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选修 现代生物科技专题,第一讲 基因工程,课前自主学习,拓展：质粒载体质粒是细菌拟核DNA外的环状DNA小分子，可在细菌间转移。质粒是常用的转基因载体。,病毒载体 病毒很适合用于基因治疗。病毒的蛋白质外壳内能容纳多达7 500个碱基的DNA片段。当病毒侵染宿主细胞并在细胞内增殖时，也将重组DNA带入到细胞中。病毒已经用于多次基因治疗的临床实验。这种方法存在的问题是宿主对病毒的免疫反应。,拓展：显微注射,DNA可以通过显微注射转入动物细胞中。下图所示的是目的基因的多份拷贝正通过玻璃微型吸管注射到受精卵中。转基因小鼠和家畜都是利用这种方法产生的，但是成功率很低；只有2%3%的受精卵发育成转基因动物，在这些动物中只有一小部分表达了转入的基因。,基因枪法,这种方法是利用压缩气体产生的动力将包裹在金属颗粒表面的外源DNA打入生物组织中。常用的金属颗粒有金粉粒子或钨粉粒子。一些细胞能像表达自身基因一样表达导入的外源DNA。,课堂互动探究,1.“分子手术刀”限制性核酸内切酶(限制酶),(1)存在：主要存在于原核生物中。 (2)特性：一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并且能在特定的切点上切割DNA分子。,基因工程的基本操作工具,(4)切割后末端的种类：DNA分子经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有两种形式黏性末端和平末端(如图所示)。当限制酶在它识别序列的中轴线两侧将DNA的两条链分别切开时，产生的是黏性末端，而当限制酶在它识别序列的中轴线处切开时，产生的则是平末端。,2“分子缝合针”DNA连接酶,3.“分子运输车”载体 (1)载体具备的条件： 能在受体细胞中复制并稳定保存。 具有一个至多个限制酶切点，供外源DNA片段插入。 具有标记基因，供重组DNA的鉴定和选择。 (2)最常用的载体是质粒，它是一种裸露的、结构简单的、独立于细菌拟核之外，并具有自我复制能力的双链环状DNA分子。 (3)其他载体：噬菌体的衍生物、动植物病毒。,特别提醒 获取目的基因和切割载体时使用同一种限制酶，目的是产生相同的黏性末端。 获取一个目的基因需限制酶剪切两次，共产生4个黏性末端或平末端。 限制酶切割位点的选择必须保证标记基因的完整性，以便于检测。,1据图表回答问题：,几种限制酶识别序列及切割位点表 (1)假设所用的限制酶均能将所识别的位点完全切开，采用EcoR和Pst酶切含有目的基因的DNA，能得到_种DNA片段。如果将质粒载体和含目的基因的DNA片段只用EcoR酶切，酶切产物再加入DNA连接酶，其中由两个DNA片段之间连接形成的产物有_、_、_。,(2)为了防止目的基因和质粒表达载体酶切后的末端任意连接，酶切时应该选用的酶是_、_。 解析：(1)含目的基因的DNA分子上含有2个EcoR和1个Pst的酶切位点，三个切点全部切开，则形成4种DNA片段。质粒与含目的基因的DNA片段都用EcoR切割，目的基因两端和质粒的切口处的黏性末端相同，只考虑两个DNA片段相连，则会形成三种连接产物，即质粒与质粒相连、质粒与目的基因相连、目的基因与目的基因相连。为了防止自连，可选用EcoR和Sma两种酶同时切割。,答案：(1)4 质粒载体质粒载体连接物 目的基因目的基因连接物 质粒载体目的基因连接物 (2)EcoR Sma,基因工程的操作程序及与蛋白质工程的比较,1基因工程的操作程序分析 (1)目的基因的获取途径 从自然界中已有的物种中分离出来，如从基因组文库或cDNA文库中获取。 人工合成目的基因 常用的方法有反转录法和化学合成法。 利用PCR技术扩增目的基因 通过PCR技术可对已获取的目的基因进行扩增，以获取大量的目的基因。,(2)基因表达载体的构建,拓展：插入的目的基因的表达需要调控序列，因而用作载体的质粒的插入基因部位之前需有启动子，之后需有终止子。 两次使用的限制酶为同一种酶，这样形成的黏性末端碱基之间互补，便于连接。,(3)将目的基因导入受体细胞(转化),(4)目的基因的检测与鉴定,2.基因工程与蛋白质工程的比较,2(2011山东高考)人类疾病的转基因动物模型常用于致病机理的探讨及治疗药物的筛选。利用正常大鼠制备遗传性高血压转基因模型大鼠的流程如下图所示。,(1)卵母细胞除从活体输卵管中采集外，还可从已处死的雌鼠_中获取。 (2)图中的高血压相关基因作为_，质粒作为_，二者需用_切割后连接成重组载体，该过程与质粒上含有_有关。 (3)子代大鼠如果_和_，即可分别在分子水平和个体水平上说明高血压相关基因已成功表达，然后可用其建立高血压转基因动物模型。 (4)在上述转基因大鼠的培育过程中，所用到的主要胚胎工程技术是_、早期胚胎培养和胚胎移植。,解析：本题主要考查基因工程、胚胎工程的相关知识，意在考查理解能力与综合运用能力。(1)卵母细胞可以从活体的输卵管中采集，也可以从处死的雌鼠的卵巢中获取。(2)根据题图可以判断高血压相关基因为目的基因，质粒是载体，二者需用同种限制酶切割后连接成重组载体，该过程需要目的基因和质粒上有限制酶能识别的切割位点。(3)检测高血压相关基因是否表达，在分子水平上可检测对应的蛋白质是否合成，在个体水平上可观察其是否表现出相应的性状。(4)从题图中可以看出，所用到的胚胎工程技术主要有体外受精、早期胚胎培养和胚胎移植。,答案：(1)卵巢 (2)目的基因 载体 同种限制性核酸内切酶(或：同种限制酶) 限制酶切割位点 (3)检测到体内有相关蛋白 出现高血压 (4)体外受精,1.如图所示为部分双链DNA片段，下列有关基因工程中工具酶功能的叙述错误的是( ),A切断a处的酶为限制酶 B连接a处的酶为DNA连接酶 C切断b处的酶为解旋酶 D连接b处的酶为RNA聚合酶 解析：限制酶能识别特定的核苷酸序列，并且能在特定的切点上切割DNA分子，通常形成黏性末端，即能切割DNA链外侧的磷酸二酯键(图中的a处)，内侧碱基对之间的氢键(b处)可通过解旋酶解开。DNA连接酶将切断的磷酸二酯键进行连接，即图中的a处。RNA聚合酶的作用是催化DNA的转录。 答案：D,2(2013南京联考)某科学家从细菌中分离出耐高温淀粉酶(Amy)基因a，通过基因工程的方法，将a转到马铃薯植株中，经检测发现Amy在成熟块茎细胞中存在，下列说法正确的是( ) A基因a只有导入到马铃薯受精卵中才能表达 B目的基因来自细菌，可以不需要载体直接导入受体细胞 C基因a导入成功后，将抑制细胞原有的新陈代谢，开辟新的代谢途径 D目的基因进入受体细胞后，可随着马铃薯的DNA分子的复制而复制，传给子代细胞并表达,解析：培育转基因植株可以以体细胞或受精卵作为受体细胞；目的基因必须借助载体才能导入受体细胞；目的基因导入成功后，不抑制细胞原有的代谢途径。 答案：D,3研究人员将鱼的抗冻基因导入番茄体内，获得抗冻能力明显提高的番茄新品种。下列操作合理的是( ) A设计相应DNA单链片段作为引物，利用PCR技术扩增目的基因 B利用限制酶和DNA聚合酶构建基因表达载体 C将基因表达载体导入番茄细胞之前需用Ca2处理细胞 D运用DNA分子杂交技术检测抗冻基因是否在番茄细胞中表达,解析：利用限制性核酸内切酶和DNA连接酶构建基因表达载体；将基因表达载体导入原核细胞之前需用Ca2处理，番茄细胞为真核细胞；运用抗原抗体杂交技术可检测抗冻基因是否在番茄细胞中表达。 答案：A,4(2012福建高考)肺细胞中的let7基因表达减弱，癌基因RAS表达增强，会引发肺癌。研究人员利用基因工程技术将let7基因导入肺癌细胞实现表达，发现肺癌细胞的增殖受到抑制。该基因工程技术基本流程如图甲。,请回答： (1)进行过程时，需用_酶切开载体以插入let7基因。载体应有RNA聚合酶识别和结合的部位，以驱动let7基因转录，该部位称为_。 (2)进行过程时，需用_酶处理贴附在培养皿壁上的细胞，以利于传代培养。,(3)研究发现，let7基因能影响癌基因RAS的表达，其影响机理如图乙。据图分析，可从细胞中提取_进行分子杂交，以直接检测let7基因是否转录。肺癌细胞增殖受到抑制，可能是由于细胞中_(填“RAS mRNA”或“RAS蛋白”)含量减少引起的。,解析：(1)过程为重组载体的构建过程，需要限制性核酸内切酶切开载体，插入目的基因；RNA聚合酶识别和结合的部位称为启动子。(2)动物细胞培养中原代培养到传代培养过程中，细胞出现贴壁生长，用胰蛋白酶处理贴附在培养皿壁上的细胞，以利于传代培养。(3)检测let7基因是否转录，可采用DNARNA分子杂交技术，提取细胞中的RNA进行分子杂交；由图乙看出肺癌细胞增殖受抑制可能是翻译过程受抑制，即RAS蛋白含量减少引起的。 答案：(1)限制性核酸内切(或限制) 启动子 (2)胰蛋白 (3)RNA RAS蛋白,
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