Giáo án Sinh học 12 Cánh diều bài 11: Hệ gene, công nghệ gene và ứng dụng

HOẠT ĐỘNG CỦA GV - HS

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV sử dụng kĩ thuật Think - Pair - Share, yêu cầu HS đọc SGK tr.66 - 67, sau đó thảo luận nhóm đôi và trả lời các câu hỏi sau:

1. Dựa vào thông tin ở bảng 11.1, nhận xét đặc điểm hệ gene của một số loài sinh vật.

2. Quan sát hình 11.1 và nêu một số thành tựu của việc giải trình tự hệ gene người.

3. Hãy cho biết lợi ích của việc giải trình tự hệ gene người.

- Dựa trên câu trả lời của HS, GV 4 nhóm tìm hiểu về một số ứng dụng của việc giải trình tự hệ gene người trong một số lĩnh vực, trong đó:

Nhóm 1 và 3: Trình bày bằng bảng.

Nhóm 2 và 4: Trình bày bằng sơ đồ tư duy.

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS đọc thông tin mục I và II, kết hợp quan sát Bảng 11.1 và Hình 11.1 SGK tr.66 - 68, thực hiện nhiệm vụ theo hướng dẫn của GV.

- GV quan sát quá trình tiến hành nhiệm vụ của các nhóm; gợi ý, định hướng HS (nếu cần thiết).

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

- GV sử dụng https://wheelofnames.com/ mời HS trả lời các câu hỏi.

- HS khác nhận xét, bổ sung.

- GV sử dụng kĩ thuật phòng tranh, tổ chức cho các nhóm trưng bày sản phẩm. Các nhóm đánh giá chéo và tự đánh giá sản phẩm của nhóm mình.

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

- GV nhận xét các câu trả lời của HS.

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

- GV dẫn dắt sang hoạt động tiếp theo.

I. KHÁI NIỆM HỆ GENE

- Ở sinh vật nhân sơ: hệ gene là phân tử DNA vòng trong vùng nhân và plasmid.

- Ở sinh vật nhân thực: hệ gene gồm tập hợp phân tử DNA trên NST trong nhân tế bào và trong các bào quan như ti thể, lục lạp (thực vật) hoặc plasmid (nấm men).

DNA trong nhân tế bào

DNA trong một số bào quan ti thể, lục lạp

→ Khái niệm: Hệ gene là toàn bộ lượng vật chất di truyền trong tế bào của sinh vật.

- Đặc điểm: 

+ Hệ gene ở các loài khác nhau có kích thước và số lượng gene khác nhau.

+ Hệ gene chứa các gene mã hóa RNA, protein.

II. THÀNH TỰU VÀ ỨNG DỤNG CỦA VIỆC GIẢI MÃ HỆ GENE NGƯỜI

1. Một số thành tựu của việc giải trình tự hệ gene người

- Năm 2000: Hoàn thành giải trình tự 90% hệ gene người.

- Năm 2003: Hoàn thành giải trình tự 92% hệ gene người.

- Năm 2022: Hoàn thành giải trình tự 100% hệ gene người.

2. Một số ứng dụng của việc giải trình tự hệ gene người

Nghiên cứu tiến hoá

Thông tin di truyền từ hệ gene người được ứng dụng trong nghiên cứu sự tiến hóa loài người.

Ví dụ: 

+ So sánh thông tin từ hệ gene người hiện đại với các hệ gene người cổ cho thấy mối quan hệ họ hàng giữa người hiện đại với người Neanderthal, Denisovans, H.heidelbergensis, H. ecractus,...

(https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0959437X14000999) 

+ So sánh hệ gene người và hệ gene của các loài linh trưởng, tinh tinh có quan hệ họ hàng gần gũi nhất với loài người.

(https://trithucvn.co/khoa-hoc/tinh-toan-di-truyen-hoc-mat-qua-lau-de-hominini-tien-hoa-thanh-nguoi.html)

Nghiên cứu tiến hoá

+ Phát hiện các đột biến gene gây bệnh di truyền, từ đó đưa ra phương pháp điều trị và tư vấn di truyền.

