3.2 基因工程的基本操作程序 1-2课时课件-2025-2026学年高二下学期生物人教版选择性必修3

从社会中来： 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。 你知道转基因抗虫棉抗虫的机制是什么吗？ 培育转基因抗虫棉一般需要哪些步骤？ 转基因抗虫棉 普通棉花 苏云金杆菌 表达 摄食 害虫死亡 Bt基因 Bt抗虫蛋白 转基因抗虫棉获得的Bt基因表达产生了 Bt抗虫蛋白。 抗虫棉的培育过程 1.目的基因的筛选与获取 2.基因表达载体的构建（核心） 3.将目的基因导入受体细胞（关键） 4.目的基因的检测与鉴定 培育转基因抗虫棉一般需要哪些步骤？ 基因工程的基本操作程序 阅读课本76页第一段，明确基因工程的基本操作步骤有哪些？ 提取 与载体拼接 导入 普通棉花细胞 表达Bt基因 授课课题：目的基因的筛选与获取 本节课难点：利用PCR获取和扩增目的基因 本节课素养目标： 1.阐明基因工程的原理和基本操作程序。（科学思维） 2.简述PCR的原理、条件及过程 第3章 基因工程 第2节 基因工程的基本操作程序 本节课重点：获取目的基因的方法 基因工程的基本操作程序 第一步：目的基因的筛选与获取 ①概念：用于改变_______________或获得_______________等的基因。(课本76页) 受体细胞性状 预期表达产物 ②实例： 与生物抗逆性相关的基因（Bt抗虫基因） 与优良品质相关的基因 与生物药物和保健品相关的基因（胰岛素、干扰素基因） 与毒物降解相关的基因 与工业用酶相关的基因等 主要指编码蛋白质的基因,也可以是具有调控作用的因子。 （一）目的基因： 阅读课本76页和77页1-3段及第一个相关信息，明确目的基因的概念和实例；筛选合适的目的基因的方法。 DNA测序仪 序列数据库（如GenBank） 核苷酸序列比对 氨基酸序列比对 序列比对工具（如BLAST） 利用测序技术、序列数据库、序列对比工具等，可了解基因的结构和功能，这为科学家找到合适的目的基因提供了更多的机会和可能。 明确了目的基因后，该怎么获得它? 基因工程的基本操作程序 第一步：目的基因的筛选与获取 （一）目的基因： ③认识基因结构和功能的技术方法（课本77页） 基因工程的基本操作程序 第一步：目的基因的筛选与获取 （二）筛选合适目的基因： ①较为有效的方法：从相关的__________和____________的基因中进行筛选（课本76页） ②实例： 已知结构 功能清晰 问题:获取一个Bt基因之后，是否就该立即开始准备转基因操作？ 先对目的基因进行扩增！ 苏云金杆菌 制成 杀虫剂 掌握目的基因的功能 掌握目的基因的结构 防治棉花害虫 发现杀虫作用与Bt基因有关 掌握Bt基因的序列 深入了解Bt基因的表达产物 (Bt抗虫蛋白) Bt基因是培育转基因抗虫棉较为合适的目的基因。 基因工程的基本操作程序 第一步：目的基因的筛选与获取 阅读课本77页第4-6段和表3-1及第二个相关信息，阅读78和79页，明确目的基因获取的方法，并对这种方法的概念、条件和过程进行详细分析。 ●利用PCR获取和扩增目的基因 （三）目的基因的获取： ●从基因文库中获取 ●人工合成（如利用DNA合成仪） 1.利用PCR获取和扩增目的基因： 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 ①全称： ②原理： ③操作环境： ④目的： 聚合酶链式反应 DNA半保留复制 体外（PCR扩 增仪/PCR仪） 对目的基因的核苷酸序列进行大量复制 体内DNA复制 知识回顾 模板： 原料： 能量： 酶： DNA的两条母链 4种游离的脱氧核苷酸 ③复制特点: ①边解旋边复制 碱基互补配对原则 （保证复制的准确进行） ①条件 ②复制原则: ATP ②半保留复制 DNA聚合酶（形成磷酸二酯键） 解旋酶（解螺旋，打开氢键） ④子链的延伸方向： 5'端→3'端 注意：DNA聚合酶不能从头合成DNA链，所以DNA复制还需要引物， 才能从引物的3′端开始连接脱氧核苷酸。 引物 思考：结合体内DNA复制过程，PCR反应体系需要的条件是什么？ 拓展延伸 ①概念： 引物是一小段能与DNA母链的一段碱基序列 的短单链核酸。 互补配对 ②本质： 细胞外（PCR）一般以DNA单链为引物，长度通常为20-30个核苷酸（不切除）。 细胞内的DNA复制通常以RNA单链为引物（后续被酶切除）。 3’ 5’ DNA母链1 3’ 5’ DNA母链2 3’ 5’ 引物1 3’ 5’ 引物2 3’ 5’ DNA母链1 3’ 5’ DNA母链2 引物结合在模板链的_________。 