2024-2025學(xué)年高二生物人教版選擇性必修3教學(xué)課件 第3章 第2節(jié) 第2課時 將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞、目的基因的檢測與鑒定

第2節(jié)第2課時將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞、目的基因的檢測與鑒定第3章基因工程人教版高中生物選擇性必修3

學(xué)習(xí)目標(biāo)1.列舉將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞、動物細(xì)胞和微生物細(xì)胞的方法。2.列舉檢測與鑒定目的基因在受體細(xì)胞中是否穩(wěn)定維持和表達(dá)其遺傳特性的方法。3.能夠用流程圖的形式概括出基因工程的基本操作程序。4.針對人類生產(chǎn)或生活中的某一需求，能運(yùn)用基因工程技術(shù)嘗試設(shè)計(jì)獲得某一轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的方案。

情境導(dǎo)入轉(zhuǎn)基因抗蟲棉目的基因的篩選與獲取基因表達(dá)載體的構(gòu)建將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞目的基因的檢測與鑒定1997年，我國政府首次批準(zhǔn)商業(yè)化種植轉(zhuǎn)基因抗蟲棉。到2015年，我國已育成轉(zhuǎn)基因抗蟲棉新品種100多個，減少農(nóng)藥用量40萬噸，增收節(jié)支社會經(jīng)濟(jì)效益450億元。將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞一目的基因的檢測與鑒定二目錄目的基因進(jìn)入受體細(xì)胞內(nèi)，并且在受體細(xì)胞內(nèi)維持穩(wěn)定和表達(dá)的過程，稱為轉(zhuǎn)化。實(shí)質(zhì)：將目的基因整合到受體細(xì)胞基因組中。一

將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞一將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞的方法導(dǎo)入植物細(xì)胞導(dǎo)入動物細(xì)胞導(dǎo)入微生物細(xì)胞農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法花粉管通道法顯微注射法Ca2+轉(zhuǎn)化法（我國科學(xué)家獨(dú)創(chuàng)）（常用）轉(zhuǎn)化的概念：感受態(tài)細(xì)胞Ca2+處理細(xì)胞重組基因表達(dá)載體與感受態(tài)細(xì)胞混合感受態(tài)細(xì)胞吸收重組DNA分子42℃,1min冰上3minCa2＋處理

常用原核生物作為受體細(xì)胞，其中以大腸桿菌應(yīng)用最為廣泛，一般先用Ca2＋處理大腸桿菌細(xì)胞，使細(xì)胞處于一種能吸收周圍環(huán)境中DNA分子的生理狀態(tài)，然后再將重組的基因表達(dá)載體導(dǎo)入其中。一

將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞一1.導(dǎo)入微生物細(xì)胞1操作方法：2過程：將新鮮的從葉片上取下的圓形小片與農(nóng)桿菌共培養(yǎng)，然后篩選轉(zhuǎn)化細(xì)胞，并再生成植株將花序直接浸沒在含有農(nóng)桿菌的溶液中一段時間，然后培養(yǎng)植株并獲得種子，再進(jìn)行篩選、鑒定等導(dǎo)入體細(xì)胞導(dǎo)入受精卵將目的基因插入Ti質(zhì)粒的T-DNA中，通過農(nóng)桿菌的轉(zhuǎn)化作用，使目的基因進(jìn)入植物細(xì)胞。一

將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞一2.導(dǎo)入植物細(xì)胞農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法1操作方法：分析將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞和目的基因的檢測與鑒定任務(wù)1．在用土壤農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞的過程中，一定要將目的基因插入Ti質(zhì)粒的T－DNA上的原因是什么？大型環(huán)狀DNA（可轉(zhuǎn)移的DNA）農(nóng)桿菌細(xì)胞內(nèi)含有Ti質(zhì)粒，當(dāng)它侵染植物細(xì)胞后，能將Ti質(zhì)粒上的T-DNA（可轉(zhuǎn)移的DNA）轉(zhuǎn)移到被侵染的細(xì)胞，并且將其整合到該細(xì)胞的染色體DNA上。構(gòu)建表達(dá)載體導(dǎo)入植物細(xì)胞目的基因插入植物細(xì)胞染色體DNA上表達(dá)新性狀轉(zhuǎn)入農(nóng)桿菌植物組織培養(yǎng)Ti質(zhì)粒目的基因2過程：一

將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞一2.導(dǎo)入植物細(xì)胞第一次拼接

是將目的基因拼接到Ti質(zhì)粒的T-DNA上；第二次拼接

指被插入目的基因的T-DNA拼接到受體細(xì)胞染色體DNA上。第一次導(dǎo)入是將含目的基因的重組Ti質(zhì)粒導(dǎo)入農(nóng)桿菌；第二次導(dǎo)入

