3.2 基因工程的基本操作程序（第1课时）-2021-2022学年高二生物同步精讲课件（人教版2019选择性必修3）-教案课件习题试卷知识点归纳汇总-高中生物选择性必修第三册.pptx

3.2基因工程的基本操作程序-1新教材人教版选择性必修三【教学过程】TeachingProcess1.概念图3.教学总结、综合2.课堂教学内容4.课堂练习巩固典型习题规律总结探究实践建立模型基本步骤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？转基因抗虫棉与普通棉花转基因抗虫棉与普通棉花从社会中来抗虫棉的培育过程抗虫棉的培育过程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中从社会中来基因工程的基本操作程序：基因工程的基本操作程序：v获：目的基因的筛选与获取v构：基因表达载体的构建v导：将目的基因导入受体细胞v检：目的基因的检测和鉴定（核心）从社会中来（1）定义：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相关的基因根据不同的需要，目的基因不同，主要是指编码蛋白质的基因根据不同的需要，目的基因不同，主要是指编码蛋白质的基因。

如：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相关的基因资资料料：苏苏云云金金杆杆菌菌通通过过产产生生苏苏云云金金杆杆菌菌伴伴胞胞晶晶体体蛋蛋白白（Bt Bt 抗抗虫虫蛋蛋白白），破坏鳞翅目昆虫的消化系统来杀死棉铃虫破坏鳞翅目昆虫的消化系统来杀死棉铃虫科学家将科学家将“杀虫基因杀虫基因”转入棉花中，棉花产生转入棉花中，棉花产生Bt Bt 抗虫蛋白抵抗虫害抗虫蛋白抵抗虫害目的基因目的基因一.目的基因的筛选与获取1.目的基因非编码区非编码区非编码区非编码区启动子：启动子：RNARNA聚合酶的识别和结合聚合酶的识别和结合位点位点 开始转录开始转录编码区编码区（1）原核生物基因终止子终止子：终止：终止转录转录非编码区组成：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：编码蛋白质的合成一.目的基因的筛选与获取2.基因的结构 科学工作者分离得到了某科学工作者分离得到了某原核生物原核生物基因，并将其解离成两条单链基因，并将其解离成两条单链。

现让其中一条链与由该基因转录而来的信使现让其中一条链与由该基因转录而来的信使RNARNA杂交配对，结果如图所示杂交配对，结果如图所示非编码区非编码区非编码区非编码区非编码区非编码区非编码区非编码区编码区编码区编码区编码区信使信使RNARNA基因的一条链基因的一条链一.目的基因的筛选与获取1.目的基因（1）原核生物基因非编码区非编码区非编码区非编码区编码区编码区与与RNARNA聚合酶结合聚合酶结合位点位点外显子外显子内含子内含子1 12 23 34 45 5加工mRNA前体成熟mRNA不能编码蛋白质的序列=内含子+非编码区序列编码序列=外显子12345启动子启动子终止子终止子一.目的基因的筛选与获取1.目的基因（2）真核生物基因转录成熟信使成熟信使RNARNA对应基因的一条链对应基因的一条链编码区编码区编码区编码区非编码区非编码区非编码区非编码区非编码区非编码区非编码区非编码区一.目的基因的筛选与获取1.目的基因（2）真核生物基因【思考1】从基因组文库中获得的胰岛素基因（含内含子），若以大肠杆菌作为受体细胞却未得到对应的胰岛素，其原因可能是胰岛素基因胰岛素基因含含内含子内含子，在大肠杆菌中，其初始转录产物中与内含子对应的，在大肠杆菌中，其初始转录产物中与内含子对应的RNARNA序列序列不能不能被被切除切除，无法，无法表达表达出胰岛素出胰岛素原核细胞真核细胞不同点编码区是_的编码区是间隔的、_的相同点都由能够编码蛋白质的_和具有调控作用的_区组成的原核细胞与真核细胞的基因结构比较原核细胞与真核细胞的基因结构比较（2）编码相同数目氨基酸的蛋白质，原核细胞与真核细胞基因结构一样长吗？连续不连续编码区非编码（1）非编码序列：包括非编码区和内含子【思考2】一.目的基因的筛选与获取1.目的基因目的基因获取方法目的基因获取方法利用利用PCRPCR获取和扩增目的基因获取和扩增目的基因一.目的基因的筛选与获取2.目的基因的获取方法从相关的已知结构和功能清晰从相关的已知结构和功能清晰的基因中进行筛选的基因中进行筛选通过通过DNADNA合成仪合成仪直接合成直接合成从从基因文库基因文库中获取中获取基因组文库基因组文库部分基因文库（部分基因文库（）基因文库：基因文库：基因组文库：含有某种生物全部基因片段的重组DNA的克隆群体。

