高三一輪復(fù)習(xí)生物基因工程課件

從社會(huì)中來(lái)Fromsociety普通棉花轉(zhuǎn)基因抗蟲棉將蘇云金桿菌中的Bt抗蟲蛋白基因轉(zhuǎn)入普通棉花我國(guó)是棉花的生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)。棉花在種植過程中，常常會(huì)受到一些害蟲的侵襲，其中以棉鈴蟲最為常見。如何能培育出自身就能抵抗蟲害的棉花新品種呢？階段性總結(jié)基因工程閱讀課本P1-25頁(yè)，完成導(dǎo)學(xué)提綱相關(guān)內(nèi)容指按照人們的愿望，進(jìn)行嚴(yán)格的設(shè)計(jì)，并通過體外DNA重組和轉(zhuǎn)基因等技術(shù)，賦予生物以新的遺傳特性，從而創(chuàng)造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產(chǎn)品基因工程的別名操作環(huán)境原理操作水平優(yōu)勢(shì)目的DNA重組技術(shù)生物體外基因重組創(chuàng)造出更符合人們需要的生物類型和生物產(chǎn)品克服遠(yuǎn)緣雜交不親和障礙，定向改造生物的遺傳性狀DNA分子水平一.基因工程的概念與雜交育種相比

與誘變育種相比(1)不同種生物的基因能拼接的理論基礎(chǔ)是：______________________________________________________________________________________________________________________________。(2)外源基因在受體細(xì)胞內(nèi)能表達(dá)的理論基礎(chǔ)是：_____________________________________________________________________________________________________________。

①DNA的基本組成單位都是四種脫氧核苷酸；②DNA分子都遵循堿基互補(bǔ)配對(duì)原則；③雙鏈DNA分子的空間結(jié)構(gòu)都是規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)①基因是控制生物性狀的遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能單位；②遺傳信息的傳遞都遵循中心法則；③生物界共用一套遺傳密碼2.基因工程的理論基礎(chǔ)限制酶磷酸二酯鍵DNA連接酶磷酸二酯鍵種類：E.coliDNA連接酶載體作為載體的條件①有一個(gè)至多個(gè)限制酶切割位點(diǎn)；②對(duì)受體細(xì)胞無(wú)害；③能自我復(fù)制或能整合到宿主DNA上。④有特殊的標(biāo)記基因；質(zhì)粒、λ噬菌體衍生物、動(dòng)植物DNA病毒二.基因工程的基本工具、T4DNA連接酶種類:來(lái)源：主要來(lái)源于原核生物特點(diǎn)：作用部位：具有專一性結(jié)果：形成黏性末端或平末端把兩條雙鏈DNA片段拼接起來(lái)作用：連接部位：三.知識(shí)延伸名稱作用部位底物作用結(jié)果限制酶DNA連接酶DNA聚合酶DNA（水解）酶解旋酶RNA聚合酶磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵氫鍵磷酸二酯鍵DNADNA片段脫氧核苷酸DNADNA核糖核苷酸將DNA切成兩個(gè)片段將兩個(gè)DNA片段連接為一個(gè)DNA分子將單個(gè)脫氧核苷酸依次連接成DNA單鏈將DNA分子水解為單個(gè)脫氧核苷酸將雙鏈DNA分子局部解旋為單鏈將單個(gè)核苷酸依次連接成RNA單鏈1.如圖為DNA分子在不同酶的作用下所發(fā)生的變化，圖中依次表示限制酶、DNA聚合酶、DNA連接酶、解旋酶作用的正確順序是(

