3.2.1基因工程的基本操作程序(第一課時(shí)1) 課件高二下學(xué)期生物人教版（2019）選擇性必修3

3.2.1基因工程的基本操作程序本節(jié)聚焦：1.基因工程的基本操作程序主要包括哪幾個(gè)步驟？2.基因工程操作的每一步涉及的技術(shù)和方法?從社會(huì)中來【資料1】我國是棉花的生產(chǎn)和消費(fèi)大國。棉花在種植過程中，常常會(huì)受到一些害蟲的侵襲，其中以棉鈴蟲最為常見?！举Y料2】蘇云金桿菌通過產(chǎn)生蘇云金桿菌伴孢晶體蛋白(Bt抗蟲蛋白)，破壞鱗翅目昆蟲的消化系統(tǒng)來殺死棉鈴蟲,用蘇云金桿菌制成的生物殺蟲劑廣泛用于防治棉花蟲害。我們能否培育出自身就能抵抗蟲害的棉花新品種呢？思考00從社會(huì)中來【資料3】科學(xué)家通過實(shí)驗(yàn)，將蘇云金桿菌的Bt抗蟲基因(殺蟲基因)轉(zhuǎn)到棉花里，讓棉花也能產(chǎn)生Bt抗蟲蛋白抵抗蟲害。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。請(qǐng)結(jié)合我們學(xué)習(xí)過的內(nèi)容思考，培育轉(zhuǎn)基因抗蟲棉一般需要哪些步驟？思考00從社會(huì)中來蘇云金桿菌普通棉花（無抗蟲特性）棉花細(xì)胞抗蟲棉提取表達(dá)Bt基因?qū)肱c載體拼接Bt基因重組DNA分子④目的基因的檢測(cè)與鑒定①目的基因的

篩選與獲?、诨虮磉_(dá)載體的構(gòu)建③將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞00基因工程的基本操作程序（4個(gè)步驟）1234目的基因的篩選與獲取基因表達(dá)載體的構(gòu)建將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞目的基因的檢測(cè)與鑒定目的基因的篩選與獲取一、目的基因（1）概念：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；與生物抗逆性、優(yōu)良品質(zhì)、生產(chǎn)藥物、毒物降解和工業(yè)用酶等相關(guān)的基因。（Bt抗蟲蛋白基因：轉(zhuǎn)基因抗蟲棉）。主要是編碼特定蛋白質(zhì)的基因，也可以是具有調(diào)控作用的因子（2）實(shí)例：目的基因的篩選與獲取二、篩選合適的目的基因方法：從相關(guān)的已知結(jié)構(gòu)和功能清晰的基因中篩選。DNA測(cè)序儀核苷酸序列比對(duì)氨基酸序列比對(duì)美國國家生物信息中心越來越多基因的功能和結(jié)構(gòu)被分析。目的基因的篩選與獲取三、目的基因的獲取方法：利用PCR獲取和擴(kuò)增目的基因聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，根據(jù)DNA半保留復(fù)制的原理，在體外提供參與DNA復(fù)制的各種組分與反應(yīng)條件，對(duì)目的基因的核苷酸序列進(jìn)行大量復(fù)制的技術(shù)。概念獲取目的基因的三種方法：①人工合成獲?、趶幕蛭膸飓@?、弁ㄟ^PCR技術(shù)獲取體內(nèi)DNA復(fù)制參與的組分在DNA復(fù)制中的作用PCR中參與的組分打開DNA雙鏈提供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3′端開始連接脫氧核苷酸解旋酶DNA母鏈4種脫氧核苷酸DNA聚合酶引物（通常為小的單鏈RNA）無需解旋酶，用高溫代替DNA（目的基因）模板4種脫氧核苷酸(dNTP)耐高溫的DNA聚合酶(Taq酶）引物（通常為小的單鏈DNA）反應(yīng)還需要其它條件，如緩沖液（一般添加Mg2+）、和控溫設(shè)備目的基因的篩選與獲取目的基因的篩選與獲取三、目的基因的獲取過程模板DNA變性復(fù)性延伸方法：利用PCR獲取和擴(kuò)增目的基因5’5’3’3’95℃目的基因的篩選與獲取過程95℃1.變性：加熱至90～95℃，雙鏈DNA間的氫鍵斷裂，解旋為單鏈。變性復(fù)性

