3-2 基因工程的基本操作程序 课件（44张PPT1份视频）高中生物学人教版（2019）选择性必修三

(课件网) §3-2 基因工程的基本操作程序 基因工程 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的机制是什么吗？培育转基因抗虫棉一般需要哪些步骤？ 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。 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 目的基因的含义 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的基因就是目的基因。 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。 培育抗虫棉的抗虫基因 来 源 苏云金杆菌 作用原理 通过产生苏云金杆菌伴孢晶体蛋白（Bt抗虫蛋白），破坏鳞翅目昆虫的消化系统来杀死棉铃虫。科学家通过实验，将该细菌的“杀虫基因”转到棉花里，让棉花也能产生Bt抗虫蛋白抵抗虫害。 名 称 Bt抗虫蛋白基因，简称Bt基因。 苏云金杆菌 培育抗虫棉的抗虫基因 相关信息 当Bt抗虫蛋白被分解为多肽后，多肽与害虫肠上皮细胞的特异性受体结合，导致细胞膜穿孔，最后造成害虫死亡。Bt抗虫蛋白只有在某类昆虫肠道的碱性环境中才能表现出毒性，而人和牲畜的胃液呈酸性，肠道细胞也没有特异性受体。因此，Bt抗虫蛋白不会对人畜产生上述影响。 目的基因的筛选 方 法 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 举 例 在培育转基因抗虫棉之前，用苏云金杆菌制成的生物杀虫剂广泛用于防治棉花虫害已有多年历史。研究表明，苏云金杆菌的杀虫作用与Bt基因有关。科学家不仅掌握了Br基因的序列信息，也对Bt基因的表达产物———Bt抗虫蛋白有了较为深入的了解。因此，Bt基因是培育转基因抗虫棉较为合适的目的基因。 发 展 随着测序技术的发展，以及遗传序列数据库（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。 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，科学家人工合成了目的基因。 现在，常用PCR特异性地快速扩增目的基因。 获取目的基因的方法有多种 获得目的基因的方法 人工合成 目的基因 利用PCR获取和扩增目的基因 通过构建基因文库来获取目的基因 利用PCR获取和扩增目的基因 PCR含义 PCR是聚合酶链式反应的缩写。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。 该技术由穆里斯等人于1985 年发明，为此，穆里斯于1993 年获得了诺贝尔化学奖。 利用PCR获取和扩增目的基因 DNA复制和PCR反应的基本条件 条件 体内DNA复制 PCR反应 作用 模板 DNA母链 提供DNA复制的模板 原料 4种脱氧核苷酸 合成DNA子链的原料 酶 解旋酶 高温代替 打开DNA双链 DNA聚合酶 耐高温的DNA聚合酶 催化合成DNA子链 引物 需要 需要 使DNA聚合酶能够从引物的3'端开始连接脱氧核苷酸 其他 需要在一定的缓冲溶液中、通过控制温度使DNA复制在体外反复进行。 利用PCR获取和扩增目的基因 相关信息 真核细胞和细菌的DNA聚合酶都需要Mg2+激活。因此，PCR反应缓冲溶液中一般要添加Mg2+。 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的引物长度通常为20~30个核苷酸。 利用PCR获取和扩增目的基因 DNA 模板 4 种脱氧核苷酸 引物 耐高温的DNA 聚合酶 扩增的过 ... ...