)解題探究A.①②③④ B.①②④③C.①④②③ D.①④③②C編碼區(qū)非編碼區(qū)非編碼區(qū)有關(guān)的酶RNA聚合酶mRNA前體mRNAcDNA逆轉(zhuǎn)錄酶轉(zhuǎn)錄剪接逆轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)子終止子基因以mRNA為模板,反轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的目的基因中沒有內(nèi)含子、啟動(dòng)子和終止子。真核細(xì)胞的基因結(jié)構(gòu)基因組文庫(kù)CDNA文庫(kù)獲取目的基因基因表達(dá)載體的構(gòu)建目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞目的基因的檢測(cè)與鑒定基因工程的應(yīng)用運(yùn)載體的選擇及改造構(gòu)建表達(dá)載體的工具檢測(cè)目的基因是否導(dǎo)入受體細(xì)胞檢測(cè)目的基因是否轉(zhuǎn)錄和翻譯終端檢測(cè)是否達(dá)到轉(zhuǎn)基因的目標(biāo)農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法Ca2+處理法顯微注射技術(shù)轉(zhuǎn)基因植物轉(zhuǎn)基因產(chǎn)物轉(zhuǎn)基因動(dòng)物基因治療基因組文庫(kù)cDNA文庫(kù)PCR技術(shù)擴(kuò)增人工化學(xué)合成四、基因工程的基本操作程序考向1結(jié)合基因工程所需工具酶分析，考查科學(xué)實(shí)踐中的探究能力1.(2016·全國(guó)卷Ⅲ，40)圖(a)中的三個(gè)DNA片段上依次表示出了EcoRⅠ、BamHⅠ和Sau3AⅠ三種限制性內(nèi)切酶的識(shí)別序列與切割位點(diǎn)，圖(b)為某種表達(dá)載體的示意圖(載體上的EcoRⅠ、Sau3AⅠ的切點(diǎn)是唯一的)。根據(jù)基因工程的有關(guān)知識(shí)，回答下列問題：(1)經(jīng)BamHⅠ酶切后得到的目的基因可以與上述表達(dá)載體被________酶切后的產(chǎn)物連接，理由是__________________________________________________。(2)若某人利用圖(b)所示的表達(dá)載體獲得了甲、乙、丙三種含有目的基因的重組子，如圖(c)所示，這三種重組子中，不能在宿主細(xì)胞中表達(dá)目的基因產(chǎn)物的有________，不能表達(dá)的原因是____________________________________。圖(c)Sau3AⅠ兩種酶切割后產(chǎn)生的片段具有相同的黏性末端甲、丙甲中目的基因插入在啟動(dòng)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(zhuǎn)錄(3)DNA連接酶是將兩個(gè)DNA片段連接起來(lái)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____________________________________________________。E·coliDNA連接酶T4DNA連接酶T4DNA連接酶(1)獲取目的基因和切割載體時(shí),通常使用同種限制酶,目的是為了

。但是使用該法缺點(diǎn)是容易發(fā)生

以及

，為了避免上述情況發(fā)生，可采取的措施是

。產(chǎn)生相同的黏性末端，便于連接目的基因與質(zhì)粒反向連接目的基因、質(zhì)粒的自身環(huán)化分別使用兩種限制酶去切割目的基因和運(yùn)載體(2)獲取一個(gè)目的基因需限制酶切割

次,共產(chǎn)生

個(gè)游離的磷酸基團(tuán)。兩4習(xí)題鞏固——用限制酶切割時(shí)需注意的事項(xiàng)abcd限制酶切割DNA連接酶連接缺點(diǎn)1缺點(diǎn)2缺點(diǎn)3反向連接重組DNA質(zhì)粒自身環(huán)化目的基因自身環(huán)化1.單酶切的缺點(diǎn)限制酶a切割限制酶b切割限制酶a切割限制酶b切割DNA連接酶連接abcd質(zhì)粒不會(huì)重新環(huán)化目的基因不會(huì)被環(huán)化優(yōu)點(diǎn)1優(yōu)點(diǎn)2優(yōu)點(diǎn)3目的基因與質(zhì)粒不會(huì)發(fā)生反向連接確保目的基因與運(yùn)載體定向連接，減少重組雜物。2.雙酶切的優(yōu)點(diǎn)1.2020年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予兩位女科學(xué)家以表彰她們“開發(fā)出一種基因組編輯方法”。CRISPR/Cas9基因組編輯系統(tǒng)工作原理如圖所示，下列關(guān)于此技術(shù)的解釋錯(cuò)誤的是(

