生物人教版(2019)选择性必修3 3.2基因工程的基本操作程序(共36张ppt)

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名称 生物人教版(2019)选择性必修3 3.2基因工程的基本操作程序(共36张ppt)
格式 pptx
文件大小 8.6MB
资源类型 教案
版本资源 人教版(2019)
科目 生物学
更新时间 2023-08-20 20:34:39

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文档简介

(共36张PPT)
第二节 基因工程的基本操作程序
苏云金杆菌
与载体拼接
普通棉花
(无抗虫特性)
棉花细胞
抗虫棉
提取
表达Bt基因
导入
Bt基因
重组DNA分子
培育转基因抗虫棉的简要过程
问题探讨
1.目的基因的筛选与获取
2.基因表达载体的构建
目的基因
受体细胞
3.将目的基因导入受体细胞
4.目的基因的检测与鉴定
第一步:目的基因的筛选与获取
什么是基因
基因通常是有遗传效应的DNA片段
基因定义:
基因片段
非基因片段
原核生物的基因结构
非编码区
非编码区
编码区
编码区上游:启动子
编码蛋白质,连续不间断
编码区下游:终止子
真核生物的基因结构
非编码区
编码区
非编码区
外显子:编码蛋白质
内含子:不编码蛋白质
初级转录产物
成熟mRNA
剪接
mRNA
逆转录
cDNA
无剪接过程
第一步:目的基因的筛选与获取
一、目的基因
(1)概念:
用于改变受体细胞性状或获得预期表达产物等的基因;
与生物抗逆性、生产药物、毒物降解和工业用酶等相关的基因。(Bt抗虫蛋白基因)。
主要是编码特定蛋白质的基因
(2)实例:
如何筛选目的基因
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
苏云金杆菌的杀虫作用与Bt基因有关
掌握了Bt基因的序列信息
对Bt基因的表达产物--对Bt抗虫蛋白有了较为深入的了解
Bt基因是培育转基因抗虫棉较为合适的目的基因
二、筛选合适的目的基因
第一步:目的基因的筛选与获取
方法:从相关的已知结构和功能清晰的基因中筛选。
二、筛选合适的目的基因
DNA测序仪
核苷酸序列比对
氨基酸序列比对
美国国家生物信息中心
第一步:目的基因的筛选与获取
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,为科学家找到合适的目的基因提供更多机会和可能。
目的基因如何获取
第一步:目的基因的筛选与获取
三、目的基因的获取
方法:
1.人工合成
2. PCR获取和扩增目的基因
3. 构建基因文库(p82)
基因组文库
cDNA文库
基因文库:把某种生物基因DNA通过酶切获得大量DNA片段,然后将这些片段与载体连接,再转入受体菌中,这样整个菌群克隆就包含该生物的全部基因片段,称为基因文库。
PCR技术
第一步:目的基因的筛选与获取
聚合酶链式反应,根据DNA半保留复制的原理,在体外(PCR扩增仪)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。
概念:
体外模拟DNA复制,实现快速扩增DNA
PCR扩增仪
第一步:目的基因的筛选与获取
DNA复制所需的基本条件:
参与组分 在DNA复制中的作用
解旋酶(体外用高温代替)
DNA母链
4种脱氧核苷酸
DNA聚合酶
引物
提供DNA复制的模板
打开DNA双链
使DNA聚合酶能够从引物的3`端开始连接脱氧核苷酸
合成DNA子链的原料
催化合成DNA子链
DNA聚合酶不能直接发起子链的合成,只能催化单个核苷酸加到3`端而延伸子链
什么是引物?
第一步:目的基因的筛选与获取
PCR反应体系中有哪些必需的物质:
DNA模板
2种引物
原料:
耐高温的DNA聚合酶
Mg+ : 激活DNA聚合酶
有两条模板链
四种脱氧核苷酸
PCR扩增的过程:
1.目的基因DNA受热变性后解为单链(解旋)
变性
2.引物与单链相应互补序列结合
3.以单链DNA为模板,在DNA聚合酶的作用下延伸,即将四种脱氧核苷酸加到引物的3`端。
复性
延伸
PCR反应过程示意图:
第一轮循环:(每次循环分为变性、复性、和延伸三步。)
变性:解旋
PCR反应过程示意图:
第一轮循环:(每次循环分为变性、复性、和延伸三步。)
复性的过程只有引物与DNA模板链结合吗?
