高考生物一轮总复习 第四十七课时 基因工程的基本工具课件 新人教版选修3.ppt

专题1基因工程 第四十七课时基因工程的基本工具 基因工程的基本操作程序 dna 四种脱氧核苷酸 双螺旋 基因 中心法则 遗传密码 限制性核酸内切酶 限制酶 原核生物 双链dna 特定的核苷酸序列 磷酸二酯键 黏性末端 平末端 复制 限制性核酸内切酶 标记基因 质粒 动植物病毒 dna 目的基因 复制 典例精析 例1 下列关于基因工程的叙述 错误的是 a 目的基因和受体细胞均可来自动 植物或微生物b 限制性核酸内切酶和dna连接酶是两类常用的工具酶c 人的干扰素原基因在大肠杆菌中表达的干扰素原无生物活性d 载体上的抗性基因有利于筛选含重组dna的细胞和促进目的基因的表达 解析 大肠杆菌细胞中没有内质网和高尔基体 不能对糖蛋白进行加工合成 所以表达的直接产物没有生物活性 需后期处理 抗性基因不能促进目的基因的表达 d 考点二基因工程基本操作程序 回扣教材 基因工程的基本操作程序第一步 1 目的基因主要是指 也可以是一些具有调控作用的因子 目的基因的获取途径常见的有 目的基因的获取 编码蛋白质的结构基因 从自然界中已有的物种中分离出来 人工合成目的基因 利用pcr技术扩增目的基因 2 基因文库 将含有某种生物不同基因的许多 导入 的群体中储存 各个 分别含有这种生物的 称为基因文库 常见的基因文库有 和 3 pcr技术扩增目的基因pcr是 的缩写 是一项在 复制特定dna片段的核酸合成技术 可以在短时间内 其原理是 其过程是 加热至90 95 冷却到55 60 加热至70 75 dna片段 受体菌 受体菌 不同的基因 基因组文库 cdna文库 聚合酶链式反应 生物体外 大量扩增目的基因 dna双链复制 dna解旋 引物结合到互补dna链 热稳定dna聚合酶 如taq酶 从引物起始进行互补链的合成 第二步 1 目的 使目的基因在受体细胞中 并且可以 同时使目的基因能够 2 基因表达载体的组成 1 启动子 是一段有特殊结构的 位于基因的首端 是 识别和结合的部位 能驱动基因 最终获得所需的蛋白质 2 终止子 是一段有特殊结构的 位于基因的 3 标记基因的作用 是为了鉴定受体细胞中 从而将 筛选出来 常用的标记基因是 基因表达载体的构建 稳定存在 遗传给下一代 表达和发挥作用 启动子 目的基因 终止子 标记基因 dna片段 rna聚合酶 转录出mrna dna短片段 尾端 是否含有目的基因 含有目的基因的细胞 抗生素抗性基因 第三步 1 转化的概念 是目的基因进入 并且在受体细胞内 的过程 2 常用的转化方法 1 将目的基因导入植物细胞 采用最多的方法是 农杆菌特点 易感染 植物和裸子植物 对大多数 植物没有感染力 农杆菌中的ti质粒上的t dna可转移至受体细胞 并整合到受体细胞的 上 其次还有 是单子叶植物中常用的一种基因转化方法 但是成本较高 将目的基因导入受体细胞 受体细胞内 维持稳定和表达 农杆菌转化法 双子叶 单子叶 染色体的dna 基因枪法 是我国科学家独创的一种方法 是一种十分简便经济的方法 我国的转基因抗虫棉就是用此种方法获得的 2 将目的基因导入动物细胞 最常用的方法是 此方法的受体细胞多是 操作程序 目的基因表达载体 取卵 受精卵 显微注射 注射了目的基因的受精卵移植到 性动物的 内发育 新性状动物 3 将目的基因导入微生物细胞 花粉管通道法 显微注射技术 受精卵 提纯 雌 输卵管或子宫 感受态细胞法 原核生物特点 等 因此早期的基因工程都用原核生物作为受体细胞 大肠杆菌最常用的转化方法是 处理细胞 细胞 表达载体与感受态细胞混合 细胞吸收dna分子 3 