)A．Cas9為一種能使磷酸二酯鍵斷裂的酶B．DNA－RNA雜交區(qū)域不存在T—A堿基對(duì)C．在單鏈向?qū)NA中也存在堿基互補(bǔ)配對(duì)D．人為改變向?qū)NA的序列可實(shí)現(xiàn)對(duì)特定基因的切割B2．基因工程利用某目的基因(圖甲)和P1噬菌體載體(圖乙)構(gòu)建重組DNA。限制性核酸內(nèi)切酶分別是BglⅡ、EcoRⅠ和Sau3AⅠ。下列分析錯(cuò)誤的是(

)A．構(gòu)建重組DNA時(shí)，可用BglⅡ和Sau3AⅠ切割目的基因所在片段和P1噬菌體載體B．構(gòu)建重組DNA時(shí)，可用EcoRⅠ和Sau3AⅠ切割目的基因所在片段和P1噬菌體載體C．圖乙中的P1噬菌體載體只用EcoRⅠ切割后，含有2個(gè)游離的磷酸基團(tuán)D．用EcoRⅠ切割目的基因所在片段和P1噬菌體載體，再用DNA連接酶連接，只能產(chǎn)生

一種重組DNAD3.科學(xué)家發(fā)現(xiàn)胡蘿卜中存在冷誘導(dǎo)的抗凍蛋白(AFP)，克隆其cDNA，通過基因工程可用來(lái)改良植物的抗寒性。下圖為利用胡蘿卜的AFP基因培育抗寒性強(qiáng)的番茄植株的過程。請(qǐng)據(jù)圖回答問題。(1)以幼小胡蘿卜植株細(xì)胞中的mRNA為材料獲得抗凍蛋白cDNA，要依據(jù)________原則。利用PCR技術(shù)擴(kuò)增AFP基因時(shí)，需要加入兩種引物，原因是

酶只能從引物的3′端延伸DNA鏈，用兩種引物才能確保DNA的兩條鏈同時(shí)被擴(kuò)增，該酶只能復(fù)制處于

之間的DNA序列，一個(gè)DNA分子經(jīng)三輪復(fù)制以后，含有兩種引物的DNA分子有

個(gè)。堿基互補(bǔ)配對(duì)熱穩(wěn)定DNA聚合(Taq)兩個(gè)引物6(2)將AFP基因?qū)胫参锛?xì)胞時(shí)，目前常用的目的基因載體是Ti質(zhì)粒，AFP基因必須插入該基因載體的

上。將重組AFP基因的表達(dá)載體導(dǎo)入農(nóng)桿菌，再感染番茄細(xì)胞，可經(jīng)過

技術(shù)形成轉(zhuǎn)基因植株。(3)若要在個(gè)體水平上檢測(cè)抗寒性強(qiáng)的番茄植株是否培育成功，請(qǐng)寫出檢測(cè)思路

。T-DNA植物組織培養(yǎng)將獲得的轉(zhuǎn)基因植株放在低溫(寒冷)環(huán)境中培養(yǎng)，若該植株能正常生長(zhǎng)繁殖，則表明抗寒性強(qiáng)的番茄植株培育成功4．根據(jù)基因工程的有關(guān)知識(shí)，回答下列問題：(1)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

。(2)質(zhì)粒載體用EcoRⅠ切割后產(chǎn)生的片段如下：AATTC……G

G……CTTAA為使載體與目的基因相連，含有目的基因的DNA除可用EcoRⅠ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(diǎn)是

。(3)按其來(lái)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。(4)反轉(zhuǎn)錄作用的模板是

，產(chǎn)物是

若要在體外獲得大量反轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物，常采用PCR技術(shù)。

(5)基因工程中除質(zhì)粒外，

和

也可作為載體。(6)若用重組質(zhì)粒轉(zhuǎn)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(xì)胞，原因是

