第十單元　第61課時　基因工程的基本工具和基本操作程序-2025年高中生物大一輪復習

第61課時基因工程的基本工具和基本操作程序課標要求1.概述基因工程是在微生物學、生物化學和分子生物學等學科基礎上發(fā)展起來的。2.闡明重組DNA技術的三種基本工具。3.闡明基因工程的基本操作程序?？记榉治?.基因工程的基本工具2023·新課標·T62021·全國乙·T382021·湖北·T72.基因工程的基本操作程序2023·全國乙·T382023·全國甲·T382023·湖北·T42023·廣東·T202021·廣東·T22考點一基因工程的基本工具1．基因工程的概念2．基因工程的誕生和發(fā)展(1)肺炎鏈球菌轉化實驗不僅證明了DNA是遺傳物質，還證明了DNA可在同種生物不同個體之間________。(2)DNA雙螺旋結構的提出和______________的證明。(3)中心法則的確立。(4)______________的破譯。(5)基因轉移載體的發(fā)現。______________________________的發(fā)現為DNA的切割、連接以及功能基因的獲得創(chuàng)造了條件。(6)________體外重組的實現。(7)重組DNA表達實驗的成功。(8)DNA測序和合成技術的發(fā)明。(9)________技術的發(fā)明。(10)________________技術可以實現對特定基因的定點插入、敲除或替換。3．重組DNA技術的基本工具(1)限制性內切核酸酶(簡稱“限制酶”)提醒①限制酶的識別序列一般由6個核苷酸組成，少數由4個、8個或其他數量的核苷酸組成。②限制酶作用的化學鍵只能是磷酸二酯鍵。③在切割含目的基因的DNA分子時，需用限制酶切割兩次此DNA分子，產生4個末端。只有這樣才能使目的基因的兩端都有可連接的黏性末端或平末端。(2)DNA連接酶(3)載體(1)基因工程是人工操作導致的染色體變異，變異是不定向的()(2)DNA連接酶可以連接目的基因與載體的氫鍵，形成重組DNA()(3)限制性內切核酸酶、DNA連接酶和質粒是基因工程中常用的三種工具酶()(4)質粒通常采用抗生素合成基因作為標記基因()將從蘇云金桿菌中獲取的Bt基因轉入棉花細胞內培育轉基因抗蟲棉的過程中，需借助多種分子工具且經歷多個操作步驟。實驗人員使用限制酶EcoRⅠ和NheⅠ切割質粒。如圖表示常用的限制酶識別序列和切割位點以及質粒上的限制酶切割位點。請思考以下問題：(1)請用圖示法寫出限制酶EcoRⅠ和NheⅠ切割后形成黏性末端的過程。____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(2)切割圖示中的目的基因應選用哪類限制酶？請說明理由。____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________歸納總結限制酶的選擇(1)不破壞目的基因原則：如圖甲中可選擇PstⅠ，而不選擇SmaⅠ。(2)保留標記基因、啟動子、終止子、復制原點原則：質粒作為載體必須具備標記基因，所選擇的限制酶盡量不要破壞這些結構，如圖乙中不選擇SmaⅠ。若載體上有兩個及以上的標記基因，則可合理對其中一些標記基因進行酶切破壞，從而達到比一個標記基因更高的篩選成功率，防止只有一個標記基因時出現的“假陽性”(即未成功導入目的基因的載體也能正常表達標記基因，造成無效篩選)。(3)善用“雙酶切”，注意方向性：目的基因所在序列和載體上存在多種酶切位點時，一般需要選擇在目的基因所在序列和載體上都存在切割位點的兩種不同的限制酶，對目的基因所在序列和載體進行剪切，即“雙酶切法”。其優(yōu)點和作用是：①防止目的基因環(huán)化；②避免目的基因與載體反向連接，即用DNA連接酶連接后形成的重組DNA分子上，目的基因和載體啟動子的方向(或描述為“RNA聚合酶的移動方向”)必須是相同的，否則目的基因導入后無法正常表達。如圖甲、乙也可選擇PstⅠ和EcoRⅠ兩種限制酶。(4)巧用“同尾酶”：同尾酶指來源不同，但能產生相同黏性末端的限制酶。當不適合選擇某種限制酶時，可用其同尾酶替換，以獲得相同的黏性末端?？枷蛞槐嫖龌蚬こ痰幕竟ぞ?．(2021·湖北，7)限制性內切核酸酶EcoRⅠ識別并切割雙鏈DNA，用EcoRⅠ完全酶切果蠅基因組DNA，理論上得到DNA片段的平均長度(堿基對)約為()A．6B．250C．4000D．240002．(2024·連云港高三調研)質粒是基因工程中最常用的載體，質粒有標記基因(如圖所示)，通過標記基因可以推知外源基因(目的基因)是否轉移成功。質粒上箭頭表示三種限制酶的酶切位點。外源基因插入的位置不同，細菌在培養(yǎng)基上的生長情況不同。如表是外源基因插入(插入點有a、b、c)后細菌的生長情況。下列有關敘述正確的是()項目細菌在含氨芐青霉素的培養(yǎng)基上生長情況細菌在含四環(huán)素的培養(yǎng)基上生長情況①能生長不能生長②能生長能生長③不能生長能生長A.