是指含目的基因的T-DNA導(dǎo)入受體細(xì)胞。第一次拼接第二次拼接第一次導(dǎo)入第二次導(dǎo)入一

將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞一2.導(dǎo)入植物細(xì)胞兩次拼接和兩次導(dǎo)入：

方法1方法2a.用微量注射器將含目的基因的DNA溶液直接注入子房中b.在植物受粉后的一定時間內(nèi)，剪去柱頭，將DNA溶液滴加在花柱切面上，使目的基因借助花粉管通道進(jìn)入胚囊導(dǎo)入受精卵（我國科學(xué)家獨(dú)創(chuàng)）適用生物：開花植物花粉管通道法一

將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞一2.導(dǎo)入植物細(xì)胞顯微注射法示意圖普通鼠與生長速度加快的轉(zhuǎn)基因鼠目的基因的表達(dá)載體提純?nèi)÷眩ㄊ芫眩╋@微注射受精卵發(fā)育獲得具有新性狀的動物①個體大，易操作。②受精卵全能性高，易培養(yǎng)成完整個體。一

將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞一3.導(dǎo)入動物細(xì)胞顯微注射法1操作方法：2過程：生物種類植物細(xì)胞動物細(xì)胞微生物細(xì)胞常用方法受體細(xì)胞轉(zhuǎn)化過程農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法顯微注射技術(shù)Ca+處理法體細(xì)胞或受精卵受精卵原核細(xì)胞將目的基因插入Ti質(zhì)粒的T-DNA→農(nóng)桿菌→導(dǎo)入植物細(xì)胞→整合到受體細(xì)胞的DNA上→表達(dá)將含有目的基因的表達(dá)載體提純→取受精卵→顯微注射→受精卵發(fā)育→獲得具有新性狀的動物Ca+處理細(xì)胞→微生物細(xì)胞膜的通透性增加形成感受態(tài)細(xì)胞→重組質(zhì)粒與感受態(tài)細(xì)胞混合→感受態(tài)細(xì)胞吸收DNA分子將目的基因?qū)氩煌?xì)胞的方法一

將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞一小結(jié)核心歸納受體細(xì)胞的選擇(1)對于植物來說，受體細(xì)胞可以是受精卵或體細(xì)胞，因?yàn)橹参锛?xì)胞具有全能性。(2)對于動物來說，受體細(xì)胞一般是受精卵，因?yàn)槭芫训娜苄愿?，而高度分化的動物體細(xì)胞的全能性受到抑制。(3)大腸桿菌和酵母菌在基因工程中都可以作為受體細(xì)胞，但又有所不同。大腸桿菌為原核細(xì)胞，而酵母菌為真核細(xì)胞(具有多種細(xì)胞器)，所以在生產(chǎn)需要加工和分泌的蛋白質(zhì)時，酵母菌比大腸桿菌有優(yōu)勢。分析將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞和目的基因的檢測與鑒定任務(wù)在含抗生素的選擇培養(yǎng)基上能生長的是導(dǎo)入了載體的細(xì)胞，這里的載體可能是基因表達(dá)載體，也可能是未插入目的基因的空載體。因此第四步需要對目的基因是否導(dǎo)入進(jìn)行進(jìn)一步的檢測。此外，即便在選擇培養(yǎng)基上能生長的細(xì)胞中導(dǎo)入的是基因表達(dá)載體，但是仍然不知道目的基因插入的位置、方向等是否正確，能否正確表達(dá)，因此也需要在轉(zhuǎn)錄和翻譯以及個體水平上進(jìn)行檢測和鑒定。2．基因表達(dá)載體中已經(jīng)具備標(biāo)記基因(如抗生素抗性基因)，對受體細(xì)胞進(jìn)行了篩選，為什么基因工程的第四步還要對目的基因進(jìn)行檢測和鑒定？

將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞一

目的基因的檢測與鑒定二目錄Bt基因mRNABt抗蟲蛋白抗蟲棉目的

：檢測目的基因進(jìn)入受體細(xì)胞后，是否穩(wěn)定維持和表達(dá)其遺傳特性類型檢測內(nèi)容方法分子水平的檢測個體生物學(xué)水平的鑒定檢測受體細(xì)胞的染色體DNA上是否插入了目的基因檢測目的基因是否轉(zhuǎn)錄出了mRNAPCR等技術(shù)檢測目的基因是否翻譯成蛋白質(zhì)抗原-抗體雜交技術(shù)個體是否具有相應(yīng)性狀抗蟲鑒定、抗病鑒定、活性鑒定等一

