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第36講 基因工程 1．回答下列有關(guān)基因工程的問題： (1)可根據(jù)________________(答出兩點)特性從基因文庫中獲取目的基因。 (2)在構(gòu)建基因表達載體時，常要用到________和________兩種工具酶。一個基因表達載體的組成，除了目的基因外，還必須有________以及標(biāo)記基因等，其中標(biāo)記基因的作用是_________________________________________________。 (3)在基因工程中，將目的基因?qū)胫参锛毎捎米疃嗟姆椒ㄊ莀______。 (4)基因工程藥物可利用轉(zhuǎn)基因的原核生物來生產(chǎn)。原核生物作為基因工程中受體細胞所具有的其他生物沒有的特點主要有________________________。 將目的基因?qū)氪竽c桿菌時，需用鈣離子處理大腸桿菌使之成為___________。 解析：(1)可根據(jù)基因的核苷酸序列、基因的功能、基因在染色體上的位置、基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物等特性從基因文庫中獲取目的基因。(2)基因工程中常用的兩種工具酶是限制酶和DNA連接酶。一個基因表達載體的組成，除了目的基因外，還必須有啟動子、終止子以及標(biāo)記基因等。(3)在基因工程中，將目的基因?qū)胫参锛毎捎米疃嗟姆椒ㄊ寝r(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法。(4)與其他生物相比，原核生物具有繁殖快、多為單細胞、遺傳物質(zhì)相對較少等特點，因此常將原核生物作為生產(chǎn)基因工程藥物的工程菌。 答案：(1)基因的核苷酸序列、基因的功能、基因在染色體上的位置、基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物等(答出兩點即可)　(2)限制酶　DNA連接酶　啟動子、終止子　鑒別受體細胞中是否含有目的基因，從而將含有目的基因的細胞篩選出來　(3)農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法　(4)繁殖快、多為單細胞、遺傳物質(zhì)相對較少等　感受態(tài)細胞 2．歐洲哥廷根小型豬因其器官大小、結(jié)構(gòu)和生理特點等方面與人的器官極為相似，已經(jīng)成為國際上理想的異種器官移植研究材料。目前，歐洲哥廷根小型豬作為糖尿病、心臟病、帕金森氏癥等重大人類疾病及新藥研究的動物模型，也得到了全世界醫(yī)藥管理機構(gòu)的認(rèn)可。請回答下列問題： (1)異種器官移植到人體內(nèi)會發(fā)生________，從而使外源器官難以存活。為解決這一難題，必須設(shè)法除去醫(yī)用小型豬的________基因，或抑制該基因的______。 (2)向小型豬轉(zhuǎn)入外源基因時，其受體細胞通常是__________，導(dǎo)入方法是____________。 (3)利用基因工程技術(shù)，可以獲得乳汁中含有藥用蛋白的動物，這種動物叫做___________。為了獲得該動物，需將________________基因與________________基因的啟動子等調(diào)控組件重組在一起，構(gòu)建基因表達載體。 解析：(1)異種器官移植會引起人體內(nèi)發(fā)生免疫排斥反應(yīng)。為解決此問題，需去除小型豬體內(nèi)表達抗原的基因，或抑制該抗原基因的表達。(2)基因工程中常用的動物受體細胞是受精卵，因為受精卵全能性高。通常采用顯微注射法將目的基因?qū)胧芫选?3)可以從乳汁中獲取藥用蛋白的動物稱為乳腺生物反應(yīng)器。獲得該種動物需將藥用蛋白基因和乳腺蛋白基因的啟動子等調(diào)控組件重組在一起，構(gòu)建基因表達載體。 答案：(1)免疫排斥反應(yīng)　抗原決定　表達 (2)受精卵　顯微注射技術(shù) (3)乳腺(乳房)生物反應(yīng)器　藥用蛋白　乳腺蛋白 3．下圖是從酵母菌中獲取棉株需要的某種酶基因的流程，結(jié)合所學(xué)知識及相關(guān)信息回答下列問題。 (1)圖中cDNA文庫____________(填“大于”、“等于”或“小于”)基因組文庫。 (2)①過程提取的DNA需要________的切割，B是______過程。 (3)為了在短時間內(nèi)大量獲得目的基因，可用________擴增的方法，其原理是____________________________________________________________________。 (4)農(nóng)桿菌中的Ti質(zhì)粒上的TDNA具有________的特點。