重组目的基因导入受体细胞后 筛选含有基因表达载体受体细胞的依据是 繁殖快 多为单细胞 遗传物质相对较少 ca2 感受态 感受态 标记基因是否表达 第四步 1 首先要检测转基因生物染色体的dna上是否插入了目的基因 方法是 2 其次还要检测 方法是 3 最后检测 方法是从转基因生物中提取 用相应的抗体进行 4 有时还需进行 的鉴定 如转基因抗虫植物是否出现抗虫性状 目的基因的检测与鉴定 dna分子杂交技术 目的基因是否转录出了mrna 用标记的目的基因作探针与mrna杂交 目的基因是否翻译成蛋白质 蛋白质 抗原 抗体杂交 个体生物学水平 1 基因工程除了微生物基因工程外 还有 在上图所示过程中 获取目的基因的步骤是流程 用图中编号回答 在流程 中必须实施的步骤有 2 在上图所示的整个过程中 用作运载体的dna来自分子 用图中字母回答 3 下列关于质粒运载体的说法正确的是 多选 a 使用质粒运载体是为了避免目的基因被分解b 质粒运载体只能在与目的基因重组后进入细胞c 质粒运载体可能是由细菌或者病毒的dna改造的d 质粒运载体的复制和表达也遵循中心法则 植物基因工 程 动物基因工程 切割质粒 将质粒与目的基因重组 c d adf e 质粒运载体只有把目的基因整合到受体细胞的dna中才能表达f 没有限制酶就无法使用质粒运载体 4 据图比较结构g和结构h的异同 并解释产生差异的原因 解析 本题主要考查了基因工程的基础知识 考查识图 获取信息与处理信息的能力 基因工程所用的基本工具有限制性核酸内切酶 dna连接酶和运载体 其中 常用的运载体是质粒 也可用噬菌体和动植物病毒 相同点 遗传物质相同 不同点 表面蛋白质不同 差异的原因 因为g导入受体细胞后 目的基因得以表达 合成了致病病毒m的表面蛋白 b d a 在含四环素的培养基中未形成菌落的为导入了空载质粒的细菌b 在含四环素的培养基中形成菌落的为导入了重组质粒的细菌c 在含氨苄青霉素的培养基中能正常生长的为导入了重组质粒的细菌d 在含氨苄青霉素的培养基中不能正常生长的为导入了重组质粒的细菌 解析 在含四环素的培养基中未形成菌落 说明无四环素抗性基因 即未导入质粒 在含四环素的培养基中形成菌落 说明有四环素抗性基因 即导入了重组质粒或空载质粒 在含氨苄青霉素的培养基中能正常生长 说明相关的抗性基因未被破坏 即导入了空载质粒 在含氨苄青霉素的培养基中不能正常生长 而在含四环素的培养基中可以生长 说明有四环素抗性基因无青霉素抗性基因 即导入了重组质粒 d 解析 该dna分子为环状 用限制性核酸内切酶bamh 完全切割产生2个片段 便可知该dna分子含有2个bamh 的识别序列 d选项正确 4 下列有关基因工程的叙述中 不正确的是 a 构建基因表达载体是基因工程的核心b 通过基因工程育种可以定向地改变生物的性状c 当目的基因导入受体细胞后 便可以稳定维持和表达其遗传特性了d 将目的基因转入大肠杆菌细胞首先要用钙离子处理细胞 使之成为感受态细胞 c 5 下列关于各种酶作用的叙述 不正确的是 a dna连接酶能使不同脱氧核苷酸的磷酸与脱氧核糖连接b rna聚合酶能与基因的特定位点结合 催化遗传信息的转录c 一种dna限制酶能识别多种核苷酸序列 切割出多种目的基因d 胰蛋白酶能作用于离体的动物组织 使其分散成单个细胞 c 解析 dna连接酶能将两个脱氧核苷酸片段通过磷酸二酯键相连接 磷酸二酯键的两端分别是磷酸与脱氧核糖 在dna的转录过程中 rna聚合酶结合在dna的一端 以其为模板开始合成rna 动物细胞之间的成分主要是蛋白质 所以可用胰蛋白酶对其进行处理 而c选项中 