Giáo án chuyên đề Sinh học 12 cánh diều Bài 3: Công nghệ gene và tạo sinh vật chuyển gene

Lúa Bắc thơm 7 mang gene kháng bạc lá, Bắc Ninh

(Nguồn: https://nongnghiep.vn/nhung-giong-lua-hoan-hao-hon-nho-chuyen-gen-khang-benh-d312111.html) 

Cá neon (cá phát sáng), 

Thành phố Hồ Chí Minh

(Nguồn: https://vtv.vn/trong-nuoc/da-co-ca-phat-sang-made-in-viet-nam-20161106080442478.htm) 

HOẠT ĐỘNG CỦA GV - HS

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Bước 1: Chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV sử dụng kĩ thuật Think - Pair - Share, yêu cầu HS nghiên cứu nội dung mục I SCĐ và thảo luận cặp đôi hoàn thành Phiếu học tập số 1 sau:

Bước 2: Thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS nghiên cứu nội dung mục I SCĐ tr.16 - 17, thảo luận thực hiện nhiệm vụ theo hướng dẫn của GV.

- GV quan sát, định hướng HS (nếu cần thiết).

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận

- GV sử dụng https://vongquaymayman.co/ mời đại diện HS trình bày câu trả lời.

Hướng dẫn trả lời câu 4 PHT số 1:

Khi đưa đoạn DNA ngoại lai đơn lẻ vào tế bào chủ, hầu như đoạn DNA này không thể chèn vào hệ gene của tế bào chủ hoặc tự nhân lên (thiếu tín hiệu tái bản) và thường bị thải trừ. Vector có chứa điểm nhận biết của các enzyme giới hạn, gene chỉ thị và vùng khởi đầu tái bản, cho phép chèn các đoạn DNA cần thiết (chứa gene chuyển), có khả năng nhân lên độc lập (tạo số lượng bản sao lớn) với sự phân chia tế bào chủ, không hoặc ít gây biến đổi hệ gene của tế bào chủ. Đồng thời, vector có khả năng giúp chèn đoạn gene cần chuyển vào hệ gene của tế bào.

Hướng dẫn trả lời câu 5 PHT số 1: Vị trí tồn tại của gene chuyển trong cơ thể chủ: trong hệ gene của tất cả tế bào chủ hoặc chỉ tồn tại ở các tế bào thuộc một bộ phận của cơ thể. Gene chuyển có thể di truyền nếu tồn tại ở tất cả tế bào trong đó có tế bào sinh sản.

- HS khác theo dõi, nhận xét, góp ý.

Bước 4: Đánh giá kết quả, thực hiện nhiệm vụ học tập

- GV nhận xét, đánh giá.

- GV chuẩn kiến thức và yêu cầu HS ghi chép đầy đủ vào vở.

- GV kết luận:

+ Cơ sở khoa học của kĩ thuật chuyển gene là quá trình đoạn DNA ngoại lai xâm nhập và hoạt động ở tế bào chủ.

+ Chuyển gene là kĩ thuật là đưa gene ngoại lai vào thể nhận bằng nhiều phương pháp khác nhau, từ đó tạo thành sinh vật biến đổi gene biểu hiện tính trạng do gene chuyển quy định.

+ Cần sử dụng vector thích hợp để chuyển gene từ tế bào này sang tế bào khác. Vector giúp gene chuyển nhân lên độc lập với sự phân chia tế bào chủ, không hoặc ít gây biến đổi hệ gene của tế bào chủ hoặc giúp chèn đoạn gene cần chuyển vào hệ gene của tế bào chủ.

- GV chuyển sang hoạt động tiếp theo.

I. CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA CÔNG NGHỆ GENE

- Công nghệ gene (công nghệ DNA tái tổ hợp) là quy trình kĩ thuật dựa trên nguyên lí tái tổ hợp DNA và nguyên lí biểu hiện gene, tạo ra các phân tử DNA tái tổ hợp và protein tái tổ hợp. 

- Kĩ thuật chuyển gene giữ vị trí trọng tâm trong công nghệ gene.

