【高中生物】基因工程的基本操作程序（第1课时） 高二生物同步精品课堂（人教版2019选择性必修3）.pptx

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1、3.2 基因工程的基本操作程序（第1课时）普通棉花转基因抗虫棉 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？从社会中来基因工程培育抗虫棉的思路：苏云金杆菌提取 Bt抗虫蛋白基因导入 棉花细胞抗虫棉Bt基因表达 从社会中来与载体拼接 普通棉花（无抗虫特性）棉花细胞抗虫棉（有抗虫特性）导入抗虫基因 重组DNA分子培育转基因抗虫棉的简要过程1.目的基因的筛选与获取2.基因表达载体的构建3.将目的基因导入受体细胞4.

2、目的基因的 检测与鉴定抗虫棉的培育过程2.基因表达载体的构建1.目的基因的筛选与获取3.将目的基因导入受体细胞4.目的基因的 检测与鉴定Bt基因Ti质粒重组DNA分子将目的基因插入染色体DNA中 从社会中来(1)概念：在基因工程的设计和操作中，用于改变受体细胞性状或获得预期表达产物等的基因。(2)实例：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。主要指的是编码蛋白质的基因，也可以是一些具有调控作用的因子。1.目的基因资料：苏云金杆菌通过产生苏云金杆菌伴胞晶体蛋白（Bt抗虫蛋白），破坏鳞翅目昆虫的消化系统来杀死棉铃虫。科学家将“杀虫基因”转入棉花中，棉花产生Bt 抗虫蛋白抵

3、抗虫害。目的基因那么，如何筛选目的基因呢？第一步：目的基因的筛选与获取第一步：目的基因的筛选与获取真核细胞的基因结构编码区非编码区 非编码区内含子 外显子 启动子 终止子编码区上游 编码区下游 编码区：间隔的、不连续的有外显子、内含子之分间隔的、不连续的外显子：内含子：数量关系：外显子=内含子+1 能转录相应的mRNA，进一步能编码蛋白质的DNA序列能转录相应的mRNA，但却不能编码蛋白质的DNA序列第一步：目的基因的筛选与获取非编码区非编码区启动子：RNA聚合酶的识别和结合位点 开始转录编码区原核生物基因终止子：终止转录非编码区组成：编码区上游与编码区下游功能：不能编码蛋白质，调控调控遗传信

4、息的表达启动子：RNA聚合酶结合位点 转录起始的信号终止子：终止RNA的合成编码区：编码蛋白质的合成第一步：目的基因的筛选与获取2.目的基因的筛选：从相关的已知结构和功能清晰的基因中筛选。DNA测序仪 明确了目的基因后，该怎么获得它?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）第一步：目的基因的筛选与获取（1）人工合成3.目的基因的获取在我国首批具有较高抗虫活性的转基因抗虫棉的培育过程中，科学家采用的是人工合成的方法。前提：方法：基因比较小、核苷酸序列已知通过DNA合成仪用化学方法直接合成DNA合成仪转基因抗虫棉第一步：目的基因的筛选与获取苏云金杆菌B

5、t基因？快速获得大量Bt基因PCR 聚合酶链式反应原 理：DNA半保留复制，即在体外提供参与 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的技术。提取（2）利用PCR获取和扩增目的基因3.目的基因的获取PCR由穆里斯等人于1985年发明，为此，穆里斯于1993年获得诺贝尔化学奖。4.利用PCR获取和扩增目的基因（常用）(1)概念：PCR全称为_，是一项在生物_复制_的核酸合成技术聚合酶链式反应 体外特定DNA片段(2)PCR利用的原理是_ DNA复制第一步：目的基因的筛选与获取第一步：目的基因的筛选与获取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

6、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第一步：目的基因的筛选与获取4.利用PCR获取和扩增目的基因耐高温的DNA聚合酶（Taq酶）DNA模板引物稳定的缓冲溶液（一般添加Mg2+）PCR条件:四种脱氧核苷酸(dNTP)激活真核细胞和细菌的DNA聚合酶第一步：目的基因的筛选与获取3 53 53535A.变性 当温度上升到90以上时，双链DNA解聚为单链B.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C.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

