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2019-2020年高中生物難點(diǎn)剖析 12 基因工程的基本操作程序?qū)W案 新人教版選修3 疏導(dǎo)引導(dǎo) 1.基因、基因文庫(kù)、目的基因 基因是有遺傳效應(yīng)的DNA片段，是控制性狀的遺傳物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)和功能單位，基因的脫氧核苷酸序列代表遺傳信息。 基因文庫(kù)是將含有某種生物不同基因的許多DNA片段，導(dǎo)入受體菌的群體中通過(guò)克隆而儲(chǔ)存，各個(gè)受體菌分別含有這種生物的不同基因，叫做基因文庫(kù)。建立基因文庫(kù)的目的就是為獲得大量的目的基因作準(zhǔn)備。如果基因文庫(kù)中含有一種生物的所有基因，這個(gè)基因文庫(kù)就叫做基因組文庫(kù)。如果基因文庫(kù)中含有一種生物的部分基因，這個(gè)基因文庫(kù)就叫做cDNA文庫(kù)?；蛭膸?kù)就相當(dāng)于某種生物的基因倉(cāng)庫(kù)，儲(chǔ)備著大量的同種基因。 目的基因是基因工程操作中需要的外源基因，它是編碼某種蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基因，如生物的抗逆性基因、抗蟲(chóng)基因等。 2.DNA復(fù)制、PCR技術(shù)與基因克隆 DNA復(fù)制主要在細(xì)胞內(nèi)完成，以DNA的兩條鏈為模板，根據(jù)堿基互補(bǔ)配對(duì)原則合成兩個(gè)完全相同的DNA分子的過(guò)程。復(fù)制的條件是：以DNA雙鏈作模板，以四種脫氧核苷酸為原料，需要線粒體供應(yīng)，還需要多種酶，如解旋酶、DNA聚合酶等。 PCR技術(shù)是一項(xiàng)在生物體外復(fù)制特定DNA的核酸合成技術(shù)。它遵循的原理與DNA復(fù)制原理相同，條件是有一段已知目的基因的核苷酸序列和根據(jù)核苷酸序列合成的引物；原料是四種脫氧核苷酸，也需要多種酶，如DNA聚合酶。在PCR擴(kuò)增儀上自動(dòng)復(fù)制。 克隆：用多種限制性?xún)?nèi)切酶或者機(jī)械的方法，將某種生物的細(xì)胞DNA切成不同片段，并把所有片段隨機(jī)地分別連接到用同樣內(nèi)切酶切過(guò)的基因運(yùn)載體上，然后分別轉(zhuǎn)移到適當(dāng)受體細(xì)胞如細(xì)菌中，通過(guò)細(xì)胞增殖而構(gòu)成各個(gè)片段的無(wú)性繁殖系。 3.基因表達(dá)載體的構(gòu)建 由于單獨(dú)的DNA片段——目的基因是不能穩(wěn)定遺傳的，因此若要使目的基因在受體細(xì)胞中保持穩(wěn)定和表達(dá)，就需要將目的基因與相應(yīng)載體結(jié)合，形成重組結(jié)構(gòu)，即基因表達(dá)載體。以保證目的基因?qū)胂鄳?yīng)受體細(xì)胞后，一方面能穩(wěn)定存在并遺傳，另一方面能表達(dá)和發(fā)揮作用。基因表達(dá)載體的組成必須要有目的基因、啟動(dòng)子、終止子、標(biāo)記基因等。在構(gòu)建基因表達(dá)載體時(shí)，主要考慮以下幾方面的因素。 （1）基因的特點(diǎn)：如果一個(gè)來(lái)自動(dòng)物的目的基因含有內(nèi)含子，就不能用于轉(zhuǎn)基因植物，因?yàn)閯?dòng)物中內(nèi)含子的剪接系統(tǒng)與植物的不同，植物不能將動(dòng)物基因的內(nèi)含子剪切掉，只能用該基因的cDNA?；虻漠a(chǎn)物如果是一個(gè)糖蛋白，那么該基因在原核生物細(xì)菌中表達(dá)出來(lái)的蛋白就可能不具備天然狀態(tài)下的活性，因?yàn)樘堑鞍咨系奶擎準(zhǔn)窃趦?nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體上加上的，而細(xì)菌無(wú)這些細(xì)胞器。 （2）要選擇強(qiáng)啟動(dòng)子或組織特異性啟動(dòng)子。啟動(dòng)子有強(qiáng)有弱，選擇強(qiáng)啟動(dòng)子可以增加轉(zhuǎn)錄活性，使基因產(chǎn)物量增多。如果希望基因在生物的某個(gè)組織表達(dá)，如只在植物種子中表達(dá)，就要選擇種子中特異表達(dá)的啟動(dòng)子。 （3）要有選擇標(biāo)記基因，如抗生素基因，以便選擇出真正的轉(zhuǎn)基因生物。 4.目的基因的檢測(cè)內(nèi)容和方法的比較 類(lèi)型 步驟 檢測(cè)內(nèi)容 方法 結(jié)果顯示 分子檢測(cè) 第一步 目的基因是否進(jìn)入受體細(xì)胞 DNA分子雜交（DNA和DNA之間） 是否成功顯示出雜交帶 第二步 目的基因是否轉(zhuǎn)錄出mRNA 分子雜交技術(shù)（DNA和mRNA之間） 是否成功顯示出雜交帶 第三步 目的基因是否翻譯出蛋白質(zhì) 抗原—抗體雜交 是否成功顯示出雜交帶 個(gè)體水平鑒定 包括抗蟲(chóng)、抗病的接種實(shí)驗(yàn)，以確定是否有抗性以及抗性的程度；基因工程產(chǎn)品與天然產(chǎn)品的活性比較，以確定功能是否相同等 活學(xué)巧用 【例1】 基因工程科學(xué)家常采用細(xì)菌、酵母菌等微生物作為受體細(xì)胞，原因是（　?。