高中生物 基因工程的基本操作步骤（第1课时） 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2节 基因工程的基本操作程序（第一课时）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：郭琪琦 学 校：深圳市第二实验学校从社会中来1997年，我国政府首次批准商业化种植转基因抗虫棉。到2015年，我国已育成转基因抗虫棉新品种100多个，减少农药用量40万吨，增收节支社会经济效益450亿元。转基因抗虫棉非转基因抗虫棉你知道转基因抗虫棉抗虫的机制是什么吗？培育转基因抗虫棉一般需要哪些步骤？基因工程基本操作的四个步骤任务一：阅读教材，将基因工程的四个基

2、本操作步骤及目的填写在表格中。步骤目的目的基因的筛选与获取筛选与获取符合人们需要的基因，赋予生物新的遗传特性。基因表达载体的构建使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且遗传给下一代，同时使目的基因能够表达和发挥作用。将目的基因导入受体细胞使目的基因进入受体细胞，并且维持稳定和表达，实现一种生物的基因在另一种生物中的转化。目的基因的检测与鉴定确定目的基因是否能够在受体细胞中稳定维持和表达遗传特性。第一步：目的基因的筛选与获取任务二：阅读教材，回答以下问题：（1）什么是目的基因？为什么培育转基因抗虫棉用到的目的基因是Bt基因？（2）Bt基因的杀虫机理是怎样的？对人畜有害吗？（3）科学家是如何筛选得到合

3、适的目的基因的？【目的基因】在基因工程的设计和操作中，用于改变受体细胞性状或获得预期表达产物等的基因。根据不同的需要，目的基因不同，主要是指编码蛋白质的基因。如：与生物抗逆性、优良品质、生产药物、毒物降解和工业用酶等相关的基因。第一步：目的基因的筛选与获取苏云金杆菌通过产生苏云金杆菌伴胞晶体蛋白（Bt 抗虫蛋白），破坏鳞翅目昆虫的消化系统来杀死棉铃虫。科学家通过实验，将该细胞的“杀虫基因”转到棉花里，让棉花也能产生Bt 抗虫蛋白抵抗虫害。转基因抗虫棉非转基因抗虫棉Bt 抗虫蛋白基因（Bt 基因）目的基因第一步：目的基因的筛选与获取任务二：阅读教材，回答以下问题：（2）Bt基因的杀虫机理是怎样的

4、？对人畜有害吗？教材P77“相关信息”当Bt抗虫蛋白被分解为多肽后，多肽与害虫肠上皮细胞的特异性受体结合，导致细胞膜穿孔，最后造成害虫死亡。Bt抗虫蛋白只有在某类昆虫肠道的碱性环境中才能表现出毒性，而人和牲畜的胃液呈酸性，肠道细胞也没有特异性受体。因此，Bt抗虫蛋白不会对人畜产生上述影响。第一步：目的基因的筛选与获取任务二：阅读教材，回答以下问题：（3）科学家是如何筛选得到合适的目的基因的？科学家不仅掌握了Bt 基因的序列信息，也对Bt基因的表达产物Bt抗虫蛋白有了较为深入的了解。从相关的已知结构和功能清晰的基因中进行筛选随着测序技术的发展，以及序列数据库（如GenBank）、序列比对工具（如

5、BLAST)等的应用，越来越多的基因的结构和功能为人们所知。第一步：目的基因的筛选与获取参考文献：郭三堆.CrylA杀虫基因的人工合成J.中国农业科学,1993(02):85-86.在我国首批具有较高抗虫活性的转基因抗虫棉的培育过程中，科学家采用的是人工合成的方法。人工合成法第一步：目的基因的筛选与获取PCR：聚合酶链式反应的缩写，美国科学家穆里斯等人发明1993年获诺贝尔奖原理：DNA半保留复制它是一项在体外提供参与DNA复制的各种组分与反应条件，对目的基因的核苷酸序列进行大量复制的技术。PCR细胞内的DNA复制在DNA复制中的作用PCR（体外DNA复制）打开DNA双链提供DNA复制的模板合

6、成DNA子链的原料催化合成DNA子链使DNA聚合酶能够从引物的3端开始连接脱氧核苷酸解旋酶DNA母链4种脱氧核苷酸DNA聚合酶引物高温含目的基因的DNA母链4种脱氧核苷酸（dNTP）耐高温的DNA聚合酶人工合成的引物含Mg2+的缓冲溶液dNTP如何既作为原料又提供能量？脱氧核苷三磷酸（dNTP），包括：dATP、dTTP、dGTP、dCTP）用作DNA复制的原料为DNA复制提供能量第一步：目的基因的筛选与获取PCR第一步：目的基因的筛选与获取PCRPCR的每个循环可以分为三个步骤：变性（温度超过_）：双链DNA受热变性，断开氢键，形成_；复性（温度下降到_左右）：_种引物通过_与两条单链DNA

