【公開課課件】3.2基因工程的基本操作程序課件2021-2022學年高二下學期生物人教版選擇性必修3

1、選擇性必修3第2節(jié)：基因工程的基本操作程序-1l 基因工程的基本操作程序主要包括哪幾個步驟？l 基因工程操作的每一步涉及的技術和方法有哪些？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。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?轉基因抗蟲棉(使棉鈴蟲死亡，左)與非轉基因抗蟲棉(右)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第三步：將目的基因導入受體細胞第四步：目的基因的檢測與鑒定培育轉基因抗蟲棉主要需要四個步驟：第一步：目的基因

2、的篩選與獲取第二步：基因表達載體的構建第三步：將目的基因導入受體細胞第四步：目的基因的檢測與鑒定基因工程的基本操作程序第一步：目的基因的篩選與獲取1.目的基因定義在基因工程的設計和操作中，用于改變受體細胞性狀的或獲得預期表達產物的基因。目的基因受體細胞目的基因主要是指編碼蛋白質的基因抗逆性基因生產藥物基因毒物降解基因工業(yè)用酶基因1.目的基因目的基因 Bt基因蘇云金芽孢桿菌產生Bt基因伴胞晶體蛋白(Bt抗蟲蛋白)表達破壞鱗翅目昆蟲的消化系統(tǒng)殺死棉鈴蟲棉花細胞導入抗蟲棉培育2.篩選合適的目的基因基因海洋目的基因如何篩選相關的已經結構和功能清晰的基因篩選篩選方法之一2.篩選合適的目的基因Bt基因的篩

3、選蘇云金桿菌制成殺蟲劑掌握目的基因的功能掌握目的基因的結構防治棉花害蟲發(fā)現(xiàn)殺蟲作用與Bt基因有關掌握Bt基因的序列深入了解Bt基因的表達產物(Bt抗蟲蛋白)Bt基因是培育轉基因抗蟲棉較為合適的目的基因。2.篩選合適的目的基因篩選目的基因的技術手段測序技術序列數(shù)據庫(如GenBank)序列比對工具(如BLAST)測定核酸和蛋白質序列以堿基順序或氨基酸殘基順序為基本內容的分子生物信息數(shù)據庫把感興趣的序列跟已經存在的序列數(shù)據庫進行比較的工具。通過比對識別相關的序列，從而能獲得目的基因和蛋白質的功能。3.利用PCR獲取和擴增目的基因人工合成獲取目的基因的方法PCR擴增常用方法我國首批轉基因抗蟲棉的培育

4、使用PCR的含義 PCR是聚合酶鏈式反應的縮寫。根據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。PCR的原理DNA復制所需的基本條件參與的組分在DNA復制中的作用解旋酶DNA母鏈4種脫氧核苷酸DNA聚合酶引物打開DNA雙鏈提供DNA復制的模板合成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PCR所需的基本條件參與的組分在DNA復制中的作用目的基因DNA4種脫氧核苷酸耐高溫的DNA聚合酶(Taq酶)引物緩沖液Mg2+高溫使DNA聚合酶能夠從引物的3端開始連接脫氧核苷酸打開DNA雙鏈提供DNA復制的

5、模板合成DNA子鏈的原料催化合成DNA子鏈維持反應體系的pH激活DNA聚合酶的活性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2030個核苷酸。在細胞中為一段單鏈RNA，在PCR中為一段人工合成的單鏈DNA。引物為DNA聚合酶提供了游離的3端，使DNA聚合酶從3端延伸子鏈。(DNA聚合酶不具有從頭合成子鏈的功能)a.什么是引物b.引物的作用引物引物為DNA聚合酶提供了游離的3端，使DNA聚合酶從3端延伸子鏈。(DNA聚合酶不具有從頭合成子鏈的功能)b.引物的作用5-35-3-53-引物引物子鏈延伸子鏈延伸引物是決定PCR特異性的關鍵。3-595PCR

6、的過程5-33-53-55-3第1步：變性當溫度超過90時，雙鏈DNA解旋為單鏈。DNA模板4種脫氧核苷酸引物耐高溫的DNA聚合酶PCR的過程3-55-3第2步：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結合。503-55-5-3-5PCR的過程第3步：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，根據堿基互補配對原則合成新的DNA鏈。723-55-35-3-53-3-55-5-3-5PCR的過程第一輪循環(huán)的產物作為第二輪反應模板，經過變性、復性和延伸三步產生第二輪循環(huán)產物。3-55-35-3-53-5-3-53-3-53-5-3-

