Giáo án chuyên đề Sinh học 12 chân trời Bài 3: Công nghệ gene và thành tựu

HOẠT ĐỘNG CỦA GV - HS

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Bước 1: Chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV giới thiệu thêm một số sản phẩm của công nghệ gene:

               Gạo vàng             Cá hồi chuyển gene

(https://tepbac.com/tin-tuc/full/ca-hoi-bien-doi-gene-duoc-thuong-mai-hoa-o-my-28271.html)  

- GV dẫn dắt vấn đề, yêu cầu HS trả lời câu hỏi 1 SCĐ tr.19: Việc chuyển gene giữa các loài khác nhau được tiến hành dựa trên cơ sở nào?

- Dựa trên câu trả lời của HS, GV yêu cầu HS khái quát khái niệm công nghệ gene.

- GV chiếu hình 3.1, yêu cầu HS thảo luận cặp đôi thực hiện câu hỏi thảo luận 2 SCĐ tr.20 và điền vào bảng nhóm: Quan sát Hình 3.2, hãy mô tả các bước trong công nghệ gene.

Bước 2: Thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS quan sát hình ảnh, kết hợp đọc thông tin mục I SGK tr.19 - 20, thực hiện nhiệm vụ theo hướng dẫn của GV.

- GV quan sát hoạt động của các nhóm và định hướng HS (nếu cần thiết).

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

- GV sử dụng https://vongquaymayman.co mời HS trả lời câu hỏi thảo luận.

- Các HS khác nhận xét, bổ sung.

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

- GV nhận xét, đánh giá câu trả lời của các nhóm HS, thái độ làm việc của HS trong nhóm.

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

- GV dẫn dắt sang hoạt động tiếp theo.

I. CÔNG NGHỆ GENE

- Công nghệ gene là quy trình công nghệ dựa trên nguyên lí tái tổ hợp DNA và nguyên lí biểu hiện gene, sản phẩm tạo ra gồm DNA tái tổ hợp và protein tái tổ hợp với số lượng lớn trên quy mô công nghiệp, được sử dụng để phục vụ cho đời sống thực tiễn.

- Quy trình công nghệ gene gồm:

(1) Tách dòng phân tử;

(2) Tạo vector tái tổ hợp;

(3) Biến nạp vector tái tổ hợp vào tế bào chủ;

(4) Tạo dòng vector tái tổ hợp.

Hướng dẫn trả lời câu hỏi 1 SCĐ tr.19: Chuyển gene giữa các loài khác nhau được tiến hành dựa trên cơ sở đoạn DNA hoặc gene ngoại lai được chuyển tử loài này vào một loài khác và được biểu hiện thành sản phẩm.

Hướng dẫn trả lời câu hỏi 2 SCĐ tr.20: 

+ Bước 1: Tách dòng phân tử (đoạn DNA hoặc gene mong muốn) từ phân tử DNA nhiễm sắc thể của tế bào cho.

+ Bước 2: Tạo vector tái tổ hợp: gene mong muốn được cài vào vector chuyển gene để tạo vector tái tổ hợp.

+ Bước 3: Biến nạp vector tái tổ hợp vào tế bào chủ: vector tái tổ hợp được chuyển vào tế bào chủ bằng biến nạp.

+ Bước 4: Tạo dòng vector tái tổ hợp: nuôi cấy tế bào chủ chứa DNA tái tổ hợp để nhân dòng gene mong muốn hoặc tạo điều kiện cho gene đã ghép được biểu hiện để thu được protein tái tổ hợp.

HOẠT ĐỘNG CỦA GV - HS

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Bước 1: Chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV tổ chức lớp học theo hình thức vòng tròn học tập mở, trong đó gồm có bốn trạm học tập. Mỗi HS phải tham gia đủ bốn trạm học tập.  

Trạm bắt buộc (tất cả HS đều phải tham gia):

+ Trạm 1: Vai trò và đặc điểm của vector chuyển gene.

+ Trạm 2: Một số vector chuyển gene phổ biến.

+ Trạm 3: Tạo vector tái tổ hợp.

+ Trạm 4: Tế bào chủ.

- Từ trạm 1 đến 4, HS có thể tự do lựa chọn các trạm học tập (bắt đầu hay kết thúc tại một trạm bất kì nào đó). Thời gian để HS tham gia mỗi trạm không quá 15 phút. GV có thể thiết kế thêm các trạm chờ (tùy theo không gian lớp học).

- Tại mỗi trạm, GV chuẩn bị nội dung theo gợi ý trong SCĐ, tăng cường sử dụng hình ảnh, sơ đồ, video,... có liên quan đến thông tin ở mỗi trạm. Nhiệm vụ của HS ở mỗi trạm  là trả lời các câu hỏi thảo luận trong SCĐ bằng cách hoàn thành Phiếu học tập số 1.

Bước 2: Thực hiện nhiệm vụ học tập

- Tại mỗi trạm, HS hoạt động theo cặp đôi để hoàn thành Phiếu học tập số 1 dưới sự hướng dẫn của GV.

- GV quan sát hoạt động của các nhóm; lưu ý HS trả lời các câu hỏi sau:

1. Nêu một số vector chuyển gene phổ biến.

2. Hiện nay, nhiều loại vector chuyển gene đã được cải tiến để nâng cao hiệu quả chuyển gene. Theo em, người ta có thể cải biến những đặc điểm nào của vector?

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

- HS trình bày câu trả lời dựa trên kết quả thảo luận nhóm bằng phương pháp thuyết trình.

