第十一部分 現(xiàn)代生物科技專題,第35講基因工程,教材梳理,題型探究,基因工程的誕生和操作工具 1.基因工程的誕生,遺傳物質(zhì),遺傳物質(zhì),受體細(xì)胞,重組DNA分子,DNA雙螺旋結(jié)構(gòu),限制性核酸內(nèi)切酶,質(zhì)粒載體,教材梳理,題型探究,2.基因工程的基本工具 (1)限制性核酸內(nèi)切酶 作用:特異性識(shí)別雙鏈分子內(nèi)一小段特殊的脫氧核苷酸序列,并且使其中特定部位的兩個(gè)脫氧核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷開。 結(jié)果:形成末端和平末端。 (2)DNA連接酶 作用:將具有末端的2個(gè)DNA片段連接在一起,形成的化學(xué)鍵是磷酸二酯鍵。,結(jié)果:形成重組DNA分子。,DNA,粘性,堿基互補(bǔ),教材梳理,題型探究,(3)載體 質(zhì)粒:獨(dú)立于細(xì)菌細(xì)胞之外、能夠自主復(fù)制的雙鏈 分子。 質(zhì)粒是基因工程中常用的載體(最常用的是的質(zhì)粒),其他載體還有、植物病毒和。,擬核,環(huán)狀DNA,大腸桿菌,噬菌體,動(dòng)物病毒,教材梳理,題型探究,考向一基因工程的操作工具 【典例1-1】 下圖中和代表的酶及二者作用部位分別是(),A.DNA連接酶限制性核酸內(nèi)切酶氫鍵 B.DNA水解酶逆轉(zhuǎn)錄酶氫鍵 C.RNA水解酶限制性核酸內(nèi)切酶肽鍵 D.限制性核酸內(nèi)切酶DNA連接酶磷酸二酯鍵,答案,解析,教材梳理,題型探究,【典例1-2】 若要利用某目的基因(見圖甲)和P1噬菌體載體(見圖乙)構(gòu)建重組DNA(見圖丙),限制性核酸內(nèi)切酶的酶切位點(diǎn)分別是Bgl(AGATCT)、EcoR(GAATTC)和Sau3A(GATC)。下列分析合理的是 () A.用EcoR切割目的基因和P1噬菌體載體 B.用Bgl和EcoR切割目的基因和P1噬菌體載體 C.用Bgl和Sau3A切割目的基因和P1噬菌體載體 D.用EcoR和Sau3A切割目的基因和P1噬菌體載體,答案,解析,教材梳理,題型探究,易錯(cuò)提醒幾種易混淆酶的比較,教材梳理,題型探究,考向二基因工程中的載體需要的條件 【典例1-3】 限制性核酸內(nèi)切酶Mun和限制性核酸內(nèi)切酶EcoR的識(shí)別序列及切割位點(diǎn)分別是CAATTG和GAATTC。如圖表示四種質(zhì)粒和目的基因,適于作為圖示目的基因載體的質(zhì)粒(箭頭所指部位為限制性核酸內(nèi)切酶的識(shí)別位點(diǎn),質(zhì)粒的陰影部分表示標(biāo)記基因)是(),A.B.C.D.,答案,解析,教材梳理,題型探究,真題演練,基因工程的原理、基本操作步驟和應(yīng)用 1.基因工程的原理 (1)基本原理:讓人們感興趣的基因(即)在宿主細(xì)胞中穩(wěn)定和高效地表達(dá)。 (2)基因工程的基本要素:多種、載體和宿主細(xì)胞等。 2.基因工程的基本操作步驟 (1)獲得目的基因,目的基因,工具酶,目的基因,PCR擴(kuò)增,基因文庫,教材梳理,題型探究,真題演練,(2)形成重組DNA分子(基因工程的核心) 通常用分別切割 和DNA,然后用將目的基因和載體DNA連接在一起,形成重組DNA分子。 (3)將重組DNA分子導(dǎo)入受體細(xì)胞 常用的受體細(xì)胞:、枯草桿菌、 和動(dòng)植物細(xì)胞等。,相同的限制性核酸內(nèi)切酶,目的基因,載體,DNA連接酶,大腸桿菌,酵母菌,教材梳理,題型探究,真題演練,(4)篩選含有目的基因的受體細(xì)胞 篩選原因:并不是所有的細(xì)胞都接納了,因此,需篩選含的受體細(xì)胞。 篩選方法:用選擇培養(yǎng)基篩選,如質(zhì)粒上有抗生素的抗性基因,可用含的培養(yǎng)基培養(yǎng)受體細(xì)胞,篩選出含 的受體細(xì)胞。 (5)目的基因的表達(dá) 目的基因在中表達(dá),產(chǎn)生人們需要的功能物質(zhì)。,重組DNA分子,目的基因,抗生素,重組DNA分子,宿主細(xì)胞,教材梳理,題型探究,真題演練,3.基因工程的應(yīng)用,遺傳 育種,干擾素,乙型肝炎疫苗,目標(biāo)細(xì)胞,糾正或補(bǔ)償,教材梳理,題型探究,真題演練,可降解,分解石油,重金屬,工業(yè)廢水,教材梳理,題型探究,真題演練,考向一基因工程的原理和技術(shù) 【典例2-1】 科學(xué)家將外源目的基因與大腸桿菌的質(zhì)粒進(jìn)行重組,并在大腸桿菌中成功表達(dá)。下圖表示構(gòu)建重組質(zhì)粒和篩選含目的基因的大腸桿菌的過程。請(qǐng)據(jù)圖回答下列問題。,教材梳理,題型探究,真題演練,(1)步驟和中常用的工具酶是和。 (2)經(jīng)過和步驟后,有些質(zhì)粒上的基因內(nèi)插入了外源目的基因,形成重組質(zhì)粒。 (3)步驟是的過程。為了促進(jìn)該過程,應(yīng)該用處理大腸桿菌。 (4)步驟是將三角瓶內(nèi)的大腸桿菌接種到含有四環(huán)素的培養(yǎng)基A上培養(yǎng),目的是篩選。能在A中生長的大腸桿菌有種。 (5)步驟是用無菌牙簽挑取A上的單個(gè)菌落,分別接種到B(含氨芐青霉素和四環(huán)素)和C(含四環(huán)素)兩個(gè)培養(yǎng)基的相同位置上。一段時(shí)間后,菌落的生長狀況如上圖所示。含有目的基因的菌落位于(填“B”或“C”)上,請(qǐng)?jiān)趫D中相應(yīng)位置上圈出來。,教材梳理,題型探究,真題演練,答案:(1)限制性核酸內(nèi)切酶DNA連接酶 (2)氨芐青霉素抗性 (3)將重組質(zhì)粒導(dǎo)入大腸桿菌氯化鈣 (4)含四環(huán)素抗性基因的大腸桿菌2 (5)C 如右圖所示,教材梳理,題型探究,真題演練,解析:(1)步驟和是將目的基因和質(zhì)粒用同種限制性核酸內(nèi)切酶進(jìn)行切割,得到相同的粘性末端,然后用DNA連接酶將二者連接起來,形成重組質(zhì)粒。(2)質(zhì)粒上有氨芐青霉素抗性基因和四環(huán)素抗性基因,根據(jù)步驟和構(gòu)建的重組質(zhì)粒的圖像可知,部分質(zhì)粒的氨芐青霉素抗性基因中插入了目的基因。(3)據(jù)題圖可知,步驟是將重組質(zhì)粒導(dǎo)入受體細(xì)胞大腸桿菌中;氯化鈣處理可增加大腸桿菌細(xì)胞壁的通透性,增強(qiáng)其對(duì)重組質(zhì)粒的吸收能力。