3.2 基因工程的基本操作程序（第二课时）- 【精讲课堂】2024-2025学年高二生物同步教学实用课件（人教版2019选择必修3）

第2节：基因工程的基本操作程序 （第二课时） 以信息技术为支撑；以现代教育教学理论为指导；强调新型教学模式的构建；教学内容具有更强的时代性和丰富性；教学更适合学生的学习需要和特点。信息化教学不仅仅是在传统教学的基础上对教学媒体 和手段的改变,而且是以现代信息技术为基础的整体的教学体系的一系列的改革和变化。 授课人：大道至简 微信：a533722113333 第三章 基因工程 1 核心素养 1.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。 2.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。 2．科学探究：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。 2 获取了足够量的目的基因后，能直接把目的基因导入受体细胞吗？ 就算可以进行转录和翻译成蛋白质，游离的DNA片段也无法随着细胞分裂进行复制，导致子代细胞不再含有目的基因. 游离的DNA片段进入受体细胞，一般会直接被分解 . 那怎样才能让基因在受体细胞中稳定存在，并且遗传给下一代呢？ 1.目的： ①让基因在受体细胞中稳定存在，并且遗传给下一代; 2.组成： 质粒 ①启动子 基因的前端，RNA聚合酶识别和结合的部位；驱动基因转录出mRNA ②终止子： 限制酶切割位点 基因的尾端，能终止mRNA的转录 ③标记基因 作用是为了鉴别受体细胞中是否含有目的基因，从而将有目的基因的细胞筛选出来 ④复制原点 ⑤目的基因 ②使目的基因能够表达和发挥作用. 目的基因该插入什么位置？ 基因工程的核心 一、基因表达载体的构建 目的基因该插入什么位置？ 目的基因插入位点不是随意的：基因表达载体需要启动子与终止子的调控，所以目的基因应插入启动子和终止子之间的部位，若目的基因插入启动子部位，启动子将失去原功能。 诱导型启动子 诱导物 作用 激活或抑制 目的基因表达 诱导型启动子： 基因工程的核心 一、基因表达载体的构建 2.组成： 质粒 ①启动子 ②终止子： 限制酶切割位点 ③标记基因 ④复制原点 ⑤目的基因 辨析：“启动子与终止子”和“起始密码子与终止密码子”。 启动子 终止子 起始密码子 终止密码子 本质 位置 功能 DNA片段 DNA片段 mRNA上三个相邻的碱基 mRNA上三个相邻的碱基 目的基因上游 目的基因下游 mRNA首端 mRNA尾端 RNA聚合酶识别和结合的部位，驱动基因转录出mRNA 使转录在所需要的地方停下来 翻译的起始信号（编码氨基酸） 翻译的结束信号（不编码氨基酸） 基因工程的核心 一、基因表达载体的构建 2.组成： 3.过程： 质粒 启动子 限制酶切割位点 终止子 标记基因 复制原点 限制酶 目的基因 限制酶切割位点 限制酶 获取目的基因 连接酶 重组DNA分子 载体（质粒） 含有目的基因的DNA片段 同种限制酶或能产生相同末端的限制酶切割 带有黏性末端（或平末端）的切口 带有相同黏性末端（或平末端）的目的基因片段 DNA连接酶 重组DNA分子 （重组质粒） 基因表达载体构建模式图 基因工程的核心 一、基因表达载体的构建 使用一种DNA限制酶进行切割，是否只会得到一种重组DNA？有何缺点？ 载体 目的基因 自连 片段间的连接 目的基因自连 质粒自连 目的基因与质粒连接 目的基因与目的基因连接 质粒与质粒连接 正向连接 反向连接 1 1’ 1 1’ 1 1 1’ 1’ 1 1’ 1’ 1 单酶切缺点： ①质粒、目的基因自身环化；②质粒与目的基因反向连接 如何解决这一问题？ 