高中生物 重组DNA技术的基本工具 课件

1、广东省教育科学规划课题“基于深度学习的高中生物学情境教学实践研究”（立项编号2021YQJK598）研究成果第3章 基因工程 第1节 重组DNA技术的基本工具生物学选择性必修3年 级：高二年级 学 科：生物学（人教版）主讲人：刘莹 学 校：深圳中学国际基因工程机器大赛（International Genetically Engineered Machine competition, iGEM） 假如你是他们中的一员，请与你的团队创造出一个对社会有意义的基因工程产品吧。你愿意接受挑战吗？你能说出哪些生活中的基因工程产品？转基因大豆转基因甜椒转基因番茄转基因棉花转基因木瓜转基因玉米一条小虫引发的科

2、技大战 中国农科院棉花研究所开发抗虫棉纪实我国是世界上最大的棉花生产国，全国常年种植面积在8000万亩左右，占我国农作物种植面积的3，棉花的产值占农作物总产值的10。棉花是两亿棉农的重要经济来源，棉花出了问题，也会影响1900万名纺织及相关行业工人的生计。1992年我国黄河流域棉区棉铃虫特大灾害暴发，后又迅速向长江流域棉区蔓延，棉铃虫产生了强烈的抗药性，即使是喷上20多次农药，也不能完全将它杀光。此时，国外科学家已经找到了一种新办法，不用喷农药就能将棉铃虫彻底消灭。这种技术就是转基因抗虫棉技术。此时，该国外公司提出：如果中国肯出9000万美元的价格，他们可以提供转基因抗虫棉育种材料帮助我们研制

3、转基因抗虫棉，但却坚决不出售核心技术，也就是专利权。是高价买下没有知识产权的国外技术，还是背水一战，研制具有自主知识产权的自己的技术？接受国外公司的条件，我们有可能在最短时间内遏制猖獗的棉铃虫。但这同时意味着，我国未来的棉花产业将从此受到他国制约。“不管困难多大，我们一定要研制出自己的转基因抗虫棉！”几番深思熟虑后，国家领导和专家们最终选择了背水一战。思考问题：1. 如何让棉花也表达出Bt抗虫蛋白，进而获得抗虫的能力？2.苏云金杆菌DNA中的Bt抗虫蛋白基因（Bt 基因）可以在棉花细胞中表达吗？为什么？3.如何获得苏云金杆菌DNA中的Bt 基因？DNA分子可以被切割、改造和拼接吗？材料分析苏云

4、金杆菌能够产生一种杀虫晶体蛋白（Bt抗虫蛋白），这种蛋白被鳞翅目害虫（如棉铃虫）吃下后，会在碱性环境的肠道中被蛋白酶水解后释放出毒性肽。毒性肽与害虫肠道中的特殊受体结合，使细胞膜穿孔，打破了细胞的渗透平衡，最后引起细胞坏死。但人等哺乳动物的肠道环境为酸性，并且没有害虫肠道中的特殊受体，即使吃下去，也不会释放毒性肽。因此Bt抗虫蛋白只会杀死鳞翅目害虫，而不会对人等哺乳动物产生任何副作用。基因工程是指按照人们的愿望，通过转基因等技术，赋予生物新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。从技术操作层面看，由于基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的，因此又叫作重组DNA技术。请你

5、推测培育转基因抗虫棉需要哪些“分子工具”？“分子手术刀”“分子缝合针”“分子运输车”“分子手术刀”20世纪50年代，科学家发现细菌具有抵抗噬菌体感染的能力。他们确定了这种防御系统是基于细菌内的一种酶，这种酶可以特异性的切割噬菌体的DNA序列，可以通过消化噬菌体DNA来限制病毒作用，因此称为限制性核酸内切酶，简称限制酶。思考问题：1. 根据已有知识和材料分析，细菌内的限制酶可能具有什么特征？2. 回顾DNA的结构，你认为限制酶“切割”DNA的部位在哪里？为什么？5.CCCGGG.3 3.GGGCCC.5观察限制酶识别位点及其“切割”DNA后产生的末端的特点。5.GAATTC.3 3.CTTAAG

6、.55.G 3.CTTAA AATTC.3 G.5EcoR I5.CCC 3.GGG GGG.3 CCC.5Sma I中轴线黏性末端平末端限制酶的命名：例如，EcoR I是从大肠杆菌（Escherichia coli）的R型菌株分离来的，且是从该种菌株中分离出来的第一种。小试身手观察限制酶BamH I和Sau3A I的识别序列和切割位点，回答下列问题。1. 能被BamH I切割的DNA，_（能/不能）被Sau3A I切割；2. 能被Sau3A I切割的DNA，_（能/不能/不一定能）被BamH I切割。3. 这两种酶切割后产生的DNA片段_（能/不能）发生碱基互补配对。能不一定能限制酶BamH

