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2020版高考生物一輪復(fù)習(xí) 生物技術(shù)與工程 第3講 基因工程教學(xué)案 新人教版

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1、 第3講 基因工程 [考綱展示] 1.基因工程的誕生(Ⅰ) 2.基因工程的原理及技術(shù)(含PCR技術(shù))(Ⅱ) 3.基因工程的應(yīng)用(Ⅱ) 4.蛋白質(zhì)工程(Ⅰ) 考點(diǎn)一| 基因工程的基本工具 1.基因工程的概念 (1)概念:按照人們的愿望,進(jìn)行嚴(yán)格的設(shè)計(jì),并通過(guò)體外DNA重組和轉(zhuǎn)基因等技術(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生物類(lèi)型和生物產(chǎn)品。 (2)優(yōu)點(diǎn) ①與雜交育種相比:克服了遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙。 ②與誘變育種相比:定向改造生物的遺傳性狀。 2.基因工程的基本工具 (1)限制性核酸內(nèi)切酶(簡(jiǎn)稱(chēng)限制酶)。 ①來(lái)源:主要來(lái)自原核生物。 ②特點(diǎn):具

2、有專(zhuān)一性,表現(xiàn)在兩個(gè)方面: 識(shí)別——雙鏈DNA分子的某種特定核苷酸序列。 切割——特定核苷酸序列中的特定位點(diǎn)。 ③作用:斷裂特定的兩個(gè)核苷酸之間的磷酸二酯鍵。 ④結(jié)果:產(chǎn)生黏性末端或平末端。 (2)DNA連接酶 種類(lèi) E·coli DNA連接酶 T4DNA連接酶 來(lái)源 大腸桿菌 T4噬菌體 特點(diǎn) 縫合黏性末端 縫合黏性末端和平末端 作用 縫合雙鏈DNA片段,恢復(fù)兩個(gè)核苷酸之間的磷酸二酯鍵 (3)載體 ①種類(lèi):質(zhì)粒、λ噬菌體的衍生物、動(dòng)植物病毒等。 ②質(zhì)粒的特點(diǎn) ③運(yùn)載體的作用:攜帶外源DNA片段進(jìn)入受體細(xì)胞。 1.(1)原核生物中限制酶為什么不切割

3、自身的DNA? 提示:原核生物中不存在該酶的識(shí)別序列或識(shí)別序列已被修飾等。 (2)圖甲表示EcoR Ⅰ限制酶及DNA連接酶的作用示意圖,圖乙表示Sma Ⅰ限制酶的作用示意圖。請(qǐng)據(jù)圖回答問(wèn)題: ①請(qǐng)寫(xiě)出EcoR Ⅰ限制酶和SmaⅠ限制酶識(shí)別的堿基序列以及切割位點(diǎn)。 提示:EcoR Ⅰ限制酶識(shí)別的堿基序列是GAATTC,切割位點(diǎn)在G和A之間;Sma Ⅰ限制酶識(shí)別的堿基序列是CCCGGG,切割位點(diǎn)在G和C之間。 ②限制酶和DNA連接酶的作用部位相同嗎?DNA連接酶起作用時(shí),是否需要模板? 提示:相同,都是磷酸二酯鍵。不需要模板。 1.基因工程技術(shù)使用限制酶需注意的四個(gè)問(wèn)題 (

4、1)獲取目的基因和切割載體時(shí),經(jīng)常使用同一種限制酶(也可使用能切出相同末端的不同限制酶),目的是產(chǎn)生相同的黏性末端或平末端。 (2)獲取一個(gè)目的基因需限制酶切割兩次,共產(chǎn)生4個(gè)黏性末端或平末端。 (3)限制酶切割位點(diǎn)的選擇,必須保證標(biāo)記基因的完整性,以便于檢測(cè)。 (4)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。 2.載體上標(biāo)記基因的作用 載體上的標(biāo)記基因一般是一些抗生素的抗性基因。目的基因要轉(zhuǎn)入的受體細(xì)胞沒(méi)有抵抗相關(guān)抗生素的能力。當(dāng)含有抗生素抗性基因的載體進(jìn)入受體細(xì)胞后,抗性基因在受體細(xì)胞內(nèi)表達(dá),使受體細(xì)胞能夠抵抗相應(yīng)抗生素,所以在受體細(xì)胞的培

5、養(yǎng)體系中加入該種抗生素就可以只保留轉(zhuǎn)入載體的受體細(xì)胞,原理如圖所示: 考法1 考查限制酶、DNA連接酶等酶的作用 1.(2016·全國(guó)卷Ⅲ)圖(a)中的三個(gè)DNA片段上依次表示出了EcoR Ⅰ、BamH Ⅰ和Sau3A Ⅰ三種限制性?xún)?nèi)切酶的識(shí)別序列與切割位點(diǎn),圖(b)為某種表達(dá)載體的示意圖(載體上的EcoRⅠ、Sau3AⅠ的切點(diǎn)是唯一的)。 圖(a) 圖(b) 根據(jù)基因工程的有關(guān)知識(shí),回答下列問(wèn)題: (1)經(jīng)BamH Ⅰ酶切后得到的目的基因可以與上述表達(dá)載體被________酶切后的產(chǎn)物連接,理由是_____________________________ __

6、__________________________________________________________。 (2)若某人利用圖(b)所示的表達(dá)載體獲得了甲、乙、丙三種含有目的基因的重組子,如圖(c)所示。這三種重組子中,不能在宿主細(xì)胞中表達(dá)目的基因產(chǎn)物的有________,不能表達(dá)的原因是___________________ _____________________________________________________________ ____________________________________________________________。

