3.2 基因工程的基本操作程序(3-4课时) 课件 2025—2026学年高二下学期生物人教版选择性必修3

授课课题：将目的基因导入受体细胞 本节课难点：将目的基因导入受体细胞的方法 本节课素养目标：阐明将目的基因导入受体细胞的方法。（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：将目的基因导入受体细胞的方法 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 1. 基因表达载体构建的目的 （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。 2. 基因表达载体的组成 目的基因 标记基因 用来鉴别或筛选含有重组DNA分子的细胞 温故知新 第二步：基因表达载体的构建(核心) 启动子 终止子 复制原点 基因的首端(上游)，RNA聚合酶识别和结合的部位，驱动基因转录出mRNA。 基因的尾端(下游)终止转录 第一步：目的基因的筛选与获取 插入启动子和终止子之间的部位 辨析：“启动子与终止子”和“起始密码子与终止密码子” 启动子与终止子位于DNA分子中，起始和终止转录过程。 起始密码子与终止密码子位于mRNA分子中，起始和终止翻译过程。 思考：构建好基因表达载体后，下一步该进行什么操作？ 基因工程的基本操作程序 第三步：将目的基因导入受体细胞 【任务】阅读课本80页第4段和81页，明确转化的概念是什么？ 将目的基因转入受体细胞的方法有哪些？ 目的基因进入_________内，并且在受体细胞内__________和_____的过程 受体细胞 维持稳定 表达 （二）将目的基因导入受体细胞的方法 导入植物细胞 导入动物细胞 导入微生物细胞 农杆菌转化法 花粉管通道法 （我国科学家独创） （一）转化的概念 （常用） 病毒介导法 显微注射法 Ca2+转化法 基因工程的基本操作程序 第三步：将目的基因导入受体细胞 1.实例 我国“转基因抗虫棉” 2.优缺点 简便经济（优点） 要求花朵较大（缺点） （二）将目的基因导入受体细胞的方法 导入植物细胞---- 花粉管通道法 （我国科学家独创） 含目的基因的DNA 溶液 基因工程的基本操作程序 第三步：将目的基因导入受体细胞 （二）将目的基因导入受体细胞的方法 导入植物细胞---- 花粉管通道法 （我国科学家独创） 3.操作方法 方法一:用微量注射器将含目的基因的DNA溶液直接注入子房中。 基因工程的基本操作程序 第三步：将目的基因导入受体细胞 （二）将目的基因导入受体细胞的方法 导入植物细胞---- （我国科学家独创） 3.操作方法 方法二:柱头处理法 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。 花粉管通道法 基因工程的基本操作程序 第三步：将目的基因导入受体细胞 能在自然条件下感染_______植物和_______植物，对大多数单子叶植物______________。随着转化方法的突破，用农杆菌侵染水稻、玉米等多种__________植物也取得了成功。 双子叶 裸子 没有感染能力 单子叶 （可转移的DNA） 1.农杆菌的特点： 农杆菌转化法 2.转化原理： 农杆菌细胞内含有________，当它侵染植物细胞时，Ti质粒的 _______可转移至被侵染的细胞，并整合到该细胞的_____________。 Ti质粒 T-DNA 染色体DNA上 [思考]构建基因表达载体时， 目的基因该插到Ti质粒哪里？ T-DNA 导入植物细胞---- 基因工程的基本操作程序 第三步：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 农杆菌转化法 3.过程： 导入植物细胞---- 基因工程的基本操作程序 第三步：将目的基因导入受体细胞 农杆菌转化法中的两次拼接和两次导入 ①两次拼接 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)是指含目的基因的T-DNA被拼接到受体细胞的染色体DNA上。 ②两次导入 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 农杆菌转化法 3.过程： 导入植物细胞---- 基因工程的基本操作程序 第三步：将目的基因导入受体细胞 （受精卵） ①体积大，易操作。②易表现出全能性。 构建基因表达载体并提纯 利用显微注射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 获得具有新性状的动物 问题: 为什么常选用受精卵作为受体细胞呢？ 显微注射法 导入动物细胞---- 过程： 科学家用病毒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，如腺病毒载体等。 【补充】病毒介导法 基因工程的基本操作程序 第三步：将目的基因导入受体细胞 Ca2+处理大肠杆菌细胞 感受态细胞 细胞吸收周围DNA分子 基因表达载体与感受态细胞混合 使细胞处于一种能够吸收周围环境中的DNA分子的生理状态。 【注意】原核生物作为受体细胞产生的真核生物的蛋白质通常没有生物活性，需要在体外进行再加工。 （因为原核细胞没有内质网、高尔基体对蛋白质进一步加工。） Ca2+转化法 导入微生物细胞---- Ca2+ 感受态细胞 吸收 原核细胞（常选择大肠杆菌），繁殖快，多为单细胞，遗传物质相对较少，易于培养。 