人教版高二基因工程的基本操作程序?qū)W案3

基因工程的基本操作程序【本節(jié)重難點】重點：基因工程基本操作程序的四個步驟難點：（1）從基因文庫中獲取目的基因（2）利用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因【知識精講】教材梳理基因工程的基本操作程序主要包括四個步驟：目的基因的獲取、基因表達(dá)載體的構(gòu)建、將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞、目的基因的檢測與鑒定。知識點一目的基因的獲取1.獲取目的基因是實施基因工程的第一步。目的基因的獲取方法主要有兩種：①從自然界中已有的物種中分離出來②用人工的方法合成。2.基因文庫——將含有某種生物不同基因的許多DNA片段，導(dǎo)入受體菌的群體中儲存，各個受體菌分別含有這種生物的不同的基因，成為基因文庫?；蛭膸旄鶕?jù)其大小可分為基因組文庫和部分基因文庫。受體細(xì)胞是指接受目的基因的細(xì)胞，即表達(dá)載體導(dǎo)入的細(xì)胞。基因工程常用的受體有細(xì)菌、真菌、動植物細(xì)胞技術(shù)擴(kuò)增目的基因原理：DNA復(fù)制做法：已知一段目的基因的核苷酸序列→據(jù)已知序列合成引物→DNA擴(kuò)增結(jié)果：擴(kuò)增出許多結(jié)構(gòu)相同的目的基因。注意：學(xué)習(xí)該部分知識時，常出現(xiàn)將目的基因的來源和目的基因的提取相混淆，致使不理解課本所講，原因是課本都用了“獲取目的基因”字樣。目的基因的來源是：①從自然界中已有的物種中分離出來。②用人工的方法合成。目的基因的提取是指在基因工程操作時怎樣獲得目的基因。常用方法有二：①從基因文庫中直接獲?、谌绻枰罅康哪康幕?，需要對目的基因進(jìn)行PCR技術(shù)擴(kuò)增。不管是從基因文庫中獲取的目的基因，還是需要進(jìn)行擴(kuò)增的目的基因，其來源既可能是從自然界中已有的物種中分離出來，也可能是人工合成的。知識點二基因表達(dá)載體的構(gòu)建基因表達(dá)載體的構(gòu)建是基因工程的核心。其中心內(nèi)容是使目的基因與運載體結(jié)合，形成重組運載體，最后通過重組運載體將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞。注意：在學(xué)習(xí)時應(yīng)注意以下幾點：1.構(gòu)建表達(dá)載體的目的：使目的基因在受體細(xì)胞中穩(wěn)定存在，并可遺傳給下一代，同時，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：目的基因、啟動子、終止子、標(biāo)記基因3.所選運載體應(yīng)具備的條件：（1）載體DNA必需有一個或多個限制酶的切割位點，以便目的基因可以插入到載體上去。這些供目的基因插入的限制酶的切點所處的位置，還必須是在質(zhì)粒本身需要的基因片段之外，這樣才不至于因目的基因的插入而失活。（2）載體DNA必需具備自我復(fù)制的能力，或整合到受體染色體DNA上隨染色體DNA的復(fù)制而同步復(fù)制。（3）載體DNA必需帶有標(biāo)記基因，以便重組后進(jìn)行重組子的篩選。（4）載體DNA必需是安全的，不會對受體細(xì)胞有害，或不能進(jìn)入到除受體細(xì)胞外的其他生物細(xì)胞中去。（5）載體DNA分子大小應(yīng)適合，以便提取和在體外進(jìn)行操作，太大就不便操作。實際上自然存在的質(zhì)粒DNA分子并不完全具備上述條件，都要進(jìn)行人工改造后才能用于基因工程操作。