资源简介

(共32张PPT)
中国抗虫棉之父
郭三堆
普通棉花
转基因抗虫棉
抗虫棉花核心技术于1995年申请国家发明专利，1998年正式授权，2001年该专利被国际知识产权组织及国家知识产权局授予发明专利金奖。它标志着我国成为继美国之后，世界上独立自主研制成功抗虫棉的第二个国家。
一条小虫引发的科技大战
普通棉花
转基因抗虫棉
苏云金杆菌
抗虫蛋白基因
抗虫蛋白
杀死害虫
一条小虫引发的科技大战
—中国农科院棉花研究所开发抗虫棉纪实
培育转基因抗虫棉一般需要哪些步骤
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.目的基因的 检测与鉴定
第2节第1课时
第2节 基因工程的基本操作程序
目标
01
02
03
针对人类生产和生活的某一需求，尝试提出初步的基因工程构想，完成初步设计。（科学探究）
结合实例，采用文字和图示方式说明基因工程的基本操作程序。（科学思维）
学习目标
运用结构与功能观等观念理解PCR技术的过程、原理、条件等（生命观念）
第二步：基因表达载体的构建
二/
第一步：目的基因的筛选与获取
一/
目录
CONTENTS
第三步：将目的基因导入受体细胞
三/
第四步：目的基因的检测与鉴定
四/
DNA 片段的扩增及电泳鉴定
五/
1.目的基因：
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。
主要是指编码蛋白质的基因
注意：不是所有的基因都编码蛋白质或肽链。
基因的种类一般分为结构基因、转录基因和调控基因。
结构基因的功能：
具有转录和翻译功能，能控制生物性状（编码蛋白质或肽链）。
转录基因的功能：
只有转录功能，没有翻译功能。能转录形成tRNA和rRNA
调控基因的功能：
不能进行转录和翻译，只能调控其他基因的表达。
目的基因：
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。
主要是指编码蛋白质的基因
注意：不是所有的基因都编码蛋白质或肽链。
（了解）
基因的种类一般分为结构基因、转录基因和调控基因。
结构基因的功能：
具有转录和翻译功能，能控制生物性状（编码蛋白质或肽链）。
转录基因的功能：
只有转录功能，没有翻译功能。能转录形成tRNA和rRNA
调控基因的功能：
不能进行转录和翻译，只能调控其他基因的表达。
如：Bt抗虫蛋白基因，简称Bt基因
Bt抗虫蛋白
使棉花抗虫
转基因番木瓜，它可以抵御番木瓜环斑病毒
转基因抗除草剂植物
目的基因：
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。
主要是指编码蛋白质的基因
抗逆性
毒物降解
生产药物
重组人胰岛素注射液
工业用酶
那么，如何筛选目的基因呢？
如：现在需要选择一种抗虫基因，该如何筛选？
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。
掌握了Bt基因的序列信息
Bt基因是培育转基因抗虫棉较为合适的目的基因
Bt基因的表达产物--Bt抗虫蛋白在起作用。
苏云金杆菌的杀虫作用与Bt基因有关
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。
1.DNA测序
2.序列数据库
（如GenBank）
3.序列比对工具
（如BLAST）
明确了目的基因后，该怎么获得它呢？
获取目的基因的常用方法有：
人工合成
从基因文库中获取
利用PCR获取和扩增目的基因
01
（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
2.从基因文库中获取
将含有某种生物不同基因的许多DNA片段，导入受体菌的群体中储存，各个受体菌分别含有这种生物的不同的基因，称为基因文库。
文库类型 cDNA文库 基因组文库
文库大小
基因中启动子（具有启动作用的DNA片段）
基因中内含子（位于编码蛋白质序列内的非编码DNA片段）
基因多少
小
大
无
有
无
有
某种生物的部分基因
某种生物的全部基因
2.从基因文库中获取
将含有某种生物不同基因的许多DNA片段，导入受体菌的群体中储存，各个受体菌分别含有这种生物的不同的基因，称为基因文库。（了解）
基因组文库
cDNA文库
某种生物体内的全部DNA
适当的不同限制酶切割
与质粒连接
受体菌
导入受体菌
怎样从基因文库中得到我们所需的目的基因呢？
2.从基因文库中获取
将含有某种生物不同基因的许多DNA片段，导入受体菌的群体中储存，各个受体菌分别含有这种生物的不同的基因，称为基因文库。（了解）
某种生物体内的全部DNA
适当的不同限制酶切割
与质粒连接
受体菌
导入受体菌
这还是一件比较复杂的事情，简单地说就是根据目的基因的有关信息，例如根据基因的核苷酸序列、基因的功能、基因在染色体上的位置、基因的转录产物mRNA 以及基因翻译产物蛋白质等特性来获取目的基因。
怎样从基因文库中得到我们所需的目的基因呢？
01
苏云金杆菌
