【中小学】高二上下册基因工程的基本操作程序2课件公开课教案教学设计课件.pptx

《选修三》专题1 基因工程 1.2 基因工程的基本操作程序 xxxxx中学 魏 敏 问题探讨 你知道培育转基因抗虫棉一 般需要哪些步骤吗? 基因工程的基本操作程序 Ø 目 的 基 因 的 获 取 Ø 基 因 表 达 载 体 的 构 建 Ø 将 目 的 基 因 导 入 受 体 细 胞 Ø 目 的 基 因 的 检 测 与 鉴 定 一. 目的基因的获取 目的基因：用于改变受体细胞性状或获得预期表达产物等的基因。主要 是指编码蛋白质的基因。 如与生物抗逆性 、 优良品质 、 生产药物 、 毒物降解和工业用酶等 相关的基因。 培育转基因抗虫棉用到的目的基因——Bt抗虫蛋白基因，简称Bt 基因：苏云金杆菌通过产生苏云金杆菌伴孢晶体蛋白(Bt抗虫蛋白)，破 坏鳞翅目昆虫的消化系统来杀死棉铃虫。科学家通过实验，将该细菌的 “杀虫基因”转到棉花里，让棉花也能产生 Bt 抗虫蛋白抵抗虫害。 小资料 当Bt抗虫蛋白被分解为多肽后，多肽与害虫肠上皮细胞的特 异性受体结合，导致细胞膜穿孔，最后造成害虫死亡。 Bt抗虫蛋白只有在某类昆虫肠道的碱性环境中才能表现出毒 性，而人和牲畜的胃液呈酸性，肠道细胞也没有特异性受体。 因此，Bt抗虫蛋白不会对人畜产生上述影响。 那么，如何获取目的基因呢? 1. 从基因文库中获取目的基因 基因文库：将含有某种生物的不同基因的许多DNA片段，导入受体 菌的群体中储存，各个受体菌分别含有该生物的不同的基因。 基因组文库——包含一种生物所有的基因； 部分基因文库——只包含一种生物的一部分基因，如cDNA文库。 导入受体菌的群体中储存，每个受体 菌都含有一段不同的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。 将某种生物体内的DNA全部提取出来，选用适当 的限制酶，将DNA切成一定范围大小的DNA片段。 基 因组 文库的 构建 将这些DNA片段分别与载体连接起来。 受体菌 DNA 真核细胞基因结构示意图 启动子：RNA聚 合酶结合位点 非编码区 非编码区 编码区 外显子 内含子 cDNA文库的构建 反转录法： 以目的基因转录成的 mRNA为模板，反转录成互 补的单链DNA ，然后在酶 的 作 用下 合 成 双 链 D NA (即cDNA) 。 cDNA与载体连接后， 储存在受体菌群中。 目的基因转录成mRNA mRNA内含子的去除 cDNA文库和基因组文库的比较 2. 利用PCR技术扩增目的基因 多聚酶链式反应缩写为PCR。 原理：DNA 半保留复制。 前提：有一段已知目的基因 的核苷酸序列，以便合成引 物。 PCR扩增仪 2. 利用PCR技术扩增目的基因 条件： ①模板：DNA的两条链 ②原料：四种脱氧核苷酸 ③酶：热稳定DNA聚合酶( Taq酶) ④引物 (一小段能与DNA母链的一段碱基序列互补配对的短单链核酸，使 DNA聚合酶能够从引物的3’端开始连接脱氧核苷酸。) ⑤反应需在一定的缓冲液中进行 ⑥温度控制 变性 (90~95℃) 复性 (55~60℃) 引物与单链相应互补序列结合； 在DNA聚合酶作用下进行延伸。 延伸 (70~75℃) 目的基因DNA受热变性后解链为单链； PCR 的过程 如此重复循环多次。 2n 3. 人工合成 前提： 基因比较小； 核苷酸序列已知。 技术方法：通过 DNA 合成仪用化学方法直接人工合成。 二. 基因表达载体的构建 获取了足够量的Bt基因后，下一步就是要让基因在受体细胞 中稳定存在，并且遗传给下一代；同时，使Bt基因能够表达和发挥 作用，这就需要构建基因表达载体。 这一步是培育转基因抗虫棉的核心工作。 二. 基因表达载体的构建 目的基因与载 限制酶切割位点 体的结合过程， 实际上是不同 限制酶 来源的基因重 组的过程。 获取目的基因 相同的黏性末端 DNA 连接酶 限制酶切割位点 重组 DNA分子 思考 作为基因工程表达载体，只含有目的基因就可以完成任务吗？为什么？ 不可以。因为目的基因在表达载体中得到表达并发挥作用，还需要有其 他的调控元件，如启动子，终止子和标记基因等。 (1) 没有启动子和终止子，目的基因将无法转录。 (2) 目的基因是否导入受体生物中需要有筛选标记。 (3) 为了增强目的基因的表达水平，往往还要增加一些其他的调控元 件，如增强子。 (4) 有时需要确定目的基因表达产物的存在部位，往往要加上可以标 识存在部位的基因，如绿色荧光蛋白基因等。 基因表达载体模式图 目的：使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传 给下一代，同时使目的基因能够表达和发挥作用。 插入基因 重组DNA分子 启动子： RNA聚合酶识别 和结合部