基因工程的操作程序課件高二下學(xué)期生物人教版選擇性必修3

第2節(jié)

基因工程的基本操作程序(第1課時(shí))一條小蟲引發(fā)的科技大戰(zhàn)

——中國農(nóng)科院棉花研究所開發(fā)抗蟲棉紀(jì)實(shí)課本P76.

從社會(huì)中來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。轉(zhuǎn)基因抗蟲棉非轉(zhuǎn)基因抗蟲棉轉(zhuǎn)基因抗蟲棉非轉(zhuǎn)基因抗蟲棉以轉(zhuǎn)基因抗蟲棉為例學(xué)習(xí)基因工程的基本操作程序轉(zhuǎn)基因抗蟲棉與載體拼接（普通棉花）棉花細(xì)胞轉(zhuǎn)基因抗蟲棉導(dǎo)入抗蟲基因重組DNA分子1.目的基因的篩選與獲取2.基因表達(dá)載體的構(gòu)建3.將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞4.目的基因的

檢測與鑒定第一步：目的基因的篩選與獲取一）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。1）概念主要指的是編碼蛋白質(zhì)的基因。編碼區(qū)非編碼區(qū)非編碼區(qū)原核細(xì)胞的DNA啟動(dòng)子真核細(xì)胞的DNA基因外顯子內(nèi)含子終止子補(bǔ)充基因的結(jié)構(gòu)

編碼區(qū)：能轉(zhuǎn)錄為mRNA,能編碼蛋白質(zhì)非編碼區(qū)：不能編碼蛋白質(zhì)，但能調(diào)控遺傳信息的表達(dá)。

外顯子：能轉(zhuǎn)錄為mRNA，能編碼蛋白質(zhì)的序列。內(nèi)含子：能轉(zhuǎn)錄為mRNA，不能編碼蛋白質(zhì)的序列。真核細(xì)胞DNA編碼區(qū)真核細(xì)胞基因中的非編碼序列：包括非編碼區(qū)和內(nèi)含子+轉(zhuǎn)錄加工mRNA前體成熟mRNA編碼區(qū)非編碼區(qū)非編碼區(qū)內(nèi)含子相應(yīng)的轉(zhuǎn)錄區(qū)段被剪切掉真核細(xì)胞的DNA第一步：目的基因的篩選與獲取一）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。1）概念2）實(shí)例主要指的是編碼蛋白質(zhì)的基因。與生物抗逆性、生產(chǎn)藥物、毒物降解、工業(yè)用酶等相關(guān)的基因。抗蟲基因、抗病基因、抗除草劑基因等人胰島素基因、人干擾素基因等資料：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?？茖W(xué)家將“殺蟲基因”轉(zhuǎn)入棉花中，棉花產(chǎn)生Bt抗蟲蛋白抵抗蟲害。目的基因第一步：目的基因的篩選與獲取資料：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(dá)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(xué)家將編碼人胰島素的基因?qū)氪竽c桿菌細(xì)胞中，使大腸桿菌表達(dá)重組人胰島素。目的基因二）篩選合適的目的基因第一步：目的基因的篩選與獲取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(jié)構(gòu)防治棉花害蟲發(fā)現(xiàn)殺蟲作用與Bt基因有關(guān)掌握Bt基因的序列深入了解Bt基因的表達(dá)產(chǎn)物(Bt抗蟲蛋白)從相關(guān)的已知結(jié)構(gòu)和功能清晰的基因中篩選。Bt基因是培育轉(zhuǎn)基因抗蟲棉較為合適的目的基因