双酶切 3.过程： 基因工程的核心 一、基因表达载体的构建 将目的基因与载体结合，构建好基因表达载体后，下面该进行什么操作？ 基因工程第三步：将目的基因导入受体细胞 基因工程的核心 一、基因表达载体的构建 （1）花粉管通道法（我国科学家独创） 方法2：在植物受粉后的一定时间内，剪去柱头，将DNA溶液滴加在花柱切面上，使目的基因借助花粉管通道进入胚囊。 方法1：用微量注射器将含目的基因的DNA溶液直接注入子房中； 目的基因 目的基因 适用生物：开花植物 （一）方法： 1.将目的基因导入植物细胞 二、将目的基因导入受体细胞 （2）农杆菌转化法 转化：目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程。实质是基因重组。 ①农杆菌特点： 易感染双子叶植物和裸子植物，对大多数单子叶植物没有感染能力。 Ti质粒上的T-DNA可以转移到被侵染的受体细胞，并将其整合到该细胞染色体的DNA上。 ②原理： （一）方法： 1.将目的基因导入植物细胞 二、将目的基因导入受体细胞 目的基因 Ti质粒 表 达 载 体 农杆菌 植物细胞 植物细胞 染色体DNA 新性状植株 构建 转入 导入 插入 表达 ③过程： （2）农杆菌转化法 （一）方法： 1.将目的基因导入植物细胞 二、将目的基因导入受体细胞 农杆菌转化法示意图 两次导入：第一次导入是将含目的基因的Ti质粒重新导入农杆菌；第二次导入(非人工操作)是指含目的基因的T-DNA导入受体细胞（非人工操作）。 （2）农杆菌转化法 （一）方法： 1.将目的基因导入植物细胞 二、将目的基因导入受体细胞 农杆菌转化法示意图 两次拼接：第一次拼接是将目的基因拼接到Ti质粒的T-DNA上；第二次拼接(非人工操作)指被插入目的基因的T-DNA拼接到受体细胞染色体的DNA上。 （2）农杆菌转化法 （一）方法： 1.将目的基因导入植物细胞 二、将目的基因导入受体细胞 （1）显微注射法 构建基因表达载体并提纯 利用显微注射法将基因表达载体注入动物的受精卵中 早期胚胎培养 胚胎移植（移植到同期发情的母畜子宫内） 获得具有新性状的动物 ①体积大，易操作； ②全能性高，易培养成完整个体。 （一）方法： 2.将目的基因导入动物细胞 二、将目的基因导入受体细胞 （2）病毒介导法 科学家也用病毒DNA与目的基因一起构建的载体，去感染受体动物细胞，也能使目的基因导入动物细胞内。如用腺病毒载体，搭载新冠病毒S基因，进入人体内，使人体产生对S蛋白的免疫记忆。 （一）方法： 2.将目的基因导入动物细胞 二、将目的基因导入受体细胞 Ca2+处理目的 可使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态。 受体细胞 （1）原核细胞（常选择大肠杆菌） （2）优点：繁殖快，多为单细胞，遗传物质相对较少，易于培养。 （1）Ca2+处理法 Ca2+ 感受态细胞 吸收 （一）方法： 3.将目的基因导入微生物细胞 二、将目的基因导入受体细胞 实例：利用转基因大肠杆菌生产药物 Ca2+处理细胞 感受态细胞 表达载体与感受态细胞混合 感受态细胞吸收DNA分子 （1）Ca2+处理法 （一）方法： 3.将目的基因导入微生物细胞 二、将目的基因导入受体细胞 检测目的基因进入受体细胞后，是否稳定维持和表达其遗传特性 1.目的： 2.检测内容及方法： （1）分子水平检测— （2）个体水平鉴定—— 检测目的基因是否翻译成蛋白质 抗虫鉴定、抗病鉴定、活性鉴定等 检测目的基因是否转录出了mRNA 检测受体细胞的染色体DNA上是否插入了目的基因 三、目的基因的检测与鉴定 基因是否插入染色体DNA PCR技术 转基因生物 提取DNA DNA作为模板 PCR操作 是否扩增出目的基因 电泳操作 M：marker；1-阳性质粒； 2：原始品系；3-9转Bt品系； 转Bt基因品系PCR琼脂糖凝胶电泳检测结果 （1）分子水平的检测 三、目的基因的检测与鉴定 2.