3’端 ③结合部位： 耐高温的DNA聚合酶 （Taq酶） DNA模板 引物（2种） 稳定的缓冲溶液 （一般添加Mg2+） 四种脱氧核苷酸(dNTP) ①DNA模板（需含有目的基因）。 ②四种脱氧核苷酸（或四种dNTP：dATP、dTTP、dGTP、dCTP）。 ③分别与模板DNA相结合的2种引物。 ④耐高温的DNA聚合酶(Taq酶）。 ⑤稳定的缓冲溶液（一般添加Mg2+）。 ⑥能严格控制温度的温控设备。 dATP（腺嘌呤脱氧核苷三磷酸） 激活真核细胞和细菌的DNA聚合酶 基因工程的基本操作程序 第一步：目的基因的筛选与获取 （三）目的基因的获取： 1.利用PCR获取和扩增目的基因： （2）条件 原料、提供能量 OH H 基因工程的基本操作程序 第一步：目的基因的筛选与获取 (3)过程 （三）目的基因的获取： 1.利用PCR获取和扩增目的基因： 耐高温的DNA聚合酶(Taq酶） 4种脱氧核苷酸（DNTP） 引物 待扩增的DNA片段（模板） 5’ 5’ 变性 复性 延伸(5'端→3'端) 温度上升到90℃以上，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。 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聚合酶的作用下合成新的DNA链。 基因工程的基本操作程序 第一步：目的基因的筛选与获取 (3)过程 变性（95℃） 复性(50℃) 延伸 (72℃) （三）目的基因的获取： 1.利用PCR获取和扩增目的基因： DNA解链为单链 引物结合到互补DNA链 TaqDNA聚合酶从引物起始进行子链的合成 PCR过程可以在PCR扩增仪(PCR仪)中自动完成。 第一轮循环的产物作为第二轮反应模板，经过变性、复性和延伸三步产生第二轮循环产物。 Administrator (A) - （三）目的基因的获取： 基因工程的基本操作程序 第一步：目的基因的筛选与获取 1.利用PCR获取和扩增目的基因： (4)结果 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 思考：利用PCR技术扩增目的基因，在第几轮循环产物中开始出现 两条脱氧核苷酸链等长的DNA片段(即出现完整的目的基因)？ 消耗引物情况怎样？ 5’ 3’ 5’ 5’ 第一次循环 第二次循环 3’ 5’ 第三次循环 3’ 3’ 思考：利用PCR技术扩增目的基因，在第几轮循环产物中开始出现两条脱氧核苷酸链等长的DNA片段(即出现完整的目的基因)？消耗引物情况怎样？ （大册子57页） （三）目的基因的获取： 基因工程的基本操作程序 第一步：目的基因的筛选与获取 1.利用PCR获取和扩增目的基因： （三）目的基因的获取： 基因工程的基本操作程序 第一步：目的基因的筛选与获取 1.利用PCR获取和扩增目的基因： (5)产物进行鉴定 琼脂糖凝胶电泳 PCR扩增仪 PCR过程可以在 中自动完成，完成以后， 常采用 来鉴定PCR的产物 基因工程的基本操作程序 碱基互补配对 四种脱氧核苷酸 模板、能量、酶 解旋酶催化 体外复制 细胞内（主要在细胞核内） 耐高温的DNA聚合酶 解旋酶、DNA聚合酶 DNA在高温下变性解旋 大量的DNA片段 形成整个DNA分子 对比PCR与DNA复制过程，完成下表 （三）目的基因的获取： 第一步：目的基因的筛选与获取 1.利用PCR获取和扩增目的基因： 课堂小结： 目的基因的筛选与获取 基因表达载体的构建 （核心） 将目的基因导入受体细胞 目的基因的检测与鉴定 基因工程的基本操作程序 目的基因概念 筛选合适目的基因 目的基因的获取 方法之一 利用PCR获取和扩增目的基因 变性 复性 延伸 授课课题：基因表达载体的构建 本节课难点：基因表达载体的构建过程 本节课课标要求：阐明基因工程的基本操作程序主要包括目的基因的获取、基因表达载体的构建、目的基因导入受体细胞和目的基因及其表达产物的检测鉴定等不步骤。 本节课素养目标： 1.阐明基因表达载体构建的目的。（科学思维） 2.阐明基因表达载体各组件的功能。（科学思维） 3.简述基因表达载体构建的过程。（科学思维） 第3章 基因工程 第2节 基因工程的基本操作程序 本节课重点：基因表达载体的组成、作用及构建过程 目的基因的获取： 复习：基因工程的基本操作程序 第一步：目的基因的筛选与获取 利用PCR获取和扩增目的基因 人工合成 (DNA合成仪) 从基因文库中获取 基因比较小、核苷酸序列已知 将含有某种生物不同基因的许多DNA片段，导入到受体菌的群体中储存，各个受体菌分别含有这种生物的不同基因，称为基因文库。 基因文库的种类： 基因组文库 部分基因文库 含有一种生物所有基因的文库。 