有啟動(dòng)子、終止子、標(biāo)記基因等。（1）目的基因：指外源DNA分子的有效片段基因表達(dá)載體的組成（4）標(biāo)記基因的作用：用于鑒別受體細(xì)胞中是否含有目的基因，從而將含有目的基因的細(xì)胞篩選出來，如抗生素抗性基因就可以作為標(biāo)記基因。（2）啟動(dòng)子：?jiǎn)?dòng)子是一段有特殊序列結(jié)構(gòu)的DNA片段，位于基因的上游，緊挨轉(zhuǎn)錄的起始位點(diǎn)，它是RNA聚合酶識(shí)別和結(jié)合的部位，有了它才能夠驅(qū)動(dòng)基因轉(zhuǎn)錄出mRNA，最終表達(dá)出人類所需的蛋白質(zhì)。（3）終止子：位于基因的下游，也是一段有特殊序列結(jié)構(gòu)的DNA片段，是轉(zhuǎn)錄過程終止的信號(hào)。同種限制酶或能產(chǎn)生相同末端的限制酶切割基因表達(dá)載體的構(gòu)建過程【思考與討論】1．構(gòu)建基因表達(dá)載體時(shí)，能否用SmaⅠ限制酶切割質(zhì)粒？為什么？【提示】不能；因?yàn)镾maⅠ會(huì)破壞質(zhì)粒的抗性基因。質(zhì)粒上的抗性基因是標(biāo)記基因，便于重組DNA分子的篩選，若被破壞，無法進(jìn)一步篩選?！舅伎寂c討論】2．與只使用EcoRⅠ相比較，使用BamHⅠ和HindⅢ兩種限制酶同時(shí)處理質(zhì)粒、外源DNA的優(yōu)點(diǎn)是什么？【提示】可以防止質(zhì)粒和目的基因的自身環(huán)化以及目的基因與載體的反向連接?！局R(shí)總結(jié)】圖解限制酶的選擇原則(1)不破壞目的基因原則：如圖甲中可選擇PstⅠ，而不選擇SamⅠ。(2)保留