知識點三將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞（1）轉(zhuǎn)化——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)的過程，稱為轉(zhuǎn)化。說明：此處的“轉(zhuǎn)化”與肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實驗中的“轉(zhuǎn)化”的含義相同。（2）基因工程中常用的受體細(xì)胞有：大腸桿菌、枯草桿菌、土壤膿桿菌、酵母菌和動植物細(xì)胞（3）將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞的方法：根據(jù)受體和運載體的類型不同，所采用的導(dǎo)入方法也不同。目前常用的方法有：①將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞——膿桿菌轉(zhuǎn)化法，還有基因槍法和花粉管通道法。②將目的基因?qū)雱游锛?xì)胞——顯微注射技術(shù)③將目的基因?qū)胛⑸锛?xì)胞——Ca＋處理細(xì)胞法說明：將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞的方法有很多種，同學(xué)們可以上網(wǎng)查詢更多的方法和具體過程。知識點四目的基因的監(jiān)測與鑒定（1）檢測對象：①檢測轉(zhuǎn)基因生物的染色體DNA上是否插入了目的基因②檢測目的基因是否轉(zhuǎn)錄出了mRNA③檢測目的基因是否翻譯成蛋白質(zhì)（2）檢測方法：分子檢測法——①和②都是DNA分子雜交技術(shù)，③抗原－抗體雜交法形態(tài)檢測法——可根據(jù)目標(biāo)性狀的有無來判斷目的基因是否表達(dá)說明：基因操作過程中有多個步驟需要檢測，此處只講了目的基因的檢測，還有目的基因是否被整合到了運載體上，運載體是否進(jìn)入了受體細(xì)胞等都需要檢測，具體過程見拓展點2。知識點五教材深化：人工合成目的基因的過程：①目的基因轉(zhuǎn)錄成的mRNA單鏈DNA雙鏈DNA（目的基因）②蛋白質(zhì)中氨基酸的序列mRNA中的堿基序列DNA堿基序列目的基因目的基因【典題分類精析】考點一、目的基因的獲取例1．1993年，我國科學(xué)工作者培育成的抗棉鈴蟲的最新轉(zhuǎn)基因抗蟲棉，其抗蟲基因來源于A．普通棉花的基因突變B．棉鈴蟲變異形成的致死基因C．在棉鈴蟲體內(nèi)寄生的線蟲基因D．蘇云金芽孢桿菌體內(nèi)的抗蟲基因分析：1993年，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院的科學(xué)家成功地將原核生物蘇云金芽孢桿菌中的抗蟲基因轉(zhuǎn)入棉植株，培育成了抗棉鈴蟲的轉(zhuǎn)基因抗蟲棉。答案：D點評：目的基因主要來源是原核生物。例2．［2022高考全國］鐮刀型細(xì)胞貧血癥的病因是血紅蛋白基因的堿基序列發(fā)生了改變。檢測這種堿基序列改變必須使用的酶是 A.解旋酶 連接酶 C.限制性內(nèi)切酶 聚合酶分析：本題考查的知識點是DNA分子雜交原理。選項B、D可以直接排除。對于選A可能理解為的：既然是檢測突變的部位,那么很自然想到用該基因的探針，進(jìn)行堿基互補配對雜交而檢測之(相關(guān)知識見教材鑒定人猿親緣關(guān)系和基因工程處都有所涉及)，但是分子雜交的前提必須是單鏈DNA，于是很自然想到用解旋酶處理被檢測基因。但是，解開DNA雙鏈結(jié)構(gòu)不一定要用解旋酶，在高溫或者用強堿溶液處理也可以得到單鏈DNA，而且題干上也有"必須使用的酶"的敘述，所以可以排除A選項。

