Giáo án và PPT Sinh học 12 chân trời bài 4: Hệ gene, đột biến gene và công nghệ gene

BÀI 4: HỆ GENE, ĐỘT BIẾN GENE VÀ CÔNG NGHỆ GENE

A. KHỞI ĐỘNG

GV dẫn dắt, đặt vấn đề; HS vận dụng kiến thức, kĩ năng đã học để giải quyết vấn đề.

B. HOẠT ĐỘNG HÌNH THÀNH KIẾN THỨC

I. HỆ GENE

1. Khái niệm hệ gene

Nêu khái niệm hệ gene

Sản phẩm dự kiến:

- Hệ gene là toàn bộ trình tự các nucleotide trên DNA có trong tế bào của cơ thể sinh vật. 

- Mỗi sinh vật có hệ gene đặc trưng về kích thước, số lượng gene và tổ chức hệ gene.

2. Thành tựu và ứng dụng của giải mã hệ gene người

a) Thành tựu của giải mã hệ gene người

Nêu thành tựu của giải mã hệ gene người

Sản phẩm dự kiến:

- Dự án Hệ gene người (Human Genome Project - HGP) được hoàn tất vào năm 2006.

+ Giải trình tự 3,1 tỉ cặp nucleotide.

+ Xác định nhiều đặc điểm của hệ gene người: gene có chức năng điều hòa, gene không mã hóa protein,...

b) Ứng dụng của giải mã hệ gene người

Nêu ứng dụng của giải mã hệ gene người

Sản phẩm dự kiến:

Ứng dụng các đa hình nucleotide đơn (Single nucleotide polymorphism - SNP) có thể giúp chẩn đoán phản ứng của mỗi cá thể đối với một số loại thuốc, mức độ nhạy cảm với độc tố, nguy cơ phát triển của bệnh,...

II. ĐỘT BIẾN GENE

1. Khái niệm đột biến gene

Nêu khái niệm đột biến gene

Sản phẩm dự kiến:

- Đột biến gene là những biến đổi xảy ra trong cấu trúc của gene, có thể liên quan đến một cặp nucleotide hoặc một số cặp nucleotide.

- Tần số đột biến gene trong tự nhiên: 10^-6 – 10^-4.

- Các cá thể mang gene đột biến đã biểu hiện thành kiểu hình được gọi là đột biến.

- Đa số đột biến gene thường là đột biến lặn và có thể có hại cho sinh vật, làm giảm sức sống, phát sinh các bệnh và tật di truyền, có thể gây chết ở thể đột biến.

2. Các dạng đột biến gene

Nêu các dạng đột biến gene

Sản phẩm dự kiến:

Đột biến đồng nghĩa, đột biến sai nghĩa, đột biến vô nghĩa

III. CÔNG NGHỆ GENE

1. Công nghệ DNA tái tổ hợp

a. Khái niệm

Nêu khái niệm công nghệ DNA tái tổ hợp

Sản phẩm dự kiến:

Công nghệ DNA tái tổ hợp là quy trình kĩ thuật dựa trên nguyên lí tái tổ hợp DNA và biểu hiện gene, tạo ra sản phẩm là DNA tái tổ hợp và protein tái tổ hợp với số lượng lớn phục vụ cho đời sống con người

b. Nguyên lí

Nêu nguyên lí công nghệ DNA tái tổ hợp

Sản phẩm dự kiến:

(1) Tách dòng và tạo DNA tái tổ hợp

- Tách dòng gene cần chuyển từ tế bào cho bằng enzyme cắt giới hạn.

- Tạo DNA tái tổ hợp: gắn gene cần chuyển vào vector chuyển gene (plasmid của vi khuẩn E.coli) nhờ enzyme nối ligase.

- Biến nạp DNA tái tổ hợp vào tế bào chủ (bằng biến nạp hoặc tải nạp) và nuôi cấy vi khuẩn E.coli trong môi trường dinh dưỡng để tạo dòng DNA tái tổ hợp.

