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1、返回返回 学案学案41 41 基因工程（一）基因工程（一） 1.1.基因工程是在基因工程是在 水平上进行设计和施工的，因水平上进行设计和施工的，因此又叫做此又叫做 ，其原理是，其原理是 。2.2.限制性核酸内切酶主要来源于限制性核酸内切酶主要来源于 ；特点；特点是是 ；切割后形成切割后形成 末端和末端和 末端。末端。3.DNA3.DNA连接酶的种类有连接酶的种类有 和和 。4.4.载体的作用是载体的作用是 ；必须具备的条件有能在宿主细胞内复制并稳定地保存，具有多必须具备的条件有能在宿主细胞内复制并稳定地保存，具有多个个 切点；具有某些切点；具有某些 ；种类有；种类有 、 和和 等。等。5.5.
2、目的基因的获取方法主要有目的基因的获取方法主要有 、 、 。人工合成人工合成DNADNA分子分子DNADNA重组技术重组技术基因重组基因重组原核生物原核生物专一性识别双链专一性识别双链DNADNA分子上的某种特定核苷酸序列分子上的某种特定核苷酸序列黏性黏性平平T T4 4DNADNA连接酶连接酶E Ecolicoli DNA DNA连接酶连接酶将外源基因送入受体细胞将外源基因送入受体细胞限制酶限制酶标记基因标记基因质粒质粒噬菌体的衍生物噬菌体的衍生物动植物病毒动植物病毒从基因文库中获取从基因文库中获取PCRPCR技术扩增技术扩增6.6.完整的基因表达载体包括完整的基因表达载体包括 、 、 、
3、。7.7.转化是指目的基因进入转化是指目的基因进入 内，并且在受体细胞内内，并且在受体细胞内维持维持 和和 的过程。的过程。8.8.将目的基因导入植物细胞常用的方法有将目的基因导入植物细胞常用的方法有 、 和和 ；将目的基因导入动物细胞常用；将目的基因导入动物细胞常用的方法是的方法是 ；将目的基因导入微生物细胞常；将目的基因导入微生物细胞常用用 处理细胞。处理细胞。9.9.检测转基因生物的染色体检测转基因生物的染色体DNADNA上是否插入了目的基因的方上是否插入了目的基因的方法是法是 ；检测目的基因是否转录出；检测目的基因是否转录出mRNAmRNA的的方法是方法是 ；检测目的基因是否翻译成蛋白
4、质的方；检测目的基因是否翻译成蛋白质的方法是法是 。在个体水平上检测目的基因是否。在个体水平上检测目的基因是否表达的方法是表达的方法是 。抗虫或抗病的接种实验抗虫或抗病的接种实验目的基因目的基因启动子启动子终止子终止子标记基因标记基因受体细胞受体细胞稳定稳定表达表达农杆菌转化法农杆菌转化法基因枪法基因枪法花粉管通道法花粉管通道法显微注射技术显微注射技术CaCa2+2+DNADNA分子杂交技术分子杂交技术分子杂交技术分子杂交技术抗原抗原抗体杂交技术抗体杂交技术考点考点1 1 基因工程的工具基因工程的工具考点精讲考点精讲作用底物作用底物作用部位作用部位作用结果作用结果限制酶限制酶DNA分子分子磷酸
5、二酯键磷酸二酯键 黏性末端或黏性末端或平末端平末端DNA连接连接酶酶DNA分子分子片段片段磷酸二酯键磷酸二酯键 重组重组DNA分分子子DNA聚合聚合酶酶脱氧核苷脱氧核苷酸酸磷酸二酯键磷酸二酯键子代子代DNA项目项目种类种类1.1.与与DNADNA相关的酶相关的酶（1 1）五种）五种DNADNA相关酶的比较相关酶的比较作用底作用底物物作用部位作用部位作用结果作用结果解旋酶解旋酶DNA分分子子碱基对间的碱基对间的氢键氢键脱氧核苷酸脱氧核苷酸单链单链DNA酶酶DNA分分子子磷酸二酯键磷酸二酯键游离的脱氧游离的脱氧核苷酸核苷酸项目项目种类种类（2 2）限制酶与）限制酶与DNADNA连接酶的关系（如图）