7、 圖(c) (3)DNA連接酶是將兩個(gè)DNA片段連接起來(lái)的酶,常見(jiàn)的有______________和______________,其中既能連接黏性末端又能連接平末端的是________。 解析:(1)由題圖可知,BamH Ⅰ 和Sau3A Ⅰ 兩種限制性?xún)?nèi)切酶的共同識(shí)別序列是,二者切割可以形成相同的黏性末端,因此經(jīng)BamH Ⅰ酶切得到的目的基因可以與圖(b)所示表達(dá)載體被Sau3A Ⅰ酶切后的產(chǎn)物連接。(2)在基因表達(dá)載體中,啟動(dòng)子應(yīng)位于目的基因的首端,終止子應(yīng)位于目的基因的尾端,這樣基因才能順利地轉(zhuǎn)錄,再完成翻譯過(guò)程,即順利表達(dá)。圖中甲所示的目的基因插入在啟動(dòng)子的上游,丙所示目的基因插入

8、在終止子的下游,二者的目的基因均不能被轉(zhuǎn)錄,因此目的基因不能表達(dá)。(3)常見(jiàn)的DNA連接酶有E·coliDNA連接酶和T4DNA連接酶,其中T4DNA連接酶既能連接黏性末端又能連接平末端。 答案:(1)Sau3A Ⅰ 兩種酶切割后產(chǎn)生的片段具有相同的黏性末端 (2)甲和丙 甲中目的基因插入在啟動(dòng)子的上游,丙中目的基因插入在終止子的下游,二者的目的基因均不能被轉(zhuǎn)錄 (3)E·coliDNA連接酶 T4DNA連接酶 T4DNA連接酶 考法2 考查載體的作用及特點(diǎn)等 2.(2016·全國(guó)卷Ⅰ)某一質(zhì)粒載體如圖所示,外源DNA插入到Ampr或Tetr中會(huì)導(dǎo)致相應(yīng)的基因失活(Ampr表示氨芐青

9、霉素抗性基因,Tetr表示四環(huán)素抗性基因)。有人將此質(zhì)粒載體用BamH Ⅰ酶切后,與用BamH Ⅰ酶切獲得的目的基因混合,加入DNA連接酶進(jìn)行連接反應(yīng),用得到的混合物直接轉(zhuǎn)化大腸桿菌。結(jié)果大腸桿菌有的未被轉(zhuǎn)化,有的被轉(zhuǎn)化。被轉(zhuǎn)化的大腸桿菌有三種,分別是含有環(huán)狀目的基因、含有質(zhì)粒載體、含有插入了目的基因的重組質(zhì)粒的大腸桿菌?;卮鹣铝袉?wèn)題: (1)質(zhì)粒載體作為基因工程的工具,應(yīng)具備的基本條件有________ ________(答出兩點(diǎn)即可),而作為基因表達(dá)載體,除滿(mǎn)足上述基本條件外,還需具有啟動(dòng)子和終止子。 (2)如果用含有氨芐青霉素的培養(yǎng)基進(jìn)行篩選,在上述四種大腸桿菌細(xì)胞中,未被轉(zhuǎn)化的

10、和僅含環(huán)狀目的基因的細(xì)胞是不能區(qū)分的,其原因是______________________;并且________________和_______________的細(xì)胞也是不能區(qū)分的,其原因是_______________________________。在上述篩選的基礎(chǔ)上,若要篩選含有插入了目的基因的重組質(zhì)粒的大腸桿菌單菌落,還需使用含有________的固體培養(yǎng)基。 (3)基因工程中,某些噬菌體經(jīng)改造后可以作為載體,其DNA復(fù)制所需的原料來(lái)自于________。 解析:(1)質(zhì)粒作為載體,應(yīng)具備的基本條件有:有一個(gè)至多個(gè)限制酶切割位點(diǎn),供外源DNA片段(基因)插入其中;在受體細(xì)胞中能自我

11、復(fù)制,或能整合到染色體DNA上,隨染色體DNA進(jìn)行同步復(fù)制;有特殊的標(biāo)記基因,供重組DNA的鑒定和選擇等等。(2)在培養(yǎng)基中加入氨芐青霉素進(jìn)行篩選,其中未被轉(zhuǎn)化的大腸桿菌和僅含環(huán)狀目的基因的大腸桿菌,因不含氨芐青霉素抗性基因而都不能在此培養(yǎng)基上存活,二者不能區(qū)分。含有質(zhì)粒載體的大腸桿菌和含有插入了目的基因的重組質(zhì)粒的大腸桿菌中都含有氨芐青霉素抗性基因,都能在此培養(yǎng)基上存活,二者也不能區(qū)分。若要將含有插入了目的基因的重組質(zhì)粒的大腸桿菌進(jìn)一步篩選出來(lái),還需要使用含有四環(huán)素的固體培養(yǎng)基。(3)某些噬菌體經(jīng)改造后作為載體,導(dǎo)入受體細(xì)胞后,其DNA復(fù)制所需的原料來(lái)自于受體細(xì)胞。 答案:(1)能自我復(fù)制

