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選修3 專題1 基 因 工 程,【知識梳理】 一、基因工程的概念及優(yōu)點 1.概念：按照人們的愿望，進(jìn)行嚴(yán)格的設(shè)計，并通過體外________ 和_______等技術(shù)，賦予生物以新的遺傳特性，從而創(chuàng)造出更符合人 們需要的新的___________________。 2.優(yōu)點： (1)與雜交育種相比：克服了_______________的障礙。 (2)與誘變育種相比：_____改造生物的遺傳性狀。,DNA重組,轉(zhuǎn)基因,生物類型和生物產(chǎn)品,遠(yuǎn)緣雜交不親和,定向,二、基因工程的工具 1.限制性核酸內(nèi)切酶： (1)簡稱：_______。 (2)來源：主要從_____生物中分離純化出來。 (3)特點：_____雙鏈DNA分子的某種特定核苷酸序列，并且使每一 條鏈中特定部位的兩個核苷酸之間的___________斷開。 (4)結(jié)果：產(chǎn)生_________或平末端。,限制酶,原核,識別,磷酸二酯鍵,黏性末端,2.DNA連接酶： (1)類型：根據(jù)酶的來源不同，可分為EcoliDNA連接酶和 ___________。 (2)作用：連接雙鏈DNA片段，恢復(fù)被限制酶切開的兩個核苷 酸之間的___________。,T4DNA連接酶,磷酸二酯鍵,3.載體： (1)種類：質(zhì)粒、λ噬菌體的衍生物、___________等。 (2)質(zhì)粒。 ①化學(xué)本質(zhì)：小型雙鏈環(huán)狀____分子。 ②特點,能_________ 有___________限制酶切割位點 有特殊的_________,,動植物病毒,DNA,自我復(fù)制,一個至多個,標(biāo)記基因,三、基因工程的基本操作程序 1.目的基因的獲?。?(1)目的基因：主要是指編碼蛋白質(zhì)的_____。 (2)三種獲取方法：,從_________中獲取目的基因 利用________擴(kuò)增目的基因 通過DNA合成儀用化學(xué)方法直接人工合成,,基因,基因文庫,PCR技術(shù),2.基因表達(dá)載體的構(gòu)建——基因工程的核心： (1)目的。 ①使目的基因在_________中穩(wěn)定存在，并且可以遺傳給下一代。 ②使目的基因能夠_____和發(fā)揮作用。 (2)組成：_______+目的基因+_______+標(biāo)記基因(如抗生素抗性基因),受體細(xì)胞,表達(dá),啟動子,終止子,3.將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞(連線)：,,,,,,4.目的基因的檢測與鑒定：,目的基因,mRNA,蛋白質(zhì),四、基因工程的應(yīng)用 1.植物基因工程：主要用于提高農(nóng)作物的_________，以及改良 _____________和利用植物_________等方面。 2.動物基因工程：主要應(yīng)用于動物品種改良、建立___________、 _________等方面。 3.基因工程藥物：來源于轉(zhuǎn)基因的_______。 4.基因治療：把_________導(dǎo)入病人體內(nèi)，使該基因的_________發(fā)揮功能。,抗逆能力,農(nóng)作物的品質(zhì),生產(chǎn)藥物,生物反應(yīng)器,器官移植,工程菌,正?；?表達(dá)產(chǎn)物,五、蛋白質(zhì)工程 1.流程圖： 寫出流程圖中字母代表的含義： A._____，B._____，C._________，D._______，E._________。 2.結(jié)果：改造了現(xiàn)有蛋白質(zhì)或制造出___________。 3.應(yīng)用：主要集中應(yīng)用于對___________進(jìn)行改造，改良生物性狀。,轉(zhuǎn)錄,翻譯,分子設(shè)計,多肽鏈,預(yù)期功能,新的蛋白質(zhì),現(xiàn)有蛋白質(zhì),【速記卡片】 1.