6、连接酶的关系（如图）2.2.载体载体（1 1）作用）作用作为运载工具，将目的基因转移到宿主细胞内。作为运载工具，将目的基因转移到宿主细胞内。利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制。利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制。（2 2）具备的条件）具备的条件能在宿主细胞内稳定保存并大量复制。能在宿主细胞内稳定保存并大量复制。有多个限制酶切割位点，以便与外源基因连接。有多个限制酶切割位点，以便与外源基因连接。具有特殊的标记基因，以便进行筛选。具有特殊的标记基因，以便进行筛选。（3 3）种类）种类常用载体常用载体质粒质粒质粒是一种裸露的、结构简单、独立于细菌拟核质粒是一种裸露的、结构简单、独立于细菌
7、拟核DNADNA之外，之外，并具有自我复制能力的很小的双链环状并具有自我复制能力的很小的双链环状DNADNA分子。分子。其他载体其他载体在基因工程中使用的载体除质粒外，还有在基因工程中使用的载体除质粒外，还有噬菌体的衍生物、噬菌体的衍生物、动植物病毒等。动植物病毒等。说明：说明：一般来说，天然载体往往不能满足人类的所有要一般来说，天然载体往往不能满足人类的所有要求，因此人们根据不同的目的和需要，对某些天然的载体进求，因此人们根据不同的目的和需要，对某些天然的载体进行人工改造。行人工改造。限制酶切割位点所处的位置必须是在所需的标记基因之限制酶切割位点所处的位置必须是在所需的标记基因之外，这样才能
8、保证标记基因的完整性，有利于对目的基因进外，这样才能保证标记基因的完整性，有利于对目的基因进行检测。行检测。典例剖析典例剖析【例例1 1】下列与基因工程的基本工具相关的叙述，正确的是下列与基因工程的基本工具相关的叙述，正确的是 （ ） A.DNAA.DNA聚合酶、聚合酶、RNARNA聚合酶、逆转录酶、聚合酶、逆转录酶、DNADNA连接酶都可以连接酶都可以 催化形成磷酸二酯键，而限制性核酸内切酶可以催化磷催化形成磷酸二酯键，而限制性核酸内切酶可以催化磷 酸二酯键的断裂酸二酯键的断裂 B.B.不同的限制酶切割不同的限制酶切割DNADNA产生的黏性末端肯定不同产生的黏性末端肯定不同 C.C.E Ec
9、olicoli DNA DNA连接酶既可以连接酶既可以“缝合缝合”黏性末端，也可以黏性末端，也可以 “缝合缝合”平末端平末端 D.D.质粒作为载体的条件之一是必须含有抗药性基因质粒作为载体的条件之一是必须含有抗药性基因解析：不同的限制酶切割解析：不同的限制酶切割DNADNA产生的黏性末端可能相同，产生的黏性末端可能相同，故故B B错误；错误；E Ecolicoli DNA DNA连接酶只能连接酶只能“缝合缝合”黏性末端，故黏性末端，故C C错误；质粒作为载体的条件之一是必须含有标记基因，错误；质粒作为载体的条件之一是必须含有标记基因，故故D D错误。错误。A A【知识链接知识链接】细菌在长期的
10、进化过程中形成了一套完善的细菌在长期的进化过程中形成了一套完善的防御机制，其限制性核酸内切酶可以识别和切割防御机制，其限制性核酸内切酶可以识别和切割DNADNA上的特定上的特定碱基序列，降解外源碱基序列，降解外源DNADNA，而其自身或者不具有这种限制酶识，而其自身或者不具有这种限制酶识别的序列，或者通过甲基酶将甲基转移到所识别序列的碱基上，别的序列，或者通过甲基酶将甲基转移到所识别序列的碱基上，使限制酶不能将其切开。使限制酶不能将其切开。对应训练对应训练1.1.下列关于基因工程的叙述，正确的是下列关于基因工程的叙述，正确的是 （ ） A.A.一种限制性核酸内切酶只能识别一种特定的核糖核苷酸序