Ví dụ: 

+ Phát hiện, điều trị bệnh suy giảm miễn dịch.

(Nguồn: https://www.researchgate.net/figure/Potential-treatment-options-for-ADA-deficiency-include-enzyme-replacement-therapy-ERT_fig2_306242830)  

+ Sàng lọc di truyền phát hiện đột biến HbA thành HbS.

(Nguồn: https://www.researchgate.net/figure/Top-row-Sickle-hemoglobin-HbS-is-a-mutated-form-of-adult-hemoglobin-HbA-in-which_fig1_381153556)  

+ Phát triển thuốc.

Ví dụ: Phát hiện ocogene → phát triển thuốc chứa tyrosine kinase có khả năng nhận biết protein sinh ra bởi oncogene điều trị ung thư máu.

(Nguồn: https://www.nature.com/articles/s41573-021-00195-4)  

Thông tin bổ sung

Một chương trình hợp tác giữa thư viện Y học Quốc gia và Viện Y học Quốc gia (NIH) đã thiết lập nên Trung tâm Quốc gia về Thông tin Công nghệ Sinh học (NCBI) đồng thời duy trì một trang web www.ncbi.nlm.nih.gov để lưu giữ các tài nguyên tin sinh học hết sức phong phú. Tại trang web này, các đường “link” dẫn đến các cơ sở dữ liệu, các phần mềm và các kho chứa thông tin về các hệ gene và các chủ đề có liên quan khác.

Các cơ sở dữ liệu về các trình tự của NCBI được gọi chung là Ngân hàng gene (Genbank). GenBank là một phần của Hợp tác cơ sở dữ liệu trình tự nucleotide quốc tế, bao gồm Ngân hàng dữ liệu DNA của Nhật Bản (DDBJ), Phòng thí nghiệm sinh học phân tử châu Âu (EMBL) và GenBank tại NCBI. Tính đến tháng 12 năm 2023, Genbank đã chứa trình tự của 249 triệu phân đoạn DNA hệ gene khác nhau, gồm tổng cộng 2570 tỉ cặp base!

HOẠT ĐỘNG CỦA GV – HS

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV giới thiệu một số ví dụ về sinh vật biến đổi gene phổ biến được tạo ra nhờ công nghệ DNA tái tổ hợp (công nghệ gene) ứng dụng nhiều trong thực tiễn:

Gạo vàng chuyển gene tổng hợp β-carotene

Gà chuyển gene để sản xuất trứng làm thuốc chữa bệnh Wolman – suy giảm lipase trong lysosome

- GV yêu cầu HS quan sát, đọc thông tin SGK tr.68 và cho biết: Thế nào là công nghệ DNA tái tổ hợp?

- GV sử dụng dạy học theo trạm, chia lớp thành các nhóm, mỗi nhóm 4 - 6 HS.

- GV yêu cầu các nhóm đọc thông tin mục III, IV SGK tr.68 – 71 và thực hiện nhiệm vụ theo thứ tự trạm 1 → trạm 4 như sau:

Trạm 1: Tìm hiểu về khái niệm, quá trình tạo DNA tái tổ hợp và một số thành tựu.

Trạm 2: Tìm hiểu khái niệm, nguyên lí và một số thành tựu thực vật biến đổi gene.

Trạm 3: Tìm hiểu khái niệm, nguyên lí và một số thành tựu động vật biến đổi gene.

Trạm 4: Hoàn thành bảng sau:

Bảng 11.1. Khái niệm, nguyên lí và một số thành tựu của công nghệ DNA tái tổ hợp; thực vật và động vật biến đổi gene

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS đọc thông tin mục III, IV SGK tr.68 – 71, kết hợp quan sát hình ảnh và thực hiện nhiệm vụ theo hướng dẫn của GV.

- GV quan sát quá trình hoạt động của các nhóm; định hướng HS (nếu cần).

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

- Các nhóm báo cáo, GV mời đại diện một nhóm trình bày.

- Các nhóm khác nhận xét, bổ sung.

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

- GV đánh giá, nhận xét sản phẩm của các nhóm, thái độ làm việc của HS trong nhóm.

