高中生物 基因工程的基本操作步骤（第2课时）课件

1、广东省教育科学规划课题“基于深度学习的高中生物学情境教学实践研究”（立项编号2021YQJK598）研究成果第3章 基因工程 第2节 基因工程的基本操作程序（第二课时）生物学选择性必修3年 级：高二年级 学 科：生物学（人教版）主讲人：郭琪琦 学 校：深圳市第二实验学校基因工程的基本操作程序实例一：“黄金大米” 普通大米 第一代“黄金大米” 第二代“黄金大米” 维生素 A 缺乏是一种严重的营养不良， 会导致夜盲症等诸多健康问题。据世界卫生组织估计，全世界有1.2亿2.5亿人缺乏维生素A，每年有1百万2百万儿童因维生素 A 缺乏失去生命。 由于胡萝卜素可以在人体内转换成维生素A，为此，科学家们利

2、用基因工程将胡萝卜素转化酶系统转入到大米胚乳中从而得到了富含 -胡萝卜素的大米，可以借此补充贫困地区人们的营养不良以防止和减少维生素A缺乏症。八氢番茄红素合酶（其基因用psy表示）和胡萝卜素脱饱和酶（其基因用crtI表示）参与-胡萝卜素的合成。pmi为磷酸甘露醇异构酶基因，它编码的蛋白质可使细胞在特殊培养基上生长。科学家将psy和crtI基因转入水稻，使水稻胚乳中富含-胡萝卜素，由此生产出的大米称为“黄金大米”。请根据以上信息回答下列问题：1科学家在培育“黄金大米”时，将psy和crtI基因导入含pmi基因的质粒中，构建了质料pSYN12424。该项研究的目的基因是_，标记基因是_，质粒pSY

3、N12424的作用是_。2在构建质料载体时，目的基因序列中能否含有用到的限制酶的识别序列？为什么？实例一：“黄金大米”基因表达载体的构建crtI 基因和psy 基因pmi 基因将目的基因送入水稻细胞不能。如果目的基因序列中含有用到的限制酶的识别序列，限制酶可能将它切断。阅读教材P81“资料卡”,回答以下问题：1什么是转化？2农杆菌具有哪些适合介导转化的特点？3农杆菌转化法的过程是怎样的？实例一：“黄金大米”将目的基因导入受体细胞农杆菌转化法（植物细胞常用）1. 转化是指目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程。2. 农杆菌特点：易感染双子叶植物和裸子植物；内含Ti质粒，其上

4、的T-DNA可转移至受体细胞的染色体DNA上。显微镜下的农杆菌T-DNA的T是什么意思？为何要把目的基因接在T-DNA中？整个过程中：目的基因发生几次剪切和拼接？发生几次导入？如何筛选得到？如何培养获得？我国科研工作者也开展了“黄金大米”培育研究工作，设计的基因表达载体含有个T-DNA区，标记基因（潮霉素抗性基因，hpt）在一个T-DNA区，目的基因（psy和crtI）在另一个T-DNA区。请思考：图 基因表达载体的区段结构11在农杆菌转化法中，hpt 基因的作用是什么？ 2此前的科学家构建基因表达载体时，使用pmi 基因作为标记基因，pmi 基因和目的基因分布在同一个T-DNA区。转化成功后

5、，哪些基因会进入水稻细胞？有何潜在风险？3我国科研工作者设计了双T区载体，当含双T区载体的农杆菌侵染植物时，个T-DNA区独立转移。这样设计有何用意？实例一：“黄金大米”研发过程改进我国科研工作者也开展了“黄金大米”培育研究工作，设计的基因表达载体含有个T-DNA区，标记基因（潮霉素抗性基因，hpt）在一个T-DNA区，目的基因（psy和crtI）在另一个T-DNA区。请思考：图 基因表达载体的区段结构11在农杆菌转化法中，hpt 基因的作用是什么？ 2pmi 基因（标记基因）和目的基因分布在同一个T-DNA区。转化成功后，哪些基因会进入水稻细胞？有何潜在风险？实例一：“黄金大米”hpt 基因

6、的作用是作为标记基因，用于筛选含重组Ti质粒的农杆菌。标记基因和目的基因一起进入水稻细胞。标记基因的表达产物可能存在危害。研发过程改进我国科研工作者也开展了“黄金大米”培育研究工作，设计的基因表达载体含有个T-DNA区，标记基因（潮霉素抗性基因，hpt）在一个T-DNA区，目的基因（psy和crtI）在另一个T-DNA区。请思考：图 基因表达载体的区段结构13我国科研工作者设计了双T区载体，当含双T区载体的农杆菌侵染植物时，个T-DNA区独立转移。这样设计有何用意？实例一：“黄金大米”由于2个T-DNA区独立转移，标记基因和目的基因不一定同时转移到水稻细胞中，可以在后期筛选获得不含标记基因的转

7、基因植物后代，安全性更高。研发过程改进早在2002年5月联合国大会就曾呼吁到2010年消除维生素A缺乏症，但到目前为止，该目标仍未实现。虽然“黄金大米”这一转基因产品有助于解决这一问题，但是由于公众对“黄金大米”是否要进行商业化推广存在严重争议,导致该项技术的研发与商业化进程受到干扰。请通过课后查阅资料，讨论：公众对“黄金大米”的商业化推广存在哪些方面的质疑？你对此问题有何看法？实例一：“黄金大米”热点问题讨论实例一：“黄金大米”热点问题讨论推荐阅读：参考文献：王玉光,蔡金阳,马彩云,胡瑞法.转基因“黄金大米”:发展与挑战J.中国生物工程杂志,2016,36(11):116-121.实例二：基