基因工程的基本工具： (1)兩種工具酶：限制酶、DNA連接酶。 (2)一種運(yùn)輸工具：載體。 2.載體的種類和條件： (1)常見三種類型：質(zhì)粒、λ噬菌體的衍生物、動植物病毒。 (2)四條件：能夠自我復(fù)制、有多個限制酶切割位點、具有標(biāo)記基因、對受體細(xì)胞無傷害。,3.基因工程的基本操作程序的四個主要步驟： 目的基因的獲取→基因表達(dá)載體的構(gòu)建→將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞→目的基因的檢測與鑒定。 4.目的基因的獲取與檢測： (1)三種獲取方法：基因文庫直接獲得、PCR擴(kuò)增、人工合成。 (2)四種檢測方法：DNA分子雜交、DNA-mRNA分子雜交、抗原-抗體雜交、個體生物學(xué)水平的抗性檢測。,考點一 基因工程的工具 1.與DNA有關(guān)的四種酶：,2.限制酶： (1)識別序列的特點：呈現(xiàn)堿基互補(bǔ)對稱，無論是奇數(shù)個堿基還是 偶數(shù)個堿基，都可以找到一條中心軸線，如 ，以中心線為 軸，兩側(cè)堿基互補(bǔ)對稱； 以 為軸，兩側(cè)堿基互補(bǔ)對稱。,(2)切割后末端的種類：,3.限制酶和DNA連接酶的關(guān)系： (1)限制酶和DNA連接酶的作用部位都是磷酸二酯鍵。 (2)限制酶不切割自身DNA的原因是原核生物中不存在該酶的識別序列或識別序列已經(jīng)被修飾。 (3)DNA連接酶起作用時，不需要模板。,4.載體： (1)條件與目的：,(2)作用。 ①作為運(yùn)載工具，將目的基因轉(zhuǎn)移到宿主細(xì)胞內(nèi)。 ②利用它在宿主細(xì)胞內(nèi)對目的基因進(jìn)行大量復(fù)制。,【提分技法】限制酶的選擇技巧,(1)根據(jù)目的基因兩端的限制酶切割位點確定限制酶的種類。 ①應(yīng)選擇切割位點位于目的基因兩端的限制酶，如圖甲可選擇PstⅠ。 ②不能選擇切割位點位于目的基因內(nèi)部的限制酶，如圖甲不能選擇SmaⅠ。 ③為避免目的基因和質(zhì)粒的自身環(huán)化和隨意連接，也可使用不同的限制酶切割目的基因和質(zhì)粒，如圖甲也可選擇用PstⅠ和EcoRⅠ兩種限制酶(但要確保質(zhì)粒上也有這兩種酶的切割位點)。,(2)根據(jù)質(zhì)粒的特點確定限制酶的種類。 ①所選限制酶要與切割目的基因的限制酶一致，以確保產(chǎn)生相同的黏性末端。 ②質(zhì)粒作為載體必須具備標(biāo)記基因等，所以所選擇的限制酶盡量不要破壞這些結(jié)構(gòu)，如圖乙中限制酶SmaⅠ會破壞標(biāo)記基因；如果所選酶的切割位點不是一個，則切割重組后可能丟失某些片段，若丟失的片段含復(fù)制起點區(qū)，則切割重組后的片段進(jìn)入受體細(xì)胞后不能自主復(fù)制。,【考題回訪】 1.(2015濟(jì)南模擬)根據(jù)基因工程的有關(guān)知識，回答下列問題： (1)限制性內(nèi)切酶切割DNA分子后產(chǎn)生的片段，其末端類型有 和 。 (2)質(zhì)粒載體用EcoRⅠ切割后產(chǎn)生的片段如下： AATTC……G G……CTTAA 為使載體與目的基因相連，含有目的基因的DNA除可用EcoRⅠ切割外，還可用另一種限制性內(nèi)切酶切割，該酶必須具有的特點是 。 (3)按其來源不同，基因工程中所使用的DNA連接酶有兩類，即 DNA連接酶和 DNA連接酶。,【解析】(1)當(dāng)限制酶在它識別序列的中心軸線兩側(cè)將DNA的兩條鏈分別切開時，產(chǎn)生的是黏性末端，而當(dāng)限制酶在它識別序列的中心軸線處切開時，產(chǎn)生的則是平末端。(2)為使載體與目的基因相連，不同的限制酶應(yīng)切割出相同的黏性末端，它們必須要能識別相同的核苷酸序列，并且使每條鏈中相同的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷開。 (3)根據(jù)酶的來源不同，DNA連接酶分為兩類：一類是從大腸桿菌中分離得到的，稱為EcoliDNA連接酶；另一類是從T4噬菌體中分離出來的，稱為T4DNA連接酶。