12、、具有標(biāo)記基因、具有一至多個(gè)限制酶切割位點(diǎn)(答出兩點(diǎn)即可) (2)二者均不含有氨芐青霉素抗性基因,在該培養(yǎng)基上均不生長(zhǎng) 含有質(zhì)粒載體 含有插入了目的基因的重組質(zhì)粒(或答含有重組質(zhì)粒) 二者均含有氨芐青霉素抗性基因,在該培養(yǎng)基上均能生長(zhǎng) 四環(huán)素 (3)受體細(xì)胞 考點(diǎn)二| 基因工程的基本操作及其應(yīng)用 1.基因工程的基本程序 (1)目的基因的獲取 ①?gòu)幕蛭膸?kù)中獲取 ②人工合成 ③利用PCR技術(shù)擴(kuò)增 (2)基因表達(dá)載體的構(gòu)建——基因工程的核心 ①目的:使目的基因在受體細(xì)胞中穩(wěn)定存在,并且可以遺傳給下一代,同時(shí)使目的基因能夠表達(dá)和發(fā)揮作用。 ②基因表達(dá)載體的組成 (3

13、)將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞 ①轉(zhuǎn)化含義:目的基因進(jìn)入受體細(xì)胞內(nèi),并且在受體細(xì)胞內(nèi)遺傳和表達(dá)的過(guò)程。 ②轉(zhuǎn)化方法 生物類(lèi)型 植物 動(dòng)物 微生物 受體細(xì)胞 體細(xì)胞 受精卵 大腸桿菌或酵母菌等 常用方法 農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法、基因槍法、花粉管通道法 顯微注射法 感受態(tài)細(xì)胞法 (4)目的基因的檢測(cè)與鑒定 方法 檢測(cè)或鑒定目的 水平 DNA分子雜交技術(shù) 檢測(cè)目的基因的有無(wú) 分子水平 分子雜交技術(shù) 目的基因是否轉(zhuǎn)錄 抗原—抗體雜交 目的基因是否翻譯 抗蟲(chóng)或抗病接種實(shí)驗(yàn) 是否具有抗蟲(chóng)抗病特性 個(gè)體水平 2.PCR技術(shù) (1)原理:DNA雙鏈復(fù)制。 (2

14、)條件 (3)過(guò)程 (4)結(jié)果:上述三步反應(yīng)完成后,一個(gè)DNA分子就變成了兩個(gè)DNA分子,隨著重復(fù)次數(shù)的增多,DNA分子就以2n的形式增加。PCR的反應(yīng)過(guò)程都是在PCR擴(kuò)增儀中完成的。 3.基因工程的應(yīng)用 (1)植物基因工程 培育抗蟲(chóng)轉(zhuǎn)基因植物、抗病轉(zhuǎn)基因植物、抗逆轉(zhuǎn)基因植物、利用轉(zhuǎn)基因改良植物的品質(zhì)。 (2)動(dòng)物基因工程 ①提高動(dòng)物生長(zhǎng)速度、改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)、用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生產(chǎn)藥物、用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物作器官移植的供體。 ②乳腺生物反應(yīng)器:藥用蛋白基因和乳腺蛋白基因的啟動(dòng)子等調(diào)控組件重組在一起。 (3)基因工程藥品 ①受體細(xì)胞:多為原核細(xì)胞。原因是其繁殖快,多為單細(xì)胞,遺傳

15、物質(zhì)相對(duì)較少。 ②成果:生產(chǎn)出細(xì)胞因子、抗體、疫苗、激素等。 (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類(lèi)型:體內(nèi)基因治療和體外基因治療。 1.將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞整合到線粒體DNA或葉綠體DNA上,能否穩(wěn)定遺傳?說(shuō)明理由。 提示:一般不能。因?yàn)閮H把目的基因整合到線粒體DNA或葉綠體DNA上,細(xì)胞分裂可能導(dǎo)致目的基因丟失,因此無(wú)法穩(wěn)定遺傳。 2.用箭頭及必要的文字簡(jiǎn)述基因組文庫(kù)和部分基因文庫(kù)構(gòu)建過(guò)程。 提示:①基因組文庫(kù)的構(gòu)建過(guò)程為:某種生物全部DNA許多DNA片段受體菌群體。 ②部分基因文庫(kù)的構(gòu)建過(guò)程為:某種生物發(fā)育的某個(gè)時(shí)期的mRNAcD

16、NA受體菌群 基因工程操作的四個(gè)易錯(cuò)點(diǎn) (1)目的基因的插入位點(diǎn)不是隨意的,基因表達(dá)需要啟動(dòng)子與終止子的調(diào)控,所以目的基因應(yīng)插入啟動(dòng)子與終止子之間的部位。 (2)基因工程操作過(guò)程中只有第三步(將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞)沒(méi)有堿基互補(bǔ)配對(duì)現(xiàn)象。 (3)農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法原理:農(nóng)桿菌易感染植物細(xì)胞,并將其Ti質(zhì)粒上的T-DNA轉(zhuǎn)移并整合到受體細(xì)胞染色體DNA上。 (4)啟動(dòng)子≠起始密碼子,終止子≠終止密碼子 啟動(dòng)子和終止子位于DNA片段上,分別控制轉(zhuǎn)錄過(guò)程的啟動(dòng)和終止;起始密碼子和終止密碼子位于mRNA上,分別控制翻譯過(guò)程的啟動(dòng)和終止。 考法1 基因工程的基本操作程序分析 1.(2

17、018·全國(guó)卷Ⅰ)回答下列問(wèn)題: (1)博耶(H.Boyer)和科恩(S.Cohen)將非洲爪蟾核糖體蛋白基因與質(zhì)粒重組后導(dǎo)入大腸桿菌細(xì)胞中進(jìn)行了表達(dá)。該研究除證明了質(zhì)??梢宰鳛檩d體外,還證明了_____________________________________________ ______________________________________________________________ ________________________________________________(答出兩點(diǎn)即可)。 (2)體外重組的質(zhì)粒可通過(guò)Ca2+參與的________方法導(dǎo)入