延伸三、目的基因的獲取三、目的基因的獲取—利用PCR獲取和擴(kuò)增目的基因5’3’5’3’使用耐高溫的Taq酶保證高溫條件下仍具有活性。目的基因的篩選與獲取50℃引物1引物2DNA引物2.復(fù)性：冷卻至55～60℃，兩條引物與單鏈DNA結(jié)合過程三、目的基因的獲取三、目的基因的獲取—利用PCR獲取和擴(kuò)增目的基因變性復(fù)性延伸5’3’5’3’引物結(jié)合在模板DNA鏈的3’端，新合成的子鏈方向?yàn)?’到3’。目的基因的篩選與獲取過程引物1引物272℃Taq酶Taq酶變性

復(fù)性延伸3.延伸：加熱至70～75℃，以目的基因?yàn)槟０?，合成互補(bǔ)的新DNA鏈。三、目的基因的獲取三、目的基因的獲取—利用PCR獲取和擴(kuò)增目的基因5’3’5’3’3’5’5’3’目的基因的篩選與獲取第1輪結(jié)束第2輪開始第一輪結(jié)束：此時(shí)目的基因的量是原始的2倍。三、目的基因的獲取過程變性復(fù)性延伸三、目的基因的獲取—利用PCR獲取和擴(kuò)增目的基因5’3’5’3’3’5’3’5’目的基因的篩選與獲取三、目的基因的獲取過程95℃50℃72℃TaqTaqTaqTaq變性復(fù)性延伸三、目的基因的獲取—利用PCR獲取和擴(kuò)增目的基因目的基因的篩選與獲取三、目的基因的獲取過程95℃50℃72℃TaqTaqTaqTaq變性復(fù)性延伸三、目的基因的獲取—利用PCR獲取和擴(kuò)增目的基因目的基因的篩選與獲取第2輪結(jié)束第二輪結(jié)束：此時(shí)目的基因的量是原始的22倍。三、目的基因的獲取過程變性復(fù)性延伸三、目的基因的獲取—利用PCR獲取和擴(kuò)增目的基因目的基因的篩選與獲取三、目的基因的獲取擴(kuò)增方式：—利用PCR獲取和擴(kuò)增目的基因以指數(shù)方式擴(kuò)增，即____（n為擴(kuò)增循環(huán)的次數(shù)）2n（1）若開始只有一個(gè)DNA提供模板，則循環(huán)n次后獲得的子代DNA數(shù)目為

