人教版 (2019)选择性必修3第2节 基因工程的基本操作程序精品课件ppt

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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有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。
培育转基因抗虫棉主要需要四个步骤：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、目的基因的检测与鉴定。 第一步：目的基因的筛选与获取 1．目的基因概念 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。根据不同的需要，目的基因是不同的，它主要是指编码蛋白质的基因，如与生物抗逆性、生产药物、毒物降解、工业用酶等相关的基因。
第一步：目的基因的筛选与获取 2．筛选合适的目的基因 从相关的已知结构和功能清晰的基因中进行筛选是较为有效的方法之一。随着测序技术的发展，以及序列数据库（如GenBank）、序列比对工具（如BLAST）等的应用，越来越多的基因的结构和功能为人们所知，这也为科学家找到合适的目的基因提供了更多的机会和可能。 思考：科学家为什么筛选Bt基因作为转基因抗虫棉的目的基因？
第一步：目的基因的筛选与获取 3．利用PCR获取和扩增目的基因 ⑴PCR概念 即聚合酶链式反应，它是一项根据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的技术。 ⑵ PCR反应条件 ①反应环境：缓冲溶液，提供合适的酸碱度和某些离子（如Mg2+）。 ②DNA母链：含目的基因，提供DNA复制的模板。 ③引物：2种，使DNA聚合酶能够从引物的3′端开始连接脱氧核苷酸，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。 ④原料：四种脱氧核苷酸。 ⑤酶：耐高温的DNA聚合酶，如Taq酶。注：PCR中解旋用高温代替。
激活真核细胞和细菌的DNA聚合酶
单链DNA或单链RNA
第一步：目的基因的筛选与获取 3．利用PCR获取和扩增目的基因 ⑶PCR获取和扩增目的基因的过程 PCR每次循环一般可以分为变性、复性和延伸三步： 变性（90℃以上）使DNA双链解旋 ↓冷却 复性（50℃左右）引物与模板链结合 ↓加热 延伸（72℃左右）DNA新链由5′端向3′端延伸 上述过程可以在PCR扩增仪（PCR仪）中自动完成。 ⑷目的基因的鉴定 常采用琼脂糖凝胶电泳来鉴定PCR的产物。
第一步：目的基因的筛选与获取 /////////用PCR可以扩增mRNA吗？///////// mRNA不可以直接扩增，需要将它逆转录成cDNA再进行扩增。由mRNA逆转录形成cDNA的过程是：第一步，逆转录酶以RNA为模板合成一条与RNA互补的DNA链，形成RNA-DNA杂交分子；第二步，核酸酶H降解RNA-DNA杂交分子中的RNA链，使之变成单链DNA；第三步，以单链DNA为模板，在DNA聚合酶的作用下合成另一条互补的DNA链，形成双链DNA分子，如下图所示。
第二步：基因表达载体的构建 1．构建基因表达载体的目的 让基因在受体细胞中稳定存在，并且遗传给下一代；同时使目的基因能够表达和发挥作用。 2．基因表达载体的组成
第二步：基因表达载体的构建 3．基因表达载体的构建
首先用一定的限制酶切割载体，使它出现一个切口；然后用同种限制酶或能产生相同末端的限制酶切割含有目的基因的DNA片段；再利用DNA连接酶将目的基因片段拼接到载体的切口处，这样就形成了一个重组DNA分子。
第三步：将目的基因导入受体细胞 构建好的基因表达载体需要通过一定的方式才能进入受体细胞。 1．花粉管通道法——我国科学家独创 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。 方法二：也可以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。
第三步：将目的基因导入受体细胞 2．农杆菌转化法 ⑴转化的概念 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。 ⑵适用的生物 主要是双子叶植物和裸子植物。 ⑶原理
农杆菌细胞内含有Ti质粒，当它侵染植物细胞后，能将Ti质粒上的T-DNA转移到被侵染的细胞，并且将其整合到该细胞的染色体DNA上。根据农杆菌的这种特点，如果将目的基因插入Ti质粒的T-DNA中，通过农杆菌的转化作用，就可以使目的基因进入植物细胞。
第四步：目的基因的检测与鉴定 目的基因进入受体细胞，是否稳定维持和表达其遗传特性，只有通过检测与鉴定才能知道。 1．分子水平的检测 ⑴利用PCR等技术检测转基因生物的DNA中是否插入了目的基因。 ⑵利用PCR等技术检测转基因生物的DNA中的目的基因是否转录出了mRNA。 ⑶利用抗原－抗体杂交技术检测目的基因是否翻译出了蛋白质。 2．个体生物学水平的鉴定 对转基因生物进行抗性接种实验，检测其是否具有抗性及抗性程度；或比较基因工程产品与天然产品的功能活性是否相同。
小结：基因工程的基本操作流程图
阅读教材P77、P82页相关内容，分析基因工程基本操作中获取目的基因的方法、将目的基因导入受体细胞的方法。 1．获取目的基因的方法 ⑴利用DNA合成仪人工合成目的基因的方法适合长度较小的基因。 ⑵利用PCR获取和扩增目的基因的方法，既可以扩增已得到的基因或DNA片段，也可以用来扩增很长的DNA分子中的目的基因。用该方法的前提是“要有一段已知目的基因的核苷酸序列”，即要知道目的基因边界的碱基序列作为引物。 ⑶通过构建基因文库来获取目的基因，基因文库包括基因组文库（包含了一种生物的所有基因）和cDNA文库（包含了一种生物的部分基因，其基因是通过“反转录法”获得的）。
阅读教材P77、P82页相关内容，分析基因工程基本操作中获取目的基因的方法、将目的基因导入受体细胞的方法。 2．将目的基因导入受体细胞的方法 ⑴受体细胞为植物细胞 花粉管通道法；农杆菌转化法。 ⑵受体细胞为动物细胞 将目的基因导入动物受精卵最常用的一种方法是利用显微注射将目的基因注入动物的受精卵中。 ⑶受体细胞为原核生物 如以大肠杆菌为受体细胞，先用Ca2+处理，使其处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态，然后再将重组的基因表达载体导入其中。
拓展应用 八氢番茄红素合酶（其基因用psy表示）和胡萝卜脱饱和酶（其基因用rtⅠ表示）参与β-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β-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。
⑴科学家在培育“黄金大米”时，将crtⅠ 和psy基因导入含pmi基因的质粒中，构建了质粒pSYN12424。该项研究的目的基因是______________，标记基因是_________,质粒pSYN12424的作用
crtⅠ 和psy基因
是_______________________。
将目的基因导入受体细胞
拓展应用 八氢番茄红素合酶（其基因用psy表示）和胡萝卜脱饱和酶（其基因用crtⅠ表示）参与β-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β-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。
⑵在构建质粒载体时，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？
不能。如果目的基因序列中含有限制酶的识别序列，则限制酶可能会将目的基因破坏。