18、大腸桿菌細(xì)胞;而體外重組的噬菌體DNA通常需與________組裝成完整噬菌體后,才能通過(guò)侵染的方法將重組的噬菌體DNA導(dǎo)入宿主細(xì)胞。在細(xì)菌、心肌細(xì)胞、葉肉細(xì)胞中,可作為重組噬菌體宿主細(xì)胞的是________。 (3)真核生物基因(目的基因)在大腸桿菌細(xì)胞內(nèi)表達(dá)時(shí),表達(dá)出的蛋白質(zhì)可能會(huì)被降解。為防止蛋白質(zhì)被降解,在實(shí)驗(yàn)中應(yīng)選用____________的大腸桿菌作為受體細(xì)胞,在蛋白質(zhì)純化的過(guò)程中應(yīng)添加________的抑制劑。 解析:(1)兩位科學(xué)家將非洲爪蟾核糖體蛋白基因與質(zhì)粒重組后導(dǎo)入大腸桿菌細(xì)胞中并進(jìn)行了表達(dá),因此,該研究可以證明:質(zhì)粒可以作為載體,真核細(xì)胞的基因在原核細(xì)胞中也可以表達(dá)

19、(不同生物共用一套密碼子)、體外重組的質(zhì)??梢赃M(jìn)入受體細(xì)胞等。(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(guò)程稱(chēng)為轉(zhuǎn)化,將質(zhì)粒導(dǎo)入大腸桿菌時(shí),常用的轉(zhuǎn)化方法是:首先用Ca2+處理大腸桿菌細(xì)胞,使其成為感受態(tài)。噬菌體DNA沒(méi)有侵染能力,體外重組的噬菌體DNA通常需與外 殼蛋白組裝成完整噬菌體才能完成侵染過(guò)程。噬菌體多寄生在細(xì)菌中,但不能寄生在心肌細(xì)胞和葉肉細(xì)胞中。(3)若要使蛋白質(zhì)不被降解,則大腸桿菌體內(nèi)不能存在蛋白酶,因此,實(shí)驗(yàn)中應(yīng)選用蛋白酶缺陷型的大腸桿菌作為受體細(xì)胞。同理,在蛋白質(zhì)純化過(guò)程中,也不能使蛋白質(zhì)降解,因此,應(yīng)添加蛋白酶抑制劑。 答案:(1)體外重組的質(zhì)???/p>

20、以進(jìn)入受體細(xì)胞;真核生物基因可在原核細(xì)胞中表達(dá) (2)轉(zhuǎn)化 外殼蛋白(或答噬菌體蛋白) 細(xì)菌 (3)蛋白酶缺陷型 蛋白酶 考法2 基因工程技術(shù)的應(yīng)用 2.(2017·全國(guó)卷Ⅱ)幾丁質(zhì)是許多真菌細(xì)胞壁的重要成分,幾丁質(zhì)酶可催化幾丁質(zhì)水解。通過(guò)基因工程將幾丁質(zhì)酶基因轉(zhuǎn)入植物體內(nèi),可增強(qiáng)其抗真菌病的能力?;卮鹣铝袉?wèn)題: (1)在進(jìn)行基因工程操作時(shí),若要從植物體中提取幾丁質(zhì)酶的mRNA,常選用嫩葉而不選用老葉作為實(shí)驗(yàn)材料,原因是__________________。提取RNA時(shí),提取液中需添加RNA酶抑制劑,其目的是_____________________________________

21、________________。 (2)以mRNA為材料可以獲得cDNA,其原理是_________________ ______________________________________________________________ _____________________________________________________________。 (3)若要使目的基因在受體細(xì)胞中表達(dá),需要通過(guò)質(zhì)粒載體而不能直接將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞,原因是_____________________________ ________________________________

22、______________(答出兩點(diǎn)即可)。 (4)當(dāng)幾丁質(zhì)酶基因和質(zhì)粒載體連接時(shí),DNA連接酶催化形成的化學(xué)鍵是________________________________________________________。 (5)若獲得的轉(zhuǎn)基因植株(幾丁質(zhì)酶基因已經(jīng)整合到植物的基因組中)抗真菌病的能力沒(méi)有提高,根據(jù)中心法則分析,其可能的原因是______________________________________________________________ __________________________________________________________

23、__。 解析:(1)與老葉相比,嫩葉組織細(xì)胞易破碎,容易提取到幾丁質(zhì)酶的mRNA。提取RNA時(shí),提取液中添加RNA酶抑制劑可防止RNA被RNA酶催化降解。 (2)以mRNA為模板,按照堿基互補(bǔ)配對(duì)原則,在逆轉(zhuǎn)錄酶的作用下,通過(guò)逆轉(zhuǎn)錄(反轉(zhuǎn)錄)可以獲得cDNA。 (3)因該目的基因是通過(guò)逆轉(zhuǎn)錄形成的,無(wú)表達(dá)所需的啟動(dòng)子,也無(wú)在受體細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行復(fù)制所需的復(fù)制原點(diǎn)等,所以在受體細(xì)胞內(nèi)不能穩(wěn)定存在和表達(dá),也不能遺傳下去。 (4)構(gòu)建基因表達(dá)載體時(shí),DNA連接酶能催化目的基因和質(zhì)粒載體這兩個(gè)DNA片段之間形成磷酸二酯鍵。 (5)轉(zhuǎn)基因植株的基因組中含有幾丁質(zhì)酶基因,但該植株抗真菌的能力并沒(méi)有提高