- Chuyển gene là kĩ thuật đưa gene ngoại lai vào tế bào, mô của một cơ thể khác bằng nhiều phương pháp khác nhau.

- Cơ sở khoa học của kĩ thuật chuyển gene: quá trình đoạn DNA ngoại lai xâm nhập và hoạt động ở tế bào chủ.

- Các yếu tố cần thiết cho quá trình chuyển gene:

+ Gene chuyển (DNA ngoại lai): đoạn DNA thu được từ hệ gene bằng kĩ thuật PCR, enzyme giới hạn, tổng hợp cDNA từ mRNA, tổng hợp nhân tạo.

+ Vector: mang gene chuyển vào tế bào nhận.

+ Enzyme giới hạn: cắt DNA hệ gene tại các vị trí nhận biết đặc hiệu.

+ Enzyme ligase: nối DNA ngoại lai vào vector.

+ Tế bào chủ: nhận vector tái tổ hợp.

- Trình tự thiết yếu của vector: 

+ Vùng khởi đầu tái bản.

+ Điểm nhận biết của các enzyme giới hạn.

+ Gene chỉ thị (thường là gene kháng kháng sinh).

- Các loại vector:

HOẠT ĐỘNG CỦA GV - HS

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Bước 1: Chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV chia lớp thành các nhóm, mỗi nhóm 4 – 6 HS.

- GV sử dụng kĩ thuật khăn trải bàn, yêu cầu HS nghiên cứu nội dung mục III SCĐ tr.18 - 19 và hoàn thành Phiếu học tập số 2:

Bước 2: Thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS nghiên cứu nội dung mục III SCĐ; thảo luận thực hiện nhiệm vụ theo hướng dẫn của GV.

- GV quan sát, định hướng HS (nếu cần thiết).

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận

- GV mời đại diện nhóm trình bày.

Hướng dẫn trả lời câu hỏi 1 PHT số 2: 

a) Gene chuyển được chuẩn bị: phân lập DNA từ hệ gene, tổng hợp cDNA từ mRNA, tổng hợp từ trình tự gene đã biết.

b) Cắt vector và đoạn DNA ngoại lai chứa gene chuyển bởi cùng một enzyme giới hạn, ủ để gene chuyển nối vào vector.

c) Chuyển vector chứa gene vào tế bào chủ bằng phương pháp trực tiếp hoặc gián tiếp.

d) Phân tích dòng tế bào tái tổ hợp bằng các phương pháp phù hợp để thu nhận sản phẩm (mRNA hoặc protein).

- Nhóm khác theo dõi, nhận xét, góp ý.

Bước 4: Đánh giá kết quả, thực hiện nhiệm vụ học tập

- GV nhận xét, đánh giá.

- GV chuẩn kiến thức và yêu cầu HS ghi chép đầy đủ.

- GV chuyển sang hoạt động tiếp theo.

II. CÁC BƯỚC TRONG CÔNG NGHỆ GENE

Bước 1. Phân lập gene chuyển: Thu gene chuyển từ hệ gene bằng kĩ thuật PCR hay bằng enzyme giới hạn, hoặc là cDNA được tổng hợp từ mRNA bằng kĩ thuật PCR phiên mã ngược (RT-PCR),...

Bước 2. Cài gene chuyển vào vector: Cắt đoạn DNA mang gene chuyển và vector bằng cùng enzyme giới hạn, nối gene chuyển vào vector bằng ligase.

Bước 3. Chuyển vector vào tế bào nhận: Chuyển gene trực tiếp hoặc gián tiếp bằng kĩ thuật phù hợp như biến nạp, tải nạp, tiếp hợp.

Bước 4. Phân tích dòng tế bào tái tổ hợp và thu nhận sản phẩm: Kiểm tra sự hiện diện của gene chuyển trong tế bào chủ; tái sinh tạo cơ thể in vitro mang gene chuyển; phân tích sự biểu hiện của các gene chuyển ở sinh vật chuyển gene; thu nhận sản phẩm.