。黏性末端平末端切割產(chǎn)生的DNA片段末端與EcoRⅠ切割產(chǎn)生的相同E·coliT4mRNA(或RNA)cDNA(或DNA)噬菌體(λ噬菌體的衍生物)動(dòng)植物病毒未處理的大腸桿菌吸收質(zhì)粒(外源DNA)的能力極弱考向2結(jié)合載體的作用及特點(diǎn)，考查科學(xué)思維的能力2.(2021·河南百校聯(lián)盟)如圖所示為pBR322質(zhì)粒，其中ampr(氨芐青霉素抗性基因)和tetr(四環(huán)素抗性基因)為標(biāo)記基因，ori為復(fù)制原點(diǎn)，其他均為限制酶及其識(shí)別位點(diǎn)，并且每種限制酶都只有一個(gè)。pBR322質(zhì)粒是基因工程較常用的運(yùn)載體?；卮鹣铝邢嚓P(guān)問題：(1)制備重組質(zhì)粒，需要限制酶和________酶。如制備重組質(zhì)粒時(shí)，使用PvuⅠ切割該質(zhì)粒，則檢測(cè)目的基因是否導(dǎo)入受體細(xì)胞，需要在培養(yǎng)基中添加________。DNA連接四環(huán)素(2)該質(zhì)粒中的BamHⅠ識(shí)別的核苷酸序列及切割位點(diǎn)為—G↓GATCC—，而Sau3AⅠ識(shí)別的核苷酸序列只有4個(gè)堿基。若BamHⅠ和Sau3AⅠ分別切割DNA所形成的DNA片段能拼接成一條DNA鏈，則Sau3AⅠ識(shí)別的核苷酸序列及切割位點(diǎn)為________。該拼接在一起的DNA片段，能否被BamHⅠ識(shí)別？________。(3)與圖示質(zhì)粒相比，完整的重組質(zhì)粒中還應(yīng)有_________________________等三種特殊的DNA片段。將重組質(zhì)粒導(dǎo)入動(dòng)、植物細(xì)胞的方法分別為_____________和_______________________________________，如受體細(xì)胞為大腸桿菌，則該菌經(jīng)鈣離子處理后，將具備______________________的特性?！鼼ATC—不一定能啟動(dòng)子、終止子和目的基因顯微注射法農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法、基因槍法、花粉管通道法將外界DNA吸入細(xì)胞考向2結(jié)合基因工程的操作程序，考查科學(xué)實(shí)踐能力2.(2021·全國(guó)卷Ⅰ，38)回答下列問題： (1)博耶(H.Boyer)和科恩(S.Cohen)將非洲爪蟾核糖體蛋白基因與質(zhì)粒重組后導(dǎo)入大腸桿菌細(xì)胞中進(jìn)行了表達(dá)。該研究除證明了質(zhì)?？梢宰鳛檩d體外，還證明了_________________________________

(答出兩點(diǎn)即可)。 (2)體外重組的質(zhì)粒可通過Ca2＋參與的________方法導(dǎo)入大腸桿菌細(xì)胞；而體外重組的噬菌體DNA通常需與