7、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PCR反应过程3 53 5353 53535353 5第一步：目的基因的筛选与获取第一轮循环的产物作为第二轮反应的模板，经过变性、复性和延伸三步产生第二轮循环的产物；第二轮循环的产物作为第三轮反应的模板，经过变性、复性和延伸三步产生第三轮的产物；第二轮循环的产物 第三轮的产物完成以后，常采用琼脂糖凝胶电泳来鉴定PCR的产物PCR反应过程第一步：目的基因的筛选与获取第一步：目的基因的筛选与获取PCR过程905072延伸905072变性905072退火4.利用PCR获取和扩增目的基因第一步：目的基因的筛选与获取耐高温的DNA聚合酶(T

8、 aq酶）4种脱氧核苷酸（DNTP）引物待扩增的DNA片段（模板）55变性 复性延伸温度上升到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。第一步：目的基因的筛选与获取9050723 553耐高温的DNA聚合酶引物1 引物2 4种脱氧核苷酸模板DNA目的基因主要是DNA单链或RNA4.利用PCR获取和扩增目的基因第一步：目的基因的筛选与获取(3)PCR技术所需的基本条件参与的组分 在PCR中的作用 前提条件高温模板DNA4种脱氧核苷酸耐高温的DNA聚

9、合酶引物一定的缓冲溶液(Mg2)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子链使耐高温的DNA聚合酶能够从引物的3端开始连接脱氧核苷酸已知基因的核苷酸序列提供合适的酸碱度和离子，DNA聚合酶需要Mg2激活905072变性3 5534.利用PCR获取和扩增目的基因第一步：目的基因的筛选与获取905072退火4.利用PCR获取和扩增目的基因第一步：目的基因的筛选与获取905072延伸4.利用PCR获取和扩增目的基因第一步：目的基因的筛选与获取905072变性4.利用PCR获取和扩增目的基因第一步：目的基因的筛选与获取905072退火4.利用PCR获取和扩增目的基因第一步：

10、目的基因的筛选与获取905072延伸4.利用PCR获取和扩增目的基因第一步：目的基因的筛选与获取905072变性第一步：目的基因的筛选与获取905072退火第一步：目的基因的筛选与获取905072延伸第一步：目的基因的筛选与获取(4)PCR技术扩增过程a、变性（超过90）：双链DNA模板在热作用下，断裂，形成。b、复性（下降到50）：系统温度降低，引物与DNA模板通过碱基互补配对，形成局部。c、延伸（上升到72）：在TaqDNA聚合酶的作用下，溶液中的的 在 的作用下，根据碱基互补配对原则，合成与模板互补的 的新的DNA链。氢键单链DNA双链4种脱氧核苷酸5端3端耐高温的DNA聚合酶第一步：目

11、的基因的筛选与获取4.利用PCR获取和扩增目的基因(5)反应的结果：以_方式扩增，即_（n为扩增 循环的次数）指数 2n(6)采用 来鉴定PCR的产物。琼脂糖凝胶电泳第一步：目的基因的筛选与获取比较PCR技术与体内DNA复制项目PCR技术 体内DNA复制相同点原则原料条件碱基互补配对原则四种脱氧核苷酸均需要模板、引物、酶等第一步：目的基因的筛选与获取比较PCR技术与体内DNA复制项目PCR技术 体内DNA复制相同点场所解旋方式酶引物特点A TP温度条件结果细胞外（主要在PCR仪内）细胞内（主要在细胞核内）耐高温的DNA聚合酶解旋酶催化 DNA在高温下变性解旋解旋酶、DNA聚合酶小段RNA或单链DNA分子 一小段RNA体外迅速扩增 生物体内边解旋边复制不需要 需要在较高温度下进行 细胞内温和的条件短时间形成大量DNA片段 形成完整的DNA分子