Bt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
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。
3.利用PCR获取和扩增目的基因
3.利用PCR获取和扩增目的基因
（常用方法）
从 DNA 文库中获取并扩增目的基因通常采用PCR
PCR
（polymerase chain reaction）
聚合酶
链
反应
聚合酶链式反应
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。
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。
原理：
操作环境：
目的：
优点：
模拟体内DNA复制过程
思考：1. 结合体内DNA复制过程，思考PCR的进行需要哪些条件？
体内DNA复制参与的组分 在DNA复制中的作用 PCR中参与的组分
打开DNA双链
提供DNA复制的模板
合成子链的原料
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
解旋酶
DNA母链
4种脱氧核苷酸
DNA聚合酶
引物（通常为小的单链RNA）
无需解旋酶，用高温代替
DNA（目的基因）模板
4种脱氧核苷酸(dNTP)
耐高温的DNA聚合酶(Taq酶）
引物（通常为小的单链DNA）
反应还需要其它条件，如缓冲液（一般添加Mg2+）、和控温设备
微量离心管
缓冲液
PCR反应需要在一定的缓冲溶液中才能进行。真核细胞和细菌的DNA聚合酶都需要Mg 2+ 激活。因此，PCR反应缓冲溶液中一般要添加Mg 2+ 。
DNA模板
四种脱氧核苷酸(dNTP)
引物
分别与两条模板链结合的2种引物
耐高温的DNA聚合酶
（Taq酶）
耐高温的DNA聚合酶(Taq酶）
4种脱氧核苷酸（DNTP）
引物
待扩增的DNA片段（模板）
5’
5’
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。
26
思考：2. PCR技术获取目的基因时至少要经过几次循环才能从DNA分子中分离出目的基因？
5’
3’
5’
5’
第一次循环
第二次循环
3’
5’
第三次循环
3’
3’
以_______方式扩增，即____（n为扩增循环的次数）
指数
2n
可采用 来鉴定PCR的产物。
反应的结果：
目标DNA为：
2n-2n
产物鉴定：
3.利用PCR获取和扩增目的基因
琼脂糖凝胶电泳
琼脂糖凝胶电泳
DNA分子具有可解离的基团，在一定的pH下，这些基团可以带上正电荷或负电荷，在电场的作用下，这些带电分子会向与它所带电荷相反的电极移动，这个过程就叫电泳。
思考：3、如何对产物进行鉴定？
PCR技术 DNA复制
相同点 原则
原料
条件
不同点 解旋方式
场所
酶
结果
碱基互补配对
四种脱氧核苷酸
模板、能量、酶
DNA在高温下变性解旋
解旋酶催化
体外复制
细胞内（主要在细胞核内）
耐高温的DNA聚合酶
解旋酶、DNA聚合酶
大量的DNA片段
形成整个DNA分子
问题4:PCR技术与DNA复制过程比较？
1．PCR技术扩增DNA，需要的条件是（　　）
①目的基因 ②引物
③四种脱氧核苷酸 ④mRNA
⑤DNA聚合酶等 ⑥核糖体
A．①②③④ B．②③④⑤
C．①③④⑤ D．①②③⑤
C
2.下列有关体内DNA复制与PCR技术比较的叙述，错误的是
A.二者子链的延伸方向相同，均为5′端→3′端
B.二者均需要解旋酶破坏氢键来实现解旋
C.体内DNA复制需要能量，PCR反应也需要能量
D.二者遵循的碱基互补配对原则相同
B
3.（2021·全国甲卷·高考真题）PCR技术可用于临床的病原菌检测。为检测病人是否感染了某种病原菌，医生进行了相关操作：
①分析PCR扩增结果；②从病人组织样本中提取DNA；
③利用PCR扩增DNA片段；④采集病人组织样本。回答下列问题：
（1）若要得到正确的检测结果，正确的操作顺序应该是_________（用数字序号表示）。（2）操作③中使用的酶是____________________________。PCR 反应中的每次循环可分为变性、复性、_____三步，其中复性的结果是________________________________________。（3）PCR（多聚酶链式反应）技术是指________________________________________________________________________________________________________________________________。该技术目前被广泛地应用于疾病诊断等方面。
一项根据DNA半保留复制的原理，在体外参与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
④②③①
Taq酶(耐高温的DNA聚合酶）
延伸
引物通过碱基互补配对与单链DNA结合

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