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1、第十一部分 现代生物科技专题,第35讲 基因工程,-3-,-4-,教材梳理,题型探究,基因工程的诞生和操作工具 1.基因工程的诞生,遗传物质,遗传物质,受体细胞,重组DNA分子,DNA双螺旋结构,限制性核酸内切酶,质粒载体,-5-,教材梳理,题型探究,2.基因工程的基本工具 (1)限制性核酸内切酶 作用:特异性识别双链 分子内一小段特殊的脱氧核苷酸序列,并且使其中特定部位的两个脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键断开。 结果:形成 末端和平末端。 (2)DNA连接酶 作用:将具有末端 的2个DNA片段连接在一起,形成的化学键是磷酸二酯键。,结果:形成重组DNA分子。,DNA,粘性,碱基互补,-6-,教材
2、梳理,题型探究,(3)载体 质粒:独立于细菌细胞 之外、能够自主复制的双链 分子。 质粒是基因工程中常用的载体(最常用的是 的质粒),其他载体还有 、植物病毒和 。,拟核,环状DNA,大肠杆菌,噬菌体,动物病毒,-7-,教材梳理,题型探究,考向一 基因工程的操作工具 【典例1-1】 下图中和代表的酶及二者作用部位分别是( ),A.DNA连接酶 限制性核酸内切酶 氢键 B.DNA水解酶 逆转录酶 氢键 C.RNA水解酶 限制性核酸内切酶 肽键 D.限制性核酸内切酶 DNA连接酶 磷酸二酯键,答案,解析,-8-,教材梳理,题型探究,【典例1-2】 若要利用某目的基因(见图甲)和P1噬菌体载体(见图
3、乙)构建重组DNA(见图丙),限制性核酸内切酶的酶切位点分别是Bgl(AGATCT)、EcoR(GAATTC)和Sau3A(GATC)。下列分析合理的是 ( ) A.用EcoR切割目的基因和P1噬菌体载体 B.用Bgl和EcoR切割目的基因和P1噬菌体载体 C.用Bgl和Sau3A切割目的基因和P1噬菌体载体 D.用EcoR和Sau3A切割目的基因和P1噬菌体载体,答案,解析,-9-,教材梳理,题型探究,易错提醒几种易混淆酶的比较,-10-,教材梳理,题型探究,考向二 基因工程中的载体需要的条件 【典例1-3】 限制性核酸内切酶Mun和限制性核酸内切酶EcoR的识别序列及切割位点分别是CAAT
4、TG和GAATTC。如图表示四种质粒和目的基因,适于作为图示目的基因载体的质粒(箭头所指部位为限制性核酸内切酶的识别位点,质粒的阴影部分表示标记基因)是( ),A. B. C. D.,答案,解析,-11-,教材梳理,题型探究,真题演练,基因工程的原理、基本操作步骤和应用 1.基因工程的原理 (1)基本原理:让人们感兴趣的基因(即 )在宿主细胞中稳定和高效地表达。 (2)基因工程的基本要素:多种 、 、载体和宿主细胞等。 2.基因工程的基本操作步骤 (1)获得目的基因,目的基因,工具酶,目的基因,PCR扩增,基因文库,-12-,教材梳理,题型探究,真题演练,(2)形成重组DNA分子(基因工程的核
5、心) 通常用 分别切割 和 DNA,然后用 将目的基因和载体DNA连接在一起,形成重组DNA分子。 (3)将重组DNA分子导入受体细胞 常用的受体细胞: 、枯草杆菌、 和动植物细胞等。,相同的限制性核酸内切酶,目的基因,载体,DNA连接酶,大肠杆菌,酵母菌,-13-,教材梳理,题型探究,真题演练,(4)筛选含有目的基因的受体细胞 筛选原因:并不是所有的细胞都接纳了 ,因此,需筛选含 的受体细胞。 筛选方法:用选择培养基筛选,如质粒上有抗生素的抗性基因,可用含 的培养基培养受体细胞,筛选出含 的受体细胞。 (5)目的基因的表达 目的基因在 中表达,产生人们需要的功能物质。,重组DNA分子,目的基
