师：同学们，现在我们开始高二人教版生物学选择性必修三第三章基因工程的基本操作程序第一课时的学习。请翻到课本76页“从社会中来”部分。1997年，我国政府首次批准商业化种植转基因抗虫棉。到2015年，我国已育成转基因抗虫棉新品种100多个，减少农药用量40万吨，增收节支社会经济效益450亿元。大家看左图转基因抗虫棉和右图非转基因抗虫棉叶片抗虫效果对比，思考一下，转基因抗虫棉抗虫的机制是什么呢？培育转基因抗虫棉一般需要经过哪些步骤呢？这节课我们就以转基因抗虫棉为例，来学习基因工程的基本操作程序。
基因工程的基本操作程序主要有四个步骤：第一步，目的基因的筛选与获取；第二步，基因表达载体的构建；第三步，将目的基因导入受体细胞；第四步，目的基因的检测与鉴定。我们先来学习第一步，目的基因的筛选与获取。
什么是目的基因呢？大家看以下资料：资料一，棉花本身不具有抗虫基因，苏云金杆菌有一种抗虫基因，能表达出抗虫蛋白来杀死棉铃虫。利用基因工程将抗虫基因导入棉花细胞，就能培育出自身就能抵抗虫害的棉花新品种。资料二，胰岛素是治疗糖尿病的特效药，健康人含有胰岛素基因，能表达胰岛素，从而降低血糖浓度。大肠杆菌本身不具有胰岛素基因。1978年，科学家将编码人胰岛素的基因导入大肠杆菌细胞中，使大肠杆菌表达重组人胰岛素。在基因工程的设计和操作中，用于改变受体细胞性状或获得预期表达产物等的基因就是目的基因。资料一中的抗虫基因是能改变受体细胞性状的目的基因，资料二中的人胰岛素基因是用于获得预期表达产物的目的基因。根据不同的需要，目的基因是不同的，目的基因的主要类型是编码蛋白质的基因，实例有与抗逆性相关的基因，例如抗虫基因、抗病基因、抗除草剂基因；优良品质相关基因；生产药物的基因，例如人胰岛素基因、人干扰素基因等；还有与药物降解、工业用酶相关的基因。
现在我们做一道选择题：提高农作物抗盐碱和抗干旱能力的目的基因是（ ）
A. 调节细胞渗透压的基因。该基因表达后确实能提高农作物抗盐碱和抗干旱的能力，正确。
B. 抗除草剂基因，该基因表达能提高农作物抵抗除草剂的能力，与题干无关。
C. 抗冻蛋白基因，表达后能提高农作物抗寒的能力，与题干无关。
D. 抗虫基因，表达后提高农作物的抗虫能力，不合题意。
所以这道题的答案为A。
那如何筛选合适的目的基因，使棉花具有抗虫的特性呢？大家看这三个资料：资料一，苏云金杆菌通过产生苏云金杆菌伴孢晶体蛋白（Bt抗虫蛋白）来破坏鳞翅目昆虫的消化系统，从而杀死棉铃虫。资料二，苏云金杆菌制成的生物杀虫剂广泛用于防治棉花虫害。研究表明苏云金杆菌的杀虫作用与Bt基因有关。资料三，科学家不仅掌握Bt基因的序列信息，也对Bt基因的表达产物——Bt抗虫蛋白有了较为深入的了解。看完资料，大家应该知道了，我们需要的目的基因就是苏云金杆菌伴孢晶体蛋白基因，或者叫Bt抗虫蛋白基因，也可以简称为Bt基因。
筛选出合适的目的基因Bt基因之后，我们要获取目的基因。科学家是如何获取Bt基因的呢？由于Bt基因较小，序列已知，早期培育转基因抗虫棉时，科学家通过人工合成的方法获得了Bt基因。目前人们已经根据化学法合成DNA的原理设计生产了DNA自动合成仪。其实获取目的基因的方法有很多种，科学家也在寻找大量获得Bt基因更为方便快捷的方式，现在我们可以直接利用PCR选择性地将Bt基因扩增出来。PCR是聚合酶链式反应的缩写，是一项根据DNA半保留复制的原理，在体外提供参与DNA复制的各种组分与反应条件，对目的基因的核苷酸序列进行大量复制的技术。我们下节课再详细介绍PCR技术。
获取Bt基因后能否直接将它导入受体细胞呢？不能。游离的DNA进入受体细胞一般会直接被分解，即使可以转录翻译成蛋白质，游离的DNA片段也无法随着细胞分裂而进行复制，导致子代细胞中不再含有目的基因。因此获取Bt基因后还需要借助载体将其导入棉花细胞，才能使棉花植株获得抗虫特性。所以第二步是基因表达载体的构建。基因表达载体能使Bt基因在受体细胞中稳定存在，并且遗传给下一代，同时使Bt基因能够表达和发挥作用。这一步是基因工程基本操作程序的核心。
Bt基因是怎样和载体连接的呢？也就是说如何构建基因表达载体呢？我们来看看课本80页的这幅图，还记得我们之前做过的一个重组DNA分子的小活动吗？其实就是在构建基因表达载体。现在我们来找一个合适的限制酶，在限制酶切割位点处断开磷酸二酯键，使载体（也就是这个质粒）出现一个切口，再用同种限制酶或能产生相同末端的限制酶切割含有目的基因的DNA片段，获取目的基因。再利用DNA连接酶将目的基因与载体连接在一起，形成一个重组DNA分子，基因表达载体就构建好了。
那大家觉得基因表达载体的组成有哪些？对，有目的基因、标记基因、复制原点，还有启动子和终止子等。什么是启动子呢？我们从以下四方面来进行学习：本质、位置、功能和特殊类型。启动子的本质是一段有特殊序列结构的DNA片段，对比一下之前学过的起始密码子，起始密码子是mRNA分子上的序列，起始翻译，和启动子有本质区别。启动子位于基因的上游，紧挨转录的起点。我们来看真核细胞的基因结构模式图，一个基因分为编码区和非编码区，编码区能够转录出mRNA，非编码区一般不转录相应mRNA。而启动子就位于基因上游的非编码区，是RNA聚合酶识别和结合的部位，有了它才能驱动基因转录出mRNA。有时为了满足应用需要，会在载体中人工构建诱导型启动子，当诱导物存在时，可以激活或抑制目的基因的表达。
那么终止子呢？大家很容易就能推测出，它也是一段有特殊序列结构的DNA片段，位于基因下游的非编码区，作为停止转录的信号，结束转录过程。
现在看看这道例题：癌症患者进行化疗或放疗之后，体内白细胞数量大幅度降低，可以注射粒细胞 - 巨噬细胞集落刺激因子（GM - CSF）来增加白细胞的数量。在自然条件下，此细胞因子的含量很低，很难获得。某科研团队将人的GM - CSF基因导入大肠杆菌，大量生产重组GM - CSF，满足了临床需求。请问构建GM - CSF表达载体需要以下哪些组份？