24、,可能是由于轉(zhuǎn)錄或翻譯異常,即幾丁質(zhì)酶基因未能正常表達(dá)。 答案:(1)嫩葉組織細(xì)胞易破碎 防止RNA降解 (2)在逆轉(zhuǎn)錄酶的作用下,以mRNA為模板按照堿基互補(bǔ)配對(duì)的原則可以合成cDNA (3)目的基因無(wú)復(fù)制原點(diǎn);目的基因無(wú)表達(dá)所需啟動(dòng)子 (4)磷酸二酯鍵 (5)目的基因的轉(zhuǎn)錄或翻譯異常 3.(2019·福建高三質(zhì)檢)苜蓿是目前我國(guó)種植最廣的豆科牧草,但是病菌往往威脅著苜蓿的生長(zhǎng)。為提高產(chǎn)量,研究人員將溶菌酶基因(LYZ基因)和綠色熒光蛋白基因(GFP基因)連接為L(zhǎng)YZ-GFP基因,利用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法將其導(dǎo)入苜蓿細(xì)胞中,并通過(guò)組織培養(yǎng)成功獲得了抗病植株。 圖1表示Ti質(zhì)粒,其中Vir區(qū)的基

25、因產(chǎn)物是T-DNA轉(zhuǎn)移的必備條件;圖2表示含有LYZ-GFP基因的DNA片段。圖中箭頭表示相關(guān)限制酶的酶切位點(diǎn)?;卮鹣铝袉?wèn)題: (1)構(gòu)建含有LYZ-GFP基因的重組質(zhì)粒時(shí),應(yīng)選用限制酶________進(jìn)行切割,原因是______________________________________________ ____________________________________________________________。 (2)據(jù)圖分析,在培育轉(zhuǎn)基因苜蓿植株過(guò)程中,應(yīng)選擇LYZ-GFP基因中的GFP基因?yàn)闃?biāo)記基因,而不選擇質(zhì)粒中原有的卡那霉素抗性基因?yàn)闃?biāo)記基因,這種做法的優(yōu)

26、點(diǎn)是________________________。 (3)在組織培養(yǎng)過(guò)程中,對(duì)愈傷組織進(jìn)行顯微檢測(cè),若________,則表明細(xì)胞中GFP基因存在并表達(dá)。 (4)選擇含有GFP基因的愈傷組織為材料,用PCR技術(shù)擴(kuò)增并檢測(cè)LYZ基因,需選用一段____________________合成引物,該過(guò)程所用到的酶必須具有________的特性。 (5)對(duì)該苜蓿植株進(jìn)行病菌接種實(shí)驗(yàn),通過(guò)觀察其抗病程度可以進(jìn)行個(gè)體生物學(xué)水平的鑒定,原因是__________________________________ ___________________________________________

27、__________________。 解析:(1)據(jù)圖2可知,構(gòu)建含有LYZ-GFP基因的重組質(zhì)粒時(shí),含有LYZ-GFP基因的片段有三個(gè)酶切位點(diǎn),基因兩側(cè)沒(méi)有相同限制酶,應(yīng)該使用雙酶切法,限制酶Ⅲ為必選。根據(jù)圖1結(jié)合農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法的原理,所用限制酶切割位點(diǎn)必須在T-DNA片段上,限制酶Ⅰ會(huì)切斷Ti質(zhì)粒本身的四環(huán)素抗性基因,但GFP基因、卡那霉素抗性基因都可以作為標(biāo)記基因。所以應(yīng)選擇限制酶Ⅰ和Ⅲ。限制酶Ⅱ會(huì)破壞質(zhì)粒中的Vir區(qū)的基因,不可選用。 (2)據(jù)圖1可知,若LYZ-GFP基因在T-DNA片段上,就能整合到苜蓿細(xì)胞染色體的DNA上,便于追蹤檢測(cè)LYZ基因的表達(dá)情況,這是選用GFP基因?yàn)?/p>

28、標(biāo)記基因的優(yōu)點(diǎn)。而卡那霉素抗性基因不在T-DNA片段上,不能整合到苜蓿細(xì)胞染色體的DNA上,所以相對(duì)不宜選用。 (3)GFP基因的表達(dá)產(chǎn)物是綠色熒光蛋白,對(duì)愈傷組織進(jìn)行顯微檢測(cè)時(shí),若觀察到綠色熒光,則表明細(xì)胞中的GFP基因存在并表達(dá)。 (4)進(jìn)行PCR技術(shù)擴(kuò)增并檢測(cè)LYZ基因的前提,要有一段已知的LYZ基因的核苷酸序列以便合成引物。PCR擴(kuò)增過(guò)程使用的DNA聚合酶具有耐高溫或熱穩(wěn)定的特性。 (5)LYZ基因能夠表達(dá)出溶菌酶,根據(jù)免疫學(xué)知識(shí)得知:溶菌酶是免疫活性物質(zhì),能夠殺滅病菌。因此轉(zhuǎn)基因成功的苜蓿植株會(huì)表現(xiàn)出抗病特性。 答案:(1)Ⅰ和Ⅲ(對(duì)Ti質(zhì)粒和含有LYZ-GFP基因的片段) 