目的基因的檢測與鑒定二如：檢測棉花的染色體DNA上是否插入了Bt基因或檢測Bt基因——通過PCR等技術(shù)檢測轉(zhuǎn)基因生物提取DNAPCR操作是否擴(kuò)增出目的基因M：marker；1-陽性質(zhì)粒；2：原始品系；3-9轉(zhuǎn)Bt品系；

PCR瓊脂糖凝膠電泳檢測結(jié)果電泳操作一

目的基因的檢測與鑒定二1.分子水平的檢測①檢測目的基因是否導(dǎo)入電泳技術(shù)在目的基因的檢測和鑒定中的應(yīng)用思路將受體細(xì)胞的所有DNA分子提取出來進(jìn)行電泳實(shí)驗(yàn)，與marker對比判斷是否含目的基因。非轉(zhuǎn)基因棉花轉(zhuǎn)基因抗蟲棉陰性對照一

目的基因的檢測與鑒定二拓展

基因探針是一段帶有檢測標(biāo)記（熒光或同位素標(biāo)記），且順序已知的，與目的基因能互補(bǔ)的核酸序列（DNA或RNA）。檢測

將待測DNA與目的基因探針混合，如果發(fā)生了核酸雜交，則說明有目的基因一

目的基因的檢測與鑒定二如：檢測Bt基因是否翻譯出mRNA——通過PCR等技術(shù)檢測提取棉花細(xì)胞mRNA逆轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生DNA對擴(kuò)增產(chǎn)物進(jìn)行檢測用與Bt基因相關(guān)的引物進(jìn)行PCR擴(kuò)增BtM3C0T-9T-2T-51T-5T-23T-11T-20T-21T-34T-1010個PCR陽性棉花植株中，有四株Bt基因發(fā)生轉(zhuǎn)錄②檢測目的基因是否轉(zhuǎn)錄一

目的基因的檢測與鑒定二1.分子水平的檢測如：檢測Bt基因是否翻譯成Bt抗蟲蛋白——通過抗原-抗體雜交檢測蘇云金芽孢桿菌提取Bt毒蛋白注射小鼠體內(nèi)抗體標(biāo)記抗體提取蛋白電泳分離抗原抗體雜交③檢測目的基因是否翻譯一

目的基因的檢測與鑒定二1.分子水平的檢測轉(zhuǎn)基因生物鑒定方法成功標(biāo)志抗病毒（菌）植物抗除草劑植物獲取目的基因產(chǎn)物的轉(zhuǎn)基因生物分析將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞和目的基因的檢測與鑒定任務(wù)3．如果目的基因是抗蟲基因，在個體水平上怎么檢測？如果目的基因是耐鹽基因呢？如果目的基因是抗蟲基因，則要進(jìn)行抗蟲接種實(shí)驗(yàn)。如果目的基因是耐鹽基因，則要用一定濃度的鹽水澆灌。病毒（菌）接種實(shí)驗(yàn)未染病噴灑除草劑正常生長提取細(xì)胞產(chǎn)物與天然產(chǎn)品進(jìn)行功能活性比較功能、活性正?？剐澡b定、活性鑒定等2.個體水平檢測：拓展延伸1．復(fù)制水平的檢測(DNA分子雜交技術(shù))(1)原理：堿基互補(bǔ)配對原則。(2)基因探針：用放射性同位素或熒光物質(zhì)標(biāo)記的目的基因。拓展延伸1．復(fù)制水平的檢測(DNA分子雜交技術(shù))(3)檢測受體細(xì)胞是否含目的基因的具體過程：拓展延伸2．表達(dá)水平的檢測進(jìn)行轉(zhuǎn)錄水平的檢測原理與復(fù)制水平的檢測原理相似，只是被檢測的物質(zhì)不再是轉(zhuǎn)基因生物基因組DNA，而是轉(zhuǎn)基因生物細(xì)胞內(nèi)的mRNA；進(jìn)行翻譯水平的檢測則是利用抗原與抗體特異性結(jié)合的原理。跟蹤訓(xùn)練1.C基因編碼具有高度特異性殺蟲活性的C蛋白，V基因編碼的V蛋白是結(jié)構(gòu)和作用機(jī)理不同于C蛋白的殺蟲蛋白。利用C－V融合基因和載體(如圖)，獲得具有高抗蟲性的轉(zhuǎn)基因玉米。下列敘述錯誤的是