目的基因能否在棉株體內(nèi)穩(wěn)定遺傳的關(guān)鍵是________，可以用_________________________________ 技術(shù)進行檢測。 (5)如果要想使該酶活性更高或具有更強的耐受性，需要對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進行改造，這要利用基因工程的延伸——蛋白質(zhì)工程。首先要設(shè)計預(yù)期的________，再推測應(yīng)有的氨基酸序列，找到相對應(yīng)的________。 解析：(1)一個基因組文庫中包含了一種生物所有的基因，而一個cDNA文庫中只包含了一種生物的一部分基因，故cDNA文庫小于基因組文庫。(2)從酵母菌中提取目的基因的過程中，需用限制性核酸內(nèi)切酶對DNA進行切割；以mRNA為模板合成cDNA的過程屬于反轉(zhuǎn)錄。(3)PCR技術(shù)是一項在生物體外復(fù)制特定DNA片段的核酸合成技術(shù)，其依據(jù)的原理是DNA雙鏈復(fù)制。(4)農(nóng)桿菌中的Ti質(zhì)粒上的T—DNA具有可轉(zhuǎn)移至受體細胞并且整合到受體細胞染色體的DNA上的特點。目的基因能否在棉株體內(nèi)穩(wěn)定遺傳的關(guān)鍵是目的基因整合到植物細胞染色體的DNA上，可以用DNA分子雜交技術(shù)進行檢測。(5)蛋白質(zhì)工程是指以蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其與生物功能的關(guān)系作為基礎(chǔ)，通過基因修飾或基因合成，對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進行改造，或制造一種新的蛋白質(zhì)，以滿足人類的生產(chǎn)和生活的需求。蛋白質(zhì)工程的基本途徑是：從預(yù)期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)―→設(shè)計預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)―→推測應(yīng)有的氨基酸序列―→找到相對應(yīng)的脫氧核苷酸序列(基因)。 答案：(1)小于　(2)限制酶　反轉(zhuǎn)錄　(3)PCR技術(shù)　DNA雙鏈復(fù)制　(4)可轉(zhuǎn)移至受體細胞并且整合到受體細胞染色體的DNA上　目的基因整合到植物細胞染色體的DNA上　DNA分子雜交　(5)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)　脫氧核苷酸序列 4．(2018河北唐山模擬)科學(xué)家通過利用PCR定點突變技術(shù)改造Rubisco酶基因，提高了光合作用過程中Rubisco酶對CO2的親和力，從而顯著提高了植物的光合作用速率。請回答下列問題： (1)PCR過程所依據(jù)的原理是________________，利用PCR技術(shù)擴增目的基因的前提是要有一段已知目的基因的核苷酸序列，以便根據(jù)這一序列合成________；擴增過程需要加入________________酶。 (2)啟動子是一段有特殊結(jié)構(gòu)的DNA片段，其作用是________________________。目的基因能在不同生物體內(nèi)正常表達原來的蛋白質(zhì)，說明整個生物界___________________。PCR定點突變技術(shù)屬于____________的范疇。 (3)可利用定點突變的DNA構(gòu)建基因表達載體。常用____________將基因表達載體導(dǎo)入植物細胞，還需用到植物細胞工程中的________________技術(shù)，來最終獲得轉(zhuǎn)基因植物。 解析：(1)PCR依據(jù)的原理是DNA雙鏈復(fù)制，在用PCR技術(shù)擴增目的基因前要依據(jù)一段已知目的基因的脫氧核苷酸序列合成引物；擴增過程需要加入耐高溫的DNA聚合(或Taq DNA聚合)酶。(2)啟動子是RNA聚合酶識別和結(jié)合部位，可驅(qū)動基因轉(zhuǎn)錄出mRNA；因生物界共用一套遺傳密碼，所以目的基因可以在不同細胞內(nèi)表達合成相同蛋白質(zhì)。(3)常用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法將基因表達載體導(dǎo)入植物細胞，借助于植物組織培養(yǎng)技術(shù)，獲得轉(zhuǎn)基因植物。 答案：(1)DNA雙鏈復(fù)制　引物　耐高溫的DNA聚合(或Taq DNA聚合) (2)RNA聚合酶識別和結(jié)合部位，可驅(qū)動基因轉(zhuǎn)錄出mRNA　共用一套密碼子　蛋白質(zhì)工程 (3)農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法　植物組織培養(yǎng) 5．