3.2 基因工程的基本操作程序（第1课时）- 【生物讲堂】2023-2024学年高二生物同步备课课件（人教版2019选择性必修3）

聚焦 学习目标： 1.基因工程的基本操作程序主要包括哪几个步骤？ 2.基因工程操作的每一步涉及的技术和方法有哪些？ 第2 节 基因工程的基本操作程序 培育转基因抗虫棉的简要过程 普通棉花 （无抗虫特性） 棉花细胞 （有抗虫基因） 抗虫棉 （有抗虫特性） 导入 与载体拼接 抗虫基因 （Bt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 苏云金杆菌 提取 表达Bt基因 1.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 一.目的基因的筛选与获取 1)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 2)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 根据不同的需要,目的基因是不同的,它主要是指______________ 。 2.目的基因 1)概念 在基因工程的设计和操作中，用于改变________________或获得________________等的基因。 受体细胞性状 预期表达产物 2)实例 编码蛋白质的基因 a.与生物抗逆性相关的基因（Bt抗虫基因） b.与优良品质相关的基因 c.与生产药物相关的基因（胰岛素、干扰素基因） d.与毒物降解相关的基因 e.与工业用酶相关的基因等 3.筛选合适的目的基因 1)方法 a.较为有效的：从相关的___________和___________的基因中进行筛选。 2)实例 已知结构 功能清晰 Bt抗虫蛋白基因（Bt基因）的筛选过程 用苏云金杆菌（Bt）制成的生物杀虫剂，广泛用于防治棉花虫害 对Bt基因的表达产物——Bt抗虫蛋白有较为深入的了解：苏云金杆菌通过产生苏云金杆菌伴孢晶体蛋白（Bt抗虫蛋白），破坏鳞翅目昆虫的消化系统来杀死棉铃虫。 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基因是培育转基因抗虫棉较为合适的目的基因 b.利用测序技术、_____________（如GenBank）、_______________（如BLAST）等，找到合适的目的基因。 序列数据库 序列比对工具 4.目的基因的获取 1)获取目的基因的方法： ①人工合成 ②利用PCR获取和扩增目的基因 ③从基因文库中获取 前提： 方法： 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 2)利用PCR获取和扩增目的基因 ① PCR的概念： PCR是________________的缩写,它是一项根据__________________的原理,在体外提供________________的各种组分与反应条件，对____________________ 进行大量复制的技术。 聚合酶链式反应 DNA半保留复制 参与DNA复制 目的基因的核苷酸序列 ② 原理： ③ 操作环境： ④ 目的： ⑤ 优点： DNA半保留复制。 体外复制（PCR扩增仪/PCR仪）。 对目的基因的核苷酸序列进行大量复制。 可以在短时间内大量扩增目的基因。 PCR扩增仪（PCR仪） 解旋酶 DNA聚合酶 ▲子链的延伸方向： 模板： 原料： 能量： 酶： DNA的两条母链 4种游离的脱氧核苷酸 解旋酶、DNA聚合酶 要点回顾:体内DNA复制 条件 5'端→3'端 因为 DNA聚合酶只能从5'端向3'端延