11、一种限制性核酸内切酶只能识别一种特定的核糖核苷酸序 列列 B.B.基因工程中最常用的载体是质粒基因工程中最常用的载体是质粒 C.C.通常用一种限制性核酸内切酶处理含目的基因的通常用一种限制性核酸内切酶处理含目的基因的DNADNA，用，用 另一种限制性核酸内切酶处理载体另一种限制性核酸内切酶处理载体DNADNA D. D.为培育抗除草剂的作物新品种，导入抗除草剂基因时只能为培育抗除草剂的作物新品种，导入抗除草剂基因时只能 以受精卵作为受体细胞以受精卵作为受体细胞解析：本题考查基因工程，意在考查学生的理解能力。限制解析：本题考查基因工程，意在考查学生的理解能力。限制性核酸内切酶具有特异性，一种酶只
12、能识别一种特定的核苷酸性核酸内切酶具有特异性，一种酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定的位点切割，这种核苷酸序列是脱氧核苷酸序序列，并在特定的位点切割，这种核苷酸序列是脱氧核苷酸序列，即切割的是列，即切割的是DNADNA而不是而不是RNARNA。可作为载体的有质粒、噬菌体、。可作为载体的有质粒、噬菌体、动植物病毒，其中质粒是最常用的载体。将目的基因与载体结动植物病毒，其中质粒是最常用的载体。将目的基因与载体结合时，一般用同一种限制性核酸内切酶切割。将目的基因导入合时，一般用同一种限制性核酸内切酶切割。将目的基因导入受体细胞，植物细胞作为受体细胞时，体细胞也可以；动物细受体细胞，植物细胞作为
13、受体细胞时，体细胞也可以；动物细胞作为受体细胞时，只能用其受精卵。胞作为受体细胞时，只能用其受精卵。答案：答案：B B考点考点2 2 基因工程的操作步骤基因工程的操作步骤考点精讲考点精讲1.1.目的基因的获取目的基因的获取（1 1）从基因文库中获取目的基因：如从基因文库或）从基因文库中获取目的基因：如从基因文库或cDNAcDNA文文库中获取。库中获取。（2 2）利用）利用PCRPCR技术扩增目的基因：利用技术扩增目的基因：利用DNADNA复制的原理在体复制的原理在体外特异性的复制某外特异性的复制某DNADNA片段以获得呈指数方式增加的目的基因。片段以获得呈指数方式增加的目的基因。（3 3）人工
14、合成法：通过）人工合成法：通过DNADNA合成仪用化学方法直接人工合成。合成仪用化学方法直接人工合成。2.2.基因表达载体的构建基因表达载体的构建（1 1）基因表达载体的组成：启动子、目的基因、终止子以）基因表达载体的组成：启动子、目的基因、终止子以及标记基因等。及标记基因等。（2 2）基因表达载体的构建方法（如图）基因表达载体的构建方法（如图）说明：导入的目的基因的表达需要调控序列，因此在插入说明：导入的目的基因的表达需要调控序列，因此在插入目的基因的部位之前需有启动子，之后需有终止子。目的基因的部位之前需有启动子，之后需有终止子。3.3.将目的基因导入受体细胞将目的基因导入受体细胞生物种生
15、物种类类植物细胞植物细胞动物细胞动物细胞微生物细胞微生物细胞常用方常用方法法农杆菌转化法农杆菌转化法显微注射法显微注射法Ca2+处理法处理法受体细受体细胞胞体细胞体细胞受精卵受精卵原核细胞原核细胞转化过转化过程程将目的基因插将目的基因插入到入到Ti质粒的质粒的T-DNA上上农农杆菌杆菌导入植导入植物细胞物细胞整合整合到受体细胞的到受体细胞的DNA上上表达表达将含有目的将含有目的基因的表达基因的表达载体提纯载体提纯取卵（受精取卵（受精卵）卵）显微显微注射注射受精受精卵发育卵发育获获得具有新性得具有新性状的动物状的动物Ca2+处理细处理细胞胞感受态感受态细胞细胞重组重组表达载体与表达载体与感受态细
