第六章 从杂交育种到基因工程 第2讲 基因工程及其应用

第六章从杂交育种到基因工程课前自习课堂导学课后提升第2讲基因工程及其应用要点一1~51112要点二6~10速效训练考题精编一、基因工程的基本内容1．定义：又叫基因拼接或①DNA重组技术，通俗地说，按照人们的意愿，把一种生物的个别基因复制出来，加以修饰改造，然后放到另一种生物的细胞里，②定向地改造生物的遗传性状。2．基因操作的工具要点一1~51112要点二6~10速效训练考题精编3．基因操作的基本步骤(1)提取⑥目的基因。(2)目的基因与⑦运载体结合。(3)将目的基因导入⑧受体细胞。(4)目的基因的⑨检测与鉴定。二、基因工程的应用1．作物育种：利用基因工程的方法，获得高产、稳产和具有优良品质的农作物；培育出具有各种抗逆性的作物新品种，如抗虫棉。2．药物研制：利用基因工程技术，培育转基因生物，利用转基因生物生产出各种高质量、低成本的药物，如胰岛素、干扰素、乙肝疫苗等。3．环境保护：如利用转基因细菌降解有毒有害的化合物，⑪吸收环境中的重金属，⑫分解泄漏的石油，处理⑬工业废水等。三、转基因生物和转基因食品的安全性2001年5月，国务院公布了《农业转基因生物安全管理条例》，对农业转基因生物的研究和试验、生产和加工、经营和进出口等作了具体规定。要点一1~51112要点二6~10速效训练考题精编考点访谈一、基因工程的工具1．限制性核酸内切酶生物体内有一类酶，它们能将外源DNA切断，即能够限制异源DNA的侵入并使之失去活力，但对自己的DNA却无损害作用，这样可以保护细胞原有的遗传信息的稳定性。由于这种切割作用是在DNA分子内部特定的位点进行的，故名限制性核酸内切酶(简称限制酶)。限制酶是基因工程中最常用的切割工具。科学家已从原核生物中分离出了多种限制酶，其中一类可以识别特定的核苷酸序列，只在DNA的特定序列上进行切割，而且在切割部位，一条链正向读的碱基顺序与另一条链反向读的顺序完全一致，它们之间正好能互补配对，这样的切口叫做黏性末端(如下图所示)，这类限制酶最常被使用。要点一1~51112要点二6~10速效训练考题精编切割方式举例如下(其识别的碱基序列为GAATTC)：要点一1~51112要点二6~10速效训练考题精编2．运载体在基因工程操作中使用运载体的目的有两个：一是用它作为运载工具，将目的基因转移到宿主细胞中去；二是利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量的复制(称为克隆)。现在所用的运载体主要有两类：一类是细菌、酵母菌等的质粒，它是一种相对分子质量较小、独立于细菌核区之外的环状DNA，有的细菌中有一个，有的细菌中有多个，质粒能通过细菌间的接合由一个细菌向另一个细菌转移，可以独立复制，也可以整合到细菌DNA中，随细菌DNA的复制而复制；另一类是噬菌体或某些动植物病毒等。现在人们还在不断地寻找新的运载体，如叶绿体或线粒体DNA等也有可能成为运载体。要点一1~51112要点二6~10速效训练考题精编典例精析1(2009·烟台模拟)基因工程中，须使用特定的限制酶切割目的基因和质粒，便于重组和筛选。已知限制酶Ⅰ的识别序列和切点是—G↓GATCC—，限制酶Ⅱ的识别序列和切点是—↓GATC—。根据图示判断下列操作正确的是()A．目的基因和质粒均用限制酶Ⅱ切割B．目的基因和质粒用限制酶Ⅰ切割C．质粒用限制酶Ⅱ切割，目的基因用限制酶Ⅰ切割D．质粒用限制酶Ⅰ切割，目的基因用限制酶Ⅱ切割解析：如果用限制酶Ⅱ切割质粒，则会把两种标记基因破坏。答案：D要点一1~51112要点二6~10速效训练考题精编变式演练1(2010·天津调研)将萤火虫的荧光素基因转入烟草植物细胞并整合到其DNA中，获得了高水平的表达。以下说法正确的有()①萤火虫与烟草植物的DNA结构基本相同②萤火虫与烟草植物共用一套遗传密码子③烟草植物体内合成了荧光素④萤火虫和烟草植物合成蛋白质的方式基本相同A．①③B．②③C．①④D．①②③④解析：不同生物体的DNA能进行重组是因为不同生物体的DNA具有相同的、规则的双螺旋结构。基因在表达过程中，生物体共用一套遗传密码子，因而表达的产物在受体细胞中不会发生改变。