(4)由于質(zhì)粒上具有四環(huán)素抗性基因,且未被目的基因插入,因此,凡是導(dǎo)入質(zhì)粒的大腸桿菌均對(duì)四環(huán)素具有抗性,可以存活,沒有導(dǎo)入質(zhì)粒的不能存活,于是可以篩選出含四環(huán)素抗性基因的大腸桿菌;能夠在A上生長的大腸桿菌有2種,分別是導(dǎo)入空白質(zhì)粒的大腸桿菌和導(dǎo)入重組質(zhì)粒的大腸桿菌。,教材梳理,題型探究,真題演練,(5)目的基因的插入破壞了氨芐青霉素抗性基因,因此含有目的基因的大腸桿菌無法在含氨芐青霉素的培養(yǎng)基B上存活,但能在C上存活,其所在位置即為B中未長出而C中長出菌落的位置。,教材梳理,題型探究,真題演練,易錯(cuò)提醒基因工程操作中的易錯(cuò)點(diǎn) (1)一般情況下,用同一種限制性核酸內(nèi)切酶切割質(zhì)粒和含有目的基因的片段,但有時(shí)可用兩種限制性核酸內(nèi)切酶分別切割質(zhì)粒和目的基因,這樣可避免質(zhì)粒和質(zhì)粒之間、目的基因和目的基因之間的連接。 (2)目的基因進(jìn)入受體細(xì)胞內(nèi),并且在受體細(xì)胞內(nèi)維持穩(wěn)定和表達(dá)的過程,稱為轉(zhuǎn)化。轉(zhuǎn)化的實(shí)質(zhì)是目的基因整合到受體細(xì)胞染色體基因組中。 (3)標(biāo)記基因的作用篩選、檢測目的基因是否導(dǎo)入受體細(xì)胞,常見的有抗生素抗性基因、發(fā)光基因(表達(dá)產(chǎn)物為帶顏色的物質(zhì))等。,教材梳理,題型探究,真題演練,考向二基因工程的應(yīng)用 【典例2-2】 蘇云金桿菌(Bt)能產(chǎn)生具有殺蟲能力的毒素蛋白。圖1是轉(zhuǎn)Bt毒素蛋白基因植物的重組DNA形成過程示意圖;圖2是毒素蛋白基因進(jìn)入植物細(xì)胞后發(fā)生的兩種生物大分子合成的過程,據(jù)圖回答下列問題:,教材梳理,題型探究,真題演練,圖1 圖2,教材梳理,題型探究,真題演練,(1)將圖1中的DNA用Hind、BamH完全酶切后,反應(yīng)管中有種DNA片段。過程需要用到酶。 (2)假設(shè)圖1中質(zhì)粒原來BamH識(shí)別位點(diǎn)的堿基序列變?yōu)榱肆硪环N限制酶Bcl識(shí)別位點(diǎn)的堿基序列,現(xiàn)用Bcl和Hind切割質(zhì)粒,則該圖1中的DNA右側(cè)還能選擇BamH進(jìn)行切割,并能獲得所需重組質(zhì)粒嗎?并請(qǐng)說明理由。 (3)若上述假設(shè)成立,并成功形成重組質(zhì)粒,則重組質(zhì)粒 () A.既能被BamH也能被Hind切開 B.能被BamH但不能被Hind切開 C.既不能被BamH也不能被Hind切開 D.能被Hind但不能被BamH切開,教材梳理,題型探究,真題演練,(4)圖2中鏈?zhǔn)?。不同組織細(xì)胞的相同DNA進(jìn)行過程時(shí)啟用的起始點(diǎn)(填“都相同”“都不同”或“不完全相同”),其原因是。 (5)要想檢測導(dǎo)入的Bt毒素蛋白基因是否表達(dá),在分子水平上可用法進(jìn)行檢測,如果出現(xiàn)雜交帶,說明目的基因已經(jīng)表達(dá)蛋白質(zhì)產(chǎn)品,轉(zhuǎn)基因植物培育成功。,答案:(1)4DNA連接(2)能,切割后露出的粘性末端相同(3)D(4)mRNA不完全相同不同組織細(xì)胞中基因會(huì)進(jìn)行選擇性表達(dá)(5)抗原抗體雜交,教材梳理,題型探究,真題演練,解析:(1)由于圖1中的DNA上有Hind和BamH的3個(gè)識(shí)別位點(diǎn),所以用這兩種酶完全酶切后,形成4種DNA片段。