16、胞感受态细胞混合混合感受感受态细胞吸收态细胞吸收DNA分子分子4.4.目的基因的检测与鉴定目的基因的检测与鉴定（1 1）分子水平检测）分子水平检测导入检测：导入检测：DNADNA分子杂交技术，即使用放射性同位素标记分子杂交技术，即使用放射性同位素标记的含有目的基因的的含有目的基因的DNADNA片段作探针检测。片段作探针检测。（2 2）个体生物学水平鉴定：对转基因生物进行抗虫或抗病）个体生物学水平鉴定：对转基因生物进行抗虫或抗病的接种实验。的接种实验。转录检测：分子杂交技术，即目的基因转录检测：分子杂交技术，即目的基因 探针与探针与mRNAmRNA杂交杂交翻译检测：抗原翻译检测：抗原抗体杂交技术
17、抗体杂交技术表达检测表达检测典例剖析典例剖析【例例2 2】基因工程技术也称为基因工程技术也称为DNADNA重组技术，其实施必须具备的重组技术，其实施必须具备的 四个必要条件是四个必要条件是 （ ） A.A.目的基因、限制酶、载体、受体细胞目的基因、限制酶、载体、受体细胞 B.B.重组重组DNADNA、RNARNA聚合酶、限制酶、连接酶聚合酶、限制酶、连接酶 C.C.工具酶、目的基因、载体、受体细胞工具酶、目的基因、载体、受体细胞 D.D.模板模板DNADNA、mRNAmRNA、质粒、受体细胞、质粒、受体细胞解析：基因工程实施必须具备的四个必要条件是工具解析：基因工程实施必须具备的四个必要条件是
18、工具酶、目的基因、载体和受体细胞。酶、目的基因、载体和受体细胞。C C【技巧点拨技巧点拨】（1 1）要使目的基因和载体能够连接，常使用）要使目的基因和载体能够连接，常使用同一种限制性核酸内切酶切割目的基因和载体，使二者具有同一种限制性核酸内切酶切割目的基因和载体，使二者具有相同的黏性末端，这是基因工程中构建基因表达载体的重要相同的黏性末端，这是基因工程中构建基因表达载体的重要环节。环节。（2 2）基因表达需要启动子与终止子的调控，所以目的基因）基因表达需要启动子与终止子的调控，所以目的基因应插入到启动子与终止子之间的部位。应插入到启动子与终止子之间的部位。（3 3）基因工程操作过程中只有第三步
19、（将目的基因导入受）基因工程操作过程中只有第三步（将目的基因导入受体细胞）没有发生碱基互补配对的现象。第一步存在逆转录体细胞）没有发生碱基互补配对的现象。第一步存在逆转录法获得法获得DNADNA，第二步存在黏性末端连接现象，第四步存在分子，第二步存在黏性末端连接现象，第四步存在分子水平杂交方法。水平杂交方法。对应训练对应训练2.2.下列关于基因工程的叙述，错误的是下列关于基因工程的叙述，错误的是 （ ） A.A.目的基因和受体细胞均可来自动、植物或微生物目的基因和受体细胞均可来自动、植物或微生物 B.B.限制性核酸内切酶和限制性核酸内切酶和DNADNA连接酶是两类常用的工具酶连接酶是两类常用的
20、工具酶 C.C.人胰岛素原基因在大肠杆菌中表达的胰岛素原无生物活性人胰岛素原基因在大肠杆菌中表达的胰岛素原无生物活性 D.D.载体上的抗性基因有利于筛选含重组载体上的抗性基因有利于筛选含重组DNADNA的细胞和促进目的细胞和促进目 的基因的表达的基因的表达解析：基因工程中目的基因和受体细胞均可来自动、植物解析：基因工程中目的基因和受体细胞均可来自动、植物或微生物；常用的工具酶是限制性核酸内切酶和或微生物；常用的工具酶是限制性核酸内切酶和DNADNA连接酶；连接酶；人胰岛素原基因在大肠杆菌中表达的产物是胰岛素原，无生人胰岛素原基因在大肠杆菌中表达的产物是胰岛素原，无生物活性；载体上的抗性基因有利
