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1、第36讲 基因工程1植物甲具有极强的耐旱性，其耐旱性与某个基因有关。若从该植物中获得该耐旱基因，并将其转移到耐旱性低的植物乙中，有可能提高后者的耐旱性。回答下列问题：(1)理论上，基因组文库含有生物的基因；而cDNA文库中含有生物的基因。(2)若要从植物甲中获得耐旱基因，可首先建立该植物的基因组文库，再从中出所需的耐旱基因。(3)将耐旱基因导入农杆菌，并通过农杆菌转化法将其导入植物的体细胞中，经过一系列的过程得到再生植株。要确认该耐旱基因是否在再生植株中正确表达，应检测此再生植株中该基因的，如果检测结果呈阳性，再在田间试验中检测植株的是否得到提高。(4)假如用得到的二倍体转基因耐旱植株自交，子
2、代中耐旱与不耐旱植株的数量比为31时，则可推测该耐旱基因整合到了(填“同源染色体的一条上”或“同源染色体的两条上”)。答案(1)全部部分(2)筛选(3)乙表达产物耐旱性(4)同源染色体的一条上解析(1)基因组文库含有生物的全部基因，而cDNA文库中含有生物的部分基因。(2)植物甲具有极强的耐旱性，其耐旱性与某个基因有关，若要从植物甲中获得耐旱基因，可首先建立该植物的基因组文库，包含该生物的所有基因，然后再从中筛选出所需的耐旱基因。(3)若从植物甲中获得该耐旱基因，并将其转移到耐旱性低的植物乙中，通常采用的方法是农杆菌转化法。将耐旱基因导入植物乙的体细胞后，经过植物组织培养得到再生植株。要确认该
3、耐旱基因是否在再生植株中正确表达，应检测该耐旱基因是否合成了相应的蛋白质，即检测此再生植株中该基因的表达产物，如果检测结果呈阳性，说明已经合成了相应的蛋白质，这时再进行个体生物学检测，即在田间试验中检测植株的耐旱性是否得到提高。(4)假如用得到的二倍体转基因耐旱植株自交，子代中耐旱和不耐旱植株的数量比为31，符合基因的分离定律，说明得到的二倍体转基因耐旱植株为杂合子，因此可推测该耐旱基因只整合到了同源染色体的一条上。2基因工程中，需使用限制性核酸内切酶切割目的基因和质粒，便于重组和筛选。已知限制性核酸内切酶的识别序列和切点是GGATCC，限制性核酸内切酶的识别序列和切点是GATC。(1)根据已
4、知条件和下图中信息回答：上述质粒用限制性核酸内切酶切割，目的基因用限制性核酸内切酶切割。将切下的目的基因片段插入质粒的切口处，还要加入适量的。请指出质粒上至少要有一个标记基因(抗生素抗性基因)的理由：。(2)不同生物的基因可以拼接的结构基础是。答案(1)DNA连接酶检测重组质粒(或目的基因)是否导入受体细胞(2)DNA结构基本相同和基本组成单位相同解析(1)两个DNA片段能否连接关键是看所形成的粘性末端是否相同。用同一种限制性核酸内切酶切割肯定露出相同的粘性末端。在这里限制性核酸内切酶、虽是两种不同的限制性核酸内切酶，但是它们切割产生的粘性末端相同，因而也可以用DNA连接酶将其连接起来。(2)
5、不同基因拼接成功的基础是DNA的空间结构和基本单位相同。3通过DNA重组技术使原有基因得以改造的动物称为转基因动物。科学家运用这一技术使羊奶中含有人体蛋白质，如图表示这一技术的基本过程，在该工程中所用的基因“剪刀”能识别的序列和切点是GGATCC，请回答：(1)从羊染色体中“剪下”羊蛋白质基因的酶是。人体蛋白质基因“插入”后连接在羊体细胞染色体中时需要的酶是。(2)请画出质粒被切割形成粘性末端的过程图。GGATCC(3)人体蛋白质基因之所以能“插入”到羊的染色体内，原因是，“插入”时用的工具是，其种类有。答案(1)限制性核酸内切酶DNA连接酶(2)GGATCCCCTAGGGCCTAGGATCC
6、G(3)基因的结构是相同的载体质粒、动植物病毒及噬菌体解析本题主要考查各种工具在基因工程中的作用，要明确限制性核酸内切酶的作用是切取目的基因，DNA连接酶起“缝合”作用，载体能把目的基因导入受体细胞。4浙江大学农学院喻景权教授课题组研究发现，一种植物激素油菜素内酯能促进农药在植物体内的降解和代谢。用油菜素内酯处理后，许多参与农药降解的基因(如P450基因和红霉素抗性基因)的表达和酶活性都得到提高，在这些基因“指导”下合成的蛋白酶能把农药逐渐转化为水溶性物质或低毒甚至无毒物质，有的则被直接排出体外。某课题组进一步进行了如下的实验操作，请回答下列问题：(1)获得油菜素内酯合成酶基因的常用方法有。步
