第三章 第2节 第1课时 目的基因的筛选与获取、基因表达载体的构建（Word教师用书）-【状元桥·优质课堂】2022-2023学年新教材高中生物选择性必修3 生物技术与工程（人教版2019）

第2节　基因工程的基本操作程序 第1课时　目的基因的筛选与获取基因表达载体的构建 [核心素养发展目标] 1.掌握目的基因的筛选与获取方法(科学思维、生命观念)。2.学会基因表达载体构建的方法和要求(科学探究)。 　目的基因的筛选与获取 1．培育转基因抗虫棉主要需要四个步骤：目的基因的筛选与获取、基因表达载体的构建、将目的基因导入受体细胞、目的基因的检测与鉴定。 2．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。目的基因主要指编码蛋白质的基因。 3．获取方法 (1)从相关的已知结构和功能清晰的基因中进行筛选是较为有效的方法之一，如Bt基因是培育转基因抗虫棉较为合适的目的基因。 (2)利用PCR获取和扩增目的基因。 ①PCR(聚合酶链式反应)的概念 PCR(聚合酶链式反应)是一项根据DNA半保留复制的原理，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。 ②PCR反应条件：PCR反应需要在一定的缓冲溶液中才能进行，需提供DNA模板，分别与两条模板链结合的2种引物,4种脱氧核苷酸和耐高温的DNA聚合酶；同时通过控制温度使DNA复制在体外反复进行。 ③PCR反应过程 a．变性：当温度上升到90℃以上时，双链DNA解聚为单链。 b．复性：当温度下降到50℃左右时，两种引物通过碱基互补配对与两条单链DNA结合。 c．延伸：当温度上升到72℃左右时，溶液中的4种脱氧核苷酸在耐高温的DNA聚合酶的作用下，根据碱基互补配对原则合成新的DNA链。 ④反应场所及结果鉴定 PCR反应可以在PCR扩增仪(PCR仪)中自动完成，完成以后，常采用琼脂糖凝胶电泳来鉴定PCR的产物。 (3)在获得转基因产品的过程中，还可以通过构建基因文库来获取目的基因。 【微练】 1．微思考：(1)PCR反应中是否需要解旋酶？ (2)什么是“引物”？其作用是什么？ 提示 (1)PCR过程中不需要解旋酶，DNA变性是依靠高温(90 ℃以上)使得DNA解聚为单链。 (2)引物是一段与DNA母链的一段碱基序列互补配对的短单链核酸，引物的作用在于可让脱氧核苷酸连接在上面，从而开启子链的延伸。 2．辨正误： (1)目的基因主要是指编码蛋白质的基因，它们都是具有抗逆性的基因。(　　) (2)Taq DNA聚合酶是用PCR仪对DNA分子扩增过程中常用的一种耐高温的DNA聚合酶。(　　) (3)PCR扩增时，72 ℃左右，引物与作为模板的单链DNA特定部位相互配对、结合。(　　) (4)获取目的基因较为有效的方法之一是从相关的已知结构和功能清晰的基因中进行筛选。(　　) 提示 (1)×　目的基因未必都具有抗逆性。 (2)√ (3)×　PCR扩增时，当温度下降到50 ℃左右时，引物与模板链特定部位结合。 (4)√ 　基因表达载体的构建 1．基因表达载体的组成：一个基因表达载体的组成有目的基因、启动子、终止子、标记基因等。 2．基因表达载体的功能：让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。 3．启动子与终止子 (1)启动子：是一段有特殊序列结构的DNA片段，位于基因的上游，紧挨转录的起始位点，它是RNA聚合酶识别和结合的部位，驱动基因转录出mRNA。 (2)终止子：位于基因的下游，也是一段有特殊序列结构的DNA片段，其能够终止转录。 4．基因表达载体的构建 (1)首先会用一定的限制酶切割载体，使它出现一个切口； (2)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； (3)利用DNA连接酶将目的基因片段拼接到载体的切口处，这样就形成了一个重组DNA分子。 【微练】 1．微思考：(1)为什么不直接把目的基因导入受体细胞，而要用载体？ (2)如图为某质粒构成图，请写出A、B、C的名称；目的基因将嵌入哪一位置？ 提示 (1)游离的DNA片段进入受体细胞，一般会直接被分解，就算可以进行转录并翻译成蛋白质，游离的DNA片段也无法随着细胞分裂而进行复制，导致子代细胞中不再含有目的基因。若将目的基因插入载体，由于载体可以在细胞内复制，随着细胞分裂，载体会带着目的基因存在于每个子代细胞中。这样，基因工程才有意义。 (2)A—启动子，B—终止子，C—标记基因；目的基因将嵌入A与B之间被限制酶切割后的切口处。 2．辨正误： (1)外源DNA必须位于重组质粒的启动子和终止子之间才能进行复制。(　　) (2)基因表达载体中含有起始密码与终止密码。(　　) (3)基因表达载体的构建是基因工程的核心。(　　) 提示 (1)×　外源DNA必须位于启动子与终止子之间才能“表达”。 (2)×　基因表达载体中有启动子、终止子而无起始密码与终止密码。 (3)√ 要点1　PCR技术及其应用