7、结合，形成局部_；延伸（温度上升到_左右）：以_为模板，4种脱氧核苷酸在_酶的作用下，根据_原则合成新的DNA链，该DNA链的延伸方向是_。PCR过程中，每个循环得到的产物都将作为下一个循环的模板，因此经过n次循环，1个DNA分子将被扩增为_个，成_形式扩增。PCR过程完成以后，常采用琼脂糖凝胶电泳来鉴定PCR的产物。90DNA单链502碱基互补配对DNA双链72DNA单链耐高温的DNA聚合碱基互补配对5端3端2n指数用PCR可以扩增mRNA吗？mRNA不可以直接扩增，需要将它逆转录成cDNA再进行扩增。逆转录酶核酸酶HDNA聚合酶单链RNA杂交双链单链DNA双链DNARNA链DNA链基因组文

8、库cDNA文库构建基因文库第一步：目的基因的筛选与获取第二步：基因表达载体的构建获取了足够量的Bt 基因后，下一步就是要让基因在受体细胞中稳定存在，并且遗传给下一代；同时，使Bt 基因能够表达和发挥作用。构建基因表达载体（核心工作）基因表达载体由哪些部分组成任务三：画出基因表达载体的结构模式图，标注各组成部分的名称和功能。第二步：基因表达载体的构建限制酶切割位点复制原点目的基因标记基因启动子终止子基因表达载体的组成部分：复制原点标记基因目的基因启动子终止子RNA聚合酶识别和结合的部位，驱动基因转录终止基因转录控制特定性状或表达特定产物检测目的基因是否导入受体细胞DNA聚合酶结合位点，驱动DNA

9、复制第二步：基因表达载体的构建基因表达载体的构建流程：用一定的限制酶切割载体，使其出现一个切口，露出黏性末端。用同种限制酶或能产生相同末端的限制酶切割含有目的基因的DNA片段。将切下的目的基因片段拼接到载体的切口处，再加入适量DNA连接酶，形成了一个重组DNA分子。工具酶：限制酶、DNA连接酶，作用的化学键都是磷酸二酯键。第三步：将目的基因导入受体细胞 花粉管通道法花粉外源DNA花粉管子房胚珠思考：1. 应在植物发育的什么时期使用花粉管通道法？ 2. 如何获得含有目的基因的植物后代？受粉后花粉管未愈合之前收获种子，需要多代自交纯化第四步：目的基因的检测与鉴定Bt 基因Bt 抗虫蛋白抗虫棉Bt

10、基因的mRNADNA分子水平RNA分子水平蛋白质分子水平个体生物学水平PCR、核酸杂交检测等技术抗原-抗体杂交技术抗虫接种实验如何利用PCR检测棉花的染色体DNA上是否插入了Bt 基因？提取棉花的总DNA作为模板根据Bt 基因两侧序列设计引物进行PCR用琼脂糖凝胶电泳鉴定PCR产物电泳结果若出现Bt 基因相应条带，则说明Bt 基因插入成功如何采用核酸杂交检测法检测是否存在目的基因或相应的mRNA？方法：DNA分子杂交、DNA-RNA分子杂交工具：基因探针，是一段带有检测标记（同位素、荧光分子或化学发光催化剂），且顺序已知的，与目的基因互补的核酸序列(DNA或RNA)。 英国分子生物学家萨瑟恩（

11、Edwin Southern，1938）Southern印迹原理示意图过程：以DNA分子杂交为例如何采用核酸杂交检测法检测是否存在目的基因或相应的mRNA？基因探针：单链DNA或RNA片段，带有某种标记，能与目标DNA的一条链或RNA发生碱基互补配对。 基因表达载体的构建基因表达载体的组成目的基因、标记基因、启动子、终止子、复制原点构建流程用限制酶分别切割载体和含有目的基因的DNA片段DNA连接酶连接形成重组DNA分子将目的基因导入受体细胞目的基因的检测与鉴定目的基因的筛选与获取方法花粉管通道法包括分子水平：检测DNA、mRNA、蛋白质个体水平：是否出现相应的性状获取方法人工合成、PCR（常用）、构建基因文库小结：基因工程基本操作的四个步骤到社会中去 转基因抗虫棉在世界范围内被广泛种植，有效控制了棉铃虫的种群数量，显著减少了农药的用量。面对棉铃虫的危害，有了抗虫棉是否就可以一劳永逸、高枕无忧呢？根据棉铃虫对传统农药产生抗性的发展历史，科研人员推测棉铃虫存在对Bt抗虫蛋白产生抗性的可能。