第十單元專題 二十八基因工程

專題二十八基因工程第十單元現(xiàn)代生物科技專題考情精解讀考綱要求知識體系構建目錄CONTENTS命題規(guī)律命題分析預測A考點幫·素養(yǎng)大提升考點1

基因工程的基本工具與操作程序考點2

基因工程的應用與蛋白質工程B方法幫·素養(yǎng)大提升方法1基因工程操作工具的分析方法2基因工程操作程序的分析方法3基因工程與蛋白質工程的辨析C考法幫·考向全掃描考向1基因工程的基本工具考向2基因工程的基本操作步驟考向3基因工程的應用及拓展

考向4蛋白質工程考情精解讀考綱要求命題規(guī)律命題分析預測考綱要求基因工程的誕生Ⅰ;基因工程的原理及技術(含PCR技術)Ⅱ；基因工程的應用Ⅱ；蛋白質工程Ⅰ。命題規(guī)律核心考點考題取樣2017全國卷Ⅰ,T38考向必究基因組文庫、載體的特點、目的基因的檢測(考向2)基因工程的基本工具與操作程序2017全國卷Ⅱ,T382016全國卷Ⅰ,T402016全國卷Ⅲ,T402014新課標全國卷Ⅱ,T40cDNA的合成、構建基因表達載體等(考向2)基因工程的基本工具(考向1)基因工程的基本操作步驟(考向2)核心考點考題取樣2017全國卷Ⅲ,T38考向必究基因工程及其應用、細胞培養(yǎng)(考向3)基因工程2015新課標全國卷Ⅰ,T40基因工程在HIV疫苗制備中的應用(考向3)的應用與蛋白質工2015新課標全國卷Ⅱ,蛋白質工程(考向4)程T402013新課標全國卷Ⅰ,基因工程和蛋白質工程(考向4)續(xù)表生物第十單元現(xiàn)代生物科技專題命題分析預測命題分析

本專題的考查重點為基因工程的基本工具及基本操作步驟,試題常將其與核酸的基本結構、遺傳的物質基礎、動物細胞工程、胚胎工程、植物組織培養(yǎng)等知識結合起來考查考生的綜合運用能力,均以非選擇題形式呈現(xiàn)。趨勢預測

預計今后本專題知識與必修知識的綜合性將進一步增強,同時原因分析型試題的比例將大大增加。知識體系構建A考點幫·知識全通關考點1

基因工程的基本工具與操作程序考點2

基因工程的應用與蛋白質工程考點1

基因工程的基本工具與操作程序一、基因工程的工具重點生物第十單元現(xiàn)代生物科技專題名師提醒限制酶是一類酶,而不是一種酶。限制酶的本質為蛋白質,其作用的發(fā)揮需要適宜的理化條件,高溫、強酸或強堿均易使之變性失活。生物第十單元現(xiàn)代生物科技專題? ?

?

?

?

?

?

?? ?

?

?

?

?

?

?

?生物第十單元現(xiàn)代生物科技專題辨析比較文庫類型文庫大小cDNA文庫小基因組文庫大基因中啟動子無有基因中內(nèi)含子無有基因多少某種生物的部分基因某種生物的全部基因物種之間的基因交流可以部分基因可以生物第十單元現(xiàn)代生物科技專題2.基因表達載體的構建——基因工程的核心目的:使目的基因在受體細胞中穩(wěn)定存在,并且可以遺傳給下一代,同時使目的基因能夠表達和發(fā)揮作用。基因表達載體的組成生物第十單元現(xiàn)代生物科技專題(3)一般構建過程生物第十單元現(xiàn)代生物科技專題3.將目的基因導入受體細胞受體細植物細胞胞種類常用

農(nóng)?

桿?菌?

轉?化?法、?

基?

因?

槍?法、?方法

花?

粉?

管?通?道法?動物細胞微生物細胞(大腸桿菌)顯微注射技術Ca2+處理法受體細胞體細胞或受精卵受精卵

原核細胞將含有目的基因的表用Ca2+處理受體細胞→感達載體提純→取受精受態(tài)細胞→將重組表達卵→顯微注射→受精

載體DNA分子與感受態(tài)卵移植→獲得具有新細胞混合→感受態(tài)細胞性狀的動物

吸收DNA分子,完成轉化轉化過程將目的基因插入Ti質粒的T-DNA上→導入農(nóng)桿菌→侵染植物細胞→目的基因整合到受體細胞的DNA上,并穩(wěn)定維持和表達其遺傳特性生物第十單元現(xiàn)代生物科技專題4.目的基因的檢測與鑒定生物第十單元現(xiàn)代生物科技專題名師提醒啟動子、終止子位于DNA上,起始密碼子與終止密碼子則位于mRNA上。目的基因插入位點位于啟動子和終止子之間,利于目的基因的表達。若考慮兩兩相連,則DNA連接酶連接DNA片段會出現(xiàn)三種情況:目的基因與目的基因的連接、目的基因與質粒的連接、質粒與質粒的連接,需篩選出重組質粒。基因工程操作過程中,只有第三步(將目的基因導入受體細胞)沒有發(fā)生堿基互補配對現(xiàn)象。農(nóng)桿菌轉化法適用于雙子葉植物和裸子植物;基因槍法適用于單子葉植物。生物第十單元現(xiàn)代生物科技專題三、PCR技術