7、55-35-3-53-5-3-53-3-53-5-3-53-5-3-53-5-3-55-35-3-53-5-3-53-5-3-53-第二輪循環(huán)的產物作為第三輪反應模板，經過變性、復性和延伸三步產生第三輪循環(huán)產物。5-3-53-3-53-5-3-55-35-3-53-Taq聚合酶引物1原料模板DNA目的基因3553引物2955072PCR過程(三輪擴增)9550723553第一輪:高溫變性3553955072第一輪:低溫復性3553955072第一輪:中溫延伸3553955072第二輪:高溫變性3553955072第二輪:低溫復性3553955072第二輪:中溫延伸3553955072第三輪:高

8、溫變性3553955072第三輪:低溫復性3553955072第三輪:中溫延伸DNA解鏈為單鏈引物結合到互補DNA鏈Taq酶從引物起始進行子鏈的合成PCR的過程PCR過程可以在PCR擴增儀(PCR儀)中自動完成。常采用瓊脂糖凝膠電泳技術來鑒定PCR擴增產物。PCR擴增產物的鑒定較小的DNA片段在凝膠中的移動相對容易，較大的DNA片段移動難。當電泳結束時，比較DNA樣品所在的位置和一系列已知大小的DNA片段的位置(標準)，這些已知大小的片段稱為DNA分子量標準樣。比較項目細胞內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在復制場所主要在細胞核內細胞外(主

9、要在PCR擴增儀內)酶解旋酶、DNA聚合酶等耐高溫的DNA聚合酶溫度細胞內溫和條件控制溫度，需在不同溫度下進行結果合成整個DNA分子擴增特定的DNA片段或基因聯(lián)系模板:均需要脫氧核苷酸雙鏈作為模板原料:均為四種脫氧核苷酸酶:均需DNA聚合酶引物:都需要引物，使DNA聚合酶從引物的3端合成子鏈(2021(2021年北京卷年北京卷) )玉米是我國重要的農作物，研究種子發(fā)育的機理對培育高產優(yōu)質的玉米新品種具有重要作用。（1）玉米果穗上的每一個籽粒都是受精后發(fā)育而來。我國科學家發(fā)現(xiàn)了甲品系玉米，其自交后的果穗上出現(xiàn)嚴重干癟且無發(fā)芽能力的籽粒，這種異常籽粒約占1/4。籽粒正常和干癟這一對相對性狀的遺傳遵

10、循孟德爾的_定律。上述果穗上的正常籽粒均發(fā)育為植株，自交后，有些植株果穗上有約1/4干癟籽粒，這些植株所占比例約為_ 。分離 2/3 （2）為闡明籽粒干癟性狀的遺傳基礎，研究者克隆出候選基因 A/a。將 A 基因導入到甲品系中，獲得了轉入單個A 基因的轉基因玉米。假定轉入的 A 基因已插入 a 基因所在染色體的非同源染色體上，請從下表中選擇一種實驗方案及對應的預期結果以證實 “A 基因突變是導致籽粒干癟的原因”。 / （3）現(xiàn)已確認 A 基因突變是導致籽粒干癟的原因，序列分析發(fā)現(xiàn) a 基因是 A 基因中插入了一段 DNA（見圖 1），使 A 基因功能喪失。甲品系果穗上的正常籽粒發(fā)芽后，取其植株葉片，用圖 1 中的引物 1、2 進行 PCR 擴增，若出現(xiàn)目標擴增條帶則可知相應植株的基因型為_。 Aa （4）為確定A基因在玉米染色體上的位置，借助位置已知的M/m基因進行分析。用基因型為mm且籽粒正常的純合子P與基因型為MM的甲品系雜交得F1，F(xiàn)1自交得F2。用M、m 基因的特異性引物，對F1植株果穗上干癟籽粒（F2）胚組織的DNA進行PCR擴增，擴增結果有1、2、3三種類型，如圖2所示。統(tǒng)計干癟籽粒（F2）的數(shù)量，發(fā)現(xiàn)類型1最多、類型2