個(gè)。（2）若開始有N個(gè)DNA提供模板，則循環(huán)n次后獲得的子代DNA數(shù)目為

個(gè)。2nN?2n瓊脂糖凝膠電泳DNA分子具有可解離的基團(tuán)，在一定的pH下，這些基團(tuán)可以帶上正電荷或負(fù)電荷，在電場(chǎng)的作用下，這些帶電分子會(huì)向與它所帶電荷相反的電極移動(dòng)，這個(gè)過程就叫電泳。思考：2、如何對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行鑒定？目的基因的篩選與獲取思考：PCR技術(shù)獲取目的基因時(shí)至少要經(jīng)過幾次循環(huán)才能從DNA分子中分離出目的基因？5’3’5’5’第一次循環(huán)第二次循環(huán)3’5’第三次循環(huán)3’3’PCR擴(kuò)增“目的基因”的注意事項(xiàng)1.PCR的原理？2.PCR的基本條件？3.PCR的擴(kuò)增過程？4.PCR的結(jié)果？產(chǎn)物？5.PCR擴(kuò)增目的基因需要知道目的基因的全部核苷酸序列嗎？6.PCR過程中設(shè)計(jì)引物的目的是？引物的堿基能否互補(bǔ)？7.引物是單鏈還是雙鏈？是短DNA鏈還是短RNA鏈？引物結(jié)合到DNA模板鏈的3'端還是5'端？子鏈結(jié)合到引物的3'端還是5'端？DNA半保留復(fù)制高溫、DNA模板、2種不同的引物、4種脫氧核苷酸、Taq酶變性、復(fù)性、延伸每循環(huán)一次，目的基因的量可增加一倍，即呈指數(shù)型增長兩個(gè)引物之間的DNA片段不需要，只要知道目的基因的兩端部分核苷酸序列即可，以便根據(jù)這部分序列合成引物DNA復(fù)制不能從頭開始復(fù)制，DNA聚合酶只能從引物的3'端開始延伸不能，引物需要與模板鏈互補(bǔ)。如果引物的堿基序列互補(bǔ)，會(huì)影響引物與模板鏈的結(jié)合3'3'5'5'目的基因3'5'3'5'AB得到雙鏈等長的目的基因片段____個(gè)0PCR擴(kuò)增“目的基因”的計(jì)算規(guī)律模板DNA：長鏈-長鏈DNA本輪需要引物____個(gè)2第1次擴(kuò)增TaqTaq5'3'5'3'(高溫)變性→(低溫)復(fù)性→(中溫)延伸需要引物__________種2引物的本質(zhì)：能與DNA母鏈的一段堿基序列互補(bǔ)配對(duì)的一小段單鏈核苷酸最終目的：獲取和擴(kuò)增一對(duì)引物之間的DNA片段注意引物與模板的結(jié)合端和引物的延伸方向3'5'3'5'AB3'5'3'5'BBABA本次需要引物________個(gè)4第2次擴(kuò)增前兩輪共需引物____________個(gè)65'3'3'5'5'3'3'5'A5'3'5'3'5'3'5'3'得到雙鏈等長的目的基因片段____個(gè)0本次需要引物數(shù)=

數(shù)前后共需引物數(shù)=

數(shù)模板單鏈一共合成的單鏈總3'5'3'5'ABBABA3'5'A第3次擴(kuò)增本次需要引物________個(gè)8前三輪共需引物____________個(gè)14BABABABABABAB5'3'5'3'5'3'5'3'5'3'5'3'ABABABAB5'3'5'3'5'3'5'3'5'3'5'3'3'5'得到雙鏈等長的目的基因片段____個(gè)23'5'A第4次擴(kuò)增BABABABAB3'5'ABAB本次需要引物____個(gè)16前四輪共需引物_____個(gè)30得到雙鏈等長的目的基因片段____個(gè)8小結(jié)：一個(gè)含目的基因的DNA,復(fù)制n次：①需要引物______種②n次復(fù)制過程中共需引物___________個(gè)③第n次復(fù)制需要引物_____個(gè)④子代DNA中等長鏈DNA分子數(shù)__________個(gè)22n＋1-22n2n-2nPCR擴(kuò)增在PCR儀中自動(dòng)完成，完成后用瓊脂糖凝膠電泳來鑒定PCR的產(chǎn)物目的基因的篩選與獲取·011．下列有關(guān)獲取目的基因的敘述，錯(cuò)誤的是()A．目的基因就是編碼蛋白質(zhì)的基因B．獲取目的基因是基因工程的第一步C．來自蘇云金桿菌的Bt抗蟲蛋白基因可作為轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的目的基因D．序列比對(duì)工具的應(yīng)用為科學(xué)家找到合適的目的基因提供了更多的機(jī)會(huì)A也可以是一些具有調(diào)控作用的因子，×；目的基因的篩選與獲取·0