(2) Biểu hiện gene và phân tích biểu hiện gene

- Để gene được biểu hiện: Sử dụng vector biểu hiện gene (được bổ sung vùng promoter) và nuôi cấy tế bào chủ mang DNA tái tổ hợp trong môi trường nuôi cấy thích hợp.

- Phân tích sự biểu hiện gene bằng kĩ thuật PCR hoặc lai phân tử và phương pháp điện di (sau quá trình biểu hiện gene).

(3) Sản xuất protein tái tổ hợp

Protein tái tổ hợp được đánh giá về đặc tính và chức năng so với protein tự nhiên → sản xuất ở các quy mô công nghệ khác nhau (phòng thí nghiệm, công nghiệp,...)

c. Một số thành tựu

Nêu một số thành tựu công nghệ DNA tái tổ hợp

Sản phẩm dự kiến:

- Tạo chủng vi khuẩn tái tổ hợp: 

+ Tạo các chủng vi khuẩn E.coli mang gene sản xuất protein tái tổ hợp: hormone sinh trưởng (GH), insulin, kháng thể đơn dòng, vaccine, interferon,...

+ Tạo chủng vi khuẩn tái tổ hợp có khả năng phân hủy chất độc ứng dụng trong xử lí môi trường,...

+ Nhân dòng các gene để tạo thư viện hệ gene.

- Tạo chủng vi nấm tái tổ hợp:

+ Tạo dòng nấm men mang gene (chứa điểm khởi đầu nhân đôi, trình tự DNA lặp lại,...) của người và nhiều loài sinh vật khác, phục vụ cho việc phân tích trình tự nucleotide, xác định các vùng chức năng và nghiên cứu các cơ chế biểu hiện của các gene này.

+ Tạo chủng nấm men sản xuất enzyme tái tổ hợp, các protein của người,...

2. Tạo thực vật và động vật biến đổi gene

a. Khái niệm

Nêu khái niệm tạo thực vật và động vật biến đổi gene

Sản phẩm dự kiến:

- Sinh vật biến đổi gene là các sinh vật chứa gene ngoại lai trong hệ gene, được tạo ra nhờ kĩ thuật chuyển gene. 

- Chuyển gene là (biến nạp di truyền) là kĩ thuật biến nạp gene ngoại lai vào dòng tế bào mô chủ, sau đó cho dòng tế bào mô chủ tái sinh thành sinh vật biến đổi gene.

b. Nguyên lí

Nêu nguyên lí của tạo thực vật biến đổi gene

Sản phẩm dự kiến:

(1) Phân lập gene cần chuyển: Tách gene cần chuyển từ tế bào cho.

(2) Tạo plasmid tái tổ hợp: Gắn gene cần chuyển vào Ti plasmid (được tách từ vi khuẩn A.tumefaciens).

(3) Biến nạp plasmid tái tổ hợp vào tế bào thực vật: Biến nạp plasmid tái tổ hợp vào tế bào thực vật bằng xung điện hoặc thông qua sự lây nhiễm của vi khuẩn A.tumefaciens. T-DNA mang gene cần chuyển được chuyển từ vi khuẩn sang tế bào chất của tế bào chủ, sau đó xâm nhập vào nhân và hợp nhất với DNA nhiễm sắc thể của tế bào.

(4) Tái sinh cây trồng biến đổi gene: Nuôi cấy tế bào thực vật chuyển gene in vitro cho tái sinh thành cây con chuyển gene, cây con chuyển gene được đem trồng trên môi trường đất.

→ Nguyên lí của tạo thực vật biến đổi gene: là sự xâm nhập của Ti plasmid và hoạt động của T–DNA trong tế bào chủ.

Nêu nguyên lí của tạo động vật biến đổi gene

Sản phẩm dự kiến:

(1) Lấy trứng từ bò cái và thụ tinh in vitro tạo hợp tử.

(2) Tiêm dung dịch chứa gene cần chuyển vào hợp tử ở giai đoạn nhân non (giai đoạn nhân của trứng và tinh trùng chưa hợp nhất) bằng phương pháp vi tiêm.

