【世纪金榜】高三生物一轮复习 专题3.1.11.2DNA重组技术的基本工具同步课件 新人教版.ppt

1 1 1 2dna重组技术的基本工具基因工程的基本操作程序 1 插入的目的基因表达需要调控序列 因此 插入部位之前要有启动子 插入部位之后要有终止子 2 注意不能将启动子和起始密码子 终止子和终止密码子混淆 启动子 终止子在dna上 在遗传信息转录时起调控作用 而起始密码子 终止密码子在mrna上 在翻译时起作用 决定翻译的开始和结束 1 下列关于基因工程的说法中 正确的是 a 基因工程的设计和施工都是在细胞水平上进行的b 目前基因工程所有的目的基因都是从供体细胞中直接分离得到的c 只要检测出受体细胞中含有目的基因 那么目的基因一定能成功表达d 基因工程能使科学家打破物种界限 定向改造生物性状 解析 选d 基因工程是按照人们的愿望 进行严格的设计 并通过体外dna重组和转基因等技术 赋予生物以新的遗传特性 从而创造出更符合人们需要的生物类型和生物产品 基因工程的设计和施工都是在dna分子水平上进行的 目的基因可以从供体细胞中直接分离得到 也可以通过反转录或由已知蛋白质的氨基酸序列推出信使rna的碱基序列 进一步推出dna的碱基序列 再合成dna 受体细胞中含有目的基因 目的基因也不一定能成功进行表达 基因工程能实现基因的种间转移 打破物种界限 定向改造生物性状 2 限制酶的作用实际上就是使dna上某些化学键断开 一种能对gaattc专一识别的限制酶 断开的化学键是 a g与a之间的键b g与c之间的键c a与t之间的键d 磷酸与脱氧核糖之间的键 解析 选d 限制酶能够识别双链dna分子的某种特定核苷酸序列 并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开 磷酸二酯键是磷酸的一个羟基和相邻的脱氧核糖之间形成的化学键 3 2011 天津模拟 用于判断目的基因是否转移成功的方法中 不属于分子检测的是 a 通过害虫吃棉叶看其是否死亡b 转基因生物基因组dna与dna探针能否形成杂交带c 转基因生物中提取的mrna与dna探针能否形成杂交带d 转基因生物中提取的蛋白质能否与抗体形成杂交带 解析 选a 目的基因导入受体细胞后 是否可以稳定维持和表达其遗传特性 只有通过检测与鉴定才能知道 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 这是目的基因能否在真核生物中稳定遗传的关键 检测方法是采用dna分子杂交技术 使dna探针与基因组dna杂交 如果显示出杂交带 就表明目的基因已插入染色体dna中 其次 再检测目的基因是否转录出了mrna 同样是采用分子杂交技术 让探针与mrna杂交 如果显示出杂交带 就表明目的基因已转录形成了mrna 最后 检测目的基因是否翻译成蛋白质 从转基因 生物中提取蛋白质 用相应的抗体进行抗原 抗体杂交 若有杂交带出现 表明目的基因已形成蛋白质产品 以上三种方法都是分子水平上的检测 除了上述的分子检测外 有时还需要进行个体生物学水平的鉴定 例如 通过害虫吃棉叶看其是否死亡 以确定是否具有抗性以及抗性的程度 4 2011 启东模拟 为扩大可耕地面积 增加粮食产量 黄河三角洲等盐碱地的开发利用备受关注 我国科学家应用耐盐基因培育出了耐盐水稻新品系 1 如图甲 获得耐盐基因后 构建重组dna分子所用的限制性核酸内切酶作用于图中的 处 dna连接酶作用于 处 填 a 或 b 2 将重组dna分子导入水稻受体细胞的常用方法有农杆菌转化法和 法 3 由导入目的基因的水稻细胞培养成植株需要利用 技术 该技术的核心是 4 为了确定耐盐转基因水稻是否培育成功 既要用放射性同位素标记的 作探针进行分子杂交检测 又要用 的方法从个体水平鉴定水稻植株的耐盐性 5 如图乙是该耐盐基因表达过程中的一个阶段 图中3和4的核苷酸种类是否相同 说明理由 解析 1 限制酶能将特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开 