Bt抗蟲蛋白會(huì)對人畜產(chǎn)生不良影響嗎？

P77相關(guān)信息：___________________________

當(dāng)Bt抗蟲蛋白被分解為多肽后，多肽與害蟲腸上皮細(xì)胞的特異性受體結(jié)合，導(dǎo)致細(xì)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(xì)胞也沒有特異性受體。因此，Bt抗蟲蛋白不會(huì)對人畜產(chǎn)生上述影響。提高農(nóng)作物抗鹽堿和抗干旱能力的目的基因是（）A．調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透壓的基因B．抗除草劑基因C．抗凍蛋白基因D．抗蟲基因A×√××測序技術(shù)序列數(shù)據(jù)庫(如GenBank)序列比對工具(如BLAST)測定核酸和蛋白質(zhì)序列以堿基順序或氨基酸順序?yàn)榛緝?nèi)容的分子生物信息數(shù)據(jù)庫把感興趣的序列跟已經(jīng)存在的序列數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比較的工具。通過比對識(shí)別相關(guān)的序列，從而能獲得目的基因和蛋白質(zhì)的功能。第一步：目的基因的篩選與獲取三）目的基因的獲取2、基因較小，序列已知人工合成

早期培育轉(zhuǎn)基因抗蟲棉時(shí)，科學(xué)家通過人工合成的方法獲得了Bt基因。

目前，人們已經(jīng)根據(jù)化學(xué)法合成DNA的原理，設(shè)計(jì)生產(chǎn)了DNA自動(dòng)合成儀。1、從基因文庫中獲取P82第一步：目的基因的篩選與獲取3、利用PCR技術(shù)特異性快速擴(kuò)增目的基因（教材P77）

①概念PCR是_______________的縮寫，是在____提供參與DNA復(fù)制的________與________，對____________________進(jìn)行___________的技術(shù)；②原理：_______________③前提：_____________________________________________聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)體外各種組分反應(yīng)條件目的基因的核苷酸序列大量復(fù)制DNA半保留復(fù)制有一段已知目的基因的核苷酸序列，以便合成引物三）目的基因的獲取知識(shí)回顧：DNA復(fù)制①解旋：在ATP的驅(qū)動(dòng)下，解旋酶將DNA雙螺旋的兩條鏈解開。CGTATACGGCCGTATAGCCGATATCGATCGTATATATACGTATACGGCTAGCCGTA3'5'CCGTAGTATACGGCTAGCCGTATACGGCCGTATAGCCGATATCGATCGTATATATA3'5'ATP解旋酶CCGTAGTATACGGCTAGCCGTATACGGCCGTATAGCCGATATCGATCGTATATATA3'5'ACGCAAGCTAGTCATTATATGCATGATCGAGCTT形成氫鍵②合成子鏈：游離的脫氧核苷酸按堿基互補(bǔ)配對原則與兩條母鏈的堿基配對，在DNA聚合酶的催化下,形成磷酸二酯鍵，合成脫氧核苷酸鏈。知識(shí)回顧：DNA復(fù)制CCGTAGTATACGGCTAGCCGTATACGGCCGTATAGCCGATATCGATCGTATATATA3'5'ACGCAAGCTAGTCATTATATGCATGATCGAGCTTACGCAAGCTAGTCATTADNA聚合酶5'3'TATGCATGATCGAGCTT5'3'ATPATP知識(shí)回顧：DNA復(fù)制②合成子鏈：游離的脫氧核苷酸按堿基互補(bǔ)配對原則與兩條母鏈的堿基配對，在DNA聚合酶的催化下,形成磷酸二酯鍵，合成脫氧核苷酸鏈。③形成子代DNA分子：每條新鏈與其對應(yīng)的模板鏈盤繞成雙螺旋結(jié)構(gòu)。CCGTAGTATACGGCTAGCCGTATACGGCCGTATAGCCGATATCGATCGTATATAA3'5'ACGCAAGCTAGTCATTATATGCATGATCGAGCTT5'3'TAGCCGTATAGCCGATAT3'5'TTACGCGTATATATA5'3'知識(shí)回顧：DNA復(fù)制是一小段能

________的短單鏈核酸。用于PCR的引物通常為20~30個(gè)核苷酸。引物:（P77相關(guān)信息）與DNA母鏈的一段堿基序列互補(bǔ)配對5/3/3/5/5/3/引物Ⅱ5/3/引物Ⅰ為什么需要引物:使DNA聚合酶能夠從引物的3＇端開始連接脫氧核苷酸(DNA聚合酶能從頭開始合成子鏈,只能只能從引物的3'端延伸DNA鏈。)引物的作用:子鏈的合成方向：5’→3’5/3/3/5/5/3/引物Ⅱ5/3/引物Ⅰ表3-1DNA復(fù)制所需的基本條件參與的組分在DNA復(fù)制中的作用