只含有一种生物部分基因的文库。 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 不能原因 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？ 思考：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？ 基因工程的基本操作程序 第二步：基因表达载体的构建 思考：要想目的基因实现以上功能，载体需要哪些结构？ 基因表达载体 抗虫基因 与载体拼接 （1）使目的基因在受体细胞中稳定存在，且可以遗传给下一代； （2）使目的基因能够在受体细胞中表达和发挥作用。 【任务】阅读课本80页1-3段，结合图3-6，明确基因表达载体的目的、组成和过程。 1. 基因表达载体的目的 标记基因 复制原点 终止子 启动子 插入目的基因 复制原点： DNA复制的起始位点 标记基因：作用为鉴别受体细胞中是否含有目的基因，从而将含有目的基因的细胞筛选出来。 启动子： 本质：有特殊序列结构的 片段 位置：基因的 。 功能： 识别和结合的部位，驱动基因转录出 。 DNA 上游 RNA聚合酶 mRNA 终止子： 本质：有特殊序列结构的 片段 位置：基因的 。 功能：终止 。 DNA 下游 转录 目的基因：能控制表达所需要的特殊性状 位置：必须插到 和 之间 启动子 终止子 抗生素抗性基因、荧光蛋白基因等。 限制酶切位点 2. 基因表达载体的组成 基因工程的基本操作程序 第二步：基因表达载体的构建 基因工程的基本操作程序 第二步：基因表达载体的构建 载体 （质粒） DNA分子 （含目的基因） 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 重组DNA分子 （重组质粒） 同一种 DNA连接酶 3. 基因表达载体的构建过程 限制酶处理 目的基因 限制酶 切割位点 标记基因 启动子 限制酶切割位点 终止子 复制原点 限制酶 限制酶 DNA连接酶 重组 DNA分子 基因工程的基本操作程序 第二步：基因表达载体的构建 思考：使用一种限制酶进行切割，共有几种连接情况？ 应用过程中往往选择2种不同的限制酶同时对目的基因和质粒切割! 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’ 2 2’ 1 2 2’ 1’ 2 1’ 1 2’ ①避免质粒、目的基因的自身环化； ②有利于载体与目的基因正向连接，避免反向连接。 双酶切法优点： 基因工程的基本操作程序 第二步：基因表达载体的构建 请结合下图，回答问题： 质粒 抗生素 抗性基因 Sma Ⅰ BamH Ⅰ Hind Ⅲ EcoR Ⅰ 图1 EcoR Ⅰ EcoR Ⅰ 目的基因 BamH Ⅰ Hind Ⅲ 外源 DNA 图2 习题巩固 （1）构建基因表达载体时，能否用SmaⅠ限制酶切割质粒？为什么？ 不能 因为SmaⅠ切割会破坏质粒的抗生素抗性基因。 质粒上的抗性基因是标记基因，便于重组DNA分子的筛选，若被破坏，无法进一步筛选。 基因工程的基本操作程序 第二步：基因表达载体的构建 习题巩固 （2）若只用 EcoR Ⅰ 限制酶切质粒和外源 DNA，则构建基因表达载体时会出现哪些结果？ 质粒自身环化 正向连接 反向连接 目的基因自身环化 质粒 抗生素 抗性基因 Sma Ⅰ BamH Ⅰ Hind Ⅲ EcoR Ⅰ 图1 EcoR Ⅰ EcoR Ⅰ 目的基因 BamH Ⅰ Hind Ⅲ 外源 DNA 图2 （3）为避免出现上述情况可以选择什么限制酶对质粒和外源 DNA 进行切割？ 使用 BamHⅠ和 Hind Ⅲ两种限制酶同时处理质粒、外源DNA。 ①避免质粒、目的基因的自身环化； ②有利于载体与目的基因正向连接，避免反向连接。 目的基因的筛选与获取 基因表达载体的构建 （核心） 将目的基因导入受体细胞 目的基因的检测与鉴定 基因工程的基本操作程序 目的基因概念 筛选合适目的基因 目的基因的获取 利用PCR获取和扩增目的基因 人工合成 从基因文库获取 基因表达载体的目的 基因表达载体的组成 基因表达载体的构建过程 课堂小结： 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 终止转录 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） 拓展延伸 启动子、终止子、起始密码子、终止密码子的比较 Lavf58.45.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $