【公开课课件】3.2基因工程的基本操作程序课件2021-2022学年高二下学期生物人教版选择性必修3

1、选择性必修3第2节：基因工程的基本操作程序-1l 基因工程的基本操作程序主要包括哪几个步骤？l 基因工程操作的每一步涉及的技术和方法有哪些？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(使棉铃虫死亡，左)与非转基因抗虫棉(右)第一步：目的基因的筛选与获取第二步：基因表达载体的构建第三步：将目的基因导入受体细胞第四步：目的基因的检测与鉴定培育转基因抗虫棉主要需要四个步骤：第一步：目的基因

2、的筛选与获取第二步：基因表达载体的构建第三步：将目的基因导入受体细胞第四步：目的基因的检测与鉴定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.目的基因定义在基因工程的设计和操作中，用于改变受体细胞性状的或获得预期表达产物的基因。目的基因受体细胞目的基因主要是指编码蛋白质的基因抗逆性基因生产药物基因毒物降解基因工业用酶基因1.目的基因目的基因 Bt基因苏云金芽孢杆菌产生Bt基因伴胞晶体蛋白(Bt抗虫蛋白)表达破坏鳞翅目昆虫的消化系统杀死棉铃虫棉花细胞导入抗虫棉培育2.筛选合适的目的基因基因海洋目的基因如何筛选相关的已经结构和功能清晰的基因筛选筛选方法之一2.筛选合适的目的基因Bt基因的筛

3、选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。2.筛选合适的目的基因筛选目的基因的技术手段测序技术序列数据库(如GenBank)序列比对工具(如BLAST)测定核酸和蛋白质序列以碱基顺序或氨基酸残基顺序为基本内容的分子生物信息数据库把感兴趣的序列跟已经存在的序列数据库进行比较的工具。通过比对识别相关的序列，从而能获得目的基因和蛋白质的功能。3.利用PCR获取和扩增目的基因人工合成获取目的基因的方法PCR扩增常用方法我国首批转基因抗虫棉的培育

4、使用PCR的含义 PCR是聚合酶链式反应的缩写。根据DNA半保留复制的原理，在体外提供参与DNA复制的各种组分与反应条件，对目的基因的核苷酸序列进行大量复制。PCR的原理DNA复制所需的基本条件参与的组分在DNA复制中的作用解旋酶DNA母链4种脱氧核苷酸DNA聚合酶引物打开DNA双链提供DNA复制的模板合成DNA子链的原料催化合成DNA子链使DNA聚合酶能够从引物的3端开始连接脱氧核苷酸PCR所需的基本条件参与的组分在DNA复制中的作用目的基因DNA4种脱氧核苷酸耐高温的DNA聚合酶(Taq酶)引物缓冲液Mg2+高温使DNA聚合酶能够从引物的3端开始连接脱氧核苷酸打开DNA双链提供DNA复制的

5、模板合成DNA子链的原料催化合成DNA子链维持反应体系的pH激活DNA聚合酶的活性引物引物是一小段能与DNA母链的一段碱基序列互补配对的短单链核酸。用于PCR的引物通常为2030个核苷酸。在细胞中为一段单链RNA，在PCR中为一段人工合成的单链DNA。引物为DNA聚合酶提供了游离的3端，使DNA聚合酶从3端延伸子链。(DNA聚合酶不具有从头合成子链的功能)a.什么是引物b.引物的作用引物引物为DNA聚合酶提供了游离的3端，使DNA聚合酶从3端延伸子链。(DNA聚合酶不具有从头合成子链的功能)b.引物的作用5-35-3-53-引物引物子链延伸子链延伸引物是决定PCR特异性的关键。3-595PCR

6、的过程5-33-53-55-3第1步：变性当温度超过90时，双链DNA解旋为单链。DNA模板4种脱氧核苷酸引物耐高温的DNA聚合酶PCR的过程3-55-3第2步：复性当温度下降到50左右时，两种引物通过碱基互补配对与两条单链DNA结合。503-55-5-3-5PCR的过程第3步：延伸当温度上升到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，根据碱基互补配对原则合成新的DNA链。723-55-35-3-53-3-55-5-3-5PCR的过程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。3-55-35-3-53-5-3-53-3-53-5-3-

7、55-35-3-53-5-3-53-3-53-5-3-53-5-3-53-5-3-55-35-3-53-5-3-53-5-3-53-第二轮循环的产物作为第三轮反应模板，经过变性、复性和延伸三步产生第三轮循环产物。5-3-53-3-53-5-3-55-35-3-53-Taq聚合酶引物1原料模板DNA目的基因3553引物2955072PCR过程(三轮扩增)9550723553第一轮:高温变性3553955072第一轮:低温复性3553955072第一轮:中温延伸3553955072第二轮:高温变性3553955072第二轮:低温复性3553955072第二轮:中温延伸3553955072第三轮:高

8、温变性3553955072第三轮:低温复性3553955072第三轮:中温延伸DNA解链为单链引物结合到互补DNA链Taq酶从引物起始进行子链的合成PCR的过程PCR过程可以在PCR扩增仪(PCR仪)中自动完成。常采用琼脂糖凝胶电泳技术来鉴定PCR扩增产物。PCR扩增产物的鉴定较小的DNA片段在凝胶中的移动相对容易，较大的DNA片段移动难。当电泳结束时，比较DNA样品所在的位置和一系列已知大小的DNA片段的位置(标准)，这些已知大小的片段称为DNA分子量标准样。比较项目细胞内DNA复制PCR技术区别解旋方式解旋酶催化边解旋边复制DNA在高温下变性解旋全部解旋后在复制场所主要在细胞核内细胞外(主

9、要在PCR扩增仪内)酶解旋酶、DNA聚合酶等耐高温的DNA聚合酶温度细胞内温和条件控制温度，需在不同温度下进行结果合成整个DNA分子扩增特定的DNA片段或基因联系模板:均需要脱氧核苷酸双链作为模板原料:均为四种脱氧核苷酸酶:均需DNA聚合酶引物:都需要引物，使DNA聚合酶从引物的3端合成子链(2021(2021年北京卷年北京卷) )玉米是我国重要的农作物，研究种子发育的机理对培育高产优质的玉米新品种具有重要作用。（1）玉米果穗上的每一个籽粒都是受精后发育而来。我国科学家发现了甲品系玉米，其自交后的果穗上出现严重干瘪且无发芽能力的籽粒，这种异常籽粒约占1/4。籽粒正常和干瘪这一对相对性状的遗传遵

10、循孟德尔的_定律。上述果穗上的正常籽粒均发育为植株，自交后，有些植株果穗上有约1/4干瘪籽粒，这些植株所占比例约为_ 。分离 2/3 （2）为阐明籽粒干瘪性状的遗传基础，研究者克隆出候选基因 A/a。将 A 基因导入到甲品系中，获得了转入单个A 基因的转基因玉米。假定转入的 A 基因已插入 a 基因所在染色体的非同源染色体上，请从下表中选择一种实验方案及对应的预期结果以证实 “A 基因突变是导致籽粒干瘪的原因”。 / （3）现已确认 A 基因突变是导致籽粒干瘪的原因，序列分析发现 a 基因是 A 基因中插入了一段 DNA（见图 1），使 A 基因功能丧失。甲品系果穗上的正常籽粒发芽后，取其植株叶片，用图 1 中的引物 1、2 进行 PCR 扩增，若出现目标扩增条带则可知相应植株的基因型为_。 Aa （4）为确定A基因在玉米染色体上的位置，借助位置已知的M/m基因进行分析。用基因型为mm且籽粒正常的纯合子P与基因型为MM的甲品系杂交得F1，F1自交得F2。用M、m 基因的特异性引物，对F1植株果穗上干瘪籽粒（F2）胚组织的DNA进行PCR扩增，扩增结果有1、2、3三种类型，如图2所示。统计干瘪籽粒（F2）的数量，发现类型1最多、类型2