一.目的基因的筛选与获取2.目的基因的获取方法(1)从基因文库中直接获取建立基因组文库建立基因组文库某生物所有某生物所有DNADNA特定的限制酶特定的限制酶基因组所有基因基因组所有基因每个基因和载体结合重组每个基因和载体结合重组DNADNA分子分子导入受体菌导入受体菌基因组文库基因组文库一.目的基因的筛选与获取(1)从基因文库中直接获取建立建立cDNAcDNA基因文库基因文库某种生物的成熟某种生物的成熟mRNAmRNA单链单链DNA DNA 双链双链DNADNA片段（片段（cDNAcDNA）导入受体菌中储存导入受体菌中储存cDNAcDNA文库文库逆转录酶逆转录酶DNADNA聚合酶聚合酶与载体连接与载体连接一.目的基因的筛选与获取(1)从基因文库中直接获取基因组文库和部分基因文库的比较基因组文库和部分基因文库的比较文库类型cDNA文库基因组文库文库大小基因中启动子基因中内含子基因多少物种间基因交流小大无有无有某种生物的部分基因某种生物的全部基因可以部分基因可以一.目的基因的筛选与获取(1)从基因文库中直接获取DNA合成仪合成仪前提前提：基因比较小、核苷酸序列已知基因比较小、核苷酸序列已知方法：方法：通过通过DNADNA合成仪合成仪用化学方法直接合成目的基因用化学方法直接合成目的基因一.目的基因的筛选与获取2.目的基因的获取方法(2)人工合成目的基因的目的基因的mRNAmRNA单链单链DNA(cDNADNA(cDNA）双链双链DNADNA(即目的基因即目的基因)反转录反转录合成合成合成合成反转录法：反转录法：根据已知的氨基酸序列合成根据已知的氨基酸序列合成DNA DNA 蛋白质的氨基酸序列蛋白质的氨基酸序列mRNAmRNA的核苷酸序列的核苷酸序列结构基因的核苷酸序列结构基因的核苷酸序列推测推测推测推测目的基因目的基因化学合成化学合成一.目的基因的筛选与获取2.目的基因的获取方法(2)人工合成 PCR PCR由由穆里斯穆里斯等人（先入为主）等人（先入为主）于于19851985年发明，为此，穆里斯于年发明，为此，穆里斯于19931993年获得诺贝尔化学奖年获得诺贝尔化学奖 如果说，沃森和克里克发现如果说，沃森和克里克发现DNADNA双双螺旋结构，标志着分子生物学时代的开螺旋结构，标志着分子生物学时代的开启，那么启，那么PCRPCR技术则标志着分子生物学技术则标志着分子生物学的腾飞的腾飞。