基因工程的基本操作程序 第三步：将目的基因导入受体细胞 Ca2+转化法 导入微生物细胞---- 实例：利用转基因大肠杆菌生产药物,如胰岛素 基因工程的基本操作程序 第三步：将目的基因导入受体细胞 【小结】将目的基因导入受体细胞核心方法比较 种类 项目 植物细胞 动物细胞 微生物细胞 常用 方法       受体 细胞       转化 过程 农杆菌转化法 花粉管通道法 显微注射法 Ca2＋处理法 体细胞或受精卵 受精卵 （主要）原核细胞 目的基因插入Ti质粒的T­DNA上→导入植物细胞→整合到受体细胞的染色体DNA中→表达 目的基因表达载体提纯→取卵（受精卵）→显微注射→受精卵发育→获得具有新性状的动物 Ca2＋处理细胞→能吸收周围环境中DNA分子的生理状态细胞→重组的基因表达载体导入细胞中 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 构建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 导入植物细胞 导入动物细胞 导入微生物细胞 花粉管通道法、农杆菌转化法 显微注射法 Ca2+转化法 思考：基因表达载体通过合适的导入方法是否导入成功，目的基因是否稳定存在、存在后是否表达，下一步该进行什么操作？ 温故知新 授课课题：目的基因检测与鉴定 本节课难点：目的基因分子水平的检测方法 本节课素养目标：阐明目的基因检测与鉴定的方法。（科学思维) 本节课重点：目的基因分子水平的检测方法 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 第3章 基因工程 第2节 基因工程的基本操作程序 基因工程的基本操作程序 第四步：目的基因检测与鉴定 【任务】阅读课本82页，明确目的基因检测与鉴定的方式有哪几种？并对其进行详细分析。 1.检测目的基因是否插入受体细胞 2.检测目的基因是否转录出了mRNA PCR技术等 3.检测目的基因是否翻译出蛋白质 抗原— 抗体杂交技术 分子水平的检测 —检测是否具有抗性以及抗性强度等 个体生物学水平鉴定 基因工程的基本操作程序 第四步：目的基因检测与鉴定 目的： 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)检测目的基因是否插入受体细胞 如：检测棉花的染色体DNA 上是否插入了Bt基因 ——通过PCR等技术检测 提取DNA PCR操作 是否扩增出目的基因 M：marker；1-阳性质粒；2：原始品系；3-9转Bt品系； 电泳操作 害虫死亡 抗虫棉 PCR琼脂糖凝胶电泳检测结果 1.分子水平检测 目的： 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 基因工程的基本操作程序 第四步：目的基因检测与鉴定 (2)检测目的基因是否转录 如：检测Bt基因是否转录出mRNA ——通过PCR等技术检测 10个PCR阳性棉花植株中，有四株Bt基因发生转录 对扩增产物进行检测 1.分子水平检测 提取棉花细胞 mRNA 逆转录得到 cDNA 用以Bt 基因序列设计的引物进行PCR扩增 琼脂糖凝胶电泳 Bt M3 C0 T-9 T-2 T-51 T-5 T-23 T-11 T-20 T-21 T-34 T-10 1.检测目的基因是否导入受体细胞 2.检测目的基因是否转录出了mRNA PCR技术 分子水平的检测 目的： 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 基因工程的基本操作程序 第四步：目的基因检测与鉴定 分子杂交技术 补充：分子杂交技术 是一段带有检测标记（荧光或同位素标记），且顺序已知的，与目的基因能互补的核酸序列（DNA或RNA）。 (应是单链，若为双链，必须先行变性处理成单链。) 碱基互补配对 原理： 基因探针 标记的DNA或RNA探针 基因工程的基本操作程序 第四步：目的基因检测与鉴定 目的： 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 (3)检测目的基因是否翻译 苏云金芽孢杆菌 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 ——抗原—抗体杂交技术 1.分子水平检测 原理：抗原—抗体特异性结合 基因工程的基本操作程序 第四步：目的基因检测与鉴定 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）接种实验 未染病 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 2.个体水平鉴定 目的： 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 ——通过抗虫、抗病（菌）接种实验 目的基因检测与鉴定小结 ①检测转基因生物染色体DNA上是否插入了目的基因 ②检测目的基因是否转录出了mRNA ③检测目的基因是否翻译成蛋白质 ——“抗原—抗体杂交技术” 2.个体生物学水平鉴定 1.分子水平检测 抗性检测： 功能活性比较： PCR技术 或分子杂交技术 抗虫、抗病接种实验； 基因工程产品与天然产品的功能活性比较 ——检测是否具有抗性以及抗性强度等 如：胰岛素注射到糖尿病模型小鼠 获取质粒、 噬菌体等载体 筛选和获取目的基因 检测和鉴定目的基因是否稳定维持和表达其遗传特性 将含有目的基因的表达载体导入受体细胞 用限制酶切割载体和含有目的基因的DNA片段，然后用DNA连接酶连接，构建基因表达载体 基因工程的基本操作程序（四步骤） 基因工程的基本操作流程图 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、复制原点等。 农杆菌转化法(植物)、显微注射法(动物) 、 Ca2+转化法(微生物)。 分子水平检测： 是否插入、转录、翻译。 个体水平鉴定：是否具有抗性以及抗性强度等。 练习与应用（课本83页） Lavf58.29.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.6.37 $