1.PCR技術的原理DNA復制原理,即：雙鏈DNA單鏈DNA生物第十單元現(xiàn)代生物科技專題2.PCR的過程過程說明圖解變性

加熱至90~95

℃,DNA解開雙鏈復性冷卻至55~60℃,引物通過堿基互補配對與單鏈DNA結合加熱至70~75

℃,溶液中的dNTP延伸

在DNA聚合酶的作用下進行互補鏈的合成生物第十單元現(xiàn)代生物科技專題3.結果:每一次循環(huán)后DNA分子數(shù)量增加一倍,即成指數(shù)形式擴增(約為2n,其中n為擴增循環(huán)的次數(shù))。PCR的反應過程都是在PCR擴增儀中完成的。4.體內(nèi)DNA復制與PCR技術的比較DNA復制PCR技術解旋方式解旋酶催化DNA在高溫作用下變性解旋場所細胞內(nèi)(主要在細胞核內(nèi))細胞外(主要在PCR擴增儀內(nèi))酶解旋酶、DNA聚合酶等熱穩(wěn)定DNA聚合酶(Taq酶)溫度條件細胞內(nèi)溫和條件需控制溫度,在較高溫度下進行區(qū)別合成的對象DNA分子DNA片段或基因生物第十單元現(xiàn)代生物科技專題續(xù)表聯(lián)系①模板:均以脫氧核苷酸鏈作為模板進行物質合成;②原料:均為四種脫氧核苷酸,但PCR中是以dNTP形式加入的;③酶:均需要DNA聚合酶進行催化;④引物:均需要引物,使DNA聚合酶從引物的3"端開始連接脫氧核苷酸一、基因工程的應用植物基因工程:培育抗蟲、抗病、抗逆轉基因植物,利用轉基因改良植物的品質。動物基因工程:提高動物生長速度、改善畜產(chǎn)品的品質、用轉基因動物生產(chǎn)藥物、用轉基因動物作器官移植的供體?？键c2

基因工程的應用與蛋白質工程重點生物第十單元現(xiàn)代生物科技專題3.基因治療與基因診斷基因治療基因診斷原理

基因重組及基因表達將正?；驅胗谢蛉毕莸姆椒毎?使該基因的表達產(chǎn)物發(fā)揮功能,以達到治療的目的進展

臨床實驗DNA分子雜交將特定DNA探針與病人樣品DNA混合,分析雜交帶情況臨床應用生物第十單元現(xiàn)代生物科技專題二、蛋白質工程B方法幫·素養(yǎng)大提升方法1基因工程操作工具的分析方法2基因工程操作程序的分析方法3基因工程與蛋白質工程的辨析方法1基因工程操作工具的分析方法解讀

1.圖解法辨析黏性末端和平末端DNA分子經(jīng)限制酶切割產(chǎn)生的DNA片段末端通常有兩種形式——黏性末端和平末端(如圖所示)。生物第十單元現(xiàn)代生物科技專題2.表格法辨析限制酶、DNA連接酶、DNA聚合酶等相關酶項目種類

限制酶DNA連接酶

DNA聚合酶DNA酶解旋酶RNA聚合酶作用底物

作用結果DNA分子

切開磷酸二酯鍵,形成黏性末端或平末端DNA分子片段

通過形成磷酸二酯鍵,進而形成新的DNA分子脫氧核苷酸通過形成磷酸二酯鍵,進而形成新的DNA分子DNA分子

DNA分子斷開磷酸二酯鍵,形成脫氧核苷酸斷開堿基對間的氫鍵,形成單鏈DNA分子核糖核苷酸通過形成磷酸二酯鍵,進而形成單鏈RNA分子生物第十單元現(xiàn)代生物科技專題3.圖解限制酶的選擇依據(jù)甲

乙(1)根據(jù)目的基因兩端的限制酶切點確定限制酶的種類①應選擇位于目的基因兩端的限制酶,如圖甲中可選擇PstⅠ。②不能選擇目的基因內(nèi)部的限制酶,如圖甲中不能選擇SmaⅠ。生物第十單元現(xiàn)代生物科技專題(2)根據(jù)質粒的特點確定限制酶的種類①通常選擇與切割目的基因相同的限制酶,以確保出現(xiàn)相同的黏性末端,如圖乙中的PstⅠ。②在只有一種標記基因時,選擇的限制酶不能破壞標記基因,如圖乙中限制酶SmaⅠ會破壞標記基因。4.辨析基因工程中的載體與細胞膜上的載體在基因工程中使用的載體除質粒外,還有λ噬菌體的衍生物、動植物病毒等,能將目的基因導入受體細胞內(nèi);細胞膜上的載體是蛋白質,與細胞膜的功能有關。生物第十單元現(xiàn)代生物科技專題示例1

[2016江蘇,33,9分]如表是幾種限制酶識別序列及其切割位點,圖1、圖2中標注了相關限制酶的酶切位點,其中切割位點相同的酶不重復標注。請回答下列問題:生物第十單元現(xiàn)代生物科技專題生物第十單元現(xiàn)代生物科技專題(