,答案：(1)黏性末端 平末端 (2)切割產(chǎn)生的DNA片段末端與EcoRⅠ切割產(chǎn)生的黏性末端相同 (3)大腸桿菌(Ecoli) T4,【知識總結(jié)】對限制酶切割位點的兩點要求 (1)位置要求：限制酶切割位點所處的位置必須在標(biāo)記基因外，從而保證標(biāo)記基因的完整性。 (2)數(shù)量要求：選擇限制酶切割目的基因時，被選擇的限制酶在目的基因的兩側(cè)都要有識別序列，這樣切割出來的目的基因才能與質(zhì)粒結(jié)合。,2.(2015銅仁模擬)chlL基因是藍(lán)藻DNA上控制葉綠素合成的基因，為研究該基因?qū)θ~綠素合成的控制，需要構(gòu)建該種生物缺失chlL基因的變異株細(xì)胞。技術(shù)路線如圖甲所示，請據(jù)圖分析回答：,(1)與真菌相比較，藍(lán)藻在結(jié)構(gòu)上最主要的特點是 ，在功能上最主要的特點是 。 (2)①②過程中均使用的工具酶有 。 (3)構(gòu)建重組質(zhì)粒B在整個操作過程中的目的是_________________ 和 。,(4)若含有chlL基因的DNA片段和選用的質(zhì)粒上的限制酶切割位點如圖乙所示。請回答：,①構(gòu)建含chlL基因的重組質(zhì)粒A時，應(yīng)選用的限制酶是 ，對 進(jìn)行切割。 ②同時用酶1和酶4切割圖乙中的質(zhì)粒，則產(chǎn)生含有1 800對堿基和 8 200對堿基的兩種片段；用圖中四種酶同時切割此質(zhì)粒，則產(chǎn)生含有600對堿基和8 200對堿基的兩種片段；若換用酶1和酶3同時切割此質(zhì)粒，則產(chǎn)生的片段是 。,【解析】(1)藍(lán)藻為原核生物，沒有以核膜為界限的細(xì)胞核，其體內(nèi)含有光合色素，能進(jìn)行光合作用。 (2)表達(dá)載體構(gòu)建時需限制酶和DNA連接酶等工具酶。 (3)由題干信息“構(gòu)建該種生物缺失chlL基因的變異株細(xì)胞”可知，構(gòu)建重組質(zhì)粒B的目的在于破壞chlL基因并篩選出變異株細(xì)胞。,(4)①由圖乙知，獲得chlL基因需酶1和酶3對此基因所在的DNA進(jìn)行切割，同時對質(zhì)粒也要用同種酶切割處理，以便構(gòu)建重組質(zhì)粒A。 ②由題意知四種酶同時切割時含600對堿基的片段共有3個。若用酶1和酶3同時切割時，產(chǎn)生的片段有8 200+600=8 800對堿基；另一片段為6002=1 200對堿基。,答案：(1)沒有以核膜為界限的細(xì)胞核 能夠進(jìn)行光合作用 (2)限制性核酸內(nèi)切酶和DNA連接酶 (3)破壞chlL基因 操作成功后篩選出該變異株細(xì)胞 (4)①酶1和酶3 質(zhì)粒和含chlL基因的DNA ②含有1 200對堿基和8 800對堿基的兩種片段,【加固訓(xùn)練】 1.土壤農(nóng)桿菌是一種能引起雙子葉植物產(chǎn)生冠癭瘤的土壤細(xì)菌，它帶有Ti質(zhì)粒。Ti質(zhì)粒是攜帶細(xì)菌DNA向宿主植物基因組轉(zhuǎn)化所需信息的重要片段，其上只有T-DNA片段才能轉(zhuǎn)入植物細(xì)胞的基因組。Ti質(zhì)粒的結(jié)構(gòu)及轉(zhuǎn)化過程如圖所示，請分析并回答：,(1)為了使某種植物具有抗旱性狀而又不引起植物產(chǎn)生冠癭瘤，需對Ti質(zhì)粒進(jìn)行修飾，即去除冠癭瘤基因，將抗旱基因轉(zhuǎn)移至 片段，然后在一定條件下將外植體在含土壤農(nóng)桿菌的稀釋培養(yǎng)基上培養(yǎng)，此時修飾的T-DNA轉(zhuǎn)入植物細(xì)胞并整合到植物基因組中。 (2)將上述外植體置于一個含有 的選擇培養(yǎng)基中進(jìn)行篩選，發(fā)生轉(zhuǎn)化的外植體開始增殖，形成 后，通過產(chǎn)生不定芽再長出整個植物。 (3)基因轉(zhuǎn)化是否成功應(yīng)對轉(zhuǎn)基因植物進(jìn)行鑒定，可以直接在個體水平對上述轉(zhuǎn)基因植物與非轉(zhuǎn)基因植物的 性能進(jìn)行比較。,【解析】(1)目的基因要插入T-DNA上，外植體與含目的基因的土壤農(nóng)桿菌混合培養(yǎng)，修飾的T-DNA轉(zhuǎn)入植物細(xì)胞并整合到植物基因組中。 (2)Ti質(zhì)粒含有抗四環(huán)素基因，將外植體置于含有四環(huán)素的選擇培養(yǎng)基中培養(yǎng)篩選，發(fā)生轉(zhuǎn)化的外植體能增殖，形成愈傷組織后，通過產(chǎn)生不定芽再長出整個植物。 (3)對轉(zhuǎn)基因植物與非轉(zhuǎn)基因植物的抗旱性能進(jìn)行比較，是在個體水平。 答案：(1)T-DNA (2)四環(huán)素 愈傷組織 (3)抗旱,【易錯提醒】 (1)基因工程所用的工具與常用的工具酶不同：工具包含工具酶和載體，工具酶包括限制酶和DNA連接酶。 (2)由于外源基因插入的位置未知，因此目的基因不一定表達(dá)，因此需要檢測。,2.如圖為大腸桿菌及質(zhì)粒載體的結(jié)構(gòu)模式圖，據(jù)圖回答下列問題：,(1)a代表的物質(zhì)和質(zhì)粒的化學(xué)本質(zhì)都是 ，二者還具 有其他共同點，如① ，②____________________ (寫出兩條即可)。 (2)若質(zhì)粒DNA分子的切割末端為 ，則與之連接的目的基因切割末端應(yīng)為 ；可使用 把質(zhì)粒和目的基因連接在一起。 (3)氨芐青霉素抗性基因在質(zhì)粒DNA上稱為 ， 其作用是 。,(4)下列常在基因工程中用作載體的是( ) A.蘇云金芽孢桿菌抗蟲基因 B.土壤農(nóng)桿菌環(huán)狀RNA分子 C.大腸桿菌的質(zhì)粒 D.動物細(xì)胞的染色體 【解題指南】解答本題需注意兩點： (1)質(zhì)粒的化學(xué)本質(zhì)是小型環(huán)狀DNA分子。 (2)質(zhì)粒作為載體的條件以及載體的種類。,【解析】(1)a代表的物質(zhì)是大型環(huán)狀DNA分子，質(zhì)粒是一種裸露的、結(jié)構(gòu)簡單、獨(dú)立于細(xì)菌擬核之外的小型環(huán)狀DNA分子，兩者都能自我復(fù)制，并蘊(yùn)含遺傳信息。 (2)與質(zhì)粒DNA分子的切割末端能夠連接的目的基因切割末端之間能夠發(fā)生堿基互補(bǔ)配對，可使用DNA連接酶將它們連接在一起。 (3)質(zhì)粒DNA分子上的氨芐青霉素抗性基因可以作為標(biāo)記基因，便于對重組DNA進(jìn)行鑒定和篩選。,(4)作為載體必須具備的條件：①在宿主細(xì)胞中能保存下來并能大量復(fù)制；②有多個限制性核酸內(nèi)切酶切割位點；③有一定的標(biāo)記基因，便于篩選。常用的載體有質(zhì)粒、λ噬菌體的衍生物、動植物病毒等。蘇云金芽孢桿菌抗蟲基因一般作為目的基因；土壤農(nóng)桿菌環(huán)狀RNA分子不容易在宿主細(xì)胞內(nèi)保存；動物細(xì)胞染色體的主要成分是DNA和蛋白質(zhì)，不能被限制性核酸內(nèi)切酶切割，因此不能用作載體。,答案：(1)DNA 能夠自我復(fù)制 具有遺傳特性 (2) DNA連接酶 (3)標(biāo)記基因 供重組DNA的鑒定和選擇 (4)C,考點二 基因工程的基本操作程序 1.目的基因的獲?。?(1)直接分離法：從自然界已有的物種中分離，如從基因組文庫或cDNA文庫中獲取。 (2)人工合成目的基因。 ①如果基因比較小，核苷酸序列又已知，可以通過DNA合成儀用化學(xué)方法直接人工合成。 ②以RNA為模板，在逆轉(zhuǎn)錄酶的作用下人工合成。,2.基因表達(dá)載體的構(gòu)建： (1)基因表達(dá)載體的組成及作用：,(2)基因表達(dá)載體的構(gòu)建過程：,3.將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞：,4.目的基因的檢測與鑒定：,【高考警示】因工程操作程序易錯點剖析 (1)基因表達(dá)載體≠載體：基因表達(dá)載體與載體相比增加了目的基因。 (2)目的基因的插入位點不是隨意的：基因表達(dá)需要啟動子與終止子的調(diào)控，所以目的基因應(yīng)插入啟動子與終止子之間的部位，若目的基因插入啟動子內(nèi)部，啟動子將失去原功能。,(3)啟動子≠起始密碼子，終止子≠終止密碼子：啟動子和終止子位于DNA片段上，分別控制轉(zhuǎn)錄過程的啟動和終止；起始密碼子和終止密碼子位于mRNA上，分別控制翻譯的啟動和終止。 (4)切割目的基因和載體并非只能用同一種限制酶。如果用兩種不同限制酶切割后形成的黏性末端相同時，在DNA連接酶的作用下目的基因與載體也可以連接起來。,【考題回訪】 1.(2015石家莊模擬)據(jù)圖表回答問題：,幾種限制酶識別序列切割位點表,(1)假設(shè)所用的限制酶均能將所識別的位點完全切開，采用EcoRⅠ和 PstⅠ酶切含有目的基因的DNA，能得到 種DNA片段。如果將 質(zhì)粒載體和含目的基因的DNA片段只用EcoRⅠ酶切，酶切產(chǎn)物再加入 DNA連接酶，其中由兩個DNA片段之間連接形成的產(chǎn)物有 、 、 。 (2)為了防止目的基因和質(zhì)粒表達(dá)載體酶切后的末端任意連接，酶切時應(yīng)該選用的酶是 、 。,【解題指南】解答本題需明確： (1)限制酶切割后形成的黏性末端類型。 (2)防止酶切后形成的末端任意連接的方法是用不同的限制酶切割，進(jìn)行單一位點的連接。,【解析】(1)含目的基因的DNA分子上含有2個EcoRⅠ和1個PstⅠ的酶切位點，3個切點全部切開，則形成4種DNA片段。質(zhì)粒與含目的基因的DNA片段都用EcoRⅠ切割，目的基因兩端和質(zhì)粒的切口處的黏性末端相同，只考慮兩個DNA片段相連，則會形成3種連接產(chǎn)物，即質(zhì)粒與質(zhì)粒相連、質(zhì)粒與目的基因相連、目的基因與目的基因相連。 (2)為了防止任意連接，可選用EcoRⅠ和SmaⅠ兩種酶同時切割。 答案：(1)4 質(zhì)粒載體—質(zhì)粒載體連接物 目的基因—目的基因連接物 質(zhì)粒載體—目的基因連接物 (2)EcoRⅠ SmaⅠ,【延伸探究】若啟動子位于圖中質(zhì)粒SmaⅠ和EcoRⅠ酶切位點之間(左側(cè))，能否用EcoRⅠ和SmaⅠ進(jìn)行切割，進(jìn)而連接？為什么？ 提示：不能。否則會將質(zhì)粒中存在的啟動子丟失，形成的基因表達(dá)載體無法進(jìn)行轉(zhuǎn)錄。,2.(2015威海模擬)科學(xué)家將人的生長激素基因與某種細(xì)菌(不含抗生素抗性基因)的DNA分子進(jìn)行重組，并成功地在該細(xì)菌中得以表達(dá)(如下圖)。請據(jù)圖分析回答：,(1)過程①所示獲取目的基因的方法是 。 (2)細(xì)菌是理想的受體細(xì)胞，這是因為它 。 (3)質(zhì)粒A與目的基因結(jié)合時，首先需要用 酶將質(zhì)粒切開“缺口”，然后用 酶將質(zhì)粒與目的基因“縫合”起來。,(4)若將細(xì)菌B先接種在含有 的培養(yǎng)基上能生長，說明該細(xì)菌中已經(jīng)導(dǎo)入外源質(zhì)粒，但不能說明外源質(zhì)粒是否成功插入目的基因；若將細(xì)菌B再重新接種在含有 的培養(yǎng)基上不能生長，則說明細(xì)菌B中已經(jīng)導(dǎo)入了插入目的基因的重組質(zhì)粒。 (5)檢測工程菌中的生長激素基因是否轉(zhuǎn)錄出mRNA和是否翻譯出生長激素，可采用的技術(shù)分別是 、 。,【解析】(1)圖中過程①是以RNA為模板，通過逆轉(zhuǎn)錄法獲取目的基因。(2)細(xì)菌具有繁殖快、單細(xì)胞、遺傳物質(zhì)相對較少等優(yōu)點，因此是基因工程中的理想的受體細(xì)胞。(3)構(gòu)建基因表達(dá)載體時，需先用限制酶分別切割目的基因和載體，再用DNA連接酶將兩者連接起來。(4)質(zhì)粒A和重組質(zhì)粒中都有完整的抗氨芐青霉素基因，因此細(xì)菌有氨芐青霉素抗性說明該細(xì)菌中已經(jīng)導(dǎo)入外源質(zhì)粒，但不能說明外源質(zhì)粒是否成功插入目的基因；重組質(zhì)粒中四環(huán)素抗性基因內(nèi)插入了目的基因，不能表達(dá)，因此細(xì)菌對四環(huán)素?zé)o抗性則說明細(xì)菌B中已經(jīng)導(dǎo)入了插入目的基因的重組質(zhì)粒。