3.2基因工程的基本操作程序课件2022-2023学年高二下学期生物人教版选择性必修3

本节聚焦: 基因工程的基本操作程序主要包括哪几个步骤？ 基因工程操作的每一步涉及的技术和方法有哪些？ 选择性必修3/第3章/基因工程/ 第2节 基因工程的基本操作程序 (第一课时) 转基因抗虫棉 非转基因抗虫棉 1997年，我国政府首次批准商业化种植转基因抗虫棉。到2015年，我国已育成转基因抗虫棉新品种100多个，减少农药用量40万吨，增收节支社会经济效益450亿元。你知道转基因抗虫棉抗虫的机制是什么吗？ 培育转基因抗虫棉一般需要哪些步骤？ 第一步：目的基因的筛选和获取; 第二步：基因表达载体的构建; 第三步：将目的基因导入受体细胞; 第四步：目的基因的检测与鉴定。 苏云金杆菌通过Bt基因编码产生苏云金杆菌伴胞晶体蛋白（Bt 抗虫蛋白），破坏鳞翅目昆虫的消化系统来杀死棉铃虫。 2 目的基因： 用于改变受体细胞性状或获得预期表达产物等的基因，主要指的是编码蛋白质的基因。 实例： 与生物抗逆性相关的基因（Bt抗虫基因） 与优良品质相关的基因 与生物药物和保健品相关的基因（胰岛素、干扰素基因） 与毒物降解相关的基因 与工业用酶相关的基因等 第一步：目的基因的筛选与获取 培育转基因抗虫棉用到的目的基因：Bt 抗虫蛋白基因（简称 Bt 基因）。 苏云金杆菌通过产生苏云金杆菌伴胞晶体蛋白（Bt抗虫蛋白），破坏鳞翅目昆虫的消化系统杀死棉铃虫。 第一步：目的基因的筛选与获取 基因的结构 基因通常是有遗传效应的DNA片段；能编码特定的蛋白质。 放大 DNA片段 编码区上游 编码区下游 能转录相应的mRNA， 进一步编码（翻译） 出蛋白质的DNA区段。 不能转录为相应的mRNA，不能编码蛋白质的区段 不能转录为相应的mRNA，不能编码蛋白质的区段 基因1 基因2 基因3 原核细胞的基因结构 非编码区： 不转录，不编码蛋白质，含有能调控遗传信息表达的DNA序列。 RNA聚合酶识别并结合的位点，驱动基因转录出mRNA 本质： 位置： 作用： 是一段有特殊序列结构的DNA片段； 位于基因上游； 本质： 位置： 作用： 也是一段有特殊序列结构的DNA片段； 位于基因下游； 终止转录 非编码区 非编码区 编码区 编码区上游 编码区下游 启动子 终止子 启动子 终止子 连续的、不间隔的 真核细胞的基因结构 编码区 非编码区 非编码区 编码区上游 编码区下游 间隔的、不连续的 外显子： 内含子： 能转录相应的mRNA，进一步能编码蛋白质的DNA序列 能转录相应的mRNA，但却不能编码蛋白质的DNA序列 外显子 内含子 启动子 终止子 【思考】真核生物的基因用逆转录法得到的cDNA与原基因相同吗？ 转录 初级RNA 成熟mRNA 剪切、拼接 DNA聚合酶 单链DNA cDNA 逆转录酶 逆转录 复制 cDNA不含有非编码序列。即启动子、终止子和内含子。 非编码区 非编码区 编码区 与RNA聚合酶结合位点 外显子 内含子 1 2 3 4 5 启动子 终止子 第一步：目的基因的筛选与获取 1.筛选合适的目的基因 从相关的已知结构和功能清晰的基因中筛选，是较为有效的方法之一。 制成 杀虫剂 掌握目的基因的结构 Bt基因是培育转基因抗虫棉较为合适的目的基因。 掌握目的基因的功能 苏云金杆菌 防治棉花害虫 发现杀虫作用与Bt基因有关 掌握Bt基因的序列 深入了解Bt基因的表达产物(Bt抗虫蛋白) 随着测序技术的发展，以及序列数据库(GenBank)、序列比对工具(如BLAST)等的应用，越来越多的基因的结构和功能为人们所知，为找到合适的目的基因提供了更多的机会和可能。 第一步：目的基因的筛选与获取 2.利用PCR获取和扩增目的基因 PCR由穆里斯等人于1985年发明，为此，穆里斯于1993年获得诺贝尔化学奖。 PCR是聚合酶链式反应的缩写，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。 PCR的概念： DNA复制所需的基本条件： 参与的组分 在DNA复制中的作用 解旋酶 DNA母链 4种脱氧核苷酸 DNA聚合酶 引物 （体外用高温代替） 提供DNA复制的模板 合成DNA子链的原料 打开DNA双链 催化合成DNA子链 使DNA聚合酶能够从引物的3’端开始连接脱氧核苷酸 （体外用耐高温的DNA聚合酶） （2种） 第一步：目的基因的筛选与获取 2.利用PCR获取和扩增目的基因 4种脱氧核苷酸 两条DNA母链 耐高温的DNA聚合酶(不需解旋酶，体外高温代替) 2种，使DNA聚合酶能够从引物的3′端开始连接脱氧核苷酸 需要一定的缓冲溶液、控制温度等 真核细胞和细菌的DNA聚合酶都需要Mg2＋激活。因此，PCR反应缓冲液中一