打開DNA雙鏈DNA母鏈提供DNA復(fù)制的模板合成DNA子鏈的原料催化合成DNA子鏈?zhǔn)笵NA聚合酶能夠從引物的___端開始連接脫氧核苷酸3'解旋酶4種脫氧核苷酸（體外用

代替）(體外用

，

）

耐高溫的DNA聚合酶引物DNA聚合酶高溫①DNA模板、③4種脫氧核苷酸、②2種引物、④耐高溫的DNA聚合酶。PCR反應(yīng)基本條件：⑤緩沖溶液（一般添加_____）P77相關(guān)信息Mg2+①變性：

以上時(shí)，目的基因DNA受熱

解聚為

；90℃變性單鏈（教材P78-79）PCR反應(yīng)的過程：①變性：②復(fù)性：

以上時(shí)，目的基因DNA受熱

解聚為

；90℃變性單鏈

左右時(shí)，兩種引物通過堿基互補(bǔ)配對，與兩條單鏈結(jié)合50℃（教材P78-79）PCR反應(yīng)的過程：①變性：②復(fù)性：③延伸：

以上時(shí)，目的基因DNA受熱

解聚為

；90℃變性單鏈

左右時(shí)，引物與單鏈相應(yīng)結(jié)合50℃

左右時(shí)，以_________為模板在__________________作用下根據(jù)____________原則合成新的DNA鏈72℃單鏈DNA耐高溫的DNA聚合酶堿基互補(bǔ)配對（教材P78-79）PCR反應(yīng)的過程：①變性：②復(fù)性：③延伸：

以上時(shí)，目的基因DNA受熱

解聚為

；90℃變性單鏈

左右時(shí)，引物與單鏈相應(yīng)結(jié)合50℃

左右時(shí)，以_________為模板在__________________作用下根據(jù)____________原則合成新的DNA鏈72℃單鏈DNA循環(huán)：耐高溫的DNA聚合酶堿基互補(bǔ)配對上一輪循環(huán)的產(chǎn)物作為下一輪反應(yīng)模板，經(jīng)過變性、復(fù)性和延伸三步產(chǎn)生下一輪循環(huán)產(chǎn)物。旁欄思考：用PCR可以擴(kuò)增mRNA嗎？mRNA不可以直接擴(kuò)增，需要逆轉(zhuǎn)錄成cDNA再進(jìn)行擴(kuò)增（教材P78-79）PCR反應(yīng)的過程：905072℃變性3`5`5`3`PCR反應(yīng)的過程：905072℃復(fù)性PCR反應(yīng)的過程：905072℃延伸PCR反應(yīng)的過程：905072℃變性PCR反應(yīng)的過程：905072℃復(fù)性PCR反應(yīng)的過程：905072℃延伸PCR反應(yīng)的過程：905072℃變性PCR反應(yīng)的過程：905072℃復(fù)性PCR反應(yīng)的過程：905072℃延伸問題4:PCR擴(kuò)增需要引物的原因？

PCR反應(yīng)的過程：受熱變性引物

耐高溫的

DNA聚合酶PCR反應(yīng)的過程小結(jié)：結(jié)果：1個(gè)模板DNA分子經(jīng)過n輪PCR，以

方式擴(kuò)增，可以擴(kuò)增出

個(gè)DNA片段。指數(shù)2n共需要引物數(shù)量為__________2n+1-2PCR擴(kuò)增儀瓊脂糖凝膠電泳PCR反應(yīng)場所：產(chǎn)物鑒定：利用PCR既可以快速擴(kuò)增特定基因，也可以檢測基因的表達(dá)。下列有關(guān)PCR的敘述錯(cuò)誤的是（）A.PCR用的DNA聚合酶是一種耐高溫酶B.變性過程中雙鏈DNA的解開不需要解旋酶C.復(fù)性過程中引物與模板鏈的結(jié)合遵循堿基互補(bǔ)配對原則D.延伸過程中需要D