1

)

用圖中質粒和目的基因構建重組質粒,

應選用

兩種限制酶切割,切后的載體和目的基因片段,通過

酶作用后獲得重組質粒。為了擴增重組質粒,需將其轉入處于

態(tài)的大腸桿菌。(2)為了篩選出轉入了重組質粒的大腸桿菌,應在篩選平板培養(yǎng)基中添加

,

平板上長出的菌落,

常用P

C

R

鑒定,

所用的引物組成為圖2

中

若BamHⅠ酶切的DNA末端與Bcl

Ⅰ酶切的DNA末端連接,連接部位的6個堿基對序列為

,對于該部位,這兩種酶

(填“都能”“都不能”“只有一種能”)切開。若用Sau3A

Ⅰ切圖1質粒最多可能獲得

種大小不同的DNA片段。生物第十單元現(xiàn)代生物科技專題解析

(

1

)

由題圖可知,

質粒的兩個標記基因中都含有B

a

mHⅠ的切點能用B

a

m

HⅠ進行切割,結合題干及表中信息可知也不能用S

a

u

3

AⅠ所以只能用質粒和目的基因中都含有切點的B

c

l

Ⅰ和H

i

n

dⅢ這兩種限割目的基因和質粒。酶切后的載體和目的基因片段,通過D

N

A連接酶作用后獲得重組質粒。要將重組質粒轉入大腸桿菌,要先用C

a

C

l

2

處理大腸桿使其處于感受態(tài)。(2)重組質粒中只含有四環(huán)素抗性基因這一個標記基因,所以為了篩選出轉入了重組質粒的大腸桿菌,應在篩選平板培養(yǎng)基中添加四

環(huán)素,含有重組質粒的大腸桿菌能在該平板上長出菌落。要用P

C

R擴增目基因,所用的引物組成為圖2中引物甲和引物丙,因為從圖2中可以看出,引甲與引物丙與模板鏈結合后能完成目的基因的復制。(3)B

a

m

HⅠ酶生物第十單元現(xiàn)代生物科技專題生物第十單元現(xiàn)代生物科技專題生物第十單元現(xiàn)代生物科技專題1

根據(jù)基因工程的有關知識,回答下列問題:限制性核酸內(nèi)切酶切割DNA分子后產(chǎn)生的片段,其末端類型有和

。質粒運載體用Eco

RⅠ切割后產(chǎn)生的片段如圖所示:AATTC……GG……CTTAA為使運載體與目的基因相連,含有目的基因的DNA除可用Eco

RⅠ切割外,還可用另一種限制性核酸內(nèi)切酶切割,該酶必須具有的特點是

。生物第十單元現(xiàn)代生物科技專題(3)按其來源不同,基因工程中所使用的DNA連接酶有兩類,即

DNA連接酶和

DNA連接酶。反轉錄作用的模板是

,產(chǎn)物是

。若要在體外獲得大量反轉錄產(chǎn)物,常采用

技術?；蚬こ讨谐|粒外,

和

也可作為運載體。若用重組質粒轉化大腸桿菌,一般情況下,不能直接用未處理的大腸桿菌作為受體細胞,原因是

。1

.

(

1

)

黏性末端

平末端 (

2

)

切割產(chǎn)生的D

N

A

片段的黏性末端與E產(chǎn)生的黏性末端相同(

3

)

E

?

c

o

l

i4T (

4

)

m

R

N

A D

N

A的衍生物

動植物病毒 (

6

)

未處理的大腸桿菌吸收質粒(

外源D

N

A

)

的生物第十單元現(xiàn)代生物科技專題能力極弱解析

(

1

)

D

N

A

分子經(jīng)限制酶切割產(chǎn)生的D

N

A

片段末端通常有兩種—性末端和平末端。

(

2

)

為了保證目的基因與運載體相連,

用另一種限制酶割后形成的黏性末端必須與E

c

oRⅠ切割形成的黏性末端相同。(3)D酶有E?c

o

l

iD

N

A連接酶和T4D

N

A連接酶兩類,其中E?c

o

l

i4性末端起作用,

而T D

N

A

連接酶對黏性末端和平末端均能起作用。

(

4

)錄的模板是m

R

N

A,產(chǎn)物是D

N

A。大量擴增反轉錄產(chǎn)物常采用P

C

R技術在基因工程中使用的運載體除質粒外,還有λ

噬菌體的衍生物、動植物病毒等。(6)經(jīng)C

a

2+處理后的大腸桿菌細胞才能夠更有效地吸收周圍環(huán)境中

DNA分子。方法2基因工程操作程序的分析方法解讀

四步法把控基因工程基本操作程序題三辨:分辨限制酶的種類、識別序列和切割位點。在切割目的基因和載體時,一般用同一種限制酶切割,也可用不同的限制酶切割。三找:找出標記基因、目的基因及其插入位點。一般來說,質粒中至少有一個標記基因,如抗生素抗性基因。明確目的基因的插入位點是在標記基因內(nèi)部還是在標記基因之外。3.一析:分析目的基因插入質粒后是否破壞了標記基因。如果質粒中有一標記基因,插入目的基因后不能破壞標記基因;如果質粒中有兩個標記基因,則需看標記基因中是否有插入位點,如果某一標記基因中有插入位點,則生物第十單元現(xiàn)代生物科技專題目的基因插入質粒后該標記基因被破壞。4

.