(5)檢測mRNA和生長激素(蛋白質(zhì))的技術(shù)分別是分子雜交和抗原-抗體雜交。,答案：(1)逆轉(zhuǎn)錄法(反轉(zhuǎn)錄法) (2)繁殖快、單細(xì)胞、遺傳物質(zhì)相對較少 (3)限制性核酸內(nèi)切 DNA連接 (4)氨芐青霉素 四環(huán)素 (5)分子雜交 抗原—抗體雜交,【易錯提醒】(1)在基因工程的四個操作步驟中，只有第三步將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞不需要堿基互補(bǔ)配對，其余三個步驟都涉及堿基互補(bǔ)配對。 (2)原核生物繁殖快、多為單細(xì)胞、遺傳物質(zhì)相對較少，有利于目的基因的復(fù)制與表達(dá)，因此常用大腸桿菌等原核生物作為受體細(xì)胞。,3.(2014新課標(biāo)全國卷Ⅱ)植物甲具有極強(qiáng)的耐旱性，其耐旱性與某個基因有關(guān)，若從該植物中獲得該耐旱基因，并將其轉(zhuǎn)移到耐旱性低的植物乙中，有可能提高后者的耐旱性?；卮鹣铝袉栴}： (1)理論上，基因組文庫含有生物的 基因；而cDNA文庫含有生物的 基因。 (2)若要從植物甲中獲得耐旱基因，可首先建立該植物的基因組文庫，再從中 出所需的耐旱基因。,(3)將耐旱基因?qū)朕r(nóng)桿菌，并通過農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法將其導(dǎo)入植物 的體細(xì)胞中，經(jīng)過一系列的過程得到再生植株。要確認(rèn)該 耐旱基因是否在再生植株中正確表達(dá)，應(yīng)檢測此再生植株中該基因 的 ，如果檢測結(jié)果呈陽性，再在田間試驗中檢測植株的 是否得到提高。 (4)假如用得到的二倍體轉(zhuǎn)基因耐旱植株自交，子代中耐旱與不耐 旱植株的數(shù)量比為3∶1時，則可推測該耐旱基因整合到了 (填“同源染色體的一條上”或“同源染色體的兩條上”)。,【解題指南】(1)題干關(guān)鍵詞：“自交”“子代中耐旱與不耐旱植株的數(shù)量比為3∶1”。 (2)關(guān)鍵知識：基因文庫類型、基因工程操作流程。,【解析】本題考查基因工程的相關(guān)知識。 (1)基因文庫包括基因組文庫和cDNA文庫，基因組文庫包含生物基因組的全部基因，cDNA文庫是以mRNA反轉(zhuǎn)錄后構(gòu)建的，只含有已經(jīng)表達(dá)的基因(并不是所有基因都會表達(dá))，即部分基因。 (2)從基因文庫中獲取目的基因需要進(jìn)行篩選。,(3)要提高植物乙的耐旱性，需要利用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法將耐旱基因?qū)胫参镆业捏w細(xì)胞中。要檢測目的基因(耐旱基因)是否表達(dá)應(yīng)該用抗原—抗體雜交法檢測目的基因(耐旱基因)的表達(dá)產(chǎn)物(即耐旱的相關(guān)蛋白質(zhì))；個體生物學(xué)水平檢測可以通過田間試驗，觀察檢測其耐旱情況。 (4)如果耐旱基因整合到同源染色體的一條上，則轉(zhuǎn)基因植株的基因型可以用A_表示(A表示耐旱基因，_表示另一條染色體上沒有相應(yīng)的基因)，A_自交后代基因型為AA∶A_∶_ _=1∶2∶1，所以耐旱∶不耐旱=3∶1，與題意相符；如果耐旱基因整合到同源染色體的兩條上，則子代將全部表現(xiàn)耐旱，不會出現(xiàn)性狀分離。,答案：(1)全部 部分 (2)篩選 (3)乙 表達(dá)產(chǎn)物 耐旱性 (4)同源染色體的一條上,4.(2015唐山模擬)基因工程是在現(xiàn)代生物學(xué)、化學(xué)和工程學(xué)基礎(chǔ)上建立和發(fā)展起來的，并有賴于微生物學(xué)理論和技術(shù)的發(fā)展運(yùn)用。基因工程基本操作流程如下圖，請據(jù)圖分析回答問題：,(1)圖中A是 。 (2)在上述基因工程的操作過程中，可以遵循堿基互補(bǔ)配對原則的 步驟有 (用圖解中序號表示)。 (3)不同種生物之間的基因移植成功，從分子水平分析，進(jìn)行基因 工程的主要理論依據(jù)是 ，也說明了生 物共用一套 。,(4)研究中發(fā)現(xiàn)，番茄體內(nèi)的蛋白酶抑制劑對害蟲的消化酶有抑制作 用，導(dǎo)致害蟲無法消化食物而被殺死，人們成功地將番茄的蛋白酶 抑制劑基因?qū)胗衩左w內(nèi)，玉米獲得了與番茄相似的抗蟲性狀，玉 米這種變異的來源是 。 (5)科學(xué)家在某種植物中找到了抗枯萎病的基因，并用基因工程的 方法將該基因?qū)虢鸩杌ㄈ~片細(xì)胞的染色體DNA上，經(jīng)培養(yǎng)長成的 植株具備了抗病性，這說明目的基因(抗枯萎病的基因)已 。 如果把該基因?qū)肴~綠體DNA中，將來產(chǎn)生的配子中___________ (填“一定”或“不一定”)含有抗病基因。,【解析】(1)圖中A是運(yùn)載目的基因的載體。 (2)基因工程的操作步驟包括獲取目的基因，基因表達(dá)載體的構(gòu)建，將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞，目的基因的檢測與鑒定。只有將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞過程不遵循堿基互補(bǔ)配對原則。 (3)基因工程的操作基礎(chǔ)是不同生物的DNA結(jié)構(gòu)基本形式相同，且共用一套遺傳密碼子。 (4)基因工程又稱DNA重組技術(shù)，其變異原理為基因重組。 (5)如果把抗枯萎病的基因?qū)肴~綠體DNA中，將來產(chǎn)生的雌配子中可能含有抗病基因，雄配子中不含抗病基因。,答案：(1)載體 (2)①②④ (3)不同生物的DNA結(jié)構(gòu)基本形式相同 遺傳密碼子 (4)基因重組 (5)表達(dá) 不一定,【備選考點】基因工程的應(yīng)用和蛋白質(zhì)工程 1.基因工程的應(yīng)用： (1)乳腺生物反應(yīng)器。 ①優(yōu)點：產(chǎn)量高、質(zhì)量好、成本低、易提取等。 ②操作過程：獲取目的基因→構(gòu)建基因表達(dá)載體→顯微注射導(dǎo)入哺乳動物受精卵中→形成早期胚胎→將胚胎移植到母體動物子宮內(nèi)→發(fā)育成轉(zhuǎn)基因動物→在雌性個體中目的基因表達(dá)，從分泌的乳汁中提取所需蛋白質(zhì)。,(2)基因工程藥品。 ①生產(chǎn)方式：利用基因工程培育“工程菌”來生產(chǎn)藥品。 a.“工程菌”：用基因工程的方法，使外源基因得到高效率表達(dá)的菌類細(xì)胞株系，如含有人胰島素基因的大腸桿菌菌株、含有抗蟲基因的土壤農(nóng)桿菌菌株等。 b.用基因工程生產(chǎn)的藥品，從化學(xué)成分上分析都應(yīng)該是蛋白質(zhì)類。 ②成果：生產(chǎn)出細(xì)胞因子、抗體、疫苗、激素等。,(3)基因診斷。 ①方法：DNA分子雜交技術(shù)(即DNA探針法)。 ②主要過程： 將互補(bǔ)的雙鏈DNA解旋 獲得單鏈DNA片段 用同位素、熒光分子或化學(xué)發(fā)光催化劑標(biāo)記單鏈DNA片段 引入待檢測的DNA樣品中 檢測DNA樣品,,,,,(4)基因治療。 ①方法：基因置換、基因修復(fù)、基因增補(bǔ)、基因失活等。 ②途徑。 a.體外基因治療：先從病人體內(nèi)獲得某種細(xì)胞進(jìn)行培養(yǎng)，然后在體外完成轉(zhuǎn)移，再篩選成功轉(zhuǎn)移的細(xì)胞擴(kuò)增培養(yǎng)，最后重新輸入患者體內(nèi)，如腺苷酸脫氨酶基因的轉(zhuǎn)移。 b.體內(nèi)基因治療：用基因工程的方法，直接向人體組織細(xì)胞中轉(zhuǎn)移基因的方法。,2.蛋白質(zhì)工程與基因工程： (1)區(qū)別：,(2)聯(lián)系。 ①蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上，延伸出來的第二代基因工程。 ②基因工程中所利用的某些酶需要通過蛋白質(zhì)工程進(jìn)行修飾、改造。