答案：D要点一1~51112要点二6~10速效训练考题精编考点访谈二、获取目的基因的几种方法比较及基因工程技术的应用1．方法比较要点一1~51112要点二6~10速效训练考题精编续表要点一1~51112要点二6~10速效训练考题精编2.应用(1)转基因生物①培育转基因动物时，受体细胞一般选用受精卵。②培育转基因植物时，受体细胞可选用受精卵或体细胞。若受体细胞是体细胞，再将含目的基因的体细胞进行组织培养，即可获得转基因植株，如抗虫棉等。(2)转基因药物自从美国1977年第一次用改造的大肠杆菌生产出有活性的人的生长激素释放抑制素以来，现已研制成功的基因工程药物有几十种，如已上市的人的生长激素、胰岛素、干扰素等。(3)基因治疗基因治疗是指通过基因转移技术将健康外源基因插入到病人适当的有基因缺陷的受体细胞中，使外源基因控制合成的产物能治疗某种疾病。1990年，美国国立卫生研究院的一个研究小组对一个四岁的患腺苷脱氨酶(ADA)缺乏症的女孩进行基因治疗。他们将正常ADA基因利用反转录病毒为运载体导入女孩淋巴细胞内，体外培养后回输入她体内，实验获得圆满成功。这是人类历史上第一个成功的基因治疗临床实验。要点一1~51112要点二6~10速效训练考题精编典例精析2

(2010·聊城质检)2007年我国科学家率先完成了家蚕基因组精细图谱的绘制，将13000多个基因定位于家蚕染色体DNA上。请回答相关问题：(1)在家蚕的基因工程实验中，分离基因的做法包括用____________________________对DNA进行切割，然后将DNA片段与______________________结合成重组DNA，并将重组DNA转入大肠杆菌进行扩增等。(2)家蚕的体细胞共有56条染色体，对家蚕基因组进行分析(参照人类基因组计划要求)，应测定家蚕____________条双链DNA分子的核苷酸序列。(3)为了提高蚕丝的产量和品质，可以通过使家蚕遗传物质改变引起变异和进一步的选育来完成，这些变异的来源有：________________________________。要点一1~51112要点二6~10速效训练考题精编(4)在家蚕遗传中，黑色(B)与淡赤色(b)是有关蚁蚕(刚孵化的蚕)体色的相对性状，黄茧(D)与白茧(d)是有关茧色的相对性状，假设这两对性状自由组合，杂交后得到的子代数量比如下表：①请写出各组合中亲本可能的基因型：组合一：____________________________________；组合二：____________________________________；组合三：____________________________________。②让组合一杂交子代中的黑蚁白茧类型自由交配，其后代中黑蚁白茧的概率是__________。要点一1~51112要点二6~10速效训练考题精编答案：(1)限制酶(或限制性核酸内切酶)运载体(或质粒)(2)29(3)基因突变、基因重组、染色体变异(4)①组合一：BbDd(或BbDd×BbDd)组合二：Bbdd、bbdd(或Bbdd×bbdd)组合三：BbDD、BbDd、Bbdd(或BbDD×BbDD、BbDd×BbDD、BbDD×Bbdd)②8/9要点一1~51112要点二6~10速效训练考题精编变式演练2

(2010·惠州质检)据报道，科学家利用转基因技术，成功地在蚕体内合成了人体胶原蛋白，引起人们的关注。科学家把人体胶原蛋白基因注入蚕的受精卵中，最后在蚕茧中抽出了含有胶原蛋白质的丝纤维。丝纤维中的胶原蛋白含量约为1%。科学家认为，通过化学物质和酵素处理丝纤维，完全可以提取胶原。但若应用于工业生产，则必须将丝纤维中胶原含量提高到5%至10%。胶原蛋白是构成皮肤和软骨的蛋白质，在制药、化妆品等领域有广泛的应用。此项成果使得借助“生物工厂”大批量生产药用和化妆品用胶原蛋白成为可能，有望在化妆品、血液凝固剂等药品原料生产中得到广泛应用。请根据上述材料回答问题：(1)胶原蛋白基因的化学本质是____________。(2)不同生物之间基因重组的成功主要依赖于__________________________________________________。