不一定,也存在解开的两条DNA单链的结合,
原因:①引物较短,更容易结合;②引物量多,引物与模板的碰撞结合机会更高。
引物结合概率更高。
PCR反应过程示意图:
第一轮循环:(每次循环分为变性、复性、和延伸三步。)
子链延伸方向从5`端到3`端
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循环的产物。
第二轮循环
第三轮循环
指数形式扩增:2n(n代表扩增循环的次数)
PCR反应过程示意图:
PCR扩增形式:
PCR反应过程都在PCR扩增仪中自动完成。
PCR反应过程:变性、复性和延伸
常采用琼脂糖凝胶电泳来鉴定PCR的产物。
如何判断PCR扩增是否成功?
一次成功的PCR扩增应产生与预期大小一致的DNA片段。
Marker
旁栏思考
用PCR可以扩增mRNA吗?
不能,RNA不稳定,不能直接作为模板,需要将mRNA逆转录为cDNA(RT-PCR),然后再进行扩增。
mRNA
逆转录酶
杂交双链
DNA链
mRNA链
核酸酶H
单链DNA
DNA聚合酶
cDNA
一般不可以,游离的DNA片段容易被分解,并且无法进行复制,更不能遗传给下一代。
获得目的基因之后可以直接导入受体细胞吗?
第二步:基因表达载体的构建
(核心)
一、基因表达载体的目的
(1)使目的基因在受体细胞中稳定存在,且可以遗传给下一代;
(2)使目的基因能够在受体细胞中表达和发挥作用。
二、基因表达载体的组成
位置:
功能:
RNA聚合酶识别和结合的部位,驱动基因转录
基因的上游(一段有特殊结构的DNA片段)
人们所需要的基因
位置:
功能:
基因的下游(一段特殊的DNA片断)
终止转录
便于重组DNA分子的筛选和鉴定
三、基因表达载体的构建过程
基因表达载体构建模式图
产生相同末端(同一种限制酶)
培育抗虫棉的简要过程
只使用一种DNA限制酶进行切割(单酶切) ,会有那些连接情况?
使用2种限制酶(双酶切)同时对目的基因和质粒切割,防止自连环化和随意连接。
载体
目的基因
自连环化
片段间的连接
目的基因自连
质粒自连
目的基因与质粒连接
目的基因与目的基因连接
质粒与质粒连接
2
2’
正向连接
1
2
2’
1’
2
2’
1’
1
思考
反向连接
1’
方法
植物细胞
农杆菌转化法(常用)
花粉管通道法(我国独创)
——显微注射法(p82)
——Ca2+处理法(p82)
第三步:将目的基因导入受体细胞
动物细胞
微生物细胞
花粉管通道法—植物细胞
②在植物授粉后一定时间内,剪去柱头,将DNA溶液滴在花柱切面,使目的基因通过花粉管通道进入胚囊。
①用微量注射器将含目的基因的DNA溶液直接注入子房中;
花粉管通道法导入外源DNA
第三步:将目的基因导入受体细胞
农杆菌转化法示意图
显微注射法—动物细胞
目的基因的表达载体
显微注射
到受精卵中
受精卵发育
获得具有新性状的动物
显微注射技术
①体积大,易操作
②全能性高
第三步:将目的基因导入受体细胞
Ca2+处理法--- 原核细胞
(1)使用Ca2+处理:
可使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态。
(2)过程
Ca2+处理细胞
感受态细胞
表达载体与感受态细胞混合
感受态细胞吸收DNA分子
大肠杆菌细胞
第三步:将目的基因导入受体细胞
感受态
繁殖快,结构简单
大肠杆菌(p82)
检测是否插入目的基因
检测目的基因是否转录
检测目的基因是否翻译
基因表达的过程
生物是否具有新性状
第四步:目的基因的检测和鉴定
分子水平的检测
个体生物学水平的检测
DNA
蛋白质
mRNA
性状
检测目的基因进入受体细胞后,是否稳定维持和表达其遗传特性
目的:
检测内容:
分子水平的检测
