3.2.1 目的基因的筛选与获取、基因表达载体的构建课件-2023-2024学年高二下学期生物人教版选择性必修三

第1课时　 目的基因的筛选与获取、 基因表达载体的构建 第3章　基因工程 人教版高中生物 选择性必修3 第2节　基因工程的基本操作程序 学习目标 1.阐明PCR的原理，说出PCR反应所需的条件和PCR反应的过程。 2.说出基因表达载体的组成。 情境导入 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。 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 转基因抗虫棉抗虫的机制是什么？培育转基因抗虫棉一般需要哪些步骤? 目的基因的筛选与获取 一 基因表达载体的构建 二 目录 4 一 目的基因的筛选与获取 一 1.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就是目的基因。 培育转基因抗虫棉用到的Bt抗虫蛋白基因，简称Bt基因。 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 1 概念： 2 实例： 主要是编码特定蛋白质的基因，也可以是具有调控作用的因子 （1）从相关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。 （2）利用序列数据库和序列比对工具进行筛选。 苏云金杆菌的杀虫作用与Bt基因有关 掌握了Bt基因的序列信息 Bt蛋白分解为多肽后，与害虫肠上皮细胞的特异性受体结合，导致细胞膜穿孔，造成害虫死亡。 Bt蛋白只有在某类昆虫肠道的碱性环境中才表现出毒性，人和牲畜的胃液呈酸性，肠道细胞也没有特异性受体。 一 目的基因的筛选与获取 一 2.筛选合适的目的基因 方法： 前提： 方法： 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 DNA合成仪 蛋白质的 氨基酸序列 mRNA的 核苷酸序列 基因的 核苷酸序列 目的基因 推测 推测 化学合成 一 目的基因的筛选与获取 一 3.获取目的基因的方法 1 人工合成目的基因 2 通过构建基因文库来获取目的基因 3 常用PCR特异性地快速扩增目的基因 PCR是聚合酶链式反应的缩写。它是一项在体外提供参与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。 DNA半保留复制 穆里斯 解旋 合成子链 复旋 一 目的基因的筛选与获取 一 4.利用PCR获取和扩增目的基因 1 概念： 2 原理： 耐高温的DNA聚合酶 （Taq酶） 四种脱氧核苷三磷酸 （dNTP）） DNA模板 引物 稳定的缓冲溶液 （一般添加Mg2+） PCR仪 3 基本条件： 4.利用PCR获取和扩增目的基因 引物 4.利用PCR获取和扩增目的基因 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。 用于PCR的引物长度通常为20-30个核苷酸。 用于 四种脱氧核苷三磷酸 （dNTP）） 耐高温的DNA聚合酶 （Taq酶） 四种脱氧核苷三磷酸 （dNTP）） DNA模板 引物 稳定的缓冲溶液 （一般添加Mg2+） PCR仪 3 基本条件： 4.利用PCR获取和扩增目的基因 四种脱氧核苷三磷酸 （dNTP）） 4.利用PCR获取和扩增目的基因 A T C G P ~ P ~ P 脱氧核糖 含氮碱基 磷酐键 脱氧核苷酸 dNTP是脱氧核苷三磷酸的缩写，N是指A、T、G、C四种含氮碱基，包括dATP、dGTP、dTTP、dCTP。它们是由两个磷酸分子和一个脱氧核苷酸组成的，其结构简式如下： 一定量的模板DNA 引物 4中脱氧核苷酸dNTP 缓冲液 热稳定DNA聚合酶（Taq酶） Mg2+ 作为DNA复制的模板 使DNA聚合酶能从引物3′端开始连接脱氧核苷酸 作为合成DNA子链的原料 提供相对稳定的pH环境 催化合成DNA子链 真核细胞和细菌的DNA聚合酶都需要Mg2+激活 4.利用PCR获取和扩增目的基因 3 基本条件： 当温度超过90℃时，双链DNA解聚为单链。 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。 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。 变性 延伸 复性 4.利用PCR获取和扩增目的基因 4 PCR反应过程： 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 2n 常采用琼脂糖凝