一种dna限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列 并在特定的位点进行切割 6 pcr是一种体外迅速扩增dna片段的技术 下列有关pcr过程的叙述 不正确的是 a 变性过程中破坏的是dna分子内碱基对之间的氢键b 复性过程中引物与dna模板链的结合是依靠碱基互补配对原则完成c 延伸过程中需要dna聚合酶 atp 四种核糖核苷酸d pcr与细胞内dna复制相比所需要酶的最适温度较高 解析 dna延伸的过程就是复制合成子链的过程 需要耐高温的dna聚合酶 能量和四种脱氧核苷酸 c b a 图示过程是基因工程的核心步骤b 表达载体构建时需要用到限制酶sma c 抗卡那霉素基因的存在有利于将含有抗原基因的细胞筛选出来d 除图示组成外 表达载体中还应该含有启动子和终止子等结构 解析 图示过程为基因表达载体的构建过程 是基因工程中的核心步骤 构建过程中需要将目的基因完整切割下来 此时要用到限制酶pst ecor 抗卡那霉素基因是标记基因 目的是便于鉴定和筛选含有目的基因的细胞 基因表达载体包括启动子 目的基因 终止子和标记基因等 8 人们常选用的细菌质粒分子往往带有一个抗菌素抗性基因 该抗性基因的主要作用是 a 提高受体细胞在自然环境中的耐药性b 有利于对目的基因是否导入进行检测c 增加质粒分子的分子量d 便于与外源基因连接 解析 质粒上的抗生素抗性基因往往用于检测目的基因是否导入受体细胞 通常情况下 若添加该抗生素后受体细胞仍能正常生长 则可能是导入目的基因成功 b d a bamh 和ecor 末端互补序列 aatt b bamh 和hind 末端互补序列 gatc c ecor 和hind 末端互补序列 aatt d bamh 和bgl 末端互补序列 gatc 解析 切割出的黏性末端是由数个碱基组成的 若要使两个末端相连 则需上下两条链的碱基互补配对才可以 根据四种限制酶切割后暴露出的碱基种类 可知bamh 和bgl 酶切割出的末端序列 gatc 相同 故能互补黏合 10 以下是四种不同限制性核酸内切酶切割形成的dna片段 能用dna连接酶连接起来的是 a 和 和 和 和 b 和 和 和 和 c 和 和 和 和 d 和 和 和 和 c 解析 当限制性核酸内切酶在识别序列的中心轴线两侧将dna的两条链分别切开时 产生的是黏性末端 黏性末端之间正好碱基互补配对 而当限制性核酸内切酶在它识别序列的中心轴线处切开时 产生的是平末端 通过观察和比较可知 和 能连接形成 和 能连接形成 和 能连接形成 和 能连接形成 11 由于质粒与目的基因具有相同的黏性末端 结合过程中不可能出现下列哪种情况 a 形成环状的外源dnab 可能形成环状的载体dnac 可能出现重组dnad 只出现重组dna 解析 dna连接酶连接黏性末端时 处理的目的基因不是一个 所以出现的dna有多种情况 a b c三种情况都可能出现 d b 解析 基因工程操作的四个步骤中 核心步骤是基因表达载体构建 a正确 启动子是开始转录的位置 含有rna聚合酶识别和结合位点 c正确 构建表达载体时需要含有标记基因 抗性基因是标记基因的一种 用于鉴别受体细胞中是否导入了目的基因 d正确 由于不同基因结构不同 在获取目的基因和处理质粒时也有不同的方法 所以构建表达载体时会有差异 b错误 二 非选择题13 基因克隆是对分离出来的目的基因进行大量扩增的过程 经过基因克隆 可以生产出大量的目的基因或在基因表达时获得大量的蛋白质 细菌质粒是基因克隆的合适载体 经研究发现 某些细菌质粒中含有两个抗生素抗性基因 氨苄青霉素抗性基因和四环素抗性基因 而且 在四环素抗性基因中存在限制酶的单一识别序列 下图表示利用质粒进行基因克隆的过程 