一定:確定判斷目的基因是否導入受體細胞的方法。一般用含有某種抗素的培養(yǎng)基培養(yǎng)受體菌,如果有兩種抗生素抗性基因,還需判斷用哪一種抗生素來檢測。生物第十單元現(xiàn)代生物科技專題示例2

[

2

0

1

5

四川理綜,

9

,

1

1

分]

將蘇云金桿菌B

t

蛋白的基因導可獲得抗棉鈴蟲的轉基因棉,

其過程如圖所示(

注:

農(nóng)桿菌中T

i

質粒上只有T-DNA片段能轉移到植物細胞中)。(質粒中“Bt”代表“Bt基因”,“KmR”代表“卡那霉素抗性基因”)生物第十單元現(xiàn)代生物科技專題(

1

)

過程①

需用同種

酶對含B

t

基因的D

N

A

和T

i

質粒進行為將過程②

獲得的含重組質粒的農(nóng)桿菌篩選出來,

應使用

培養(yǎng)基。(

2

)

過程③

中將棉花細胞與農(nóng)桿菌混合后共同培養(yǎng),

旨在讓

進入棉細胞;

除盡農(nóng)桿菌后,

還須轉接到含卡那霉素的培養(yǎng)基上繼續(xù)培養(yǎng),

目的是

。(

3

)

若過程④

僅獲得大量的根,

則應在培養(yǎng)基中增加

以獲芽;部分接種在無激素培養(yǎng)基上的芽也能長根,原因是

。(

4

)

檢驗轉基因棉的抗蟲性狀,

常用方法是

。

種植轉基因蟲棉能減少

的使用,以減輕環(huán)境污染。生物第十單元現(xiàn)代生物科技專題解析

(

1

)

過程①

需用同種限制性核酸內(nèi)切酶對含B

t

基因的D

N

A

和T

i行酶切。

篩選含重組質粒的農(nóng)桿菌應使用選擇培養(yǎng)基。

(

2

)

將棉花細胞與桿菌混合后共同培養(yǎng),旨在讓T-D

N

A進入棉花細胞;除盡農(nóng)桿菌后,還須到含卡那霉素的培養(yǎng)基上繼續(xù)培養(yǎng),篩選出含T-D

N

A片段的棉花細胞。(增加細胞分裂素濃度,使生長素用量與細胞分裂素用量的比值降低,有利于芽的分化;部分接種在無激素培養(yǎng)基上的芽也能長根,原因是芽頂端合成的生長素向基部運輸,促進下端生根。(4)檢驗轉基因棉的抗蟲性狀,常用是投放棉鈴蟲,看食用轉基因棉的棉鈴蟲是否死亡。種植轉基因抗蟲棉能減

少農(nóng)藥的使用,以減輕環(huán)境污染。答案

(1)限制性核酸內(nèi)切物細胞

(3)細胞分裂素濃度生物第十單元現(xiàn)代生物科技專題選擇

(2)T-DNA

篩選獲得T-DNA片段的植芽頂端合成的生長素向基部運輸,促進根的分化

(4)投放棉鈴蟲

農(nóng)藥2

科學家通過基因工程方法,將蘇云金芽孢桿菌的Bt毒蛋白基因轉入普通棉株細胞內(nèi),并成功實現(xiàn)了表達,從而培育出了能抗棉鈴蟲的棉花植株——抗蟲棉。其過程大致如圖所示:生物第十單元現(xiàn)代生物科技專題(1)基因工程的操作程序主要包括的四個步驟是

、

、

、

。

(2)Ti質粒是農(nóng)桿菌中的一種質粒,其上有T-DNA,能把目的基因插入植物細胞染色體上,這是利用了T-DNA

的特點。(3)Bt毒蛋白基因轉入普通棉株細胞中并成功實現(xiàn)表達的過程,在基因工程中稱為

。(4)將目的基因導入受體細胞的方法有很多種,該題中涉及的是

。生物第十單元現(xiàn)代生物科技專題(5)目的基因能否在棉株體內(nèi)穩(wěn)定維持和表達其遺傳特性的關鍵是

,這需要通過檢測才能知道,檢測采用的技術是

。2.(1)目的基因的獲取

基因表達載體的構建

將目的基因導入受體細胞目的基因的檢測與鑒定

(2)可轉移至受體細胞并且能被整合到受體細胞染色體DNA上

(3)轉化細胞的染色體DNA上(4)農(nóng)桿菌轉化法

(5)目的基因是否插入到了受體DNA分子雜交技術解析

農(nóng)桿菌侵染雙子葉植物后,

其T

i

質粒上的T

-

D

N

A

可轉移到受體細并被整合到受體細胞的染色體上。

目的基因進入受體細胞內(nèi),

并在受體細胞內(nèi)穩(wěn)定維持和表達的過程,

稱為轉化。

據(jù)圖可知,

該題將目的基因導入受體細生物第十單元現(xiàn)代生物科技專題胞的方法是農(nóng)桿菌轉化法。受體細胞的DNA上是否插入了目的基因,這是

目的基因能否在棉株體內(nèi)穩(wěn)定遺傳的關鍵,可利用DNA分子雜交技術檢測。3

[2018湖北八校聯(lián)考(一)]北極比目魚中有抗凍基因,如圖是獲取轉基因抗凍番茄植株的過程示意圖,請回答:生物第十單元現(xiàn)代生物科技專題(1)利用過程①的方法構建的基因文庫是