質粒的復制原點上有RNA聚合酶的結合位點B．①②③三種重組后細菌的外源基因插入點①是a，②是c，③是bC．質粒被一種限制酶切開時，被水解的磷酸二酯鍵有2個D．將外源基因與質粒連接時需用DNA聚合酶歸納提升與DNA有關的幾種酶的比較考點二基因工程的基本操作程序1．目的基因的篩選與獲取(1)目的基因：在基因工程的設計和操作中，用于改變受體細胞________或獲得預期______________等的基因。(2)篩選合適的目的基因①從相關的已知__________________的基因中進行篩選是較為有效的方法之一。②利用________________和序列比對工具進行篩選。(3)目的基因的獲取①人工合成目的基因。②PCR__________和擴增目的基因a．PCR(聚合酶鏈式反應)：是一項根據________________________的原理，在體外提供參與DNA復制的各種__________與反應條件，對目的基因的核苷酸序列進行__________的技術。b．PCR反應的條件：一定的______________、DNA模板、2種________、4種__________________、____________DNA聚合酶，以及能自動調控________的儀器。c．PCR擴增的過程d．PCR產物的鑒定：常采用____________________來鑒定。歸納提升PCR技術和DNA復制的比較③通過構建______________來獲取目的基因。2．基因表達載體的構建——基因工程的核心(1)目的：使目的基因______________________________________，同時，使目的基因能夠表達和發(fā)揮作用。(2)基因表達載體的組成及作用(3)構建過程提醒啟動子、終止子、起始密碼子、終止密碼子對比項目啟動子終止子起始密碼子終止密碼子本質DNADNAmRNAmRNA位置目的基因上游目的基因下游mRNA首端mRNA尾端功能RNA聚合酶識別和結合的部位，驅動基因轉錄出mRNA使轉錄在所需要的地方停下來翻譯的起始信號(編碼氨基酸)翻譯的結束信號(正常情況下，不編碼氨基酸)3.將目的基因導入受體細胞生物種類植物動物微生物常用方法農桿菌轉化法、________________________________________________________________________顯微注射法__________處理法受體細胞原核細胞轉化過程將目的基因插入Ti質粒的T－DNA中→農桿菌→導入植物細胞→整合到受體細胞的染色體DNA上→表達將含有目的基因的表達載體提純→取卵(受精卵)→顯微注射→受精卵發(fā)育→獲得具有新性狀的動物Ca2＋處理細胞→細胞處于一種能吸收周圍環(huán)境中DNA分子的生理狀態(tài)→基因表達載體導入辨析(1)轉化：目的基因進入受體細胞內，并且在受體細胞內維持穩(wěn)定和表達的過程。此處“轉化”與肺炎鏈球菌轉化實驗中的“轉化”含義相同，實質都是基因重組。(2)農桿菌轉化法中的兩次拼接和兩次導入第一次拼接是將目的基因拼接到Ti質粒的T－DNA上，第二次拼接(非人工操作)是指插入目的基因的T－DNA拼接到受體細胞的染色體DNA上；第一次導入是將含目的基因的Ti質粒導入農桿菌，第二次導入(非人工操作)是指含目的基因的T－DNA導入受體細胞。4．目的基因的檢測與鑒定(1)目的基因一定是編碼蛋白質的基因()(2)真核細胞和細菌的DNA聚合酶都需要Mg2＋激活。因此，PCR反應緩沖溶液中一般要添加Mg2＋()(3)基因表達載體中的啟動子和終止子決定著翻譯的開始與結束()(4)Ti質粒上的T－DNA可與植物受體細胞的染色體DNA整合在一起()(5)為培育抗除草劑的作物新品種，導入抗除草劑基因時只能以受精卵為受體()(6)檢測目的基因是否導入受體細胞可用抗原—抗體雜交技術()1．Bt抗蟲蛋白基因(簡稱Bt基因)是培育轉基因抗蟲棉較為合適的目的基因，篩選Bt基因后可以利用PCR技術對其進行大量擴增?；卮鹣铝袉栴}：(1)什么是引物？DNA復制時為什么需要引物？________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(2)PCR擴增Bt基因需要知道Bt基因的全部核苷酸序列嗎？________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(3)為檢測Bt基因在轉基因抗蟲棉細胞中是否轉錄，科研人員提取棉花細胞中的總RNA，經逆轉錄過程獲得總cDNA，通過PCR技術可在總cDNA中專一性地擴增出Bt基因的cDNA，原因是什么？________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(4)PCR擴增過程中的循環(huán)圖示與規(guī)律如圖所示，若一個Bt毒蛋白基因在PCR中經過n輪循環(huán)，理論上得到多少個DNA分子？含引物的DNA分子多少個？