3.2基因工程的基本操作程序第1课时课件2023-2024学年高二下学期生物人教版选择性必修3

第三章 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 从社会中来 国产转基因抗虫棉新闻 从社会中来 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呢? 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。 非转基因抗虫棉 转基因抗虫棉 培育转基因抗虫棉的四个步骤 与载体拼接 普通棉花 (无抗虫特性) 棉花细胞 抗虫棉 (有抗虫特性) 导入 抗虫基因 重组DNA分子 1.目的基因的筛选与获取 2.基因表达载体的构建 3.将目的基因导入受体细胞 4.目的基因的 检测与鉴定 基因工程操作的每一步涉及的技术和方法有哪些? 过渡 目 录 一、目的基因的筛选与获取、基因表达载体的构建 1 目的基因的筛选与获取 2 基因表达载体的构建 标记基因 启动子 插入目的基因 终止子 复制原点 目的基因的筛选与获取 一 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。 2.实例: 主要指的是编码蛋白质的基因,也可以是一些具有调控作用的因子。 1.概念: (抗逆性、优良品质、生产药物、毒物降解和工业用酶等相关的基因) 资料: 一、目的基因的筛选与获取 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来杀死棉铃虫。科学家将“杀虫基因”转入棉花中,棉花产生Bt抗虫蛋白抵抗虫害。 苏云金芽孢杆菌 产生 Bt基因 伴胞晶体蛋白 (Bt抗虫蛋白) 表达 破坏鳞翅目昆虫的消化系统 杀死棉铃虫 导入 抗虫棉 培育 棉花细胞 这里的“杀虫基因”就是目的基因,那么,如何筛选目的基因呢? 过渡 目的基因 核DNA 从相关的已知结构和功能清晰的基因中筛选。 DNA测序仪 核苷酸序列比对 氨基酸序列比对 美国国家生物信息中心 利用序列数据库(如GenBank)、序列对比工具(如BLAST)等,找到合适的目的基因 筛选适合的目的基因 1 (1)明确目的基因的方法: ①通过构建基因文库来获取目的基因 前提: DNA合成仪 基因比较小、核苷酸序列已知 通过DNA合成仪用化学方法直接合成 ③利用PCR特异性地快速扩增目的基因 ②人工合成目的基因 方法: 筛选适合的目的基因 1 (2)获取目的基因的方法 10 提取 ? 苏云金芽孢杆菌 抗虫基因 快速获得大量抗虫基因 3 (1)PCR——聚合酶链式反应的概念、原理 利用PCR获取和扩增目的基因 PCR需要什么条件呢?先来回顾DNA的复制! 过渡 PCR是一项根据DNA半保留复制的原理,通过在体外提供参与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。 模板: 游离的脱氧 核苷酸(A、T、G、C) 体内DNA复制要点回顾 (1)条 件 酶: 能量: (2)复制原则: 碱基互补配对原则 (保证复制的准确进行) DNA聚合酶 DNA解旋酶 复制分叉 子链 DNA模板链 DNA聚合酶 DNA模板链 子链 DNA DNA的两条链 原料: ATP DNA解旋酶 DNA聚合酶等 利用PCR获取和扩增目的基因需要哪些条件? PCR反应的基本过程是怎样的 ? 【自主学习】 任务一 阅读教材P77-79,结合图3—5,回答以下问题: 3 利用PCR获取和扩增目的基因 DNA模板 引物(2种) 四种脱氧核苷酸 (2)基本条件 3 利用PCR获取和扩增目的基因 引物 引物是一小段能与DNA母链的一段碱基序列互补配对的短单链核酸 (dNTP) 提供DNA复制的模板 合成子链DNA的原料 脱氧核糖 磷酸基团 含N碱基 Taq DNA聚合酶 稳定的缓冲溶液 (2)基本条件 激活真核细胞和细菌的DNA聚合酶 3 利用PCR获取和扩增目的基因 使耐高温的DNA聚合酶能够从引物的3’端开始连接脱氧核苷酸 提供合适的酸碱度和离子,DNA聚合酶需要Mg2+激活 一般添加Mg2+ 耐高温的DNA聚合酶 催化形成磷酸二酯键,进而合成DNA子链 (3) PCR反应过程 3 利用PCR获取和扩增目的基因 5' 3' 3' 5' 5' 3' 5' 3' 变性 复性 延伸 90 以上,双链DNA解聚为单链 50 左右时,两种引物通过碱基互补配对与两条单链DNA结合。 72 左右时,溶液中的4种脱氧核苷酸在耐高温的DNA聚合酶的作用下合成新的DNA链。 5' 3' 5' 3' 待扩增的DNA片段(模板) 4种脱氧核苷酸(DNTP) Taq酶 引物1 引物2 (4)PCR的结果: 由于一个循环得到的产物又可以作为下一个循环的模板,因而每一次循环后目的基因的量可以增加一倍。 即成 形式扩增(约为 ,其中n为扩增循环的次数) 指数