8、因工程制药1980-1982年，我国科学家用基因工程方法从大肠杆菌细胞内获得干扰素；1993年，我国批准生产重组人干扰素-1b，它是我国批准生产的第一个基因工程药物。利用微生物生产干扰素实例二：基因工程制药乳腺生物反应器：也称乳房生物反应器。经过转基因的哺乳动物在进入泌乳期后，可以通过分泌乳汁来生产所需要的药物。参考文献：张敬东.转基因母兔在深圳诞生J.农村实用技术与信息,2000(11):47.实例二：基因工程制药对比分析基因表达载体构建方法大肠杆菌是单细胞生物，经过改造后，每个细胞都能够产生干扰素；兔是多细胞生物，经过改造后，人生长激素只从母兔的乳汁中获得。思考：1. 这说明人生长激素基因

9、的表达具有什么特点？2. 二者的基因表达载体可能在哪个结构上存在差异？只在乳腺细胞中选择性表达启动子启动子的类型：组成型启动子是指在该类启动子控制下，结构基因的表达大体恒定在一定水平上，在不同组织、部位表达水平没有明显差异。组织特异启动子又称器官特异性启动子。在这类启动子调控下，基因往往只在某些特定的器官或组织部位表达，并表现出发育调节的特性。诱导型启动子是指在某些特定的物理或化学信号的刺激下，该种类型的启动子可以大幅度地提高基因的转录水平。实例二：基因工程制药分析将目的基因导入受体细胞的方法阅读教材P82最后两段，回答以下问题：如何将目的基因导入大肠杆菌细胞？培育乳腺生物反应器，应将目的基因

10、导入动物的什么细胞？最常用的方法是什么？Ca2+转化法受精卵将目的基因导入微生物细胞显微注射法在基因工程操作中，常用原核生物作为受体细胞，其中以大肠杆菌应用最为广泛。转化大肠杆菌细胞最常用的方法是：首先用Ca2+处理细胞，使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态，这种细胞称为感受态细胞。第二步是将重组表达载体DNA分子溶于缓冲液中与感受态细胞混合，在一定的温度下促进感受态细胞吸收DNA分子，完成转化过程。Ca2+转化法显微注射法示意图普通鼠与生长速度加快的转基因鼠1982年，科学家将含有生长激素基因的重组DNA片段，通过显微操作仪注射到受精卵内还未融合的雄性细胞核中，体外培养一段时间

11、后再将胚胎移植到雌性小鼠子宫内，获得了成功转入目的基因的体型大、生长快的超级小鼠。实例二：基因工程制药分析将目的基因导入受体细胞的方法将目的基因导入动物细胞显微注射法显微注射法示意图普通鼠与生长速度加快的转基因鼠1982年，科学家将含有生长激素基因的重组DNA片段，通过显微操作仪注射到受精卵内还未融合的雄性细胞核中，体外培养一段时间后再将胚胎移植到雌性小鼠子宫内，获得了成功转入目的基因的体型大、生长快的超级小鼠。实例二：基因工程制药分析将目的基因导入受体细胞的方法将目的基因导入动物细胞显微注射法应用基因工程技术对细胞成功改造后，还要应用哪些工程技术才能最终获得药物产品？实例二：基因工程制药延伸

12、思考利用微生物生产药物普通微生物转基因微生物（基因工程菌）工厂化生产药物基因工程发酵工程利用乳腺生物反应器生产药物普通哺乳动物转基因受精卵转基因哺乳动物（乳腺生物反应器）基因工程胚胎工程从大肠杆菌的结构、繁殖方式等方面分析，利用其工厂化生产药用蛋白，有何优点？推测如果利用大肠杆菌生产人的生长激素可能存在什么问题？相比之下，用乳腺生物反应器生产人的生长激素有何优越之处？乳腺生物反应器的技术流程更为复杂，周期更长，为什么科学家还要发明这种方法？实例二：基因工程制药延伸思考对比大肠杆菌乳腺生物反应器优点繁殖快、单细胞、遗传物质相对较少等蛋白质活性更高、更稳定，而且产物直接经乳汁分泌，提纯方便缺点获得

13、的表达产物活性不佳、需要对表达产物进行人工加工等技术流程更为复杂，周期更长更能满足人们对药用蛋白质量的要求基因表达载体的构建基因表达载体的组成目的基因、标记基因、启动子、终止子、复制原点构建流程用限制酶分别切割载体和含有目的基因的DNA片段DNA连接酶连接形成重组DNA分子将目的基因导入受体细胞常用方法植物细胞：花粉管通道法、农杆菌转化法目的基因的检测与鉴定包括分子水平：检测DNA、mRNA、蛋白质个体水平：是否出现相应的性状目的基因的筛选与获取获取方法人工合成、PCR（常用）、构建基因文库动物细胞：显微注射法微生物细胞：Ca2+转化法小结：基因工程的基本操作步骤工程思维拓展任务 针对人类生产或生活的某一需求，在基因工