(2)Bcl與BamH酶切割目的基因后形成的粘性末端一樣,故該圖中的DNA右側(cè)還能選擇BamH進(jìn)行切割,并能獲得所需重組質(zhì)粒。(3)根據(jù)酶切位點(diǎn)和識(shí)別的堿基序列可知,重組質(zhì)粒只能被Hind但不能被BamH切開。(4)從圖2可知,鏈?zhǔn)且訢NA的一條鏈作為模板進(jìn)行轉(zhuǎn)錄形成的信使RNA分子,不同組織細(xì)胞的相同DNA在轉(zhuǎn)錄時(shí),如果是相同基因一般轉(zhuǎn)錄起點(diǎn)相同,不同的基因轉(zhuǎn)錄起點(diǎn)不同。(5)檢測目的基因是否在受體細(xì)胞內(nèi)表達(dá),分子水平上的檢測是向分泌物中加入抗體,通過抗原抗體特異性結(jié)合形成雜交帶加以檢測,如果能形成,說明表達(dá)了,如果不能形成,說明沒有表達(dá)。,教材梳理,題型探究,真題演練,知識(shí)歸納基因工程中的幾種檢測方法,教材梳理,題型探究,真題演練,(2016浙江4月選考,32節(jié)選)兔肝細(xì)胞中的基因E編碼代謝甲醛的酶,擬利用基因工程技術(shù)將基因E轉(zhuǎn)入矮牽牛中,以提高矮牽牛對(duì)甲醛的代謝能力,請(qǐng)回答下列問題。 (1)從兔肝細(xì)胞中提取mRNA,在酶的作用下形成互補(bǔ)DNA,然后以此DNA為模板擴(kuò)增得到基因E。在相關(guān)酶的作用下,將基因E與Ti質(zhì)粒連接在一起,形成,再導(dǎo)入用氯化鈣處理的,侵染矮牽牛葉片。將被侵染的葉片除菌后進(jìn)行培養(yǎng),最終得到轉(zhuǎn)基因矮牽牛。其中培養(yǎng)過程正確的是。 A.葉片在含合適濃度生長素的培養(yǎng)基上分化形成愈傷組織 B.愈傷組織在含細(xì)胞分裂素和生長素配比較高的培養(yǎng)基上形成芽 C.再生的芽在細(xì)胞分裂素含量高的培養(yǎng)基上生根 D.愈傷組織在含合適濃度植物生長調(diào)節(jié)劑的培養(yǎng)基上脫分化形成再生植株,教材梳理,題型探究,真題演練,(2)取轉(zhuǎn)基因矮牽牛葉片,放入含MS液體培養(yǎng)基和適量濃度甲醛且密封的試管中,將試管置于上,進(jìn)行液體懸浮培養(yǎng)。一段時(shí)間后測定培養(yǎng)基中甲醛的含量,以判斷基因E是否在轉(zhuǎn)基因矮牽牛中正常表達(dá)。培養(yǎng)過程中液體培養(yǎng)基的作用:一是提供營養(yǎng);二是,從而使葉片保持正常形態(tài)。,答案:(1)逆轉(zhuǎn)錄重組DNA分子 農(nóng)桿菌B (2)搖床維持滲透壓 解析:(1)mRNA在逆轉(zhuǎn)錄酶的作用下可形成互補(bǔ)DNA。在相關(guān)酶的作用下,可將目的基因與Ti質(zhì)粒連接在一起,形成重組DNA分子,再通過農(nóng)桿菌感染法導(dǎo)入受體細(xì)胞。因需要得到轉(zhuǎn)基因矮牽牛葉片,故需將愈傷組織在含細(xì)胞分裂素和生長素配比較高的培養(yǎng)基上形成芽。(2)進(jìn)行液體懸浮培養(yǎng)時(shí)需在搖床上進(jìn)行。液體培養(yǎng)基既提供營養(yǎng),又可維持滲透壓,使葉片保持正常形態(tài)。,