29、選擇限制酶Ⅰ和限制酶Ⅲ能獲取LYZ-GFP基因,不會(huì)破壞質(zhì)粒中的Vir區(qū)的基因,使目的基因的插入位點(diǎn)位于T-DNA片段上 (2)LYZ-GFP基因在T-DNA片段上,能整合到苜蓿細(xì)胞染色體的DNA上,便于追蹤檢測(cè)LYZ基因的表達(dá)情況 (3)觀察到綠色熒光 (4)LYZ基因的核苷酸序列 耐高溫(或“熱穩(wěn)定”)  (5)LYZ基因能夠表達(dá)出溶菌酶,溶菌酶能夠殺滅病菌,表現(xiàn)出抗病特性 考點(diǎn)三| 蛋白質(zhì)工程及應(yīng)用 1.蛋白質(zhì)工程 (1)概念 以蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其生物功能的關(guān)系作為基礎(chǔ),通過(guò)基因修飾或基因合成,對(duì)現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造,或制造一種新蛋白質(zhì),以滿(mǎn)足人類(lèi)的生產(chǎn)和生活的需求。

30、(2)流程圖 寫(xiě)出流程圖中字母代表的含義: A.轉(zhuǎn)錄,B.翻譯,C.分子設(shè)計(jì),D.多肽鏈,E.預(yù)期功能。 2.蛋白質(zhì)工程與基因工程的比較 (1)區(qū)別 項(xiàng)目 蛋白質(zhì)工程 基因工程 過(guò)程 預(yù)期蛋白質(zhì)功能→設(shè)計(jì)預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)→推測(cè)應(yīng)有的氨基酸序列→找到相對(duì)應(yīng)的脫氧核苷酸序列 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(cè)與鑒定 實(shí)質(zhì) 定向改造或生產(chǎn)人類(lèi)所需的蛋白質(zhì) 定向改造生物的遺傳特性,以獲得人類(lèi)所需的生物類(lèi)型和生物產(chǎn)品 結(jié)果 可生產(chǎn)自然界沒(méi)有的蛋白質(zhì) 只能生產(chǎn)自然界已有的蛋白質(zhì) (2)聯(lián)系 ①蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上,延伸

31、出來(lái)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(guò)蛋白質(zhì)工程進(jìn)行修飾、改造。 1.對(duì)天然蛋白質(zhì)進(jìn)行改造,應(yīng)該通過(guò)對(duì)基因的操作來(lái)實(shí)現(xiàn),為什么不能直接對(duì)蛋白質(zhì)分子進(jìn)行操作? 提示:如果對(duì)蛋白質(zhì)直接進(jìn)行改造,即使改造成功了,被改造過(guò)的蛋白質(zhì)分子還是無(wú)法遺傳。 2.絕大多數(shù)酶都是蛋白質(zhì),簡(jiǎn)要表述酶工程與蛋白質(zhì)工程有何區(qū)別和聯(lián)系? 提示:酶工程的重點(diǎn)在于對(duì)已存在的酶的合成充分利用,而蛋白質(zhì)工程則是對(duì)已存在的蛋白質(zhì)進(jìn)行修飾改造或制造出自然界不存在的蛋白質(zhì)。酶工程是蛋白質(zhì)工程的一部分。 考法 考查蛋白質(zhì)工程的原理及應(yīng)用 (2015·全國(guó)卷Ⅱ)已知生物體內(nèi)有一種蛋白質(zhì)(P),該

32、蛋白質(zhì)是一種轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白,由305個(gè)氨基酸組成。如果將P分子中158位的絲氨酸變成亮氨酸,240位的谷氨酰胺變成苯丙氨酸,改變后的蛋白質(zhì)(P1)不但保留P的功能,而且具有了酶的催化活性。回答下列問(wèn)題: (1)從上述資料可知,若要改變蛋白質(zhì)的功能,可以考慮對(duì)蛋白質(zhì)的________進(jìn)行改造。 (2)以P基因序列為基礎(chǔ),獲得P1基因的途徑有修飾________基因或合成________基因。所獲得的基因表達(dá)時(shí)是遵循中心法則的,中心法則的全部?jī)?nèi)容包括________的復(fù)制,以及遺傳信息在不同分子之間的流動(dòng),即:_____________________________________________

33、_____________ ____________________________________________________________。 (3)蛋白質(zhì)工程也被稱(chēng)為第二代基因工程,其基本途徑是從預(yù)期蛋白質(zhì)功能出發(fā),通過(guò)__________________和__________________,進(jìn)而確定相對(duì)應(yīng)的脫氧核苷酸序列,據(jù)此獲得基因,再經(jīng)表達(dá)、純化獲得蛋白質(zhì),之后還需要對(duì)蛋白質(zhì)的生物________進(jìn)行鑒定。 解析:(1)從題中所述資料可知,將P分子中158位的絲氨酸變成亮氨酸,240位的谷氨酰胺變成苯丙氨酸后,該蛋白質(zhì)的功能發(fā)生了改變,此過(guò)程是通過(guò)對(duì)構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸

34、的排列順序進(jìn)行改造,進(jìn)而改變了蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu),從而改變了蛋白質(zhì)的功能。 (2)在蛋白質(zhì)工程中,目的基因可以以P基因序列為基礎(chǔ),對(duì)生物體內(nèi)原有P基因進(jìn)行修飾,也可以通過(guò)人工合成法合成新的P1基因。 中心法則的內(nèi)容如圖所示: 由圖可知,中心法則的全部?jī)?nèi)容包括:DNA以自身為模板進(jìn)行的復(fù)制,DNA通過(guò)轉(zhuǎn)錄將遺傳信息傳遞給RNA,最后RNA通過(guò)翻譯將遺傳信息表達(dá)成蛋白質(zhì);在某些病毒中RNA可自我復(fù)制(如煙草花葉病毒等),在某些病毒中能以RNA為模板逆轉(zhuǎn)錄合成DNA(如HIV),這是對(duì)中心法則的補(bǔ)充。 (3)蛋白質(zhì)工程的基本途徑是預(yù)期蛋白質(zhì)功能→設(shè)計(jì)預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)→推測(cè)應(yīng)有的氨基酸序列→合成