PCRPCR技术的出现，彻底变革了技术的出现，彻底变革了生物化学、分子生物学、遗传学、以及生物化学、分子生物学、遗传学、以及现代医学等等现代医学等等一.目的基因的筛选与获取2.目的基因的获取方法(3)利用PCR获取和扩增目的基因 历史不能忘记中国科学家对历史不能忘记中国科学家对PCRPCR的贡的贡献钱嘉韵（中国台湾省，献钱嘉韵（中国台湾省，19761976年）年）PCR是_的缩写，是一项根据_的原理，在_提供参与DNA复制的_与_，对_进行_的技术；PCR技术：聚合酶链式反应DNA半保体外各种组分反应条件目的基因的核苷酸序列大量复制全称全称聚合酶链式反应DNA半保留复制体外（PCR扩增仪/PCR仪）对目的基因的核苷酸序列进行大量复制可以在短时间内大量扩增目的基因一.目的基因的筛选与获取2.目的基因的获取方法(3)利用PCR获取和扩增目的基因留复制原理原理操作环境操作环境目的目的优点：优点：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聚合酶引物提供DNA复制的模板合成DNA子链的原料打开DNA双链催化合成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（体外用耐高温的DNA聚合酶）（体外用高温代替）（2种）引物是一小段能与_的一段碱基序列_的_DNA母链互补配对短单链核酸35DNA母链35DNA母链35引物35引物一.目的基因的筛选与获取(3)利用PCR获取和扩增目的基因耐高温的耐高温的DNADNA聚合酶聚合酶（TaqTaq酶）酶）DNADNA模板模板引物引物稳定的缓冲溶液稳定的缓冲溶液（一般添加（一般添加MgMg2+2+）PCR条件:一.目的基因的筛选与获取(3)利用PCR获取和扩增目的基因四种脱氧核苷酸四种脱氧核苷酸(dNTP)(dNTP)激活真核细胞和细菌的DNA聚合酶3 35 53 35 53 35 53 35 5A.变性 当温度上升到当温度上升到9090以上以上时，时，双链双链DNADNA解聚为单链解聚为单链B.复性当温度下降到当温度下降到5 500左右左右时，时，两种引物通过两种引物通过碱基互补配对碱基互补配对与两条单链与两条单链DNADNA结合结合C.延伸当温度上升到当温度上升到7272左右左右时，时，溶溶液中的液中的4 4种脱氧核苷酸种脱氧核苷酸在在耐高温耐高温的的DNADNA聚合酶聚合酶的作用下，根据的作用下，根据碱碱基互补配对原则基互补配对原则合成新的合成新的DNADNA链链PCR反应过程3 35 53 35 53 35 53 35 53 35 53 35 53 35 53 35 5一.目的基因的筛选与获取(3)利用PCR获取和扩增目的基因第一轮循环的第一轮循环的产物产物作为第二轮反应的作为第二轮反应的模板模板，经过，经过变性、变性、复性和延伸复性和延伸三步产三步产生第二轮循环的产生第二轮循环的产物；物；第二轮循环的第二轮循环的产物产物作为第三作为第三轮反应的轮反应的模板模板，经过经过变性、复变性、复性和延伸性和延伸三步三步产生第三轮的产生第三轮的产物；产物；第二轮循环的产物第二轮循环的产物第三轮的产物第三轮的产物完成以后，完成以后，常采用常采用琼脂琼脂糖凝胶电泳糖凝胶电泳来鉴定来鉴定PCRPCR的的产物产物PCR反应过程一.目的基因的筛选与获取目的基因DNA_后_，_与单链相应互补序列结合；然后以_为模板在_作用下进行_，即将4种_加到_，如此重复循环多次。

过程归纳：受热变性解为单链引物延伸单链DNADNA聚合酶引物的3端脱氧核苷酸由于延伸后得到的_又可以作为下一个循环的_，因而每一次循环后目的基因的量可以增加_，即成_形式扩增（约为2n，其中n为扩增循环的次数）产物模板一倍指数每次循环一般可以分为_、_、_三步变性复性延伸PCR反应过程一.目的基因的筛选与获取(3)利用PCR获取和扩增目的基因用PCR可以扩增mRNA吗？mRNA不可以直接扩增，需要将它逆转录成cDNA再进行扩增逆转录酶逆转录酶以以RNARNA为模板合成一条与为模板合成一条与RNARNA互补的互补的DNADNA链链，形成，形成RNA-DNARNA-DNA杂交分子杂交分子；核酸酶核酸酶H H降解降解RNA-DNARNA-DNA杂交分子中的杂交分子中的RNARNA链链，使之变成，使之变成单链单链DNADNA；以单链以单链DNADNA为模板，在为模板，在DNADNA聚合酶聚合酶的作用下合成另一条互补的的作用下合成另一条互补的DNADNA链，形成链，形成双链双链DNADNA分子分子，即，即cDNAcDNA一.目的基因的筛选与获取(3)利用PCR获取和扩增目的基因PCR反应过程一.目的基因的筛选与获取(3)利用PCR获取和扩增目的基因9255753。