6、因,抗生素,重组DNA分子,宿主细胞,-14-,教材梳理,题型探究,真题演练,3.基因工程的应用,遗传 育种,干扰素,乙型肝炎疫苗,目标细胞,纠正或补偿,-15-,教材梳理,题型探究,真题演练,可降解,分解石油,重金属,工业废水,-16-,教材梳理,题型探究,真题演练,考向一 基因工程的原理和技术 【典例2-1】 科学家将外源目的基因与大肠杆菌的质粒进行重组,并在大肠杆菌中成功表达。下图表示构建重组质粒和筛选含目的基因的大肠杆菌的过程。请据图回答下列问题。,-17-,教材梳理,题型探究,真题演练,(1)步骤和中常用的工具酶是 和 。 (2)经过和步骤后,有些质粒上的 基因内插入了外源目的基因,
7、形成重组质粒。 (3)步骤是 的过程。为了促进该过程,应该用 处理大肠杆菌。 (4)步骤是将三角瓶内的大肠杆菌接种到含有四环素的培养基A上培养,目的是筛选 。能在A中生长的大肠杆菌有 种。 (5)步骤是用无菌牙签挑取A上的单个菌落,分别接种到B(含氨苄青霉素和四环素)和C(含四环素)两个培养基的相同位置上。一段时间后,菌落的生长状况如上图所示。含有目的基因的菌落位于 (填“B”或“C”)上,请在图中相应位置上圈出来。,-18-,教材梳理,题型探究,真题演练,答案:(1)限制性核酸内切酶 DNA连接酶 (2)氨苄青霉素抗性 (3)将重组质粒导入大肠杆菌 氯化钙 (4)含四环素抗性基因的大肠杆菌
8、2 (5)C 如右图所示,-19-,教材梳理,题型探究,真题演练,解析:(1)步骤和是将目的基因和质粒用同种限制性核酸内切酶进行切割,得到相同的粘性末端,然后用DNA连接酶将二者连接起来,形成重组质粒。(2)质粒上有氨苄青霉素抗性基因和四环素抗性基因,根据步骤和构建的重组质粒的图像可知,部分质粒的氨苄青霉素抗性基因中插入了目的基因。(3)据题图可知,步骤是将重组质粒导入受体细胞大肠杆菌中;氯化钙处理可增加大肠杆菌细胞壁的通透性,增强其对重组质粒的吸收能力。(4)由于质粒上具有四环素抗性基因,且未被目的基因插入,因此,凡是导入质粒的大肠杆菌均对四环素具有抗性,可以存活,没有导入质粒的不能存活,于
9、是可以筛选出含四环素抗性基因的大肠杆菌;能够在A上生长的大肠杆菌有2种,分别是导入空白质粒的大肠杆菌和导入重组质粒的大肠杆菌。,-20-,教材梳理,题型探究,真题演练,(5)目的基因的插入破坏了氨苄青霉素抗性基因,因此含有目的基因的大肠杆菌无法在含氨苄青霉素的培养基B上存活,但能在C上存活,其所在位置即为B中未长出而C中长出菌落的位置。,-21-,教材梳理,题型探究,真题演练,易错提醒基因工程操作中的易错点 (1)一般情况下,用同一种限制性核酸内切酶切割质粒和含有目的基因的片段,但有时可用两种限制性核酸内切酶分别切割质粒和目的基因,这样可避免质粒和质粒之间、目的基因和目的基因之间的连接。 (2
10、)目的基因进入受体细胞内,并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程,称为转化。转化的实质是目的基因整合到受体细胞染色体基因组中。 (3)标记基因的作用筛选、检测目的基因是否导入受体细胞,常见的有抗生素抗性基因、发光基因(表达产物为带颜色的物质)等。,-22-,教材梳理,题型探究,真题演练,考向二 基因工程的应用 【典例2-2】 苏云金杆菌(Bt)能产生具有杀虫能力的毒素蛋白。图1是转Bt毒素蛋白基因植物的重组DNA形成过程示意图;图2是毒素蛋白基因进入植物细胞后发生的两种生物大分子合成的过程,据图回答下列问题:,-23-,教材梳理,题型探究,真题演练,图1 图2,-24-,教材梳理,题型探究,真题
