【生物】基因工程的基本操作程序第1課時課件 2023-2024學年高二下學期生物人教版選擇性必修3

課前回顧重組DNA技術的基本工具？工具酶？限制酶的來源？本質(zhì)？作用？作用的化學鍵？結(jié)果？DNA連接酶的本質(zhì)？作用？作用的化學鍵？種類？載體的種類？什么是質(zhì)粒？作為載體需要的條件？DNA粗提取的原理？鑒定的原理？方法步驟第三章《基因工程》第3.2節(jié)基因工程的基本操作程序

1997年，我國政府首次批準商業(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，減少農(nóng)藥用量40萬噸，增收節(jié)支社會經(jīng)濟效益450億元。轉(zhuǎn)基因抗蟲棉與普通棉花轉(zhuǎn)基因抗蟲棉與普通棉花棉花的抗蟲基因哪里來的？主要是棉鈴蟲資料：蘇云金桿菌通過產(chǎn)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。將“殺蟲基因”轉(zhuǎn)入棉花中，棉花產(chǎn)生Bt抗蟲蛋白抵抗蟲害。目的基因Bt抗蟲蛋白基因——Bt基因Bt基因補充：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(jié)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(xiàn)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(chǎn)生上述影響表達(轉(zhuǎn)錄、翻譯)Bt抗蟲蛋白與載體拼接

普通棉花（無抗蟲特性）棉花細胞抗蟲棉

（有抗蟲特性）導入抗蟲基因重組DNA分子培育轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的簡要過程1.目的基因的篩選與獲取2.基因表達載體的構(gòu)建3.將目的基因?qū)胧荏w細胞4.目的基因的

檢測與鑒定從社會中來第一步：目的基因的篩選與獲取目的基因：用于改變受體細胞性狀或獲得預期表達產(chǎn)物等的基因。主要是編碼蛋白質(zhì)的基因△根據(jù)不同的需要，

目的基因是不同的[資料一]棉花本身不具有抗蟲基因。蘇云金桿菌有一種抗蟲基因，能

表達出抗蟲蛋白來殺死棉鈴蟲。利用基因工程將抗蟲基因?qū)?/p>

入棉花細胞，培育出自身就能抵抗蟲害的棉花新品種。[資料二]胰島素是治療糖尿病的特效藥。健康人含有胰島素基因，能

表達胰島素，從而降低血糖濃度。大腸桿菌本身不具有胰島

素基因。1978年，科學家將編碼人胰島素的基因?qū)氪竽c桿

菌細胞中，使大腸桿菌表達重組人胰島素。什么是目的基因？第一步：目的基因的篩選與獲取

實例如生物抗逆性、生產(chǎn)藥物、毒物降解、工業(yè)用酶等相關的基因。人胰島素基因、人干擾素基因等抗蟲基因、抗病基因、抗除草劑基因等第一步：目的基因的篩選與獲取

如何篩選目的基因？蘇云金桿菌的殺蟲作用與Bt基因有關掌握了Bt基因的序列信息對Bt基因的表達產(chǎn)物-Bt抗蟲蛋白有較為深入了解蘇云金桿菌制成的生物殺蟲劑可防治棉花蟲害Bt基因是培育轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的目的基因目的基因的篩選：從相關的已知結(jié)構(gòu)和功能清晰的基因中篩選。DNA測序儀核苷酸序列比對氨基酸序列比對序列數(shù)據(jù)庫

明確了目的基因后，該怎么獲得它?第一步：目的基因的篩選與獲取越來越多基因的結(jié)構(gòu)和功能被分析。目的基因的獲取人工合成目的基因獲取方法：利用PCR技術擴增（常用）構(gòu)建基因文庫p82目的基因的獲取——利用PCR獲取和擴增目的基因提取蘇云金芽孢桿菌抗蟲基因？快速獲得大量抗蟲基因PCR——聚合酶鏈式反應PCR是一項根據(jù)DNA半保留復制的原理，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。1’2’3’4’5’C1’2’3’4’5’

GTGCCGTAA5'3'5'3'體內(nèi)DNA復制要點回顧條件原料：游離的4種脫氧核苷酸（A、T、G、C）模板：DNA的兩條鏈酶：解旋酶、DNA聚合酶等能量：ATP復制原則：堿基互補配對原則（保證復制的準確進行）目的基因的獲取——利用PCR獲取和擴增目的基因1、概念：參與的組分在DNA復制中的作用解旋酶（體外用高溫代替）打開DNA雙鏈（斷開氫鍵）DNA母鏈（2條）提供DNA復制的模板4種脫氧核苷酸合成DNA子鏈的原料耐高溫DNA聚合酶（Taq酶）催化合成DNA子鏈（形成磷酸二酯鍵）引物（2種，分別與兩條母鏈結(jié)合）使DNA聚合酶能夠從引物3′端連接脫氧核苷酸緩沖溶液（Mg2+）激活DNA聚合酶的活性2、條件:引物引物是一小段能與DNA母鏈的一段堿基序列互補配對的短單鏈核酸。用于PCR的引物通常為20~30個核苷酸。體內(nèi)復制的引物為RNA單鏈（復制結(jié)束后被降解）使DNA聚合酶從引物3’端開始連接脫氧核苷酸，延伸形成子鏈。(DNA聚合酶不具有從頭合成子鏈的功能)a.什么是引物b.引物的作用使DNA聚合酶從引物3’端開始連接脫氧核苷酸，延伸形成子鏈。(DNA聚合酶不具有從頭合成子鏈的功能)b.引物的作用5’3’5’3’5’3’引物引物子鏈延伸子鏈延伸3’5’目的基因的獲取——利用PCR獲取和擴增目的基因耐高溫的DNA聚合酶（Taq酶）DNA模板引物穩(wěn)定的緩沖溶液（一般添加Mg2+）四種脫氧核苷酸激活真核細胞和細菌的DNA聚合酶①PCR條件:目的基因的獲取——利用PCR獲取和擴增目的基因②PCR過程3’5’3’5’3’5’3’5’A.變性