(填“基因組文庫”或“分基因文庫”)。過程②中常需要使用限制酶和DNA連接酶,既能連接黏性末端又能連接平末端的DNA連接酶是

。為使過程①獲取的目的基因在番茄細胞中能夠表達,在構建表達載體時,需在目的基因的兩端加入

。將重組質粒導入農(nóng)桿菌,并通過農(nóng)桿菌的轉化作用,可以將目的基因導入番茄體細胞中染色體的DNA上,其原理是

。生物第十單元現(xiàn)代生物科技專題(5)要確認抗凍基因是否在轉基因番茄植株中正確表達,應檢測轉基因番茄植株中該基因的

是否呈陽性。3.(1)部分基因文庫(2)T4DNA連接酶(3)啟動子、終止子(4)目的基因隨農(nóng)桿菌中的Ti質粒上的T-DNA轉移至受體細胞,并且整合到受體細胞染色體DNA上(5)表達產(chǎn)物解析

(

1

)

c

D

N

A

文庫是以特定的組織或細胞m

R

N

A

為模板,

反轉錄形補D

N

A

(

c

D

N

A

)

與適當?shù)妮d體連接后儲存在受體菌群中形成重組D

N

A群。

因此圖中利用過程①

反轉錄法構建的基因文庫是部分基因文庫。(2)T

4

D

N

A連接酶既能連接黏性末端又能連接平末端,而E?c

o

l

i

D只能連接黏性末端。(3)為使目的基因在受體細胞中能夠表達,在構建生物第十單元現(xiàn)代生物科技專題表達載體時,需在目的基因的兩端加入啟動子和終止子,啟動子是R

N

A聚合酶的識別和結合部位,驅動基因轉錄,而終止子能終止轉錄。(4)T

i質

T-D

N

A是可以轉移的D

N

A,目的基因隨農(nóng)桿菌中T

i質粒上的T-D

N受體細胞,并且整合到受體細胞染色體D

N

A上,因此將重組質粒導入農(nóng)桿菌并通過農(nóng)桿菌的轉化作用,可以將目的基因導入番茄體細胞中染色體的D

N

A上。(5)要確認抗凍基因是否在轉基因番茄植株中正確表達,應該基因表達產(chǎn)物——抗凍蛋白是否存在,常采用抗原—抗體雜交的方法。方法3基因工程與蛋白質工程的辨析方法解讀

1.有關蛋白質工程的解釋蛋白質工程的目的基因只能用人工合成的方法獲得。蛋白質工程是在基因水平上改造蛋白質,是第二代基因工程。如圖為蛋白質工程的流程圖,其中難度最大的是由預期的蛋白質功能出發(fā)設計預期的蛋白質結構。生物第十單元現(xiàn)代生物科技專題2.表格法比較蛋白質工程與基因工程項目

蛋白質工程基因工程區(qū)別過程預期的蛋白質功能→設計預期的蛋白質結構→推測應有的氨基酸序列→找到相應的脫氧核苷酸序列(基因)獲取目的基因→構建基因表達載體→將目的基因導入受體細胞→目的基因的檢測與鑒定實質定向改造或生產(chǎn)人類所需的蛋白質定向改造生物的遺傳特性,以獲得人類所需的生物類型或生物產(chǎn)品結果生產(chǎn)自然界中沒有的蛋白質

生產(chǎn)自然界中已有的蛋白質蛋白質工程是在基因工程的基礎上延伸出來的第二代基因工程,是對現(xiàn)有蛋白質的改造或制造新的蛋白質,必須通過基因修飾或基因合成實現(xiàn)聯(lián)系生物第十單元現(xiàn)代生物科技專題示例3

[2018河北衡水聯(lián)考]賴氨酸是人體八大必需氨基酸之一,能促進人體發(fā)育、增強免疫功能,并有提高中樞神經(jīng)組織功能的作用。某農(nóng)科所科研人員欲將玉米細胞內(nèi)某種蛋白酶改造成“M酶”,從而大大提高玉米種子中賴氨酸的含量,培育出高賴氨酸玉米新品種。請回答下列問題:科研人員從“提高玉米種子中賴氨酸的含量”這一功能出發(fā),先構建出預期的

結構,再推測出相對應的目的基因的

序列,最終合成M酶

基因?？蒲腥藛T獲得M酶基因后,常利用

技術在體外將其大量擴增,此過程需要用到的一種重要酶是

。生物第十單元現(xiàn)代生物科技專題(3)M酶基因只有插入

,才能確保M酶基因在玉米細胞中穩(wěn)定遺傳?？蒲腥藛T將M酶基因導入玉米細胞中需要借助

的運輸。(4)依據(jù)

