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

CHÀO MỪNG CẢ LỚP

ĐẾN VỚI BÀI HỌC MÔN SINH!

KHỞI ĐỘNG

Vào năm 2000, một trong những sản phẩm dự án nghệ thuật chuyển gene mang tên “GFP Bunny” của giáo sư Eduardo Kac (thuộc Học viện Nghệ thuật Chicago) chính là Alba - một chú thỏ bạch tạng có khả năng phát huỳnh quang. Chú thỏ này được tạo ra nhờ chuyển gene mã hóa protein huỳnh quang màu lục từ một loài sứa ở vùng Tây Bắc Thái Bình Dương.

Thỏ phát huỳnh quang

Bằng cách nào các nhà khoa học có thể chuyển gene từ sứa sang thỏ? Việc chuyển gene được thực hiện nhằm mục đích gì?

CÔNG NGHỆ GENE VÀ THÀNH TỰU

BÀI 3:

NỘI DUNG BÀI HỌC

I.

Công nghệ gene

II.

Cơ sở khoa học của chuyển gene

III.

Tạo thực vật chuyển gene

IV.

Tạo động vật chuyển gene

CÔNG NGHỆ GENE

I.

Một số sản phẩm của công nghệ gene

Gạo vàng biến đổi gene có hàm lượng caroten cao

Cá hồi biến đổi gene có kích thước vượt trội so với cá hồi tự nhiên

Dâu tây chuyển gene có khả năng chống chọi với sự thay đổi của nhiệt độ và cho năng suất cao

Ngô biến đổi gene được trồng đại trà ở Việt Nam, kháng được sâu bệnh, thuốc diệt cỏ

Câu hỏi 1 (SGK - tr.19)

Việc chuyển gene giữa các loài khác nhau được tiến hành dựa trên cơ sở nào?

Dựa trên cơ sở đoạn DNA hoặc gene ngoại lai được chuyển từ loài này vào một loài khác và được biểu hiện thành sản phẩm.

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.

THẢO LUẬN CẶP ĐÔI

Câu hỏi 2 (SGK - tr.19)

Quan sát Hình 3.2, hãy mô tả các bước trong công nghệ gene.

Hình 3.2. Các bước trong công nghệ gene

Bước 1:

Tách dòng phân tử

Bước 2:

Tạo vector tái tổ hợp

Bước 3:

Biến nạp vector tái tổ hợp vào tế bào chủ

Bước 4:

Tạo dòng vector tái tổ hợp

Quy trình công nghệ gene gồm:

Nội dung

Bước 1:

Tách dòng phân tử

Bước 2:

Tạo vector tái tổ hợp

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

Gene mong muốn được cài vào vector chuyển gene để tạo vector tái tổ hợp.

Các bước

Mô tả các bước:

Nội dung

Bước 3:

Biến nạp vector tái tổ hợp vào tế bào chủ

Bước 4:

Tạo dòng vector

tái tổ hợp

Vector tái tổ hợp được chuyển vào tế bào chủ bằng biến nạp.

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.

Các bước

CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA CHUYỂN GENE

II.

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.

Cơ sở khoa học của chuyển gene:

CHIA LỚP THÀNH 4 TRẠM

Trạm chờ

1

2

4

3

• 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.

Tổ chức lớp học theo hình thức vòng tròn học tập mở, trong đó gồm có bốn trạm học tập:

Các nhóm hoàn thành phiếu học tập ở mỗi trạm theo mẫu sau:

1. Vai trò và đặc điểm của vector chuyển gene

a. Vai trò của vector chuyển gene

Vector có vai trò mang,

vận chuyển gene vào tế bào nhận và biểu hiện gene.

Câu hỏi 3 (SGK - tr.21)

Vì sao phải sử dụng vector để chuyển gene từ tế bào này sang tế bào khác?

Việc sử dụng vector để chuyển gene từ tế bào này sang tế bào khác nhằm khắc phục được các khó khăn khi biến nạp trực tiếp đoạn gene cần chuyển vào tế bào như: đảm bảo gene cần chuyển có thể tích hợp vào nhiễm sắc thể của tế bào nhận để có thể tăng số lượng bản sao và được biểu hiện trong tế bào nhận, DNA không bị phân huỷ bởi các enzyme trong tế bào nhận.

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

Câu hỏi 4 (SGK - tr.22)

Quan sát các Hình 3.3 và 3.4, hãy chỉ ra những đặc điểm của các loại vector đảm bảo chúng có thể thực hiện chức năng chuyển gene từ tế bào này sang tế bào khác.

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

Gợi ý

Đặc điểm

GHI NHỚ

Trên plasmid pBR322 ở vi khuẩn E.coli chứa:

• Hai gene khác thuốc kháng sinh ampicillin (ampR) và tetracycline (tetR).
• 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

Nêu một số vector chuyển gene phổ biến.

Vector plasmid

Vector virus

Ti plasmid

Vetor 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).

Vetor 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.

Vi khuẩn Agrobacterium tumefaciens

Luyện tập (SGK - tr.23)

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?

Có chứa các gene làm vô hiệu hóa đoạn DNA không mong muốn bị gắn vào.

Có thêm trình tự promoter trong vùng điều hòa để sử dụng trong biểu hiện gene tạo protein tái tổ hợp.

Có thêm các trình tự nucleotide khác cần thiết cho sự biểu hiện gene (như ribosome binding sites - RBS là vùng liên kết với ribosome để dịch mã).

Một số đặc điểm của vector có thể cải biến:

3. Tạo vector tái tổ hợp

Thảo luận 5 (SGK - tr.23)

Quan sát Hình 3.5, hãy mô tả các bước tạo vector tái tổ hợp từ plasmid.

Bước 1:

Tách gene cần chuyển và cắt mở vòng plasmid bằng enzyme BamHI.

Bước 2:

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

Thảo luận 6 (SGK - tr.22)

Sau khi chuyển vào tế bào, bằng cách nào có thể phát hiện dòng tế bào mang plasmid tái tổ hợp?

Có thể phát hiện dòng tế bào mang plasmid tái tổ hợp thông qua:

• 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

Thảo luận 7 (SGK - tr.24)

Các loại tế bào chủ được sử dụng trong công nghệ gene cần có những đặc điểm gì?

Dễ nuôi cấy, có tốc độ sinh trưởng nhanh, các quá trình biểu hiện gene (phiên mã và dịch mã) diễn ra đồng thời, có thể thu nhận được nhiều vector chuyển gene, dễ tạo được các dòng đột biến khác nhau.

---------------------------------------

----------------------Còn tiếp---------------------