組裝成完整噬菌體后，才能通過侵染的方法將重組的噬菌體DNA導(dǎo)入宿主細(xì)胞。在細(xì)菌、心肌細(xì)胞、葉肉細(xì)胞中，可作為重組噬菌體宿主細(xì)胞的是________。 (3)真核生物基因(目的基因)在大腸桿菌細(xì)胞內(nèi)表達(dá)時(shí)，表達(dá)出的蛋白質(zhì)可能會(huì)被降解。為防止蛋白質(zhì)被降解，在實(shí)驗(yàn)中應(yīng)選用________的大腸桿菌作為受體細(xì)胞，在蛋白質(zhì)純化的過程中應(yīng)添加________的抑制劑。體外重組的質(zhì)?？梢赃M(jìn)入受體細(xì)胞；真核生物基因可在原核細(xì)胞中表達(dá)轉(zhuǎn)化外殼蛋白(或答噬菌體蛋白)細(xì)菌蛋白酶缺陷型蛋白酶如何篩選出含有目的基因的受體細(xì)胞(1)原理：將目的基因插入含有兩種抗生素抗性基因的載體時(shí)，如果插入某種抗生素抗性基因內(nèi)部，則會(huì)導(dǎo)致該抗生素抗性基因失活。如圖，目的基因插入了四環(huán)素抗性基因內(nèi)部，則四環(huán)素抗性基因失活。(2)被轉(zhuǎn)化的細(xì)菌有三種：含環(huán)狀目的基因的細(xì)菌、含重組質(zhì)粒的細(xì)菌、含自身環(huán)化質(zhì)粒的細(xì)菌。(3)篩選方法：將混合處理后的細(xì)菌先放在含氨芐青霉素的培養(yǎng)基上培養(yǎng)，能生長(zhǎng)的是含重組質(zhì)粒的細(xì)菌和含自身環(huán)化質(zhì)粒的細(xì)菌，如圖1、2、3、4、5菌落，再利用無(wú)菌的絨布影印到含有四環(huán)素的培養(yǎng)基上，如圖能生長(zhǎng)的菌落為2、3、4，則在含四環(huán)素培養(yǎng)基上不生長(zhǎng)的即為含有目的基因的菌落，如圖1、5菌落。最后，可在含氨芐青霉素的培養(yǎng)基上挑取1、5菌落進(jìn)行培養(yǎng)。1.(2021·湖北華中師大一附中期中)中國(guó)T2DM(胰島β細(xì)胞功能衰退型糖尿病)的發(fā)病率由1979年的1.00%上升到2019年的4.37%，補(bǔ)充胰島素是控制和緩解病情的重要途徑。胰島素(由α、β兩條多肽鏈組成)的生產(chǎn)由提取動(dòng)物胰島素發(fā)展到了利用基因工程生產(chǎn)重組人胰島素。 (1)構(gòu)建重組質(zhì)粒時(shí)(如圖所示)，為避免目的基因任意連接和載體的自身環(huán)化，應(yīng)選用_________________酶切處理目的基因和載體。構(gòu)建完成的基因表達(dá)載體除了目的基因、標(biāo)記基因以外，還必須有________________________________等調(diào)控組件。SmaⅠ、PstⅠ啟動(dòng)子、終止子、復(fù)制原點(diǎn)(2)利用大腸桿菌生產(chǎn)重組人胰島素時(shí)，構(gòu)建表達(dá)載體的目的基因應(yīng)從________文庫(kù)中獲取，重組大腸桿菌合成的人胰島素原沒有活性，需用________酶將其加工成含α、β兩條多肽鏈的胰島素。(3)利用奶牛設(shè)計(jì)乳腺生物反應(yīng)器生產(chǎn)人胰島素，為使人胰島素基因在奶牛乳腺中特異表達(dá)，構(gòu)建表達(dá)載體時(shí)應(yīng)將目的基因與___________________的啟動(dòng)子等調(diào)控組件重組在一起，并選用________為受體細(xì)胞。cDNA蛋白奶牛乳腺蛋白基因受精卵3.(2017·全國(guó)卷Ⅰ，38)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(duì)應(yīng)的RNA序列的機(jī)制。已知在人體中基因A(有內(nèi)含子)可以表達(dá)出某種特定蛋白(簡(jiǎn)稱蛋白A)?；卮鹣铝袉栴}： (1)某同學(xué)從人的基因組文庫(kù)中獲得了基因A，以大腸桿菌作為受體細(xì)胞卻未得到蛋白A，其原因是________________________________________________________________________________________。 (2)若用家蠶作為表達(dá)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_____________________________。

基因A有內(nèi)含子，在大腸桿菌中，其初始轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物中與內(nèi)含子對(duì)應(yīng)的RNA序列不能被切除，無(wú)法表達(dá)出蛋白A噬菌體噬菌體的宿主是細(xì)菌，而不是家蠶(3)若要高效地獲得蛋白A，可選用大腸桿菌作為受體，因?yàn)榕c家蠶相比，大腸桿菌具有________________________(答出兩點(diǎn)即可)等優(yōu)點(diǎn)。(4)若要檢測(cè)基因A是否翻譯出蛋白A