11、演练,(1)将图1中的DNA用Hind、BamH完全酶切后,反应管中有 种DNA片段。过程需要用到 酶。 (2)假设图1中质粒原来BamH识别位点的碱基序列变为了另一种限制酶Bcl识别位点的碱基序列,现用Bcl和Hind切割质粒,则该图1中的DNA右侧还能选择BamH进行切割,并能获得所需重组质粒吗?并请说明理由。 。 (3)若上述假设成立,并成功形成重组质粒,则重组质粒 ( ) A.既能被BamH也能被Hind切开 B.能被BamH但不能被Hind切开 C.既不能被BamH也不能被Hind切开 D.能被Hind但不能被BamH切开,-25-,教材梳理,题型探究,真题演练,(4)图2中链是 。
12、不同组织细胞的相同DNA进行过程时启用的起始点 (填“都相同”“都不同”或“不完全相同”),其原因是 。 (5)要想检测导入的Bt毒素蛋白基因是否表达,在分子水平上可用 法进行检测,如果出现杂交带,说明目的基因已经表达蛋白质产品,转基因植物培育成功。,答案:(1)4 DNA连接 (2)能,切割后露出的粘性末端相同 (3)D (4)mRNA 不完全相同 不同组织细胞中基因会进行选择性表达 (5)抗原抗体杂交,-26-,教材梳理,题型探究,真题演练,解析:(1)由于图1中的DNA上有Hind和BamH的3个识别位点,所以用这两种酶完全酶切后,形成4种DNA片段。(2)Bcl与BamH酶切割目的基因
13、后形成的粘性末端一样,故该图中的DNA右侧还能选择BamH进行切割,并能获得所需重组质粒。(3)根据酶切位点和识别的碱基序列可知,重组质粒只能被Hind但不能被BamH切开。(4)从图2可知,链是以DNA的一条链作为模板进行转录形成的信使RNA分子,不同组织细胞的相同DNA在转录时,如果是相同基因一般转录起点相同,不同的基因转录起点不同。(5)检测目的基因是否在受体细胞内表达,分子水平上的检测是向分泌物中加入抗体,通过抗原抗体特异性结合形成杂交带加以检测,如果能形成,说明表达了,如果不能形成,说明没有表达。,-27-,教材梳理,题型探究,真题演练,知识归纳基因工程中的几种检测方法,-28-,教
14、材梳理,题型探究,真题演练,(2016浙江4月选考,32节选)兔肝细胞中的基因E编码代谢甲醛的酶,拟利用基因工程技术将基因E转入矮牵牛中,以提高矮牵牛对甲醛的代谢能力,请回答下列问题。 (1)从兔肝细胞中提取mRNA,在 酶的作用下形成互补DNA,然后以此DNA为模板扩增得到基因E。在相关酶的作用下,将基因E与Ti质粒连接在一起,形成 ,再导入用氯化钙处理的 ,侵染矮牵牛叶片。将被侵染的叶片除菌后进行培养,最终得到转基因矮牵牛。其中培养过程正确的是 。 A.叶片在含合适浓度生长素的培养基上分化形成愈伤组织 B.愈伤组织在含细胞分裂素和生长素配比较高的培养基上形成芽 C.再生的芽在细胞分裂素含量
15、高的培养基上生根 D.愈伤组织在含合适浓度植物生长调节剂的培养基上脱分化形成再生植株,-29-,教材梳理,题型探究,真题演练,(2)取转基因矮牵牛叶片,放入含MS液体培养基和适量浓度甲醛且密封的试管中,将试管置于 上,进行液体悬浮培养。一段时间后测定培养基中甲醛的含量,以判断基因E是否在转基因矮牵牛中正常表达。培养过程中液体培养基的作用:一是提供营养;二是 ,从而使叶片保持正常形态。,答案:(1)逆转录 重组DNA分子 农杆菌 B (2)摇床 维持渗透压 解析:(1)mRNA在逆转录酶的作用下可形成互补DNA。在相关酶的作用下,可将目的基因与Ti质粒连接在一起,形成重组DNA分子,再通过农杆菌感染法导入受体细胞。因需要得到转基因矮牵牛叶片,故需将愈伤组织在含细胞分裂素和生长素配比较高的培养基上形成芽。(2)进行液体悬浮培养时需在摇床上进行。液体培养基既提供营养,又可维持渗透压,使叶片保持正常形态。,