對于C選項的理解：限制酶只是把原DNA切成很多片段，其中某個片段可能包含突變的目的基因，然后再用化學(xué)方法處理成單鏈，最后再和探針雜交，根據(jù)放射性(或熒光)出現(xiàn)部位而檢測出突變部位，這種技術(shù)其實就是所謂的基因診斷。如不用限制酶把DNA切割成若干片段，通過其他方法把DNA處理成單鏈，然后與DNA探針雜交，但是，已經(jīng)變性成單鏈的DNA很有可能常溫下復(fù)性，可能回折重新形成許多雙鏈區(qū)，如果恰恰突變部位及其臨近區(qū)域和該單鏈其他區(qū)域結(jié)合成雙鏈，那么必然影響探針與相應(yīng)部位的結(jié)合，也就無法準(zhǔn)確檢測到突變部位。答案：C點評：本題易錯選A，用探針檢測DNA，DNA必須解旋，但解旋不一定要用解旋酶，這一點可聯(lián)系肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實驗，高溫使DNA解旋?？键c二、基因表達(dá)載體的構(gòu)建例3．［2022高考江蘇］基因工程又叫基因拼接技術(shù)。（1）在該技術(shù)中，用人工合成方法獲得目的基因的途徑之一是：以目的基因轉(zhuǎn)錄的___________為模板，__________成互補的單鏈DNA，然后在酶的作用下合成__________。（2）基因工程中常用的受體細(xì)胞有細(xì)菌、真菌、____________。若將真核基因在原核細(xì)胞中表達(dá)，對該目的基因的基本要求是_________。（3）假設(shè)以大腸桿菌質(zhì)粒作為運載體，并以同一種限制性內(nèi)切酶切割運載體與目的基因，將切割后的運載體與目的基因片段混合，并加入DNA連接酶。連接產(chǎn)物至少有_________種環(huán)狀DNA分子，它們分別是_______________。分析：本題考查的是基因工程的相關(guān)知識。熟練掌握基因工程的四個步驟是解答本題的關(guān)鍵?；蚬こ毯苋菀着c其他知識相聯(lián)系命制綜合題，如基因操作基本步驟中目的基因的獲取常與“中心法則”、“堿基互補配對原則”相結(jié)合，還可與基因的結(jié)構(gòu)、發(fā)酵工程、基因的遺傳定律相結(jié)合進(jìn)行綜合考查，是學(xué)習(xí)和重點之一。完全按照人的意愿，由重新組裝基因到新生物產(chǎn)生的生物科學(xué)技術(shù)，就稱為“基因工程”，或者說是“遺傳工程”。在基因工程中，人工合成目的基因的途徑有兩條，其中之一就是以信使RNA這模板經(jīng)過反轉(zhuǎn)錄合成目的基因；基因工程常用的受體有細(xì)菌、真菌、動植物細(xì)胞；原核生物的基因中無內(nèi)含子，若將真核生物的基因轉(zhuǎn)入原核生物，需除去內(nèi)含子部分；在本題操作過程中，若在含有同一種限制酶切割的運載體和目的基因混合物中，加入DNA連接酶將會形成3種環(huán)狀DNA分子，運載體自連而成的環(huán)狀DNA分子，目的基因自連而成的環(huán)狀DNA分子，運載體與目的基因片段相連的環(huán)狀DNA分子。答案：(1)信使RNA(mRNA)逆轉(zhuǎn)錄(反轉(zhuǎn)錄)雙鏈DNA(目的基因)(2)動植物細(xì)胞除去內(nèi)含子(3)3運載體自連的、目的基因自連的、運載體與目的基因片段相連的環(huán)狀DNA分子點評：解答該類題目的方法是熟練掌握課本知識，并對課本知識進(jìn)行深化、拔高考點三、將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞例4．