- Các nhóm khác nhận xét, góp ý.

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

- GV đánh giá, nhận xét kết quả trả lời của HS, thái độ làm việc của HS trong nhóm (Phụ lục).

- GV chuẩn kiến thức, yêu cầu HS ghi chép vào vở.

- GV dẫn dắt sang hoạt động tiếp theo.

II. CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA CHUYỂN GENE

- Cơ sở khoa học của chuyển gene là sự biến nạp, khả năng di truyền và biểu hiện của gene chuyển trong tế bào chủ.

1. Vai trò và đặc điểm của vector chuyển gene

a. Vai trò của vector chuyển gene

- Mang, vận chuyển gene vào tế bào nhận và biểu hiện gene.

b. Đặc điểm của vector chuyển gene

- Có trình tự khởi đầu sao chép (điểm Ori).

- Có các trình nhận biết (palindrom) là vị trí enzyme cắt giới hạn nhận biết để cắt mở vòng DNA và gắn với gene cần chuyển. Mỗi trình tự nhận biết chỉ đặc hiệu với một loại enzyme cắt giới hạn.

- Có trình tự khởi động (promoter) và các trình tự nucleotide khác cần thiết cho sự biểu hiện gene.

- Đảm bảo được sự di truyền bền vững của DNA tái tổ hợp ở dạng độc lập hoặc khi gắn vào nhiễm sắc thể của tế bào nhận.

- Có các gene chỉ thị (gene đánh dấu - marker genes) để nhận biết được tế bào nhận có chứa DNA tái tổ hợp.

- Có nhiều bản sao để thu nhận với số lượng lớn và đảm bảo sự khuếch đại của gene được gắn vào.

c. Đặc điểm của plasmid pBR322 ở vi khuẩn E.coli

- Hai gene khác thuốc kháng sinh ampicillin (amp^R) và tetracycline (tet^R).

- Có trình tự khởi đầu sao chép (điểm Ori) để có thể nhân lên trong tế bào nhận.

- Có các trình tự nhận biết bởi enzyme cắt giới hạn để cắt mở vòng plasmid và gắn với gene cần chuyển.

- Có khả năng sao chép độc lập với DNA vùng nhân của tế bào.

- Có các gene chỉ thị (gene đánh dấu – marker genes) để nhận biết được tế bào nhận có chứa DNA tái tổ hợp.

2. Một số vector chuyển gene phổ biến

- Vector plasmid: là các phân tử DNA có kích thước nhỏ, dạng vòng, có nguồn gốc từ vi khuẩn, thường chứa các gene chỉ thị là gene quy định tính kháng thuốc kháng sinh.

+ Plasmid thế hệ thứ nhất: dạng plasmid tự nhiên (pSC101).

+ Plasmid thế hệ thứ hai: là các plasmid nhân tạo (pBR322).

+ Plasmid thế hệ thứ ba: là các plasmid đa năng và chuyên dụng, có kích thước nhỏ, sao chép nhanh, tạo số lượng bản sao lớn (dòng pUC và dòng Gemini).

- Vector virus: là các virus có khả năng xâm nhiễm vào tế bào vi khuẩn (phage λ, phage M13,...).

- Ti plasmid: là plasmid có nguồn gốc từ vi khuẩn đất Agrobacterium tumefaciens.

3. Tạo vector tái tổ hợp

- Quy trình tạo vector tái tổ hợp từ plasmid:

Bước 1: Tách gene cần chuyển và cắt mở vòng plasmid bằng enzyme cắt giới hạn.

Bước 2: Gắn gene cần chuyển vào plasmid bằng enzyme ligase để tạo vector tái tổ hợp.

- Phát hiện dòng tế bào mang plasmid tái tổ hợp bằng cách:

+ Tín hiệu phóng xạ được đánh dấu trên gene cần chuyển.

+ Sự biểu hiện của các gene chỉ thị trên plasmid.

4. Tế bào chủ

a. Tế bào chủ là sinh vật nhân sơ

- Đặc điểm: dễ nuôi cấy, tốc độ sinh trưởng nhanh, dễ thu nhận được nhiều loại vector.

Ví dụ: 

E.coli được sử dụng phổ biến 

b. Tế bào chủ là sinh vật nhân thực

- Đặc điểm: dễ nhân giống, tạo được các đột biến như vi khuẩn.

Ví dụ:

Nấm men S.cerevisiae được sử dụng phổ biến

PHIẾU HỌC TẬP SỐ 1

Tìm hiểu cơ sở khoa học của chuyển gene - Trạm …………….

Họ và tên: …………………………………………………………………………………

Lớp: ………………………………………………………………………………………

PHIẾU HỌC TẬP SỐ 1

Tìm hiểu cơ sở khoa học của chuyển gene - Trạm 1

Họ và tên: …………………………………………………………………………………

Lớp: ………………………………………………………………………………………

PHIẾU HỌC TẬP SỐ 1

Tìm hiểu cơ sở khoa học của chuyển gene - Trạm 2

Họ và tên: …………………………………………………………………………………

Lớp: ………………………………………………………………………………………

PHIẾU HỌC TẬP SỐ 1

Tìm hiểu cơ sở khoa học của chuyển gene - Trạm 3

Họ và tên: …………………………………………………………………………………

Lớp: ………………………………………………………………………………………

PHIẾU HỌC TẬP SỐ 1

Tìm hiểu cơ sở khoa học của chuyển gene - Trạm 4

Họ và tên: …………………………………………………………………………………

Lớp: ………………………………………………………………………………………