(3) Hợp tử chuyển gene được nuôi cấy trong môi trường dinh dưỡng thích hợp cho phát triển thành phôi.

(4) Cấy phôi đã chuyển gene vào tử cung của bò mẹ để mang thai và sinh ra bò con mang gene chuyển.

→ Nguyên lí tạo động vật biến đổi gene bằng phương pháp vi tiêm: một lượng nhỏ DNA được tiêm trực tiếp vào vị trí mong muốn trong tế bào phôi hoặc một tế bào nguyên vẹn

c. Một số thành tựu

Nêu một số thành tựu tạo thực vật và động vật biến đổi gene

Sản phẩm dự kiến:

+ Tạo giống thực vật có khả năng kháng sâu bệnh, thuốc diệt cỏ, chống chịu với điều kiện môi trường bất lợi,...

+ Tạo giống động vật sản xuất các chế phẩm sinh học, thuốc chữa bệnh cho con người,...

C. HOẠT ĐỘNG LUYỆN TẬP

Câu 1: Trong công nghệ gene, những enzyme nào được sử dụng trong bước tạo DNA tái tổ hợp?

A. Enzyme restrictase và enzyme DNA polymerase.

B. Enzyme ligase và enzyme DNA polymerase.

C. Enzyme restrictase và enzyme ligase.

D.Enzyme DNA polymerase và enzyme RNA polymerase.

Câu 2: Sản phẩm hormone insulin có thể được tạo ra nhờ kĩ thuật/công nghệ nào sau đây?

A. Công nghệ DNA tái tổ hợp.                     B. Kĩ thuật cấy truyền phôi.

C. Kĩ thuật nhân bản gene.                           D. Kĩ thuật liệu pháp gene.

Câu 3: Trong công nghệ DNA tái tổ hợp, thuật ngữ vector thường đề cập đến

A. enzyme cắt DNA thành các đoạn ngắn.

B.đầu dính của đoạn DNA.

C. một gene chọn lọc trên phân tử DNA tái tổ hợp.

D. một plasmid được sử dụng để chuyển gene vào tế bào sống.

Câu 4 (THPTQG - 2023): Phát biểu nào sau đây về đột biến gene là đúng?

A. Đột biến gene luôn làm biến đổi cấu trúc của protein.

B. Các dạng đột biến điểm gồm: mất, thêm, thay thế một cặp nucleotide.

C. Đột biến gene không phải là nguyên liệu cho quá trình tiến hóa.

D. Mức độ gây hại của allele đột biến chỉ phụ thuộc vào điều kiện môi trường.

Câu 5: Một nhà khoa học được giao nhiệm vụ xây dựng bộ hướng dẫn về an toàn sinh học. Biện pháp an toàn nào sau đây là phù hợp để đưa vào bộ hướng dẫn đó?

A. Vi sinh vật sử dụng trong các thí nghiệm phải được kiểm soát để đảm bảo chúng không thể tồn tại ngoài phòng thí nghiệm.

B. Các sinh vật biến đổi gene hoặc sản phẩm từ nó không được phép trở thành một phần của nguồn cung cấp thực phẩm cho con người.

C. Cây trồng chuyển gene được thiết kế để trở thành cây bất thụ đực và không thể lai tạo được.

D. Các thí nghiệm liên quan đến virus nguy hiểm gây bệnh cho con người không được thực hiện ở tất cả các phòng thí nghiệm.

Đáp án gợi ý: 

D. HOẠT ĐỘNG VẬN DỤNG

GV yêu cầu cá nhân HS vận dụng kiến thức, kĩ năng sử dụng máy tính cầm tay để trả lời câu hỏi sau đây: Cho các loại đột biến gene: mất một cặp nucleotide, thêm một cặp nucleotide, thay thế một cặp nucleotide này bằng một cặp nucleotide khác cùng loại, thay thế một cặp nucleotide này bằng một cặp nucleotide khác khác loại. Có bao nhiêu loại đột biến có thể làm lệch khung các bộ ba dẫn đến làm thay đổi trình tự các amino acid từ vị trí xảy ra đột biến đến cuối chuỗi polypeptide?