基因工程中科學(xué)家常采用細(xì)菌、酵母菌等微生物作為受體細(xì)胞，原因是()A．結(jié)構(gòu)簡單，操作方便B．繁殖速度快C．遺傳物質(zhì)含量少、簡單D．性狀穩(wěn)定,變異少分析：本題考查基因工程的受體細(xì)胞。目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞后，隨著受體細(xì)胞的繁殖而復(fù)制，由于細(xì)菌等微生物繁殖速度非?？?。在很短的時間內(nèi)就能獲得大量的目的基因。答案：B點評：基因工程常用的受體有細(xì)菌、真菌、動植物細(xì)胞。解答這類題目的方法應(yīng)結(jié)合受體細(xì)胞的特點回答?？键c四、目的基因的監(jiān)測與鑒定例5.目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞后，是否可以穩(wěn)定維持和表達(dá)其遺傳特性，只有通過鑒定和檢測才能知道。下列屬于目的基因檢測和鑒定的是①檢測受體細(xì)胞是否有目的基因②檢測受體細(xì)胞是否有致病基因③檢測目的基因是否轉(zhuǎn)錄信使RNA④檢測目的基因是否翻譯蛋白質(zhì)A.①②③B.②③④C.①③④D.①②④分析：本題考查目的基因的檢測的相關(guān)知識。目的基因的檢測包括：檢測轉(zhuǎn)基因生物的染色體DNA上是否插入了目的基因，方法是用DNA探針，使DNA探針與基因組DNA雜交。檢測目的基因是否轉(zhuǎn)錄出了信使RNA，方法是用基因探針與信使RNA雜交。最后檢測目的基因是否翻譯了蛋白質(zhì)，方法是進(jìn)行抗原－抗體雜交。答案：C點評：基因工程中需要進(jìn)行監(jiān)測的步驟較多，請同學(xué)們利用比較對比的方法進(jìn)行記憶和運用。形態(tài)檢測法——可根據(jù)目標(biāo)性狀的有無來判斷目的基因是否表達(dá)考點五、人工合成目的基因的過程例6．科學(xué)家已經(jīng)能夠通過基因工程的方法，能使番茄果肉細(xì)胞中含有人奶蛋白。以下有關(guān)該基因工程的敘述錯誤的是A．采用反轉(zhuǎn)錄的方法得到的目的基因有啟動子、終止子B．用同種限制酶處理質(zhì)粒和含目的基因的DNA，可產(chǎn)生相同的黏性末端而形成重組DNA分子C．番茄的葉肉細(xì)胞可作為受體細(xì)胞D．啟動子對于目的基因在番茄的葉肉細(xì)胞中的表達(dá)是不可缺少的分析：本題主要考查了基因工程的有關(guān)知識。反轉(zhuǎn)錄法獲取目的基因時，由于是根據(jù)氨基酸的序列推測基因中的堿基序列，因此，合成的基因中并不含有啟動子、終止子。在基因工程中，必須用相同的限制酶處理質(zhì)粒和目的基因的DNA，這樣可產(chǎn)生相同的黏性末端以便能而形成重組DNA分子?；蚬こ讨?，常用的受體細(xì)胞有大腸桿菌、枯草桿菌、土壤農(nóng)桿菌、酵母菌和動植物細(xì)胞等，因此番茄的葉肉細(xì)胞可作為受體細(xì)胞。在基因表達(dá)的過程中，啟動子對于目的基因在番茄的葉肉細(xì)胞中的表達(dá)也能起一定的作用，是不可缺少的，它位于基因的首端，是RNA聚合酶識別和結(jié)合的部位，有了它才能驅(qū)動基因轉(zhuǎn)錄出信使RNA，最終獲得所需的蛋白質(zhì)，因此，只有A答案錯誤。答案：A點評：啟動子、終止子不屬于結(jié)構(gòu)基因，不能翻譯出蛋白質(zhì)，因此，采用反轉(zhuǎn)錄的方法不能得到。