,【考題回訪】 1.(2013新課標(biāo)全國卷Ⅰ節(jié)選)閱讀如下資料： 資料：T4溶菌酶在溫度較高時易失去活性?？茖W(xué)家對編碼T4溶菌酶的基因進(jìn)行了改造，使其表達(dá)的T4溶菌酶第3位的異亮氨酸變?yōu)榘腚装彼?，在該半胱氨酸與第97位的半胱氨酸之間形成了一個二硫鍵，提高了T4溶菌酶的耐熱性。,回答下列問題： 該資料屬于 工程的范疇。該工程是指以分子生物學(xué)相關(guān)理論為基礎(chǔ)，通過基因修飾或基因合成，對 進(jìn)行改造，或制造一種 的技術(shù)。在該實例中，引起T4溶菌酶空間結(jié)構(gòu)改變的原因是組成該酶肽鏈的 序列發(fā)生了改變。,【解析】資料中對基因進(jìn)行改造，結(jié)果得到耐熱性提高的蛋白質(zhì)，因此屬于蛋白質(zhì)工程的范疇。蛋白質(zhì)工程是指以分子生物學(xué)相關(guān)理論為基礎(chǔ)，通過基因修飾或基因合成，對現(xiàn)有的蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，或制造一種新蛋白質(zhì)的技術(shù)。對基因進(jìn)行改造后，第3位的異亮氨酸變?yōu)榘腚装彼?，該半胱氨酸與第97位的半胱氨酸之間形成了二硫鍵，引起了空間結(jié)構(gòu)的改變，所以最終是由于氨基酸序列的改變導(dǎo)致了空間結(jié)構(gòu)的改變。 答案：蛋白質(zhì) 現(xiàn)有的蛋白質(zhì) 新蛋白質(zhì) 氨基酸,2.(2012福建高考)肺細(xì)胞中的let-7基因表達(dá)減弱，癌基因RAS表達(dá)增強(qiáng)，會引發(fā)肺癌。研究人員利用基因工程技術(shù)將let-7基因?qū)敕伟┘?xì)胞實現(xiàn)表達(dá)，發(fā)現(xiàn)肺癌細(xì)胞的增殖受到抑制。該基因工程技術(shù)基本流程如圖1。,請回答： (1)進(jìn)行過程①時，需用 酶切開載體以插入let-7基因。 載體應(yīng)有RNA聚合酶識別和結(jié)合的部位，以驅(qū)動let-7基因轉(zhuǎn)錄， 該部位稱為 。 (2)進(jìn)行過程②時，需用 酶處理貼附在培養(yǎng)皿壁上的細(xì)胞， 以利于傳代培養(yǎng)。 (3)研究發(fā)現(xiàn)，let-7基因能影響癌基因RAS的表達(dá)，其影響機(jī)理如圖 2。據(jù)圖分析，可從細(xì)胞中提取 進(jìn)行分子雜交，以直接檢測 let-7基因是否轉(zhuǎn)錄。肺癌細(xì)胞增殖受到抑制，可能是由于細(xì)胞中 (填“RAS mRNA”或“RAS蛋白”)含量減少引起的。,【解題指南】解答本題的關(guān)鍵是： (1)注意目的基因和載體需用同一種限制性核酸內(nèi)切酶切割。 (2)注意題干信息“l(fā)et-7基因?qū)敕伟┘?xì)胞實現(xiàn)表達(dá)，發(fā)現(xiàn)肺癌細(xì)胞的增殖受到抑制”，由此推出肺癌細(xì)胞增殖受到抑制的原因是let-7基因翻譯抑制。,【解析】(1)基因工程中目的基因和載體需要同一種限制性核酸內(nèi)切酶切割產(chǎn)生相同的黏性末端，使目的基因與載體結(jié)合，載體中與RNA聚合酶識別和結(jié)合的部位是啟動子。 (2)原代培養(yǎng)產(chǎn)生的細(xì)胞需用胰蛋白酶處理，分散成單個細(xì)胞。 (3)檢測目的基因是否轉(zhuǎn)錄需提取受體細(xì)胞中的RNA進(jìn)行分子雜交；由圖2可知let-7基因翻譯抑制則不能產(chǎn)生RAS蛋白，因此RAS蛋白減少，肺癌細(xì)胞的增殖就受到抑制。 答案：(1)限制性核酸內(nèi)切(或限制) 啟動子 (2)胰蛋白 (3)RNA RAS蛋白,【延伸探究】 (1)為什么構(gòu)建基因表達(dá)載體，不能把基因直接導(dǎo)入？ 提示：游離的基因不易表達(dá)。 (2)構(gòu)建基因表達(dá)載體，為什么要同時拼接啟動子、終止子？ 提示：在目的基因的前端加上啟動子，在后端加上終止子，以便外源基因在受體細(xì)胞中有效地表達(dá)。,