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1、选修3 现代生物科技专题,第13单元 现代生物科技专题,第1讲 基因工程,-4-,1.基因工程的诞生()。 2.基因工程的原理及技术(含PCR技术)()。 3.基因工程的应用()。 4.蛋白质工程()。,-5-,考点1,考点2,考点3,核心梳理,提能探究,考向感悟,归纳总结,考点1 基因工程的工具 1.基因工程的概念 (1)供体:提供 目的基因 。 (2)操作环境: 体外 。 (3)操作水平: 分子 水平。 (4)原理: 基因重组 。 (5)受体:表达目的基因。 (6)本质:目的基因在 受体 体内的表达。 (7)优点:定向改造生物的 遗传性状 。,-6-,考点1,考点2,考点3,核心梳理,提能
2、探究,考向感悟,归纳总结,2.DNA重组技术的基本工具 (1)限制性核酸内切酶(简称: 限制酶 ) 来源:主要是从 原核 生物中分离纯化出来的。 作用:识别特定的 核苷酸序列 并切开特定部位的两个核苷酸之间的 磷酸二酯键 。 结果:产生 黏性末端 或平末端。 (2)DNA连接酶 种类:按来源可分为Ecoli DNA连接酶和 T4DNA连接酶 。 作用:将双链DNA片段“缝合”起来,恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的 磷酸二酯键 。,-7-,考点1,考点2,考点3,核心梳理,提能探究,考向感悟,归纳总结,DNA连接酶和限制酶的关系(3)载体 种类: 质粒 、噬菌体的衍生物、动植物病毒等。,-8-
3、,考点1,考点2,考点3,核心梳理,提能探究,考向感悟,归纳总结,(1)限制酶只能用于切割目的基因。( ) (2)切割质粒的限制性核酸内切酶均能特异性地识别6个核苷酸序列。( ) (3)DNA连接酶能将两碱基间通过氢键连接起来。 ( ) (4)Ecoli DNA连接酶既可连接平末端,又可连接黏性末端。( ) (5)载体质粒通常采用抗生素合成基因作为筛选标记基因。( ) (6)每个重组质粒至少含一个限制酶识别位点。( ) (7)限制性核酸内切酶、DNA连接酶和质粒是基因工程中常用的三种工具酶。( ) (8)质粒是小型环状DNA分子,是基因工程常用的载体。( ),-9-,考点1,考点2,考点3,核
4、心梳理,提能探究,考向感悟,归纳总结,(9)载体的作用是携带目的基因导入受体细胞中,使之稳定存在并表达。( ) (10)外源DNA必须位于重组质粒的启动子和终止子之间才能进行复制。( ),-10-,考点1,考点2,考点3,核心梳理,提能探究,考向感悟,归纳总结,开启高考长句应答模式! 1.用限制酶切割时需注意哪些问题? 提示：获取目的基因和切割载体时,经常使用同一种限制酶(也可使用能切出相同末端的不同限制酶),目的是产生相同的黏性末端或平末端。获取一个目的基因需限制酶切割两次,共产生4个黏性末端或平末端。限制酶切割位点的选择,必须保证标记基因的完整性,以便于检测。,-11-,考点1,考点2,考
5、点3,核心梳理,提能探究,考向感悟,归纳总结,2.下图中的图1和图2分别表示的是EcoR限制酶和Sma限制酶的作用示意图。请据图回答问题。,-12-,考点1,考点2,考点3,核心梳理,提能探究,考向感悟,归纳总结,(1)请说出EcoR限制酶和Sma限制酶识别的碱基序列及切割的位点。 提示：EcoR限制酶识别的碱基序列是GAATTC,切割位点在G和A之间;Sma限制酶识别的碱基序列是CCCGGG,切割位点在C和G之间。 (2)以上实例说明限制酶有何特性? 提示：说明限制酶具有专一性。,-13-,考点1,考点2,考点3,核心梳理,提能探究,考向感悟,归纳总结,考向1 限制性核酸内切酶、DNA连接酶
