4.2基因工程的基本操作程序课件-2025-2026学年高二下学期生物人教版选择性必修3

第2节 基因工程的基本操作程序 第2课时 1. 通过尝试建构基因表达载体模型，体验建模过程，认同结构与功能相适应的生命观念。 2. 学会选择合适的限制酶 3. 能利用所学知识，尝试设计其他转基因产品的基因表达载体。 学习目标 基因表达载体的构建 任务一 建构基因表达载体模型 微生物受体细胞 荧光基因 外源DNA ? × 载体 基因表达载体 使荧光基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传给下一代。 使荧光基因能够表达和发挥作用。 目的 构建基因表达载体 【任务一 模拟构建基因表达载体的组件】 质粒 请自主学习教材P80的内容: 1.自主在空白环状质粒上绘制基因表达载体各组成部分 2.组内交流各组件的功能，并请代表展示交流 基因表达载体 启动子 终止子 目的基因 复制原点 标记基因 位于目的基因的上游；RNA聚合酶识别和结合的部位，驱动基因转录出mRNA。 位于目的基因的下游；终止转录 鉴别和筛选导入目的基因的受体细胞。 DNA复制的起始位点 某花卉公司委托你设计一株绿色荧光玫瑰，即让玫瑰花瓣在紫外灯照射下发出绿色荧光。 【任务二 将目的基因与载体连接】 + 现有一反应体系中荧光基因DNA片段与载体质粒若干,请用限制酶切割荧光基因与载体质粒，连接形成重组环状DNA分子。 材料： --限制酶 --DNA连接酶 —荧光基因 —质粒 【任务二 将目的基因与载体连接】 剪刀 胶带 红色卡纸 蓝色卡纸 “分子园艺师”挑战赛 ——设计荧光基因玫瑰表达载体 【任务二 将目的基因与载体连接】 相同的黏性末端可以自由连接 ,仅限于两片段及两片段以下的连接 转录方向 …CTAG… …CTAG… …ACGCTT….. ... GATC… ... GATC… …TGCGAA….. 荧光基因 ... GAATTC… ... GAATTC… …ACGCTT….. …TGCGAA….. 荧光基因 … CTTAAG… … CTTAAG… ... GATC… ... GAATTC… …ACGCTT….. …TGCGAA…. 荧光基因 … CTAG… … CTTAAG… EcoRⅠ: GAATTC Sau3AI: GATC ↓ ↓ EcoRⅠ 思考讨论: 1.为什么会出现多种连接方式？ 2.这些连接产物中荧光基因均能表达吗? 3.荧光基因与载体正向、反向连接，转录出的mRNA是否一致？ 翻译出的肽链是否一致？(质粒内侧链为基因表达的模板链) 4.为提高基因表达载体的获得率，最佳方案是什么? 【任务二 将目的基因与载体连接】 单酶切法：用同一种限制酶分别切割质粒和外源DNA构建重组DNA的方法。使用单酶切法进行切割，理论上会有以下几种连接情况： 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 3 4 1 2 4 2 1 3 2 3 双酶切法：用两种能产生不同黏性末端的限制酶分别同时切割质粒和外源DNA构建重组DNA的方法。使用双酶切法进行切割，理论上也会有六种连接情况： 目的基因-目的基因、目的基因-质粒、质粒-质粒、目的基因-质粒双酶切片段、质粒-质粒双酶切片段、质粒双酶切片段-质粒双酶切片段 思考讨论: 1.为什么会出现多种连接方式？ 2.这些连接产物中荧光基因均能表达吗? 3.荧光基因与载体正向、反向连接，转录出的mRNA是否一致？ 翻译出的肽链是否一致？(质粒内侧链为基因表达的模板链) 4.为提高基因表达载体的获得率，最佳方案是什么? 【任务二 将目的基因与载体连接】 连接 方式 DNA模板链 mRNA链 肽链 正连 反连 正连 反连 ..苏氨酸-亮氨酸.. ..赖氨酸-精氨酸.. ..TGCGAA.. ..TTCGCA.. ..ACGCUU.. ..AAGCGU.. 相关密码子：AAG-赖氨酸 ACG-苏氨酸 CUU-亮氨酸 CGU-精氨酸 【任务二 将目的基因与载体连接】 与单酶切法相比，双酶切法的优势: ①防止质粒与目的基因的自身环化； ②防止质粒与目的基因的反向连接； 提高基因表达载体的获得率 分析对比以上单酶切和双酶切的连接情况，哪种酶切方式更具有优势呢？有哪些优势？ ①如要把抗病基因导入图乙质粒，什么限制酶不能用？ ②如果只用Pst Ⅰ，能否把抗病基因导入图乙质粒？ 可能出现什么问题？ 目的基因和质粒可能自身环化或随意连接 ③为避免出现以上问题，可如何选限制酶？ 同时用PstⅠ和EcoRⅠ切割目的基因和质粒 Sma Ⅰ 练习：限制酶的选择 限制酶的选择 (1)不破坏原则： 不破坏目的基因、标记基因、启动子、终止子、复制原点原则； (2)善用双酶切 资料： 2025年，中国农业大学团队建立了一套高效的毛根转化系统，结合GFP和RUBY双报告基因，在玫瑰中实现了高达74.1%的转化效率。并将转化周期从数月缩短至30天，这标志着绿色荧光玫瑰从能不能做迈向了如何做的更好的新阶段。 这些科研成果令人振奋，但设想一下：如果我们培育出的荧光玫瑰被大规模种植，甚至溢出到野外，会有什么潜在风险？ 拓展升华，安全之思 可能的风险： · 基因漂移：荧光基因可能通过花粉传播到其他蔷薇属植物中、工程质粒可能通过细菌转化扩散到环境中 · 生态影响：荧光性状可能影响植物的生存适应性 · 伦理问题：转基因植物的商业化需要严格监管 技术本身中立，关键在于科学规范与伦理约束。任何生物技术的应用，都必须在“促进发展”与“防范风险”之间找到平衡。 ！ ！ ！ 课堂小结 ... GATC… ... GAATTC… …ACGCTT….. …TGCGAA…. 荧光基因 … CTAG… … CTTAAG… 微生物细胞 将目的基因导入受体细胞 Ca2+处理法 用Ca2+处理微生物细胞，使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态，然后再将重组的基因表达载体导入其中。 【任务三 载体中标记基因的筛选作用】 质粒 终止子 质粒 启动子 Sau3AI 氨苄青霉素抗性基因 四环素抗性基因 EcoRⅠ 将以下3种微生物(微生物自身不具有抗生素抗性)分别先涂布在含有氨苄青霉素的培养基上进行培养，然后再将这些菌落按照原来的位置转移到含有四环素的培养基上再培养一段时间。请针对以下不同的实验现象,分析培养的微生物受体细胞类型。 未导入的受体细胞 含普通质粒的受体细胞 含目的基因--质粒的受体细胞 受体细胞类型 添加氨苄青霉素的培养基 添加四环素的培养基 不能生长 不能生长 能生长 不能生长 能生长 能生长 微生物 质粒 目的基因的检测与鉴定 目标二 归纳概括转基因微生物操作流程 【任务四 以转荧光基因微生物为例，建构转基因微生物操作模型】 利用PCR获取与扩增目的基因 目的基因与载体构建基因表达载体 Ca2+处理微生物细胞，导入目的基因 目的基因的检测与鉴定 荧光蛋白----分子标签 谢 谢 $