A.此載體中的T－DNA可轉(zhuǎn)移至植物細(xì)胞基因組中B.可采用含卡那霉素的培養(yǎng)基篩選轉(zhuǎn)基因植株C.可從分子水平、個體水平對轉(zhuǎn)基因玉米進(jìn)行檢測與鑒定D.與轉(zhuǎn)一種抗蟲基因相比，此玉米可延緩害蟲抗性基因頻率增加√可采用含潮霉素的培養(yǎng)基篩選轉(zhuǎn)基因植株，B錯誤。2.(2023·陜西西安高二調(diào)研)科學(xué)家將蘇云金桿菌中的Bt抗蟲蛋白基因(抗蟲基因)導(dǎo)入棉花的愈傷組織細(xì)胞并進(jìn)行組織培養(yǎng)獲得棉花植株。經(jīng)棉鈴蟲飼喂實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)棉花植株并無抗蟲性狀，科學(xué)家提取棉花葉片細(xì)胞中的有關(guān)成分進(jìn)行了如下操作。下列有關(guān)分析錯誤的是

A.提取細(xì)胞中的蛋白質(zhì)，采用抗原—抗體雜交技術(shù)進(jìn)行檢測，若檢測到細(xì)胞中無Bt

抗蟲蛋白，則說明抗蟲基因不能表達(dá)B.若經(jīng)A項(xiàng)檢測確定細(xì)胞中無Bt抗蟲蛋白，可采用PCR等技術(shù)檢測細(xì)胞中的RNA，若

測到Bt抗蟲蛋白的mRNA，則說明抗蟲基因能正常轉(zhuǎn)錄和翻譯C.若經(jīng)B項(xiàng)檢測確定細(xì)胞中無Bt抗蟲蛋白的mRNA，可采用PCR等技術(shù)檢測細(xì)胞中的

DNA，若能檢測到抗蟲基因，則可能是抗蟲基因反向插入載體中或抗蟲基因不能

正常轉(zhuǎn)錄D.若經(jīng)C項(xiàng)檢測確定細(xì)胞中無抗蟲基因，則可能是將沒有目的基因的載體DNA分子導(dǎo)

入了受體細(xì)胞√跟蹤訓(xùn)練若經(jīng)A項(xiàng)檢測確定細(xì)胞中無Bt抗蟲蛋白，可采用PCR等技術(shù)檢測細(xì)胞中的RNA，若能檢測到Bt抗蟲蛋白的mRNA，則可能是抗蟲基因能轉(zhuǎn)錄，但不能正常翻譯，B錯誤。課堂小結(jié)五分鐘查落實(shí)【要語必背】1.將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞的方法：農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法、花粉管通道法；將目的基因?qū)雱游锛?xì)胞的方法：顯微注射技術(shù)；將目的基因?qū)胛⑸锛?xì)胞的方法：用Ca2＋處理細(xì)胞，使細(xì)胞處于一種能吸收周圍環(huán)境中DNA分子的生理狀態(tài)。2.對于植物來說，受體細(xì)胞可以是受精卵或體細(xì)胞，因?yàn)橹参锛?xì)胞具有全能性。對于動物來說，受體細(xì)胞一般是受精卵，因?yàn)槭芫训娜苄愿?，而高度分化的動物體細(xì)胞的全能性受到抑制。3.目的基因的檢測與鑒定：首先是分子水平的檢測，包括通過PCR等技術(shù)檢測受體細(xì)胞的染色體DNA上是否插入了目的基因或檢測目的基因是否轉(zhuǎn)錄出了mRNA；從轉(zhuǎn)基因個體中提取蛋白質(zhì)，用相應(yīng)的抗體進(jìn)行抗原—抗體雜交，檢測目的基因是否翻譯成蛋白質(zhì)等。其次，還需要進(jìn)行個體生物學(xué)水平的鑒定。例如，通過采摘抗蟲棉的葉片飼喂棉鈴蟲來確定Bt基因是否賦予了棉花抗蟲特性以及抗性的程度?！鹃L句表達(dá)】1.轉(zhuǎn)化：

。2.農(nóng)桿菌侵染植物細(xì)胞時，可將外源基因遞送到植物細(xì)胞中的原因：_________________________________________________________________________________________。3.若目的基因的表達(dá)產(chǎn)物是某種特定的蛋白質(zhì)，檢測目的基因在子代轉(zhuǎn)基因小鼠中是否成功表達(dá)，常用的分子檢測方法是

，檢測的基本思路：_____________________________________________________________________________________________________________