6、等酶的作用 1.(2016全国丙卷,40)图(a)中的三个DNA片段上依次表示出了EcoR、BamH和Sau3A三种限制性内切酶的识别序列与切割位点,图(b)为某种表达载体的示意图(载体上的EcoR、Sau3A的切点是唯一的)。,-14-,考点1,考点2,考点3,核心梳理,提能探究,考向感悟,归纳总结,根据基因工程的有关知识,回答下列问题。 (1)经BamH酶切后得到的目的基因可以与上述表达载体被 酶切后的产物连接,理由是 。 (2)若某人利用图(b)所示的表达载体获得了甲、乙、丙三种含有目的基因的重组子,如图(c)所示。这三种重组子中,不能在宿主细胞中表达目的基因产物的有 ,不能表达的原因是
7、 。,-15-,考点1,考点2,考点3,核心梳理,提能探究,考向感悟,归纳总结,(3)DNA连接酶是将两个DNA片段连接起来的酶,常见的有和 ,其中既能连接黏性末端又能连接平末端的是 。,答案,解析,-16-,考点1,考点2,考点3,核心梳理,提能探究,考向感悟,归纳总结,考向2 载体的作用和特点 2.(2016全国乙卷,40)某一质粒载体如图所示,外源DNA插入到Ampr或Tetr中会导致相应的基因失活(Ampr表示氨苄青霉素抗性基因,Tetr表示四环素抗性基因)。有人将此质粒载体用BamH 酶切后,与用BamH酶切获得的目的基因混合,加入DNA连接酶进行连接反应,用得到的混合物直接转化大肠
8、杆菌。结果大肠杆菌有的未被转化,有的被转化。被转化的大肠杆菌有三种,分别是含有环状目的基因、含有质粒载体、含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌。回答下列问题。,-17-,考点1,考点2,考点3,核心梳理,提能探究,考向感悟,归纳总结,(1)质粒载体作为基因工程的工具,应具备的基本条件有 (答出两点即可),而作为基因表达载体,除满足上述基本条件外,还需具有启动子和终止子。 (2)如果用含有氨苄青霉素的培养基进行筛选,在上述四种大肠杆菌细胞中,未被转化的和仅含环状目的基因的细胞是不能区分的,其原因是 ;并且 和 的细胞也是不能区分的,其原因是 。在上述筛选的基础上,若要筛选含有插入了目的基因的重
9、组质粒的大肠杆菌单菌落,还需使用含有 的固体培养基。 (3)基因工程中,某些噬菌体经改造后可以作为载体,其DNA复制所需的原料来自于 。,答案,解析,-18-,考点1,考点2,考点3,核心梳理,提能探究,考向感悟,归纳总结,1.确定切割某种目的基因的限制酶的种类根据目的基因两端的限制酶切点确定限制酶的种类 应选择切点位于目的基因两端的限制酶,如图甲可选择Pst。 不能选择切点位于目的基因内部的限制酶,如图甲不能选择Sma。 为避免目的基因和质粒的自身环化和随意连接,也可使用不同的限制酶切割目的基因和质粒,如图甲也可选择用Pst和EcoR两种限制酶(但要确保质粒上也有这两种酶的切点)。,-19-
10、,考点1,考点2,考点3,核心梳理,提能探究,考向感悟,归纳总结,2.载体上标记基因的作用 载体上的标记基因一般是一些抗生素的抗性基因。目的基因要转入的受体细胞没有抵抗相关抗生素的能力。当含有抗生素抗性基因的载体进入受体细胞后,抗性基因在受体细胞内表达,使受体细胞能够抵抗相应抗生素,所以在受体细胞的培养体系中加入该种抗生素就可以只保留转入载体的受体细胞,原理如右图所示:,-20-,考点1,考点2,考点3,核心梳理,提能探究,考向感悟,归纳总结,考点2 基因工程的基本操作程序 1.目的基因的获取 (1)目的基因:主要是指 编码蛋白质 的基因。 (2)获取目的基因的方法 直接分离法:从自然界已有的