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

- GV chuyển sang hoạt động tiếp theo.

III. CÔNG NGHỆ DNA TÁI TỔ HỢP

1. Khái niệm công nghệ DNA tái tổ hợp

- DNA tái tổ hợp là phân tử DNA hình thành từ sự nối hai hay nhiều đoạn DNA cùng nguồn hoặc khác nguồn.

- Công nghệ DNA tái tổ hợp (công nghệ gene) 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.

2. Nguyên lí của công nghệ DNA tái tổ hợp

Nguyên lí tái tổ hợp DNA:  Thu nhận đoạn DNA, ghép nối đoạn DNA vào vector để tạo ra vector tái tổ hợp, biến nạp vector tái tổ hợp vào tế bào nhận.

Nguyên lí biểu hiện gene:  DNA ngoại lai được gắn vào vector biểu hiện và đưa vào tế bào nhận, gene được biểu hiện tạo RNA hoặc protein tái tổ hợp.

3. Một số thành tựu của công nghệ DNA tái tổ hợp

- Tạo các sinh vật chuyển gene mang các tính trạng tốt.

Ví dụ: Giống ngô NK66Bt/GT là giống được chuyển gene Bt và gene GT nên có khả năng kháng sâu đục thân và kháng thuốc diệt cỏ.

(Tham khảo thêm: https://khuyennongvn.gov.vn/hoat-dong-khuyen-nong/chuyen-giao-tbkt/vinh-phuc-hoi-thao-danh-gia-hieu-qua-mo-hinh-150-ha-giong-ngo-chuyen-gen-nk66btgt-vu-dong-2015-13399.html)  

- Chuyển gene mã hóa insulin của người vào vi khuẩn.

- Sản xuất vaccine phòng bệnh, kháng thể đơn dòng.

Ví dụ: vaccine HPV được sản xuất bằng công nghệ DNA tái tổ hợp.

- Chữa trị các rối loạn di truyền.

Ví dụ: Bệnh suy giảm miễn dịch thể kết hợp trầm trọng (SCID) do đột biến gene mã hóa enzyme adenosine deaminase (ADA) được chữa khỏi bằng cách đưa gene lành vào cơ thể người bệnh nhờ công nghệ DNA tái tổ hợp.

IV. THỰC VẬT VÀ ĐỘNG VẬT BIẾN ĐỔI GENE

1. Tạo thực vật biến đổi gene

- Thực vật biến đổi gene là thực vật mang gene chuyển được biểu hiện ra kiểu hình thành tính trạng phù hợp với các mục đích khác nhau.

Nguyên lí tạo thực vật biến đổi gene

Chuẩn bị gene ngoại lai, tạo vector tái tổ hợp, biến nạp DNA tái tổ hợp vào tế bào thực vật hoặc biến nạp vào vi khuẩn Agrobacterium và cho lây nhiễm vào tế bào thực vật, tạo dòng tế bào mang DNA tái tổ hợp hoặc tạo cây chuyển gene hoàn chỉnh.

Thành tựu tạo thực vật biến đổi gene

- Tạo ra các loại cây trồng biến đổi gene có khả năng kháng sâu, bệnh, thuốc diệt cỏ.

Ví dụ: 

+ Giống bông Bt biến đổi gene có khả năng tạo ra độc tố Bt và kháng một số loại sâu (https://www.most.gov.vn/vn/tin-tuc/7052/chon-tao-va-phat-trien-giong-bong-chuyen-gen-bt-khang-sau.aspx).  

+ Giống đậu tương chuyển gene ZD91 có hàm lượng methionine cao (https://iasvn.org/homepage/Anh-huong-cua-Methionine-cao-trong-dau-nanh-doi-voi-quan-the-vi-khuan-vung-re-5585.html).  

+ Lúa Golden rice 2 có hàm lượng β-carotene và protein cao.

- Sản xuất vaccine dựa trên thực vật.

Ví dụ: Sử dụng thực vật để sản xuất vaccine và kháng thể ngăn ngừa cúm mùa và COVID-19 (https://www.nature.com/articles/d42473-020-00253-2).  

……………