含其中一種引物的DNA分子多少個？同時含兩種引物的DNA分子多少個？共需要消耗多少個引物？含不等長脫氧核苷酸鏈的DNA分子多少個？含等長脫氧核苷酸鏈的DNA分子多少個？________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(5)PCR擴增Bt基因的過程中需要解旋酶嗎？并說明理由。所需要的DNA聚合酶應具有什么特點？________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________2．據圖分析抗蟲棉的培育過程。(1)該過程中的目的基因是________________，載體是__________。(2)基因工程中，往往使用兩種限制酶切割目的基因，這樣做的原因是什么？________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(3)為了保證目的基因在受體細胞中能正確表達，對目的基因在質粒中的插入位點有什么要求？________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(4)該實例中，導入目的基因的方法是______________。為什么目的基因可以整合到染色體的DNA上？________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(5)將目的基因導入受體細胞時，能否僅把目的基因整合到線粒體DNA或葉綠體DNA上？為什么？________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(6)該實例中，檢測目的基因是否成功表達的常見方法有哪些？________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________考向二辨析基因工程的基本操作程序3．(2023·湖北，4)用氨芐青霉素抗性基因(AmpR)、四環(huán)素抗性基因(TetR)作為標記基因構建的質粒如圖所示。用含有目的基因的DNA片段和用不同限制酶酶切后的質粒，構建基因表達載體(重組質粒)，并轉化到受體菌中。下列敘述錯誤的是()A．若用HindⅢ酶切，目的基因轉錄的產物可能不同B．若用PvuⅠ酶切，在含Tet(四環(huán)素)培養(yǎng)基中的菌落，不一定含有目的基因C．若用SphⅠ酶切，可通過DNA凝膠電泳技術鑒定重組質粒構建成功與否D．若用SphⅠ酶切，攜帶目的基因的受體菌在含Amp(氨芐青霉素)和Tet的培養(yǎng)基中能形成菌落4．(2024·江蘇揚州中學高三模擬)土壤農桿菌侵染植物細胞時，Ti質粒上的T－DNA片段轉入植物的基因組。利用農桿菌以Ti質粒作為載體進行轉基因，下列相關敘述正確的是()A．目的基因應插入T－DNA片段外，以防止破壞T－DNAB．用Ca2＋處理農桿菌，以利于其侵染植物細胞C．Ti質粒是一種環(huán)狀DNA分子，沒有雙螺旋結構D．可以用PCR技術檢測外源DNA是否整合到植物的染色體DNA上1.(選擇性必修3P67)基因工程：按照人們的愿望，通過______________等技術，賦予生物新的______________，創(chuàng)造出更符合人們需要的新的______________________。2．(選擇性必修3P71)限制酶能夠識別________________________________，并且使每一條鏈中特定部位的磷酸二酯鍵斷開。3．(選擇性必修3P72)載體上有特殊的標記基因，便于________________________。4．(選擇性必修3P77)PCR反應需要在一定的緩沖溶液中才能進行，需提供________________、________________、4種________________和耐高溫的________________。5．(選擇性必修3P77)真核細胞和細菌的____________________都需要Mg2＋激活。因此，PCR反應緩沖液中一般要添加Mg2＋。引物是一小段______________________________________，引物的作用是__________________________________________。6．(選擇性必修3P80)基因表達載體的構建的目的：使目的基因_________________________，同時，使目的基因能夠________________________。基因表達載體是載體的一種，除目的基因、________________外，還必須含有啟動子、終止子等。啟動子是__________________識別和結合的部位，有了它才能驅動基因____________________，最終表達出人類需要的____________。7．(選擇性必修3P81)轉化：____________________________