(2018湖南郴州質(zhì)檢)利用基因工程技術(shù)培育馬鈴薯新品種，目前已經(jīng)取得豐碩成果。請根據(jù)教材所學(xué)知識回答下列問題： (1)馬鈴薯易患多種疾病，導(dǎo)致其產(chǎn)量不高。通過導(dǎo)入抗病基因并使其表達可以提高馬鈴薯產(chǎn)量，基因工程中使用最多的抗病基因是________________和病毒的復(fù)制酶基因。 (2)馬鈴薯是雙子葉植物，常用____________(方法)將目的基因?qū)腭R鈴薯受體細胞中。構(gòu)建好的基因表達載體基本結(jié)構(gòu)包括目的基因、標(biāo)記基因、________、________、________等五部分。 (3)科學(xué)家還培育出抗除草劑的轉(zhuǎn)基因馬鈴薯，其設(shè)計方法：修飾除草劑作用的靶蛋白，使其對除草劑________(填“敏感”或“不敏感”)，或使靶蛋白過量表達，植物吸收除草劑后仍能________。 (4)將目的基因?qū)胧荏w細胞后，還需對轉(zhuǎn)基因植物進行____________________。 解析：(1)在基因工程中，使用最多的抗病基因是病毒外殼蛋白基因和病毒的復(fù)制酶基因。(2)常用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法將目的基因?qū)腭R鈴薯等雙子葉植物的受體細胞中。構(gòu)建好的基因表達載體的基本結(jié)構(gòu)包括目的基因、標(biāo)記基因、終止子、啟動子和復(fù)制原點等五部分。(3)培育抗除草劑的轉(zhuǎn)基因馬鈴薯，需通過修飾，使除草劑作用的靶蛋白對除草劑不敏感，或使靶蛋白過量表達，使植物吸收除草劑后仍能正常代謝。(4)將目的基因?qū)胧荏w細胞后，還需對轉(zhuǎn)基因植物進行目的基因的檢測與鑒定。 答案：(1)病毒外殼蛋白基因 (2)農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法　啟動子　終止子　復(fù)制原點 (3)不敏感　正常代謝 (4)目的基因的檢測與鑒定 6．(2018云南昆明調(diào)研)科學(xué)家將擬南芥的抗寒基因(CBFl)，轉(zhuǎn)入香蕉以獲得抗寒的香蕉品種。如圖是某質(zhì)粒載體上的Sac Ⅰ、Xba Ⅰ、EcoR Ⅰ、Hind Ⅲ四種限制酶的切割位點示意圖。 據(jù)圖回答問題： (1)在該實驗中為構(gòu)建基因表達載體，用SacⅠ、XbaⅠ切下CBFl基因后，對質(zhì)粒載體進行切割的限制酶是_____________________________________， 理由是__________________________________________________。 (2)連接CBFl基因到該質(zhì)粒載體后，作為基因表達載體的組成還必須有________________。將重組質(zhì)粒導(dǎo)入香蕉細胞最常用的方法是_______________。 (3)為了鑒別受體細胞中是否含有CBFl基因，可用含________的培養(yǎng)基進行篩選。 (4)科學(xué)家將生長健壯、苗齡一致的轉(zhuǎn)基因香蕉(實驗組)與非轉(zhuǎn)基因香蕉(對照組)進行________處理，鑒定兩組之間的抗寒性差異，如果____________________，則說明獲得了抗寒的香蕉優(yōu)質(zhì)品種。 解析：(1)在基因工程中，用相同限制酶切割來源不同的DNA后，可產(chǎn)生相同的末端，所以和含目的基因的DNA一樣，質(zhì)粒也應(yīng)使用Sac Ⅰ、Xba Ⅰ進行切割。(2)基因表達載體的組成包括啟動子、終止子、標(biāo)記基因、目的基因等。香蕉細胞是植物細胞，將目的基因?qū)胫参锛毎Ｓ棉r(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法。(3)據(jù)圖分析，質(zhì)粒上的標(biāo)記基因是氨芐青霉素抗性基因，所以為了鑒別受體細胞中是否含有CBFl基因，可用含氨芐青霉素的培養(yǎng)基進行篩選。(4)根據(jù)題干信息已知目的基因是抗寒基因，所以科學(xué)家將生長健壯、苗齡一致的轉(zhuǎn)基因香蕉(實驗組)與非轉(zhuǎn)基因香蕉(對照組)進行低溫處理，鑒定兩組之間的抗寒性差異，如果實驗組的抗寒能力明顯高于對照組，則說明獲得了抗寒的香蕉優(yōu)質(zhì)品種。 答案：(1)Sac Ⅰ、Xba Ⅰ　用相同限制酶切割來源不同的DNA后，可產(chǎn)生相同的末端 (2)啟動子和終止子　農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法 (3)氨芐青霉素 (4)低溫　實驗組的抗寒能力明顯高于對照組