┆? A.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便 B.繁殖速度快 C.遺傳物質(zhì)含量少，簡(jiǎn)單 D.性狀穩(wěn)定，變異少 解題提示：基因工程的最終目的是要運(yùn)用于生產(chǎn)，因此要有利于生產(chǎn)。微生物可以利用發(fā)酵工程進(jìn)行大量生產(chǎn)。 答案：B 【例2】 PCR技術(shù)擴(kuò)增DNA，需要的條件是（　　） ①目的基因?、贏TP?、鬯姆N脫氧核苷酸　④DNA聚合酶等?、輒RNA　⑥核糖體 A.①②③④ B.②③④⑤ C.①③④⑤ D.①②③⑥ 解題提示：PCR技術(shù)擴(kuò)增DNA的過(guò)程實(shí)質(zhì)就是體外復(fù)制DNA的過(guò)程，所以DNA復(fù)制的條體都必須具備。 答案：A 【例3】 科學(xué)家在培育抗蟲(chóng)棉時(shí)，經(jīng)過(guò)了許多復(fù)雜的過(guò)程和不懈的努力，才獲得成功。起初把蘇云金芽孢桿菌的抗蟲(chóng)基因插入載體質(zhì)粒中，然后導(dǎo)入棉花的受精卵中，結(jié)果抗蟲(chóng)基因在棉花體內(nèi)沒(méi)有表達(dá)。然后在插入抗蟲(chóng)基因的質(zhì)粒中插入啟動(dòng)子（抗蟲(chóng)基因首端），導(dǎo)入棉花受精卵，長(zhǎng)成的棉花植株還是沒(méi)有抗蟲(chóng)能力?？茖W(xué)家又在有啟動(dòng)子、抗蟲(chóng)基因的質(zhì)粒中插入終止子（抗蟲(chóng)基因末端），導(dǎo)入棉花受精卵，結(jié)果長(zhǎng)成的植株有了抗蟲(chóng)能力。由以上過(guò)程推知，作為目的基因的運(yùn)載體應(yīng)具備的結(jié)構(gòu)是（　?。┆? A.目的基因、啟動(dòng)子 B.目的基因、終止子 C.目的基因、啟動(dòng)子、終止子 D.目的基因、啟動(dòng)子、終止子、標(biāo)記基因 解題提示：一個(gè)基因表達(dá)載體的組成，除了目的基因外，還必須有啟動(dòng)子、終止子以及標(biāo)記基因等。有了啟動(dòng)子，RNA聚合酶與啟動(dòng)子結(jié)合驅(qū)動(dòng)基因轉(zhuǎn)錄出mRNA。終止子在目的基因的尾端，作用是終止轉(zhuǎn)錄。標(biāo)記基因是為了鑒別受體細(xì)胞中是否有目的基因。 答案：D 【例4】 正確表示基因操作“四步曲”的是（　?。┆? A.提取目的基因目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞目的基因與運(yùn)載體結(jié)合目的基因的檢測(cè)和表達(dá) B.目的基因的檢測(cè)和表達(dá)提取目的基因目的基因與運(yùn)載體結(jié)合目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞 C.提取目的基因目的基因與運(yùn)載體結(jié)合目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞目的基因的檢測(cè)和表達(dá) D.目的基因與運(yùn)載體結(jié)合提取目的基因目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞目的基因的檢測(cè)和表達(dá) 解題提示：基因操作“四步曲”包括提取目的基因，目的基因與運(yùn)載體結(jié)合，目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞，目的基因的檢測(cè)和表達(dá)。提取目的基因和目的基因與運(yùn)載體結(jié)合，要用同一種限制酶切割DNA片段和質(zhì)粒。目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞，要用CaCl2（細(xì)菌）改變細(xì)胞壁通透性，用到顯微注射等技術(shù)。目的基因的檢測(cè)和表達(dá)，是檢測(cè)運(yùn)載體標(biāo)記基因的表達(dá)和目的基因的表達(dá)。 答案：C 【例5】 目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞后，是否可以穩(wěn)定維持和表達(dá)其遺傳特性，只有通過(guò)鑒定和檢測(cè)才能知道。下列屬于目的基因檢測(cè)和鑒定的是（　　） ①檢測(cè)受體細(xì)胞是否有目的基因?、跈z測(cè)受體細(xì)胞是否有致病基因　③檢測(cè)目的基因是否轉(zhuǎn)錄mRNA?、軝z測(cè)目的基因是否翻譯蛋白質(zhì) A.①②③　 B.②③④　 C.①③④　 D.①②④ 解題提示：目的基因的檢測(cè)包括：檢測(cè)轉(zhuǎn)基因生物的染色體DNA上是否插入了目的基因，方法是用DNA探針，使DNA探針與基因組DNA雜交。檢測(cè)目的基因是否轉(zhuǎn)錄出了mRNA，方法是用基因探針與mRNA雜交。最后檢測(cè)目的基因是否翻譯了蛋白質(zhì)，方法是進(jìn)行抗原—抗體雜交。答案：C