35、DNA→表達(dá)出蛋白質(zhì),經(jīng)過(guò)該過(guò)程得到的蛋白質(zhì),需要對(duì)其生物功能進(jìn)行鑒定,以保證其發(fā)揮正常作用。 答案:(1)氨基酸序列(或結(jié)構(gòu)) (2)P P1 DNA和RNA(或遺傳物質(zhì)) DNA→RNA、RNA→DNA、RNA→蛋白質(zhì)(或轉(zhuǎn)錄、逆轉(zhuǎn)錄、翻譯) (3)設(shè)計(jì)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu) 推測(cè)氨基酸序列 功能 真題體驗(yàn)| 感悟高考 淬煉考能 1.(2017·北京高考)為了增加菊花花色類(lèi)型,研究者從其他植物中克隆出花色基因C(圖1),擬將其與質(zhì)粒(圖2)重組,再借助農(nóng)桿菌導(dǎo)入菊花中。 下列操作與實(shí)驗(yàn)?zāi)康牟环氖?  ) A.用限制性核酸內(nèi)切酶EcoRⅠ和連接酶構(gòu)建重組質(zhì)粒 B.用含C基因的農(nóng)桿

36、菌侵染菊花愈傷組織,將C基因?qū)爰?xì)胞 C.在培養(yǎng)基中添加卡那霉素,篩選被轉(zhuǎn)化的菊花細(xì)胞 D.用分子雜交方法檢測(cè)C基因是否整合到菊花染色體上 C [A對(duì):C基因兩端有EcoR Ⅰ酶切位點(diǎn),可用限制性核酸內(nèi)切酶EcoRⅠ和(DNA)連接酶構(gòu)建重組質(zhì)粒。 B對(duì):一般用農(nóng)桿菌等作為媒介去侵染植物的愈傷組織等,將含有目的基因的質(zhì)粒導(dǎo)入細(xì)胞。 C錯(cuò):據(jù)圖可知,質(zhì)粒中含有潮霉素抗性基因,不含卡那霉素抗性基因,故無(wú)法用卡那霉素來(lái)篩選被轉(zhuǎn)化的菊花細(xì)胞。 D對(duì):檢測(cè)C基因是否整合到菊花染色體上,常采用DNA分子雜交技術(shù),即在含有目的基因的DNA片段上用放射性同位素等作為標(biāo)記,以此作為探針,使探針與C基

37、因雜交,若顯示出雜交帶,則表明目的基因已插入染色體DNA中。] 2.(2015·重慶高考)下列有關(guān)人胰島素基因表達(dá)載體的敘述,正確的是(  ) A.表達(dá)載體中的胰島素基因可通過(guò)人肝細(xì)胞mRNA反轉(zhuǎn)錄獲得 B.表達(dá)載體的復(fù)制和胰島素基因的表達(dá)均啟動(dòng)于復(fù)制原(起)點(diǎn) C.借助抗生素抗性基因可將含胰島素基因的受體細(xì)胞篩選出來(lái) D.啟動(dòng)子和終止密碼子均在胰島素基因的轉(zhuǎn)錄中起作用 答案:C 3.(多選)(2014·江蘇高考)下列關(guān)于基因工程技術(shù)的敘述,錯(cuò)誤的是(  ) A.切割質(zhì)粒的限制性核酸內(nèi)切酶均特異性地識(shí)別6個(gè)核苷酸序列 B.PCR反應(yīng)中溫度的周期性改變是為了DNA聚合酶催化不同

38、的反應(yīng) C.載體質(zhì)粒通常采用抗生素合成基因作為篩選標(biāo)記基因 D.抗蟲(chóng)基因即使成功地插入到植物細(xì)胞染色體上也未必能正常表達(dá) 答案:ABC 4.(2018·全國(guó)卷Ⅱ)某種熒光蛋白(GFP)在紫外光或藍(lán)光激發(fā)下會(huì)發(fā)出綠色熒光,這一特性可用于檢測(cè)細(xì)胞中目的基因的表達(dá)。某科研團(tuán)隊(duì)將某種病毒的外殼蛋白(L1)基因連接在GFP基因的5′末端,獲得了L1-GFP融合基因(簡(jiǎn)稱(chēng)為甲),并將其插入質(zhì)粒P0,構(gòu)建了真核表達(dá)載體P1,其部分結(jié)構(gòu)和酶切位點(diǎn)的示意圖如下,圖中E1~E4四種限制酶產(chǎn)生的黏性末端各不相同。 回答下列問(wèn)題: (1)據(jù)圖推斷,該團(tuán)隊(duì)在將甲插入質(zhì)粒P0時(shí),使用了兩種限制酶,這兩種酶