要点一1~51112要点二6~10速效训练考题精编(3)人工合成胶原蛋白基因的方法主要有两条途径：①是__________________________________________________；②是________________________________________________。(4)科学家在蚕丝中寻找胶原蛋白的过程属于基因操作基本步骤中的________。A．提取目的基因B．目的基因与运载体结合C．将目的基因导入受体细胞D．目的基因的检测与鉴定(5)上述基因重组技术是在____________领域中的应用。在此领域中基因工程还可应用于______________________。答案：(1)(有遗传效应的)DNA片段(2)结构相同，都是双螺旋结构，基本组成单位都是脱氧核苷酸(3)①以目的基因转录成的信使RNA为模板逆转录出单链DNA，再复制出双链DNA②从已知的蛋白质的氨基酸序列，推出相应的信使RNA的核苷酸序列，再推出其相应基因的脱氧核苷酸序列，然后通过化学方法合成目的基因(4)D(5)医药卫生基因治疗等要点一1~51112要点二6~10速效训练考题精编速效训练一、选择题1．(2010·大连联考)中国科学院网报道：中国科学院亚热带农业生态研究所博士唐志日前在德国完成了基因工程生产富乳铁蛋白素B(一种抗菌肽)的研究。唐博士通过对某种细菌进行修饰得到了表达宿主菌，并构建了相应的表达质粒，成功地实现了富乳铁蛋白素B的表达，产量达到了宿主蛋白总量的10%左右，同时建立了一整套小肽表达系统。相关分析错误的是()A．该基因工程的运载体是质粒B．富乳铁蛋白素B需要在宿主菌的核糖体中合成，并经过内质网加工后才有活性C．基因工程操作中需要用到相应的限制性核酸内切酶和DNA连接酶D．利用基因工程技术生产富乳铁蛋白素B具有很高的商业价值宿主菌是细菌，细菌无内质网。答案：B要点一1~51112要点二6~10速效训练考题精编2．(2009·天津模拟)基因敲除是利用基因同源重组(又称基因打靶)的原理，把外源片段整合到活体细胞DNA的同源序列中，使某个基因被取代或破坏而失活，由于同源重组具有高度特异性和方向性，外源片段也具有可操作性，故该技术可使细胞的基因定点和定量改变。美国科学家马里奥·卡佩基、奥利弗·史密斯和英国科学家马丁·埃文斯因在干细胞研究方面，尤其是“基因靶向敲除”技术的发明方面所作的贡献而荣获2007年度诺贝尔生理学或医学奖。根据以上材料，结合所学知识，推测下列哪项与生物学事实不相符()A．基因敲除技术是在DNA水平对细胞遗传信息进行改造的技术B．基因敲除技术可使细胞的基因定点改变的原理是基因突变C．外源片段与活体细胞DNA的同源序列的碱基对越相似，基因敲除的成功率就越高D．基因敲除技术将来有可能用于癌症的治疗解析：基因敲除技术用到的是基因重组原理。答案：B要点一1~51112要点二6~10速效训练考题精编3．(2009·广东模拟)科学家将控制某药物蛋白合成的基因转移到白色来亨鸡胚胎细胞的DNA中，发育成的母鸡就能产出含该药物蛋白的鸡蛋，在每一只鸡蛋的蛋清中都含有大量的药物蛋白，而且用这些鸡蛋孵出的鸡，仍能产出含该药物蛋白的鸡蛋。据此分析，下列说法错误的是()A．这些鸡是基因工程的产物B．这种变异属于可遗传的变异C．在此过程中应用的工具酶有限制酶和胰蛋白酶D．该种变异属于定向变异解析：基因工程使生物遗传物质发生了改变，所以是可遗传的变异；同时转入的是特定基因，使其具有特定功能，因此这种变异也属于定向变异。基因工程中的工具酶为限制性核酸内切酶和DNA连接酶，无胰蛋白酶。答案：C要点一1~51112要点二6~10速效训练考题精编4．(2010·沈阳质检)利用基因工程技术将抗旱基因转移到玉米的叶绿体中，由此获得具有抗旱性状的玉米甲，然后与原品种乙混种，在自然传粉的情况下，甲、乙两品种上收获的种子发育成的植株性状表现是()A．均具有抗旱性状B．均无抗旱性状C．前者具有抗旱性状，后者无抗旱性状D．前者无抗旱性状，后者具有抗旱性状解析：转基因至叶绿体中，不会因传粉而造成基因污染。