而dna连接酶能恢复被限制酶切开的磷酸二酯键 因此 二者都作用于a处 2 将基因表达载体导入植物细胞常用农杆菌转化法和基因枪法 3 植物组织培养技术是将目的基因导入受体细胞后培养成植株需要用到的技术 该技术的核心是脱分化和再分化 4 基因工程的检测包括目的基因是否导入受体细胞的检测和目的基因是否表达成功的检测 5 图乙表示的是转录过程 3所在的是转录产物 rna 其基本组成单位是核糖核苷酸 4所在的是dna的一条链 其基本组成单位是脱氧核糖核苷酸 答案 1 aa 2 基因枪 3 植物组织培养脱分化 去分化 和再分化 4 耐盐基因 目的基因 一定浓度盐水浇灌 移植到盐碱地中 5 不同3是核糖核苷酸 4是脱氧核糖核苷酸 一 基因工程的工具1 与dna有关的酶 1 四种酶的比较 2 限制酶和dna连接酶之间的关系图示 2 载体 1 作为载体的条件 能在宿主细胞中稳定保存并大量复制 有一个至多个限制性核酸内切酶切割位点 以便与外源基因连接 具有特殊的标记基因 便于筛选 2 种类 质粒 一种裸露的 结构简单 独立于细菌拟核dna之外 并具有自我复制能力的双链环状dna分子 噬菌体的衍生物 动植物病毒 3 作用 作为运载工具 将目的基因转移到宿主细胞内 利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制 1 dna连接酶起作用时不需要模板 2 限制酶在使用时的注意事项 切割目的基因和载体时 最好用同一种限制酶 以产生相同的黏性末端 在切割含目的基因的dna分子时 需用限制酶切割两次此dna分子 产生4个末端 只有这样 目的基因两端都有可连接的黏性末端或平末端 限制酶切割位点应位于标记基因之外 不能破坏标记基因 以便于进行检测 例证1 2011 大同模拟 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序列 如图为四种限制酶bamh ecor hind 以及bgl 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什么 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 解题关键 明确限制酶的作用特点 准确写出四种限制酶切割后形成的黏性末端 只有两种序列的碱基能够互补配对才能使两个dna片段互补黏合 精讲精析 选d 各种限制酶切割形成的黏性末端如下表 由上表可知 bamh 和bgl 切出的黏性末端碱基互补配对 末端互补序列为gatc 互动探究 1 上述不同限制酶具有不同的识别序列 说明限制酶具有什么特点 提示 酶具有专一性 2 dna连接酶连接的是互补碱基之间的氢键吗 提示 不是 dna连接酶连接的是两个核苷酸之间的脱氧核糖和磷酸 形成磷酸二酯键 而不是连接互补碱基之间的氢键 二 基因工程的基本操作程序1 目的基因的获取 1 直接分离法 从自然界已有的物种中分离 如从基因组文库或cdna文库中获取 2 人工合成目的基因 如果基因比较小 核苷酸序列又已知 可以通过dna合成仪用化学方法直接人工合成 以rna为模板 在逆转录酶的作用下人工合成 2 基因表达载体的构建 1 基因表达载体各个组成的作用 启动子 一段有特殊结构的dna片段 位于基因的首端 是rna聚合酶识别和结合的部位 驱动基因转录出mrna 最终获得所需的蛋白质 终止子 也是一段有特殊结构的dna片段 位于基因的尾端 能使转录在所需要的地方停下来 标记基因 作用是为了鉴定受体细胞中是否含有目的基因 从而将含有目的基因的细胞筛选出来 如抗生素抗性基因 2 基因表达载体的构建步骤 3 将目的基因导入受体细胞 4 目的基因的检测与鉴定 1 分子水平检测 导入检测 dna分子杂交技术 用放射性同位素标记的含目的基因的dna片段作探针 转录检测 分子杂交法 用标记的目的基因作探针与mrna杂交 翻译检测 抗原 抗体杂交法 2 个体生物学水平鉴定 对转基因生物进行抗虫或抗病的接种实验 