原理,可將含有M酶基因的玉米細胞培育成轉M酶基因的玉米植株。為了驗證育種是否成功,科研人員需要

,從個體水平加以鑒定。解析

(1)農(nóng)科所科研人員若想將玉米細胞內(nèi)某種蛋白酶改造成M酶,則應利用蛋白質工程,先構建出預期的M酶(蛋白質)結構,再推測出相對應的目的基因的脫氧核苷酸序列,最終合成M酶基因。(2)基因工程中,獲取的目的基因一般利用PCR技術進行擴增,過程中需要熱穩(wěn)定DNA聚合酶(Taq酶)的催化。生物第十單元現(xiàn)代生物科技專題(3)要想確保M酶基因在玉米細胞中穩(wěn)定遺傳,必須將M酶基因插入玉米細胞的染色體DNA中。將M酶基因(目的基因)導入玉米細胞中需要借助基因表

達載體的運輸。(4)依據(jù)植物細胞具有全能性原理,可將含有M酶基因的玉米細胞培育成轉M酶基因的玉米植株?？蒲腥藛T可通過測定玉米種子中賴氨酸的含量,從個體水平來驗證育種是否成功。Taq酶(或熱穩(wěn)定DNA聚合基因表達載體

(4)植物細胞具有全能答案

(1)M酶(蛋白質)

脫氧核苷酸

(2)PCR酶)性(3)玉米細胞的染色體DNA中測定玉米種子中賴氨酸的含量生物第十單元現(xiàn)代生物科技專題4

[2018山東六校聯(lián)考]如圖為綠色熒光小鼠的制備流程圖。請回答下列問題:(1)GFP基因是綠色熒光蛋白基因,對其擴增常采用

技術。GFP基因與載體用

切割后,通過DNA連接酶連接,以構建表達載體。圖中步驟②常用

法將目的基因導入胚胎干細胞并培養(yǎng)。生物第十單元現(xiàn)代生物科技專題(2)圖中步驟③所用的G418

是一種抗生素(對細胞有毒害作用),neo基因表達的產(chǎn)物可使G418轉變成無毒物質。添加G418的目的是

。(3)動物細胞所需的營養(yǎng)成分十分復雜,所以在胚胎干細胞的體外培養(yǎng)中,往往還需要添加

。(4)圖中重組囊胚在步驟⑥之前要用相應的激素對代孕母鼠b進行

處理,小鼠c的遺傳物質除來源于表達載體外,還與

有關。(5)科學家欲通過生物技術將現(xiàn)有的綠色熒光蛋白改造成亮度更高、更穩(wěn)定的新一代綠色熒光蛋白,應該直接改造

(填“GFP蛋白”或“GFP基因”),這屬于

工程范疇。生物第十單元現(xiàn)代生物科技專題4.(1)PCR

同種限制性核酸內(nèi)切酶(或同種限制酶)

顯微注射

(2)篩選出導入目的基因的胚胎干細胞(或篩選目的基因)

(3)動物血清(或動物血漿)(4)同期發(fā)情

胚胎干細胞、懷孕母鼠a(的囊胚)

(5)GFP基因

蛋白質解析

(1)常采用PCR技術對目的基因進行擴增。用同種限制性核酸內(nèi)切酶切割目的基因與載體可產(chǎn)生相同的黏性末端,便于構建表達載體。通常采用顯微注射法將表達載體導入動物受體細胞。(2)由于neo基因表達的產(chǎn)物可使G418轉變成無毒物質,所以導入目的基因的胚胎干細胞會表現(xiàn)出對G418的抗性,添加G418的目的是選出導入目的基因的胚胎干細胞。(3)動物細胞所需的營養(yǎng)成分十分復雜,所以在胚胎干細胞的體外培養(yǎng)中,往往還需要添加動物血清。生物第十單元現(xiàn)代生物科技專題(4)在胚胎移植前,需要對代孕母鼠進行同期發(fā)情處理,才能使其生殖器官(子宮)適于早期胚胎的植入、著床和正常發(fā)育。小鼠c的遺傳物質來源于表達載體、胚胎干細胞、懷孕母鼠a的囊胚。(5)對蛋白質結構進行設計和改造,最終是通過直接改造其基因來實現(xiàn)蛋白質合成的,這屬于蛋白質工程范疇。C考法幫·考向全掃描考向1基因工程的基本工具考向2基因工程的基本操作步驟考向3基因工程的應用及拓展

考向4蛋白質工程考情分析本專題涉及的知識點為高考必考內(nèi)容,一般以基因工程中工具的使用及

操作步驟等為核心,再聯(lián)系遺傳的物質基礎、細胞的結構與功能、細胞工程等知識進行綜合考查,如2

0

1

7年全國卷Ⅰ第3

8題還考查了肺炎雙球菌2

0

1

7年全國卷Ⅱ第3

8題還考查了中心法則,2

0

1

7年全國卷Ⅲ第3P

C

R和細胞工程,2

0

1

5年新課標全國卷Ⅰ第4

0題還考查了逆轉錄和免識。命題者通過加大試題的綜合性,來考查考生的理解能力、實驗探究能力以及綜合運用能力,引導考生在學習、備考過程中努力提高自身的學科素養(yǎng)考向1基因工程的基本工具命題透視:基因工程的基本工具是基因工程的物質基礎,涉及基因工程的試題,大都或多或少地涉及本考向知識點。最典型的是2016年全國卷Ⅰ第40題和全國卷Ⅲ第40題,從多個角度考查基因工程基本工具的特點及應用,意在考查考生的理解能力和獲取信息的能力。生物第十單元現(xiàn)代生物科技專題示例4