7、骤用PCR技术扩增基因时用到的耐高温酶通常是指；步骤用到的酶有。(2)图中导入重组质粒的方法是，在导入之前应用一定浓度的处理受体细菌。(3)导入重组质粒2以后，往往还需要进行检测和筛选，在培养基中加入可将含有目的基因的细胞筛选出来。(4)请你为该课题命名：。答案(1)从基因文库中获取、化学方法合成目的基因或PCR扩增技术(任选其中两项即可)TaqDNA聚合酶限制性核酸内切酶和DNA连接酶(2)感受态细胞法氯化钙溶液(3)红霉素(4)探究油菜素内酯能否促进土壤中农药的分解解析进行基因工程操作时，首先要获取目的基因，其方法有多种：从基因文库中获取、化学方法合成目的基因或PCR扩增技术等。在形成重组
8、DNA分子的过程中，用到的工具酶有限制性核酸内切酶和DNA连接酶。图中的受体细胞是细菌，故用感受态细胞法导入重组DNA分子，导入后，需检测和筛选。从图中可以看出，最终是通过对照实验来检验转基因细菌对土壤中残留农药的分解能力。5萤火虫能发光是因为萤火虫体内通过荧光素酶催化的系列反应所产生的现象。如果荧光素酶存在于植物体内，也能使植物体发光，一直以来荧光素酶的唯一来源是从萤火虫腹部提取的。但加利福尼亚大学的一组科学家成功地通过基因工程实现了将荧光素酶基因导入到大肠杆菌体内，并在大肠杆菌体内生产荧光素酶。请你根据已知的知识回答下列有关问题：(1)提取目的基因通常有两种途径，提取该目的基因的方法最可能
9、的途径是。(2)在该过程中需要多种酶的参与，其中包括等。(3)下列可作为受体细胞的生物有()A土壤农杆菌B结核杆菌C噬菌体D病毒(4)在此转基因工程中，是由质粒承担载体的。在将体外重组的DNA插入大肠杆菌体内之前通常要用处理大肠杆菌，目的是。(5)由于荧光素酶的特殊作用，人们一直设想将其基因作为实验工具，将它和某一基因连接在一起导入植物体内，如与固氮基因连接在一起导入植物体内，判断固氮基因是否导入的方法是。(6)与杂交育种、诱变育种相比，通过基因工程来培育新品种的主要优点是和。答案(1)化学合成法(2)限制性核酸内切酶、DNA连接酶(3)A(4)Ca2增大细胞壁的通透性，使重组质粒能够导入到受
10、体细胞内(5)检测植物是否发光(6)目的明确培育周期短可以克服远缘杂交不亲和性障碍(只要合理，两点即可)6大肠杆菌pUC18质粒是基因工程中常用的载体。某限制性核酸内切酶在此质粒上的唯一酶切位点位于LacZ基因中，如果没有插入外源基因，LacZ基因便可表达出半乳糖苷酶。当培养基中含有IPTG和Xgal时，Xgal便会被半乳糖苷酶水解成蓝色，大肠杆菌将形成蓝色菌落。反之，则形成白色菌落。下图表示利用此质粒实施基因工程的主要流程。请分析并回答问题。(1)对已获得的目的基因可利用技术进行扩增。(2)目的基因插入质粒构建重组质粒的过程中，需要DNA连接酶恢复键。(3)将试管中的物质和大肠杆菌共同置于试
11、管的目的是；大肠杆菌需事先用Ca2进行处理，目的是。(4)将试管中的菌液接种于选择培养基上，培养基中加入氨苄青霉素的作用是筛选出。(5)若观察到培养基上出现色菌落，则说明大肠杆菌中已成功导入了重组质粒。如果作为受体细胞的大肠杆菌也含有LacZ基因，则不利于重组质粒的筛选，原因是答案(1)PCR(2)磷酸二酯(3)进行转化使大肠杆菌细胞处于感受态(4)导入pUC18质粒的大肠杆菌(5)白无论大肠杆菌中是否导入重组质粒，均会呈现蓝色菌落7科学家将大麦细胞中的LTP1基因利用基因工程手段导入啤酒酵母菌中，使其产生LTP1蛋白，使酿出的啤酒泡沫更加丰富。具体的操作过程如图所示，请据图回答问题。(1)图
12、中所示的基因工程操作步骤的A和C分别是、。(2)由图中可以看出，所用的载体甲是，载体甲的化学本质是。(3)简要说明获得乙的方法步骤：。(4)已知甲中含有抗青霉素基因(非LTP1基因的插入位点)，而啤酒酵母菌没有青霉素抗性，试说明如何检测和筛选出含有目的基因的啤酒酵母菌？。(5)转基因啤酒酵母菌合成LTP1蛋白的场所是，原料是，LTP1基因在转基因啤酒酵母菌中的遗传信息传递过程是。答案(1)获得目的基因将目的基因导入受体细胞(2)质粒环状DNA(3)用同种限制性核酸内切酶分别处理LTP1基因和质粒，然后用DNA连接酶将处理后的LTP1基因和质粒连接起来，即可获得重组质粒乙(4)用含青霉素的培养基
13、培养啤酒酵母菌，如果啤酒酵母菌有青霉素抗性(正常繁殖)，说明导入成功；如果啤酒酵母菌没有青霉素抗性(死亡)，说明没有导入(5)核糖体氨基酸解析此题以转基因啤酒酵母菌为例综合考查了基因工程的工具和主要操作步骤以及基因表达的相关知识。由图可知，A过程表示从大麦细胞中提取LTP1基因(目的基因)。由于甲为环状DNA，应是从大肠杆菌中提取出的质粒。用同种限制性核酸内切酶分别处理LTP1基因和质粒，然后用DNA连接酶将处理后的LTP1基因和质粒连接起来，即可获得重组质粒乙。在啤酒酵母菌的检测和筛选中，可以利用质粒上含有的抗生素抗性基因进行，最后得到能合成LTP1蛋白的转基因啤酒酵母菌。在转基因啤酒酵母菌细胞中，LTP1基因可以随着质粒的增殖而复制，并且可以进行转录和翻译，合成LTP1蛋白。5