21、于筛选含重组物活性；载体上的抗性基因有利于筛选含重组DNADNA的细胞，的细胞，目的基因的表达与抗性基因存在与否无关。目的基因的表达与抗性基因存在与否无关。D D1.1.下列关于载体的叙述，错误的是下列关于载体的叙述，错误的是 （ ） A.A.与目的基因结合后，实质上就是一个重组与目的基因结合后，实质上就是一个重组DNADNA分子分子 B.B.对某种限制酶而言，最好只有一个切点，但还要有其他多对某种限制酶而言，最好只有一个切点，但还要有其他多 种限制酶的切点种限制酶的切点 C.C.目前常用的载体有质粒、噬菌体和动植物病毒目前常用的载体有质粒、噬菌体和动植物病毒 D.D.具有某些标记基因，便于对
22、其进行切割具有某些标记基因，便于对其进行切割解析：基因表达载体上的标记基因是一段特殊的解析：基因表达载体上的标记基因是一段特殊的DNADNA序列，序列，主要是为了鉴定受体细胞中是否含有目的基因，从而将含有主要是为了鉴定受体细胞中是否含有目的基因，从而将含有目的基因的细胞筛选出来。目的基因的细胞筛选出来。D D2.2.下列有关基因工程的叙述，正确的是下列有关基因工程的叙述，正确的是 （ ） A.A.基因工程是细胞水平上的生物工程基因工程是细胞水平上的生物工程 B.B.基因工程的产物对人类都是有益的基因工程的产物对人类都是有益的 C.C.基因工程产生的变异属于人工诱变基因工程产生的变异属于人工诱变
23、 D.D.基因工程育种的优点之一是目的性强基因工程育种的优点之一是目的性强解析：本题考查的知识点是基因工程的概念，解答本题的解析：本题考查的知识点是基因工程的概念，解答本题的关键是理解基因工程的概念。基因工程是在生物体外，通过关键是理解基因工程的概念。基因工程是在生物体外，通过对对DNADNA分子进行人工分子进行人工“剪切剪切”和和“拼接拼接”，对生物的基因进，对生物的基因进行改造行改造( (目的性强目的性强) )和重新组合和重新组合( (基因重组基因重组) )，然后导入受体细，然后导入受体细胞内，使重组基因在受体细胞内表达，产生出人类所需要的胞内，使重组基因在受体细胞内表达，产生出人类所需要
24、的基因产物，但并不是所有的基因产物对人类都是有益的。所基因产物，但并不是所有的基因产物对人类都是有益的。所以选以选D D。D D3.20083.2008年诺贝尔化学奖授予了年诺贝尔化学奖授予了“发现和发展了水母绿色荧光蛋发现和发展了水母绿色荧光蛋 白白”的三位科学家。将绿色荧光蛋白基因的片段与目的基因的三位科学家。将绿色荧光蛋白基因的片段与目的基因 连接起来组成一个连接起来组成一个“融合基因融合基因”，再将该融合基因转入真核，再将该融合基因转入真核 生物细胞内，表达出的蛋白质就会带有绿色荧光。下列关于生物细胞内，表达出的蛋白质就会带有绿色荧光。下列关于 该过程的叙述中，错误的是该过程的叙述中，
25、错误的是 （ ） A.A.只能用一种限制性核酸内切酶分别同时切割载体和含目的只能用一种限制性核酸内切酶分别同时切割载体和含目的 基因的基因的DNADNA B. B.构建的基因表达载体可以让目的基因进入受体细胞而不被构建的基因表达载体可以让目的基因进入受体细胞而不被 受体细胞内核酸酶降解受体细胞内核酸酶降解 C.C.导入受体细胞内的导入受体细胞内的“融合基因融合基因”可视为一个独立的遗传单可视为一个独立的遗传单 位位 D.D.利用该技术可以追踪目的基因编码的蛋白质在细胞内的分利用该技术可以追踪目的基因编码的蛋白质在细胞内的分 布布解析：可以采用两种或两种以上的限制性核酸内切酶分别解析：可以采用两种或两种以上的限制性核酸内切酶分别同时切割载体和含目的基因的同时切割载体和含目的基因的DNADNA。A A返回返回