[

2

0

1

6

全國卷Ⅲ

,

4

0

,

1

5

分]

圖(

a

)

中的三個D

N

A

片段Eco

RⅠ、Bam

HⅠ和Sau

3AⅠ三種限制性內(nèi)切酶的識別序列與切割位點,圖(b)為某種表達載體的示意圖(載體上的Eco

RⅠ、Sau

3AⅠ的切點是唯一的)。生物第十單元現(xiàn)代生物科技專題根據(jù)基因工程的有關知識,回答下列問題:(

1

)

經(jīng)B

a

m

H

Ⅰ

酶切后得到的目的基因可以與上述表達載體被

后的產(chǎn)物連接,理由是

。(

2

)

若某人利用圖(

b

)

所示的表達載體獲得了甲、

乙、

丙三種含有目的重組子,

如圖(

c

)

所示。

這三種重組子中,

不能在宿主細胞中表達目的基物的有

,不能表達的原因是

。生物第十單元現(xiàn)代生物科技專題(3)DNA連接酶是將兩個DNA片段連接起來的酶,常見的有

和

,其中既能連接黏性末端又能連接平末端的是

。思路分析

解答本題需注意兩個關鍵,

一是關鍵信息:

圖(

a

)

中三種酶的識序列,

圖(

b

)

中終止子、

啟動子的位置,

圖(

c

)

中目的基因的插入位置。鍵知識:

只有兩種限制性核酸內(nèi)切酶切割后產(chǎn)生的D

N

A

片段具有相同的黏性末端,才能被DNA連接酶連接;啟動子是啟動目的基因轉錄的,終止子終止轉錄過程,插入二者之間的目的基因才能正常表達。解析

(

1

)

由圖(

a

)

可知,

盡管B

a

m

H

Ⅰ

和S

a

u

3

A

Ⅰ

兩種限制酶但兩種酶切割后產(chǎn)生的D

N

A

片段具有相同的黏性末端,

故被B

a

m

H

Ⅰ

酶生物第十單元現(xiàn)代生物科技專題得到的目的基因可以與圖(b)中表達載體被S

a

u3

AⅠ酶切后的產(chǎn)物連運載體上的啟動子和終止子具有調(diào)控目的基因表達的作用,由于甲和丙的目的基因分別插入在啟動子的上游和終止子的下游,故這兩個運載體上的目的基因都不能被轉錄和翻譯。(3)常見的D

N

A連接酶是E

·

c

o

l

i

D

NT4DNA連接酶,但作用有所差別,T4DNA連接酶既能連接黏性末端,又能連接平末端,而E·coli

DNA連接酶只能連接黏性末端。答案

(1)Sau

3AⅠ和丙兩種酶切割后產(chǎn)生的片段具有相同的黏性末端

(2)甲甲中目的基因插入在啟動子的上游,丙中目的基因插入在終止子的下游,二者的目的基因均不能被轉錄

T4DNA連接酶(3)E·coli

DNA連接酶T4DNA連接酶生物第十單元現(xiàn)代生物科技專題解后反思對限制酶切割位點的三點要求位置要求:在只有一個標記基因的情況下,限制酶切割位點所處的位置必須在標記基因外,只有這樣才能保證標記基因的完整性。數(shù)量要求:選擇限制酶切割目的基因時,被選擇的限制酶在目的基因的兩側都要有識別序列,這樣才能切割出完整的目的基因。對象要求:為使目的基因與載體形成的DNA片段末端能夠連接,通常使用同一種限制酶將二者切割,但如果不同的限制酶切割DNA分子所產(chǎn)生的末端相同,則兩末端也可連接?？枷?基因工程的基本操作步驟命題透視:考查基因工程相關知識的試題,必定涉及基因工程的基本操作步驟。一般情況下,試題不會全面考查整個操作流程,而是有側重地選取某一兩個操作步驟進行重點考查。常與必修知識相結合,考查考生的綜合運用能力及實驗與探究能力。生物第十單元現(xiàn)代生物科技專題示例5

[2017全國卷Ⅰ,38,15分]真核生物基因中通常有內(nèi)含子,而原核生物基因中沒有,原核生物沒有真核生物所具有的切除內(nèi)含子對應的RNA序列的機制。已知在人體中基因A(有內(nèi)含子)可以表達出某種特定蛋白(簡稱蛋白A)?；卮鹣铝袉栴}:某同學從人的基因組文庫中獲得了基因A,以大腸桿菌作為受體細胞卻未得到蛋白A,其原因是

。若用家蠶作為表達基因A的受體,在噬菌體和昆蟲病毒兩種載體中,不選用作為載體,其原因是

。生物第十單元現(xiàn)代生物科技專題(3)若要高效地獲得蛋白A,可選用大腸桿菌作為受體。因為與家蠶相比,大腸桿菌具有

(答出兩點即可)等優(yōu)點。若要檢測基因A是否翻譯出蛋白A,可用的檢測物質是

(填“蛋白A的基因”或“蛋白A的抗體”)。艾弗里等人的肺炎雙球菌轉化實驗為證明DNA是遺傳物質做出了重要貢獻,也可以說是基因工程的先導,如果說他們的工作為基因工程理論的建立提供了啟示,那么,這一啟示是

