3.2 基因工程基本操作程序（第一课时）-【点亮课堂】2023-2024学年高二生物优选备课课件（人教版2019选择性必修3）

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。 基因工程的基本操作程序 高中生物选择性必修三 3 基 因 工 程 biology 2 社会责任 针对人类生产和生活的某一需求，尝试提出初步的基因工程构想，完成初步设计。 科学思维 结合实例，采用文字和图示方式说明基因工程的基本操作程序。 生命观念 运用结构与功能观等观念理解PCR技术的过程、原理、条件等 目 标 培育抗虫棉的简要过程 苏云金芽孢杆菌 提 取 抗虫基因 普通棉花 棉花细胞 与运载体DNA拼接，导入 棉花植株 表达 抗虫基因 （BT毒蛋白基因） ( 无抗虫特性 ) ( 含抗虫基因 ) ( 有抗虫特性 ) 转基因抗虫棉抗虫的机制是什么？ 培育转基因抗虫棉需要哪些步骤？ 基因工程操作的基本程序 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 前提 核心 关键 保证 目的基因的筛选与获取 拓展 基因的种类一般分为结构基因、转录基因和调控基因 结构基因的功能： 具有转录和翻译功能，能控制生物性状（编码蛋白质或肽链）。 转录基因的功能： 只有转录功能，没有翻译功能。能转录形成tRNA和rRNA。 调控基因的功能： 不能进行转录和翻译，只能调控其他基因的表达。 不是所有的基因都编码蛋白质或肽链 目的基因的筛选与获取 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。根据需求的不同，目的基因也不同，主要指编码蛋白质的基因，如遇生物抗逆性、优良品质、生产药物、毒物降解和工业用酶等相关的基因。 1. 目的基因 抗逆性、毒物降解等 生产药物、工业用酶 重组人胰岛素注射液 转基因番木瓜，它可以抵御番木瓜环斑病毒 转基因抗除草剂植物 目的基因的筛选与获取 拓展 DNA片段 基因1 基因2 基因3 原核生物基因 的结构 编码区 非编码区 非编码区 启动子：RNA聚合酶的识别和结合位点 开始转录 终止子：终止转录 目的基因的筛选与获取 拓展 DNA片段 基因1 基因2 基因3 真核生物基因 的结构 编码区 非编码区 非编码区 启动子 终止子 外显子 内含子 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 启动子终止子 起始密码子与终止密码子 目的基因的筛选与获取 启动子与终止子位于DNA分子中， 作用：起始和终止转录过程。 启动密码子与终止密码子位于mRNA分子中， 作用：起始和终止翻译过程。 目的基因的筛选与获取 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进行筛选是较为有效的方法之一。 P27 1.3发酵工程及其应用 11 目的基因的筛选与获取 研究表明，苏云金杆菌的杀虫作用与Bt基因有关。科学家不仅掌握了Bt基因的序列信息，也对Bt基因的表达产物 — Bt抗虫蛋白有了较为深入的了解。因此，Bt基因是培育转基因抗虫棉较为合适的目的基因。 目的基因的筛选与获取 3. 获取目的基因常用的方法 ①从生物组织中直接获取 ②从基因文库中获取 ③人工合成 ④利用PCR获取和扩增目的基因 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 基因组文库（某生物全部基因） 部分基因文库（主要是cDNA文库） 前提： 方法： 目的基因的筛选与获取 某种生物体内全部DNA 适当的不同限制酶切割 与质粒连接 导入受体菌 基因组文库 目的基因的筛选与获取 基因组文库 每个受体菌都含有了一段不同的DNA片段。这个群体包含了这种生物的所有基因，叫做这种生物的基因组文库。 该受体菌群为基因组文库 目的基因的筛选与获取 cDNA文库 cDNA文库 如果用某种生物发育的某个时期的mRNA 反转录产生的多种互补DNA(也叫cDNA)片段，与载体连接后储存在一个受体菌群中，那么，这个受体菌群体就叫做这种生物的cDNA文库。 某种生物体内的全部DNA 某个时期 基因选择性表达 转录 转录 转录 转录 mRNA 翻译 翻译 翻译 翻译 蛋白质 目的基因的筛选与获取 ④利用PCR获取和扩增目的基因 PCR扩增仪 苏云金杆菌 Bt基因 ？ 快速获得大量Bt基因 提取 目的基因的筛选与获取 PCR扩增 （聚合酶链式反应） 根据DNA半保留复制的原理，在体外（PCR扩增仪）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。 原理 操作环境 缓冲溶液、DNA模板、4种脱氧核苷酸、耐高温的DNA聚合