(1)基因是否插入(DNA)
(2)目的基因是否转录(mRNA)
方法:
1.PCR技术
2.分子杂交技术
需逆转录为cDNA再进行PCR鉴定
探针
32P
变性
变性
碱基互补配对原则
杂交DNA分子(可检测)
32P
目的DNA
目的RNA
(3)目的基因是否翻译
方法:
抗原-抗体杂交技术
个体生物学水平的检测
抗虫鉴定、抗病鉴定、抗逆鉴定等
转基因生物 鉴定方法 成功标志
抗虫植物
抗病毒植物
抗盐植物
抗除草剂植物
饲喂害虫
害虫死亡
病毒感染(病毒接种实验)
未出现病斑
盐水浇灌
正常生长
喷洒除草剂
正常生长
第四步:目的基因的检测与鉴定
基因工程的基本操作程序(4个步骤)
第一步:目的基因的筛选和获取
第二步:基因表达载体的构建
第三步:将目的基因导入受体细胞
利用PCR获取和扩增
人工合成;构建基因文库
目的基因、标记基因、启动子、终止子
农杆菌转化法(植物)、显微注射法(动物) 、Ca2+处理法(微生物)
分子检测:是否插入、转录、翻译
个体水平:是否具有抗性以及抗性强度等。
---核心
DNA片段的扩增及电泳鉴定
1、DNA体外扩增的原理
① PCR利用了DNA热变性的原理,通过调节温度来控制DNA双链的解聚与结合
② PCR仪实质上就是一台能够自动调控温度的仪器,一次PCR一般要经历30次循环
2、DNA片段电泳鉴定的原理
① 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,这些带电分子会向着与它所带电荷相反的电极移动,这个过程就是电泳
② 在凝胶中DNA分子的迁移速率与凝胶的浓度、DNA分子的大小和构象等有关
③ 凝胶中的DNA分子通过染色,可以在波长为300nm的紫外灯下被检测出来
一、实验原理:
二、材料用具
DNA片段的扩增及电泳鉴定
PCR仪
微量移液器
电泳装置
4种脱氧核苷酸的等量混合液、2种引物、TaqDNA聚合酶(耐高温)、模板DNA
扩增缓冲液、无菌水、电泳缓冲液、凝胶载样缓冲液、琼脂糖、核酸染料等
微量离心管
电泳槽
电泳仪
PCR反应体系的配方 10倍浓缩的扩增缓冲液 5ul
20mmol/l 的4种脱氧核苷酸的等量混合液 1ul
20umol/l 的引物I 2.5ul
20umol/l 的引物II 2.5ul
H2O 28-33ul
1-5U/ul 的Taq DNA聚合酶 1-2U
模板DNA 5-10ul
总体积 50ul
最后加
三、方法步骤
DNA片段的扩增及电泳鉴定
DNA片段的扩增及电泳鉴定
循环程序 变性 复性 延伸
预变性 94℃,5min — —
30次 94℃,30s 55℃,30s 72℃,1min
最后一次 94℃,1min 55℃,30s 72℃,1min
5-10min
确保模板DNA完全变性
总延伸:确保所有片段充分延伸
三、方法步骤
与DNA结合,使其在紫外灯下发出荧光
8:凝胶载样缓冲液(内含指示剂)
4:核酸染料:
1.指示电泳进度
溴酚蓝
2.增加PCR产物密度,确保其均匀沉入加样孔内
指示分子大小的标准参照物:
Marker
DNA片段的扩增及电泳鉴定
三、方法步骤
保持试剂最大活性及稳定性
注意2:冰上缓慢融化:
四、注意
DNA片段的扩增及电泳鉴定
五、结果分析与评价
1.你是否成功扩增出DNA片段?判断的依据是什么?
在紫外灯下观察:DNA条带的分布及粗细程度
2.你进行电泳鉴定的结果是几条条带?如果不止一条条带,请分析产生这个结果的可能原因?
1.没有条带:
期望只有一条目的带
漏加了PCR组分;
各组分用量不当;
PCR程序设置不当
2.不止一条条带:
引物设计不合理:
模板受到污染
退火(复性)温度过低
引物在模板链上不止一个结合位点
引物太短
课后作业
P83:练习与应用
小册子检测案13