11、物种中分离,如从基因组文库或 cDNA文库 中获取。 人工合成: a.如果基因比较小,核苷酸序列又已知,可以通过 DNA合成仪 用化学方法直接人工合成; b.以RNA为模板,在 逆转录酶 的作用下人工合成。 (3)扩增目的基因:利用 PCR技术 扩增目的基因。,-21-,考点1,考点2,考点3,核心梳理,提能探究,考向感悟,归纳总结,2.基因表达载体的构建基因工程的核心 (1)目的: 使目的基因在 受体细胞 中稳定存在,并且可以遗传给下一代; 使目的基因能够 表达 和发挥作用。 (2)组成: 启动子 +目的基因+ 终止子 +标记基因(如抗生素抗性基因)。 (3)基因表达载体的构建过程:,-22
12、-,考点1,考点2,考点3,核心梳理,提能探究,考向感悟,归纳总结,3.将目的基因导入受体细胞(连线),教材深挖将目的基因导入受体细胞整合到线粒体DNA或叶绿体DNA上,能否稳定遗传?为什么? 提示：一般不能。如果仅把目的基因整合到线粒体DNA或叶绿体DNA上,由于细胞分裂可能导致目的基因丢失,无法稳定遗传。,-23-,考点1,考点2,考点3,核心梳理,提能探究,考向感悟,归纳总结,4.目的基因的检测与鉴定,-24-,考点1,考点2,考点3,核心梳理,提能探究,考向感悟,归纳总结,(1)设计扩增目的基因的引物时不必考虑表达载体的序列。( ) (2)用PCR方法扩增目的基因时不必知道基因的全部序
13、列。( ) (3)PCR体系中一定要添加从受体细胞中提取的DNA聚合酶。( ) (4)将ada(腺苷酸脱氨酶基因)通过质粒pET28b导入大肠杆菌并成功表达腺苷酸脱氨酶。每个限制性核酸内切酶识别位点至少插入一个ada。( ) (5)为培育抗除草剂的作物新品种,导入抗除草剂基因时只能以受精卵为受体。( ) (6)把目的基因导入双子叶植物一般采用农杆菌转化法。( ),-25-,考点1,考点2,考点3,核心梳理,提能探究,考向感悟,归纳总结,(7)抗虫基因即使成功地插入植物细胞染色体上也未必能正常表达。( ) (8)检测目的基因是否导入受体细胞可用抗原抗体杂交技术。( ) (9)应用DNA探针技术,
14、可以检测转基因抗冻番茄植株中目的基因的存在及其完全表达。( ),-26-,考点1,考点2,考点3,核心梳理,提能探究,考向感悟,归纳总结,开启高考长句应答模式! 基因工程四步曲中,哪些步骤中发生了碱基互补配对? 提示：只有第三步“将目的基因导入受体细胞”没有发生碱基互补配对,其他三步中都涉及碱基互补配对。第一步中发生在反转录法合成目的基因或PCR技术扩增目的基因过程中。第二步中发生在黏性末端相互连接过程中。第四步中目的基因的导入检测、转录检测发生碱基互补配对。,-27-,考点1,考点2,考点3,核心梳理,提能探究,考向感悟,归纳总结,考向1 目的基因的获取及基因表达载体的构建 1.(2016河
15、北唐山迁安二中期末,46)为从根本上解决水稻中的高植酸问题,可将植酸酶基因导入水稻,培育低植酸转基因水稻品种。如图是获取植酸酶基因的流程。,(1)图中基因组文库 (选填“小于”“等于”或“大于”)cDNA文库。 (2)B过程需要的酶是 。 (3)目的基因和除可从构建的文库中分离外,还可以分别利用图中 和 为模板直接进行PCR扩增,该过程中所用酶的显著特点是 。,答案,解析,-28-,考点1,考点2,考点3,核心梳理,提能探究,考向感悟,归纳总结,考向2 基因工程的操作过程 2.(2016天津卷,7)人血清白蛋白(HSA)具有重要的医用价值,只能从人血浆中制备。下图是以基因工程技术获取重组HSA(rHSA)的两条途径。,(1)为获取HSA基因,首先需采集人的血液,提取 合成总cDNA,然后以cDNA为模板,使用PCR技术扩增HSA基因。下图中箭头表示一条引物结合模板的位置及扩增方向,请用箭头在方框内标出另一条引物的位置及扩增方向。,-29-,考点1,考点2,考点3,核心梳理,提能探究,考向感悟,归纳总结,(2)启动子通常具有物种及组织特异性,构建在水稻胚乳细胞内特异表达rHSA的载体,需要选择的启动子是 (填写字母,单选)。 A.人血细胞启动子 B.水稻胚乳细胞启动子 C.大肠杆菌启动子 D.农杆菌启动子,