以确定是否具有抗性以及抗性的程度 1 原核生物作为受体细胞的优点 繁殖快 多为单细胞 遗传物质相对较少 2 基因工程四步曲中 只有第3步 将目的基因导入受体细胞 没有发生碱基互补配对 其他三步中都涉及碱基互补配对 具体过程如下 第1步中发生在反转录法合成目的基因过程中 第2步中发生在黏性末端相互连接配对过程中 第4步中目的基因的导入检测 转录检测发生碱基互补配对 例证2 目前基因工程所用的质粒载体主要是以天然细菌质粒的各种元件为基础重新组建的人工质粒 pbr322质粒是较早构建的质粒载体 其主要结构如图一所示 1 构建人工质粒时要有抗性基因 以便于 2 pbr322分子中有单个ecor 限制酶作用位点 ecor 只能识别序列 gaattc 并只能在g与a之间切割 若在某目的基因的两侧各有1个ecor 的切点 请画出目的基因两侧被限制酶ecor 切割后所形成的黏性末端 3 pbr322分子中另有单个的bamh 限制酶作用位点 现将经bamh 处理后的质粒与用另一种限制酶bgl 处理得到的目的基因 通过dna连接酶作用恢复 成功的获得了重组质粒 说明 4 为了检测上述重组质粒是否导入原本无ampr和tetr的大肠杆菌体内 将大肠杆菌在含氨苄青霉素的培养基上培养 得到如图二的菌落 再将灭菌绒布按到培养基上 使绒布面沾上菌落 然后将绒布按到含四环素的培养基上培养 得到如图三的结果 空圈表示与图二对照无菌落的位置 与图三空圈相对应的图二中的菌落表现型是 图三的结果显示 多数大肠杆菌导入的是 解题关键 解答本题的关键点有 1 bamh 的切割位点在四环素抗性基因中 2 导入目的基因的重组pbr322质粒的四环素抗性基因被破坏 精讲精析 本题主要考查基因工程的原理及应用 1 构建人工质粒时要有抗性基因作为标记基因 以便于筛选 鉴别目的基因是否导入受体细胞 2 含有目的基因的dna片段被ecor 切割后 应生成三个小的dna片段 3 经bamh 处理后的pbr322质粒与用另一种限制酶bgl 处理得到的目的基因 在dna连接酶的作用下能恢复磷酸二酯键 获得了重组质粒 说明两种限制酶 bamh 和bgl 切割得到的黏性末端相同 4 在含氨苄青霉素的培养基上培养 能够生长的大肠杆菌具有氨苄青霉素抗性基因 这些大肠杆菌中导入了pbr322质粒或重组pbr322质粒 在含四环素的培养基上培养 能够生长的大肠杆菌具有四环素抗性基因 这些大肠杆菌中导入了pbr322质粒而没有导入重组pbr322质粒 能在含氨苄青霉素 的培养基上生长而不能在含四环素的培养基上生长的是导入了重组pbr322质粒的大肠杆菌 而既能在含氨苄青霉素的培养基上生长又能在含四环素的培养基上生长的只能是导入了pbr322质粒的大肠杆菌 综上分析可知 与图三空圈相对应的图二中的菌落是只能在含氨苄青霉素的培养基上生长而不能在含四环素的培养基上生长的大肠杆菌 表现型是能抗氨苄青霉素 但不能抗四环素 图三的结果显示 多数大肠杆菌既能在含氨苄青霉素的培养基上生长 又能在含四环素的培养基上生长 导入的是pbr322质粒 答案 1 筛选 鉴别目的基因是否导入受体细胞 2 图示如下 3 磷酸二酯键两种限制酶 bamh 和bgl 切割得到的黏性末端碱基互补配对 4 能抗氨苄青霉素 但不能抗四环素pbr322质粒 规律方法 基因工程操作时的相关提醒 1 获取目的基因时要保证其完整性 2 质粒的切割要保证标记基因的完整性 3 一般情况下 用同一种限制酶切割质粒和含有目的基因的片段 但有时可用两种限制酶分别切割质粒和目的基因 可避免质粒和质粒之间 目的基因和目的基因之间的连接 变式训练 2011 黄冈模拟 限制酶mun 和限制酶ecor 的识别序列及切割位点分别是 c aattg 和 g aattc 如图表示四种质粒和目的基因 其中箭头所指部位为酶的识别位点 质粒的阴影部分表示标记基因 适于作为图示目的基因载体的质粒是 解析 选a 此题考查的是基因工程中限制酶的运用 解答本题的关键是知道载体必须具备标记基因 且标记基因不能被破坏 a中mun 能切出与ecor 