检测内容及方法： PCR技术 目的基因是否转录 转基因生物 PCR操作 是否扩增出目的基因 逆转录 cDNA 提取RNA mRNA作为模板 （1）分子水平的检测 三、目的基因的检测与鉴定 2.检测内容及方法： 目的基因是否翻译 抗原-抗体杂交技术 提取 Bt毒蛋白 注射小鼠体内 抗体 标记抗体 提取蛋白 电泳分离 抗原 抗体 杂交 脱分化 苏云金杆菌 （1）分子水平的检测 三、目的基因的检测与鉴定 2.检测内容及方法： 转基因生物 鉴定方法 成功标志 抗虫植物 抗病毒（菌）植物 抗盐植物 抗除草剂植物 获取目的基因产物的转基因生物 饲喂害虫（抗虫接种实验） 害虫死亡 病毒（菌）感染（抗病接种实验） 未侵染上病斑 盐水浇灌 正常生长 喷洒除草剂 正常生长 提取细胞产物与天然产品进行功能活性比较 功能、活性正常 个体生物学水平的鉴定具体有哪些做法？ （2）个体水平鉴定—— 三、目的基因的检测与鉴定 2.检测内容及方法： 基因工程的基本操作程序 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 第一步 第二步 第三步 第四步 目的基因的检测与鉴定 前提 核心 关键 保证 利用PCR获取和扩增 目的基因、启动子、终止子、标记基因 农杆菌转化法(植物)、显微注射法(动物) 、 感受态细胞转化法(微生物); 分子检测：是否插入、转录、翻译 个体水平：是否具有抗性以及抗性强度等。 课堂小结 1.质粒上的抗性基因在基因工程中的主要作用是( ) A.使目的基因在受体细胞内易于表达 B.使受体细胞具有抗药性 C.有利于对目的基因是否导入受体细胞进行检测 D.促进目的基因与导入的外源基因相连接，提高转基因操作的成功率 C 2.下列有关基因工程中目的基因的检测与鉴定的说法错误的是( ) A.通过PCR等技术检测转基因生物的DNA上是否插入了目的基因 B.通过PCR等技术检测目的基因是否转录 C.检测目的基因是否表达用抗原——抗体杂交的方法 D.目的基因的检测与鉴定是基因工程的核心步骤 D 课堂练习 3.某目基因两侧的 DNA序列所含的限制酶酶切位点如图所示,下列可作该目的基因最佳载体的是 (　　) 　　　　　　　　 A　　　　 B C　　　　　　 　D 课堂练习 A 4.我国科学家独创的花粉管通道法，可以使目的基因借助花粉管通道进入受体细胞，是一种十分简便经济的方法，对此认识正确的是( ) A.不必构建表达载体就可以直接导入 B.此方法可用于转基因动物 C.受体细胞只能是植物的卵细胞 D.有时可以取代农杆菌转化法 D 课堂练习 A.图中Ⅰ是质粒，步骤①需要用到限制酶和DNA连接酶 B.图中Ⅱ是含目的基因的重组质粒，步骤②是将重组质粒导入棉花细胞 C.图中Ⅲ 是农杆菌，通过步骤③将目的基因导入植物细胞 D.剔除培育成功的抗虫棉体内的四环素抗性基因不会影响抗虫基因的表达 5.如图为科学家通过基因工程培育抗虫棉时，从苏云金杆菌中提取抗虫基因“放入”棉花细胞中，与棉花的DNA分子“结合起来”而发挥作用的过程示意图。以下相关说法不正确的是( ) B 课堂练习 6.下图为转基因抗冻番茄培育过程的示意图（其中ampr为抗氨苄青霉素基因）。下列叙述错误的是（　　） A．④过程中可利用目的基因作为探针对植株进行筛选 B．可同时选用限制酶PstI、SmaI对含目的基因的DNA进行剪切 C．过程②可采用农杆菌转化法将含目的基因的表达载体导入受体细胞 D．质粒上的抗性基因有利于筛选含目的基因的细胞和促进目的基因的表达 D 课堂练习 $$