但啟動子、終止子是基因表達(dá)不可缺少的。考點六、標(biāo)記基因和標(biāo)記基因的作用例7.根據(jù)實驗原理和材料用具，設(shè)計實驗確定細(xì)菌質(zhì)粒的抗菌素基因所控制的抗菌素的類別。實驗原理：作為運載體的質(zhì)粒，需要有標(biāo)記基因，這一標(biāo)記基因是抗菌素抗性基因。有抗性基因的質(zhì)?？捎米鬟\載體。材料用具：青霉素、四環(huán)素各10萬單位溶液，菌種試管，滅菌的含細(xì)菌培養(yǎng)基的培養(yǎng)皿，酒精燈，接種環(huán)，一次性注射器，無菌水，恒溫箱方法步驟：第一步：取3個含培養(yǎng)基的培養(yǎng)皿，分別編號為1、2、3號，用三支注射器分別向3個培養(yǎng)基中注入1ml無菌水，、青霉素液、四環(huán)素液，并使之均勻分布之整個培養(yǎng)基表面。第二步：。第三步：。結(jié)果預(yù)期：。分析：運載體中所攜帶的一些抗性基因（如氨芐青霉素抗性基因和四環(huán)素抗性基因）及發(fā)光基因等，能控制一些特殊物質(zhì)的合成，利用這些特殊物質(zhì)可以篩選運載體或重組運載體，這些基因就叫做標(biāo)志基因。目的基因中的標(biāo)志基因最少要有2個，1個是用來檢測運載體是否進(jìn)入了受體細(xì)胞，另一個是用來檢測目的基因是否被拼接到運載體上；第一個標(biāo)志基因要保證其完整性，能夠進(jìn)行表達(dá)，若受體細(xì)胞表現(xiàn)出該基因所控制的性狀，說明運載體已進(jìn)入受體細(xì)胞；第二個標(biāo)志基因是插入目的基因的部位，由于目的基因的插入破壞了起結(jié)構(gòu)，不能表達(dá)其所控制的性狀，若受體細(xì)胞沒有表達(dá)出第二個基因所控制的性狀，說明目的基因已進(jìn)入受體細(xì)胞。答案：第二步：將接種環(huán)在酒精燈上灼燒，在酒精燈旁用接種環(huán)挑取等量菌種，分別培養(yǎng)在三個不同的培養(yǎng)基上，置于恒溫箱內(nèi)，培養(yǎng)一段時間。第三步：將接種后的培養(yǎng)基放在37℃的恒溫箱中培養(yǎng)24小時。預(yù)期結(jié)果：①1號培養(yǎng)基內(nèi)細(xì)菌正常生長，2、3號內(nèi)的細(xì)菌死亡，說明細(xì)菌無抗青霉素基因，無抗四環(huán)素基因；②1、2號培養(yǎng)基內(nèi)細(xì)菌正常生長，3號培養(yǎng)基內(nèi)細(xì)菌死亡，說明細(xì)菌有抗青霉素基因，無抗四環(huán)素基因；③1、3號培養(yǎng)基內(nèi)細(xì)菌正常生長，2號培養(yǎng)基內(nèi)細(xì)菌死亡，說明細(xì)菌質(zhì)粒無抗青霉素基因，有抗四環(huán)素基因；④1、2、3號培養(yǎng)基內(nèi)細(xì)菌都正常生長，說明細(xì)菌質(zhì)粒既有抗青霉素基因，又有抗四環(huán)素基因。點評：本題較難理解，原因是對基因工程中的檢測了解不深、不全造成的。兩個基因的作用不同是導(dǎo)致做錯該題的原因?？键c七、從基因文庫中找到所需要的基因例8．有關(guān)基因工程的敘述正確的是()A．限制酶只在獲取目的基因時才用B．重組質(zhì)粒的形成是在細(xì)胞內(nèi)完成的C．質(zhì)粒都可以作為運載體D．蛋白質(zhì)的氨基酸排列順序可以為合成目的基因提供線索分析：在基因工程中，不僅要用限制酶切割目的基因，還要用同一種限制酶在質(zhì)粒上切割出一個切口，使目的基因與質(zhì)粒切口的黏性末端能進(jìn)行堿基互補配對，所以A錯；重組質(zhì)粒是在