39、是________。使用這兩種酶進(jìn)行酶切是為了保證________,也是為了保證________________。 (2)將P1轉(zhuǎn)入體外培養(yǎng)的牛皮膚細(xì)胞后,若在該細(xì)胞中觀察到了綠色熒光,則說(shuō)明L1基因在牛的皮膚細(xì)胞中完成了________和________過(guò)程。 (3)為了獲得含有甲的牛,該團(tuán)隊(duì)需要做的工作包括:將能夠產(chǎn)生綠色熒光細(xì)胞的________移入牛的______________中、體外培養(yǎng)、胚胎移植等。 (4)為了檢測(cè)甲是否存在于克隆牛的不同組織細(xì)胞中,某同學(xué)用PCR方法進(jìn)行鑒定,在鑒定時(shí)應(yīng)分別以該牛不同組織細(xì)胞中的________(填“mRNA”“總RNA”或“核DNA”)作

40、為PCR模板。 解析:(1)據(jù)圖示信息分析:將L1-GFP融合基因(甲)插入質(zhì)粒時(shí)使用酶E1和E4進(jìn)行酶切,既能保證L1-GFP融合基因的完整,又能保證L1-GFP融合基因與載體的正確連接。(2)目的基因在受體細(xì)胞中的表達(dá)包括轉(zhuǎn)錄和翻譯兩個(gè)過(guò)程。(3)將體外培養(yǎng)的含有目的基因的動(dòng)物體細(xì)胞核移入該動(dòng)物的去核卵母細(xì)胞中,經(jīng)過(guò)體外胚胎培養(yǎng)、胚胎移植等技術(shù)可獲得轉(zhuǎn)基因動(dòng)物。(4)檢測(cè)目的基因是否存在于克隆牛的不同組織細(xì)胞中,采用PCR技術(shù)鑒定時(shí),應(yīng)以該牛不同組織細(xì)胞中的核DNA作為PCR模板。 答案:(1)E1和E4 甲的完整 甲與載體正確連接 (2)轉(zhuǎn)錄 翻譯 (3)細(xì)胞核 去核卵母細(xì)胞 (4)

41、核DNA 5.(2017·全國(guó)卷Ⅰ)真核生物基因中通常有內(nèi)含子,而原核生物基因中沒(méi)有,原核生物沒(méi)有真核生物所具有的切除內(nèi)含子對(duì)應(yīng)的RNA序列的機(jī)制。已知在人體中基因A(有內(nèi)含子)可以表達(dá)出某種特定蛋白(簡(jiǎn)稱(chēng)蛋白A)?;卮鹣铝袉?wèn)題: (1)某同學(xué)從人的基因組文庫(kù)中獲得了基因A,以大腸桿菌作為受體細(xì)胞卻未得到蛋白A,其原因是__________________________________ ______________________________________________________________ _____________________________________

42、________________________。 (2)若用家蠶作為表達(dá)基因A的受體,在噬菌體和昆蟲(chóng)病毒兩種載體中,不選用________作為載體,其原因是____________________________ ______________________________________________________________ ____________________________________________________________。 (3)若要高效地獲得蛋白A,可選用大腸桿菌作為受體。因?yàn)榕c家蠶相比,大腸桿菌具有__________________(答出兩點(diǎn)

43、即可)等優(yōu)點(diǎn)。 (4)若要檢測(cè)基因A是否翻譯出蛋白A,可用的檢測(cè)物質(zhì)是_______ _________(填“蛋白A的基因”或“蛋白A的抗體”)。 (5)艾弗里等人的肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)為證明DNA是遺傳物質(zhì)做出了重要貢獻(xiàn),也可以說(shuō)是基因工程的先導(dǎo),如果說(shuō)他們的工作為基因工程理論的建立提供了啟示,那么,這一啟示是______________________ ____________________________________________________________。 解析:(1)人是真核生物,從人的基因組文庫(kù)中獲得的基因A有內(nèi)含子,而受體細(xì)胞大腸桿菌是原核生物,原核生物基因中

44、沒(méi)有內(nèi)含子,相應(yīng)的就沒(méi)有切除內(nèi)含子對(duì)應(yīng)的RNA序列的機(jī)制,故無(wú)法表達(dá)出蛋白A。 (2)噬菌體是專(zhuān)一性侵染細(xì)菌的病毒,以細(xì)菌為宿主細(xì)胞,而昆蟲(chóng)病毒侵染的是昆蟲(chóng),以昆蟲(chóng)為宿主細(xì)胞。家蠶屬于昆蟲(chóng),故應(yīng)選用昆蟲(chóng)病毒作為載體。 (3)與家蠶相比,大腸桿菌具有繁殖快、容易培養(yǎng)等優(yōu)點(diǎn),故要高效地獲得蛋白A,可選用大腸桿菌作為受體。 (4)檢測(cè)基因A是否翻譯出蛋白A,可用抗原—抗體雜交法。 (5)艾弗里等人的肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)中,S型細(xì)菌的DNA可以使R型細(xì)菌發(fā)生轉(zhuǎn)化,說(shuō)明可調(diào)控多糖莢膜產(chǎn)生的基因整合到了R型細(xì)菌的DNA分子中并成功得以表達(dá)。也就是說(shuō)DNA可以從一種生物個(gè)體轉(zhuǎn)移到另一種生物個(gè)體并進(jìn)行表達(dá),這就為基因工程理論的建立提供了啟示。 答案:(1)基因A有內(nèi)含子,在大腸桿菌中,其初始轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物中與內(nèi)含子對(duì)應(yīng)的RNA序列不能被切除,無(wú)法表達(dá)出蛋白A (2)噬菌體 噬菌體的宿主是細(xì)菌,而不是家蠶 (3)繁殖快、容易培養(yǎng) (4)蛋白A的抗體 (5)DNA可以從一種生物個(gè)體轉(zhuǎn)移到另一種生物個(gè)體 - 16 -

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