7、 ISau3A I识别序列切割位点5.GGATCC.3 3.CCTAGG.55.GATC.3 3.CTAG.5酶切结果5.G GATCC.3 3.CCTAG G.55. GATC.3 3.CTAG .5能5.GGATC.3 3.CCTAG.5酶？酶？“分子缝合针”1967年，世界上3个科学实验室同时发现在大肠杆菌细胞中存在一种可以封闭DNA链上缺口的酶。这种酶借助ATP或NAD水解提供的能量催化一条DNA链的5-PO4与另一条DNA链的3-OH生成磷酸二酯键，因此被称为DNA连接酶。DNA连接酶在DNA复制、修复和重组中起着重要的作用。思考问题： DNA连接酶和DNA聚合酶是一回事吗？为什么？

8、请完成下列表格。DNA聚合酶DNA连接酶模板催化底物催化结果相同点化学本质都是蛋白质；都催化形成磷酸二酯键以一条DNA链为模板，将单个核苷酸连接成一条互补的DNA链，形成新的DNA分子催化具有互补黏性末端或平末端的DNA片段连接起来，形成重组DNA分子需要不需要单个脱氧核苷酸DNA分子片段“分子缝合针”类型E.coli DNA连接酶T4 DNA连接酶来源特点结果大肠杆菌T4噬菌体只连接具有互补黏性末端的DNA片段可连接互补的黏性末端和平末端，但连接平末端的效率相对较低。恢复被限制酶切开的磷酸二酯键请阅读教材P72第一段，了解DNA连接酶的类型，完成下列表格。“分子运输车”质粒是一种裸露的、结构

9、简单、独立于真核细胞细胞核或原核细胞拟核DNA之外，并具有自我复制能力的环状双链DNA分子。1973年，科学家证明质粒可以作为基因工程的载体，构建重组DNA，导入受体细胞，使外源基因在原核细胞中成功表达，并实现物种间的基因交流。观察右侧大肠杆菌及质粒结构模式图，回答问题：1. 若将质粒与经限制酶切割的目的基因连接，需要具备什么条件？2. 要使携带的外源基因在受体细胞中稳定存在，质粒还需要具备什么条件？3. 我们用肉眼看不到载体是否进入受体细胞，如何筛选重组DNA分子的质粒载体呢？大肠杆菌及质粒结构模式图“分子运输车”在基因工程中使用的载体除质粒外，还有噬菌体、动植物病毒等。它们的来源不同，在大

10、小、结构、复制方式及可以插入外源DNA片段的大小上也有很大差别。噬菌体烟草花叶病毒腺病毒探究 实践重组DNA分子1. 请在两张彩纸上分别写上模拟Bt 基因和pBI121质粒的DNA序列，每段序列准备2份。5.GAATTC. B t .GAATTC.3 3.CTTAAG.基因.CTTAAG.55. pBI121 .GAATTC.3 3. 质 粒 .CTTAAG.5 2. 请将代表pBI121质粒的序列首尾黏贴在一起，模拟环化质粒（如下图所示）。重组DNA分子3. 请根据EcoR I限制酶的识别序列和切割位点，用剪刀模拟EcoR I，获得酶切后的Bt 基因和pBI121质粒。探究 实践切割后的DN

11、A序列如下图所示：4. 请尝试用胶带模拟DNA连接酶，将Bt 基因重组到pBI121质粒上。重组DNA分子的实验中往往会将多个酶切后的Bt 基因和pBI121质粒混合后，再加入DNA连接酶，其连接产物可能有多少种？请大家尝试操作。重组DNA分子载体与载体之间的连接目的基因与目的基因之间的连接载体自身环化目的基因自身环化载体与目的基因反向连接载体与目的基因同向连接探究 实践思考问题：（1）为什么会出现这么多种连接产物呢？（2）如何实现目的基因的定向插入（与载体同向连接）呢？重组DNA分子思考问题：（1）除用EcoR I切割目的基因和质粒，能否用限制酶Bgl II和BamH I分别切割基因和质粒，

12、双酶切后的两者能否连接在一起？（2）若能，将产生几种连接产物？请在彩纸上模拟获得的连接产物。5.GAATTC. B t .AGATCT.3 3.CTTAAG.基因.TCTAGA.5Bgl IIBamH I5. 观察Bt 基因和pBI121质粒上的其他限制酶切割位点：5. pBI121 . GAATTC.GGATCC.3 3. 质 粒 . CTTAAG.CCTAGG.5 探究 实践Bgl IIBamH I重组DNA分子 载体与载体间连接 目的基因与目的 基因间连接 载体与目的基因同向连接思考问题：载体与载体重组得到的DNA，载体与目的基因重组得到的DNA上都有标记基因（如某抗生素的抗性基因），二者可通过含有该抗生素的选择培养基被筛选出来，但如何筛选出