答案：C要点一1~51112要点二6~10速效训练考题精编5．(2010·杭州质检)美国加利福尼亚州索尔克生物研究所专家罗纳德·埃文斯领导的研究小组发现，人体内存在一种被称为“脂肪控制开关”的基因，这个基因一旦开启，就能提高对脂肪的消耗并产生“抗疲劳”肌肉，帮助心脏和神经系统保持持久耐力。美国科学家公布研究报告说，他们通过向实验老鼠转入“脂肪控制开关”基因，成功培育出“马拉松”老鼠——比正常老鼠多跑出一倍距离，速度也快一倍。下列叙述错误的是()A．转入“脂肪控制开关”基因的有效方法是向实验老鼠肌肉中注入含“脂肪控制开关”基因的重组DNAB．“马拉松”老鼠的培育依据的原理为基因突变C．“马拉松”老鼠在改善机体耐力的同时，也提高了机体消耗脂肪的能力D．可以向“马拉松”老鼠转入其他的基因兴奋剂如EPO(促红细胞生成素)基因，培育“超级运动员”答案：B要点一1~51112要点二6~10速效训练考题精编6．(2010·扬州三校联考)下图为DNA分子在不同酶的作用下所发生的变化，图中表示限制性内切酶、DNA聚合酶、DNA连接酶、解旋酶作用的依次是()A．①②③④B．①②④③C．①④②③D．①④③②解析：①表示DNA被限制性内切酶切割，暴露出黏性末端；②表示具相同黏性末端的DNA分子通过DNA连接酶连接；③表示DNA在解旋酶的作用下解旋；④表示DNA的自我复制，需要DNA聚合酶的参与。答案：C要点一1~51112要点二6~10速效训练考题精编7．(2010·大连质检)下列有关遗传与基因工程的叙述中正确的是()A．泛素是一条由76个氨基酸组成的多肽链，具有调节蛋白质降解的功能，根据泛素的氨基酸序列可确定其基因的碱基对序列B．水母发光蛋白中有三种氨基酸可构成发光环，在转基因技术中，合成该蛋白质的基因可用做标记基因C．将一种植物叶绿体移入另一种植物体内使其光合效率提高，属基因工程技术D．基因诊断利用的是DNA分子杂交原理，β­珠蛋白的DNA探针可用于检测苯丙酮尿症答案：B要点一1~51112要点二6~10速效训练考题精编8．(2010·合肥七校联考)采用基因工程的方法培育抗虫棉，下列导入目的基因的做法中正确的是()①将毒素蛋白注射到棉受精卵中②将编码毒素蛋白的DNA序列注射到棉受精卵中③将编码毒素蛋白的DNA序列与质粒重组后导入细菌，用该细菌感染棉的体细胞，再进组织培养④将编码毒素蛋白的DNA序列与细菌质粒重组，注射到棉的子房并进入受精卵A．①②B．②③C．③④D．①④解析：①的做法不属于基因工程操作的步骤；目的基因应是借助运载体导入受体细胞中，而不是注射。答案：C要点一1~51112要点二6~10速效训练考题精编9．(2009·天津模拟)干扰素是治疗癌症的重要药物，以前必须从血液中提取，每升人血中只能提取0.5μg，所以价格昂贵。美国加利福尼亚的某生物制品公司用下图所示方法生产干扰素：从图中可以看出该公司生产干扰素运用的方法是()A．个体间的杂交B．基因工程C．细胞融合 D．器官移植答案：B要点一1~51112要点二6~10速效训练考题精编10．(2009·阜阳模拟)限制酶是一种核酸切割酶，可识别并切割DNA分子上特定的核苷酸碱基序列。下图为四种限制酶BamHⅠ、EcoRⅠ、HindⅢ以及BglⅡ的识别序列。箭头表示每一种限制酶的特定切割部位，其中哪两种限制酶所切割出来的DNA片段末端可以互补黏合？其正确的末端互补序列是()A．BamHⅠ和EcoRⅠ；末端互补序列为—AATT—B．BamHⅠ和HindⅢ；末端互补序列为—GATC—C．EcoRⅠ和HindⅢ；末端互补序列为—AATT—D．BamHⅠ和BglⅡ；末端互补序列为—GATC—解析：限制酶能识别特定的序列并在特定的位点上切割。答案：D要点一1~51112要点二6~10速效训练考题精编二、非选择题11．(2010·银川联考)1990年，医生对一位因缺乏腺苷脱氨酶基因而患先天性体液免疫缺陷病的美国女孩进行治疗。采用的方法是首先将患者的白细胞取出进行体外培养，然后用某种病毒将正常腺苷脱氨酶基因转入人工培养的白细胞中，再将这些转基因白细胞回输到患者的体内，经过多次治疗，患者的免疫功能趋于正常。请回答：(1