當溫度上升到90℃以上時，雙鏈DNA解聚為單鏈B.復性當溫度下降到50℃左右時，兩種引物通過堿基互補配對與兩條單鏈DNA結(jié)合C.延伸當溫度上升到72℃左右時，溶液中的4種脫氧核苷酸在耐高溫的DNA聚合酶的作用下，根據(jù)堿基互補配對原則合成新的DNA鏈3’5’3’5’3’5’3’5’3’5’3’5’3’5’3’5’目的基因的獲取——利用PCR獲取和擴增目的基因第一輪循環(huán)的產(chǎn)物作為第二輪反應的模板，經(jīng)過變性、復性和延伸三步產(chǎn)生第二輪循環(huán)的產(chǎn)物；第二輪循環(huán)的產(chǎn)物作為第三輪反應的模板，經(jīng)過變性、復性和延伸三步產(chǎn)生第三輪的產(chǎn)物；第二輪循環(huán)的產(chǎn)物第三輪的產(chǎn)物完成以后，常采用瓊脂糖凝膠電泳來鑒定PCR的產(chǎn)物②PCR過程問1：1個模板DNA分子經(jīng)過n輪PCR，可以擴增出

個DNA片段，即以_____形式擴增。指數(shù)2n問2：1個模板DNA分子經(jīng)過n輪PCR，則共需消耗多少個引物？共需消耗2n＋1－2個引物

=2n－1對引物。DNA解聚為單鏈高溫(90℃)以上變性低溫(50℃)復性中溫(72℃)延伸引物結(jié)合到互補DNA母鏈Taq酶從引物3’端延伸合成子鏈PCR過程可以在PCR擴增儀(PCR儀)中自動完成。②PCR過程比較項目細胞內(nèi)DNA復制PCR技術區(qū)別解旋方式解旋酶催化邊解旋邊復制DNA在高溫下變性解旋全部解旋后再復制場所主要在細胞核內(nèi)體外(主要在PCR擴增儀內(nèi))酶解旋酶、DNA聚合酶等耐高溫的DNA聚合酶溫度細胞內(nèi)溫和條件控制溫度，需在不同溫度下進行結(jié)果合成整個DNA分子大量特定DNA片段或基因聯(lián)系①模板:均需要DNA兩條鏈作為模板②原料:均為四種脫氧核苷酸③酶:均需DNA聚合酶④引物:都需要引物，使DNA聚合酶從引物的3’端連接脫氧核苷酸用PCR可以擴增mRNA嗎？不可以（Taq酶以DNA為模板，且RNA不穩(wěn)定，需要逆轉(zhuǎn)錄成cDNA再進行擴增。1.逆轉(zhuǎn)錄酶以RNA為模板合成一條與RNA互補的DNA鏈，形成RNA-DNA雜交分子；2.核酸酶H降解RNA-DNA雜交分子中的RNA鏈，使之變成單鏈DNA；3.以單鏈DNA為模板，在DNA聚合酶的作用下合成另一條互補的DNA鏈，形成雙鏈DNA分子AACGGCTTAATT1.用于PCR擴增的DNA片段往往為了保證目的基因的完整，經(jīng)切割后目的基因的兩端會有一小段非基因序列，其也可能隨目的基因一起擴增。PCR技術擴增目的基因時至少要經(jīng)過幾次循環(huán)才能從中分離兩條脫氧核苷酸鏈等長的DNA片段？第一次循環(huán)90℃以上，DNA雙鏈解開(變性)50℃左右，引物與DNA結(jié)合（復性）72℃左右，新DNA合成（延伸）3’5’5’3’5’5’第二次循環(huán)5’3’5’5’3’5’高溫變性低溫復性中溫延伸高溫變性第三次循環(huán)3’5’低溫復性中溫延伸AACGGCTTAATT用于PCR擴增的DNA片段往往為了保證目的基因的完整，經(jīng)切割后目的基因的兩端會有一小段非基因序列，其也可能隨目的基因一起擴增。PCR技術擴增目的基因時至少要經(jīng)過幾次循環(huán)才能從中分離兩條脫氧核苷酸鏈等長的DNA片段？3次2.設計