一样的aatt 黏性末端 且未破坏标记基因结构 b中质粒无标记基因 不符合载体的条件 c d中破坏了标记基因 1 2010 浙江高考 在用基因工程技术构建抗除草剂的转基因烟草过程中 下列操作错误的是 a 用限制性核酸内切酶切割烟草花叶病毒的核酸b 用dna连接酶连接经切割的抗除草剂基因和载体c 将重组dna分子导入烟草原生质体d 用含除草剂的培养基筛选转基因烟草细胞 解析 选a 本题以构建抗除草剂的转基因烟草为背景 考查了基因工程技术的操作步骤 限制性核酸内切酶用来切割dna以获取抗除草剂基因片段 而烟草花叶病毒的核酸是rna a错 dna连接酶可以将获取的目的基因和载体结合 构建基因的表达载体 b正确 获取的重组dna分子可以导入到烟草受体细胞中 目的基因会在其中表达 使烟草具备抗除草剂的特性 欲筛选出抗除草剂的转基因烟草 可以将烟草放在含除草剂的培养基中培养 观察其是否能够正常生长 c d正确 2 2010 江苏高考 下表中列出了几种限制酶识别序列及其切割位点 图1 图2中箭头表示相关限制酶的酶切位点 请回答下列问题 1 一个图1所示的质粒分子经sma 切割前后 分别含有 个游离的磷酸基团 2 若对图中质粒进行改造 插入的sma 酶切位点越多 质粒的热稳定性越 3 用图中的质粒和外源dna构建重组质粒 不能使用sma 切割 原因是 4 与只使用ecor 相比较 使用bamh 和hind 两种限制酶同时处理质粒 外源dna的优点在于可以防止 5 为了获取重组质粒 将切割后的质粒与目的基因片段混合 并加入 酶 6 重组质粒中抗生素抗性基因的作用是为了 7 为了从cdna文库中分离获取蔗糖转运蛋白基因 将重组质粒导入丧失吸收蔗糖能力的大肠杆菌突变体 然后在 的培养基中培养 以完成目的基因表达的初步检测 解题关键 解答此题应注意以下关键点 1 限制酶的特点及应用 区分题目中4种限制酶的切割位置 2 dna连接酶的作用及其特点 3 检测目的基因是否导入受体细胞的方法 解析 本题以基因工程为载体 主要考查比较 判断 推理 分析 综合思维能力以及识别图表等能力 1 该质粒为环状dna 经sma 切割前 不含有游离的磷酸基团 经sma 切割后形成平末端 含有2个游离的磷酸基团 2 sma 识别的是cccggg序列 在c与g之间切割 sma 酶切位点越多 也就是c g碱基对越多 c与g之间的氢键 3个 比a与t之间的氢键 2个 数量多 其含量越多 质粒的热稳定性越高 3 据图1可知 sma 切割位点在抗生素抗性基因 标记基因 中 据图2可知 sma 切割位点在目的基因中 因此使用sma 切割会破坏质粒的抗性基因 外源dna中的目的基因 4 用同一种限制酶处理质粒和外源dna 再用dna连接酶连接时 往往会有三种连接形式 目的基因 质粒 目的基因 目的基因 环化 质粒 质粒 环化 后两种是我们不需要的 因而要进行筛选 用两种限制酶处理质粒和外源dna 因形成的末端不同可避免上述情况的发生 5 连接质粒与目的基因的工具酶是dna连接酶 6 抗生素抗性基因是标记基因的一种 标记基因的作用是供重组dna鉴定和筛选 7 可根据目的基因是否表达成预期的蛋白质进行目的基因的检测 本题中预期的蛋白质是蔗糖转运蛋白 因而可在蔗糖为惟一含碳营养物质的培养基中培养 以完成目的基因表达的初步检测 答案 1 0 2 2 高 3 sma 会破坏质粒的抗性基因 外源dna中的目的基因 4 质粒和含目的基因的外源dna片段自身环化 5 dna连接 6 鉴定和筛选含有目的基因的细胞 7 蔗糖为惟一含碳营养物质 3 2009 江苏高考 苏云金杆菌 bt 能产生具有杀虫能力的毒素蛋白 如图是转bt毒素蛋白基因植物的培育过程示意图 ampr为抗氨苄青霉素基因 据图回答下列问题 3种限制性核酸内切酶识别序列与切割位点 1 将图中 的dna用hind bamh 完全酶切后 反应管中有 种dna片段 2 图中 表示hind 与bamh 酶切后dna连接酶连接的过程 此过程可获得 种重组质粒 如果换用bst 与bamh 酶切 