3.2基因工程的基本操作程序 第1课时 基因工程基本操作程序的步骤（一）课件-2022-2023学年高二下学期生物人教版（2019）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1课时 基因工程基本操作程序的步骤（一） 抗虫棉能够产生一种毒蛋白，使棉铃虫等害虫瘫痪致死。 毒蛋白的基因来源于苏云金芽孢杆菌，科学家通过基因工程把苏云金芽孢杆菌中的抗虫基因导入棉花中并成功表达。 从社会中来 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。 转基因抗虫棉（使棉铃虫死亡，左）与非转基因抗虫棉（右） 你知道转基因抗虫棉抗虫的机制是什么吗？ 培育转基因抗虫棉需要哪步骤？ 2 第一步：目的基因的筛选和获取 使用限制性核酸内切酶剪切出目的基因 第二步：基因表达载体的构建 目的基因与运载体通过DNA连接酶结合 第三步：目的基因导入受体细胞 第四步：目的基因的检测与鉴定 一、基因工程的步骤 1/9/2024 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相关的基因。 1、目的基因 目的基因主要是指编码蛋白质的基因 既可来自生物体本身，也可来自不同生物体 目的基因来源： 与生物抗逆性相关的基因 与生产药物相关的基因 与毒物降解相关的基因 与工业用酶相关的基因 实例 与优良品质相关的基因 二、第一步：目的基因的筛选和获取 思考1：为什么培育转基因抗虫棉用到的目的基因是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来杀死棉铃虫。科学家通过实验，将该细胞的“杀虫基因”转到棉花里，让棉花也能产生Bt抗虫蛋白抵抗虫害。 二、第一步：目的基因的筛选和获取 思考2：Bt基因的杀虫机理是怎样的？ 当Bt抗虫蛋白被分解为多肽后，多肽与害虫肠上皮细胞的特异性受体结合，导致细胞膜穿孔，最后造成害虫死亡。 思考3：抗虫棉中的Bt抗虫蛋白会不会对人畜产生危害？ Bt抗虫蛋白只有在某类昆虫肠道的碱性环境中才能表现出毒性，而人和牲畜的胃液呈酸性，肠道细胞也没有特异性受体，因此，Bt抗虫蛋白不会对人畜产生上述影响。 二、第一步：目的基因的筛选和获取 2、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。 遗传序列数据库和序列比对工具给筛选提供更多条件。 Bt基因是培育转基因抗虫棉较为合适的目的基因 掌握了Bt基因的序列信息 对Bt基因的表达产物——Bt抗虫蛋白有了较为深入的了解 苏云金杆菌的杀虫作用与Bt基因有关 用苏云金杆菌制成的生物杀虫剂广泛用于防治棉花害虫已有多年历史 二、第一步：目的基因的筛选和获取 （1）利用DNA合成仪人工合成目的基因，适合长度较小的基因。 （2）利用PCR获取和扩增目的基因，既可以扩增已得到的基因或DNA片段，也可以用来扩增很长的DNA分子中的目的基因。用该方法的前提是“要有一段已知目的基因的核苷酸序列”，即要知道目的基因边界的碱基序列作为引物。 （3）通过构建基因文库来获取目的基因，基因文库包括基因组文库（包含了一种生物的所有基因）和cDNA文库（包含了一种生物的部分基因，其基因是通过“反转录法”获得的）。 3、获取目的基因的方法 二、第一步：目的基因的筛选和获取 4、利用PCR获取和扩增目的基因 （1）PCR：即聚合酶链式反应，它是一项根据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。 二、第一步：目的基因的筛选和获取 ①解旋：解旋酶催化（氢键断裂） 模板(母链) ②以母链为模板进行碱基互补配对 ③形成两个子代DNA （2）原理：DNA半保留复制 ①反应环境：缓冲溶液，提供合适的酸碱度和某些离子（如Mg2+）。 ②DNA母链：含目的基因，提供DNA复制的模板。 ③引物：2种，使DNA聚合酶能够从引物的3′端开始连接脱氧核苷酸，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。 ④原料：四种脱氧核苷酸。 ⑤酶：耐高温的DNA聚合酶，催化合成子链，如Taq酶。注：PCR中解旋用高温代替。 4、利用PCR获取和扩增目的基因 （3）PCR反应条件 二、第一步：目的基因的筛选和获取 激活真核细胞和细菌的DNA聚合酶 单链DNA或单链RNA 变性：温度超过90℃时，双链DNA解聚为单链。 复性：当温度下降到50℃左右，引物与单链DNA结合，形成局部双链。 延伸：温度上升到72℃左右，脱氧核苷酸在耐高温的DNA聚合酶作用下合成新的DNA链。 二、第一步：目的基因的筛选和获取 （4）PCR的流程 4、利用PCR获取和扩增目的基因 可以在PCR扩增仪（PCR仪）中自动