。生物第十單元現(xiàn)代生物科技專題解析

(1)人為真核生物,從人的基因組文庫中獲取的基因A含有內(nèi)含子,基因A轉錄出的產(chǎn)物中有與內(nèi)含子對應的RNA序列。大腸桿菌為原核生物,沒有真核生物所具有的切除內(nèi)含子對應的RNA序列的機制,因此以大腸桿菌作為受體細胞,不能切除內(nèi)含子對應的RNA序列,無法表達出蛋白A。(2)噬菌體

和動物病毒均可作為基因工程的載體,但它們的宿主細胞不同。題中受體為家蠶,是一種昆蟲,因此,選擇昆蟲病毒作為載體,噬菌體的宿主是細菌,不適合作為該實驗的載體。(3)大腸桿菌具有繁殖快、容易培養(yǎng)、單細胞、遺傳物質少等優(yōu)點,因此,常作為基因工程的受體細胞。(4)常用抗原—抗體雜交的

方法檢測目的基因是否表達,故能用于檢測蛋白A的物質為蛋白A的抗體。生物第十單元現(xiàn)代生物科技專題(5)艾弗里等人的肺炎雙球菌轉化實驗中,S型菌的DNA轉移到了R型菌體內(nèi),其對基因工程理論的建立提供的啟示是DNA可以從一種生物個體轉移到另一種生物個體。答案

(1)基因A有內(nèi)含子,在大腸桿菌中,其初始轉錄產(chǎn)物中與內(nèi)含子對應的RNA序列不能被切除,無法表達出蛋白A

(2)噬菌體

噬菌體的宿主是細菌,而不是家蠶

(3)繁殖快、容易培養(yǎng)

(4)蛋白A的抗體

(5)DNA可以從一種生物個體轉移到另一種生物個體生物第十單元現(xiàn)代生物科技專題解后反思運用對比的方法有利于思路的展開:目的基因由人提供,受體細胞為大腸桿菌細胞,人與大腸桿菌最顯著的差別是一個是真核生物,一個是原核生物,再聯(lián)系蛋白質的合成與加工,就能順利解答第(1)小題。考向3基因工程的應用及拓展命題透視:研究基因工程的目的是讓其服務于我們的生產(chǎn)生活,因此,將基因工程產(chǎn)物轉化為生產(chǎn)力,是“學以致用”的最佳體現(xiàn)?；蚬こ痰南嚓P知識與胚胎工程、細胞工程、蛋白質工程緊密結合,考查考生的生命觀念、社會責任等學科素養(yǎng)是今后命題的一種趨勢。生物第十單元現(xiàn)代生物科技專題示例6

[2017全國卷Ⅲ,38,15分]編碼蛋白甲的DNA序列(序列甲)由A、B、C、D、E五個片段組成,編碼蛋白乙和丙的序列由序列甲的部分片段組成,如圖1所示。圖1圖2生物第十單元現(xiàn)代生物科技專題回答下列問題:(1)現(xiàn)要通過基因工程的方法獲得蛋白乙,若在啟動子的下游直接接上編碼蛋白乙的DNA序列(TTCGCTTCT……CAGGAAGGA),則所構建的表達載體轉入宿主細胞后不能翻譯出蛋白乙,原因是

。(2)某同學在用PCR技術獲取DNA片段B或D的過程中,在PCR反應體系中加入了DNA聚合酶、引物等,還加入了序列甲作為

,加入了

作為合成DNA的原料。(3)現(xiàn)通過基因工程方法獲得了甲、乙、丙三種蛋白,要鑒定這三種蛋白是否具有刺激T淋巴細胞增殖的作用,某同學做了如下實驗:將一定量的含T淋巴細胞的培養(yǎng)液平均分成四組,其中三組分別加入等量的蛋白甲、乙、丙,生物第十單元現(xiàn)代生物科技專題另一組作為對照,培養(yǎng)并定期檢測T淋巴細胞濃度,結果如圖2。①

由圖2

可知:

當細胞濃度達到a

時,

添加蛋白乙的培養(yǎng)液中T

淋巴細胞濃再增加,

此時若要使T

淋巴細胞繼續(xù)增殖,

可采用的方法是

。

細胞培養(yǎng)過程中,

培養(yǎng)箱中通常要維持一定的C

O

2

濃度,

C

O

2

的作用是。②僅根據(jù)圖1、圖2可知,上述甲、乙、丙三種蛋白中,若缺少

(填“A”“B”“C”“D”或“E”)片段所編碼的肽段,則會降低其刺激T淋巴細胞效果。思路分析

以關鍵詞為切入點,可快速找到解答問題的突破口:在啟動子的下游“直接”接上“編碼”蛋白質乙的DNA序列……“不能翻譯”出蛋白乙。生物第十單元現(xiàn)代生物科技專題啟動子說明能轉錄,進而確定不能產(chǎn)