其中a d表示物质 和 表示抗性基因 表示过程 其他数字表示菌落 据图回答下列问题 重组质粒 重组dna分子 氨苄青霉素抗性基因 限制酶和dna连接酶 缺一不可 将目的基因导入受体细胞 3 为筛选含有物质a的细菌 需进行细菌培养 先在培养基 一 中只加入氨苄青霉素 一段时间后 培养基上长出的细菌菌落具有 特性 然后 用灭菌绒布从培养基 一 中蘸取菌种 再按到只含四环素的培养基 二 中培养 根据培养基 一 和 二 上的细菌生长情况 可以判断图中菌落 填数字 即为筛选出的含有物质a的细菌 原因是 4 该大肠杆菌容易吸收外源dna分子的原因是经过 处理成为感受态细胞 抗氨苄青霉素 3 5 由于目的基因破坏了四环素抗性基因 使受体细胞不能在含有四环素的培养基上生长 所以该菌落就是筛选的含有目的基因的菌落 cacl2 钙离子 1 如果抗胰蛋白酶基因过少 常用 技术扩增 2 表示 过程 此过程需要使用的工具酶是 为了使抗胰蛋白酶基因在乳腺组织中表达 还需要在抗胰蛋白酶基因序列前加上在乳腺组织中特异表达的 3 图中 常用的方法是 过程常常选择受精卵作为受体细胞的主要原因是 受体细胞除受精卵外 还可以是 4 为检测抗胰蛋白酶基因是否成功表达 可采用 填字母代号 技术 a 核酸分子杂交b 基因序列分析c 抗原 抗体杂交d pcr pcr 基因表达载体的构建 限制酶和dna连接酶 启动子 显微注射法 受精卵发育的全能性最高 胚胎干细胞 c 1 图中a b所示获得目的基因的方法是 2 据图分析 在构建c的过程中 需用 切割目的基因 为检验重组质粒是否导入受体细胞 需要利用的标记基因是 3 过程e运用了细胞工程中的 技术 新个体是否符合要求 在个体水平上检测 反转录法 限制酶 基因 植物组织培养 大米中是否含有可以生成维生素a的 胡萝卜素 解析 本题主要考查基因工程的基本步骤 解决本题的关键需要看清题目所给图示中各部分的含义 并结合有关知识进行进一步的分析 据图所示 一段dna片段经a过程获得了rna 又经过b过程得到了目的基因 一段dna序列 因此应为逆转录法 所得目的基因片段有一个限制酶识别位点序列为 ggatcc 质粒上含有两个限制酶识别位点 gatc 和 ggatcc 为了能将目的基因和质粒重组 需要用同种限制酶进行切割 这样暴露出的黏性末端才能一致 所以应选择限制酶 同时 限制酶 的识别序列恰好处在质粒上的基因 中 因此基因 被破坏 只剩基因 作为标记基因起作用 请回答 1 进行过程 时 需用 酶切开载体以插入let 7基因 载体应有rna聚合酶识别和结合的部位 以驱动let 7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 let 7基因能影响癌基因ras的表达 其影响机理如图2 据图分析 可从细胞中提取 进行分子杂交 以直接检测let 7基因是否转录 肺癌细胞增殖受到抑制 可能是由于细胞中 rasmrna ras蛋白质 含量减少引起的 限制性核酸内切 或限制 启动子 胰蛋白 mrna ras蛋白 解析 1 过程 表示基因表达载体的构建 在该过程中需要用限制酶对载体进行切割以便于目的基因的插入 限制性核酸内切酶 简称限制酶 写其他的不得分 启动子是一段特殊的dna序列 是rna聚合酶结合和识别的位点 rna聚合酶结合到该位点 可驱动转录过程 2 过程 表示动物细胞培养 培养过程中出现接触抑制后可以用胰蛋白酶处理 使之分散成单个的细胞 之后分装到其他培养瓶里面进行传代培养 3 判断目的基因是否在受体细胞中转录 可用分子杂交技术来进行 从细胞中提取mrna和用放射性同位素或者荧光标记的目的基因单