目的基因与质粒连接后可获得 种重组质粒 3 目的基因插入质粒后 不能影响质粒的 4 图中 的ti质粒调控合成的vir蛋白 可以协助带有目的基因的t dna导入植物细胞 并防止植物细胞中 对t dna的降解 5 已知转基因植物中毒素蛋白只结合某些昆虫肠上皮细胞表面的特异性受体 使细胞膜穿孔 肠细胞裂解 昆虫死亡 而该毒素蛋白对人类的风险相对较小 原因是人类肠上皮细胞 6 生产上常将上述转基因作物与非转基因作物混合播种 其目的是降低害虫种群中的 基因频率的增长速率 解析 本题考查基因工程的相关知识 1 在含有目的基因的dna分子中 有1个hind 酶切位点 2个bamh 酶切位点 共3个酶切位点 因此 用hind bamh 完全酶切后 可生成4种dna片段 2 用hind bamh 完全切割目的基因后 所得的4种片段中 有2种dna片段一端是hind 切割后产生的黏性末端 另一端是bamh 切割后产生的黏性末端 这2种dna片段都可与用hind bamh 切割后的质粒连接 获得2种重组质粒 如果用bst 与bamh 切割目的基因 则产生的3种dna片段中只有1种能与用bst 和bamh 切割后的质粒连接 产生1种重组质粒 3 质粒要进行复制才能随细胞分裂进入后代细胞中 所以重组之后要能复制 4 酶具有专一性 对t dna降解的酶为dna水解酶 5 生物的细胞表面的受体具有特异性 人类肠上皮细胞没有昆虫肠上皮细胞表面的特异性受体 所以该毒素蛋白对人类的风险相对较小 6 自然选择是普遍存在的 纯种种植时自然选择会使害虫抗性基因频率快速增长 所以混合种植目的是降低害虫抗性基因频率的增长速率 答案 1 4 2 21 3 复制 4 dna水解酶 5 表面无相应的特异性受体 6 抗性 一 选择题 共3小题 每小题2分 共6分 1 从基因文库中获取目的基因的根据是 a 基因的核苷酸序列b 基因的功能c 基因的转录产物mrnad 以上都是 解析 选d 从基因文库中得到所需的目的基因 简单地说就是根据目的基因的有关信息 如基因的核苷酸序列 基因的功能 基因在染色体上的位置 基因的转录产物mrna 以及基因翻译产物蛋白质等特性 来获取目的基因 2 2011 福州模拟 据图所示 有关工具酶功能的叙述不正确的是 a 限制性内切酶可以切断a处 dna连接酶可以连接a处b dna聚合酶可以连接a处c 解旋酶可以使b处解开d 连接c处的酶可以为dna连接酶 解析 选d 限制性内切酶能够识别双链dna分子的某种特定核苷酸序列 并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开 dna连接酶能够将双链dna片段缝合起来 恢复被限制性内切酶切开了的两个核苷酸之间的磷酸二酯键 因此 限制性内切酶可以切断a处 dna连接酶可以连接a处 c处是同一个核苷酸内部脱氧核糖和磷酸之间形成的键 不能用dna连接酶连接 dna聚合酶在dna复制时将单个的核苷酸连接到dna子链上 连接的部位也是a处 解旋酶可以破坏碱基对之间的氢键 即使b处解开 3 已知某种限制酶在一线性dna分子上有3个酶切位点 如图中箭头所指 如果该线性dna分子在3个酶切位点上都被该酶切断 则会产生a b c d四种不同长度的dna片段 现有多个上述线性dna分子 若在每个dna分子上至少有1个酶切位点被该酶切断 则从理论上讲 经该酶切割后 这些线性dna分子最多能产生长度不同的dna片段种类数是 a 3b 4c 9d 12 解析 选c 若从这三个切点进行酶切 可得到的片段种类有4种 即a b c d 若从其中两个切点进行酶切 可得到不同于前面的片段种类有3种 即a b b c c d 若只有一个切点 得到不同于前面的片段种类有2种 即a b c b c d 故最多能产生dna片段种类数是4 3 2 9种 二 非选择题 共2小题 共44分 4 21分 请分析下面一项专利 1 此基因工程中 目的基因是 将人工合成的dna片段拼接在一起 所必需的酶是 2 试分析在c端加上kdel的内质网滞留序列 为什么可以避免胰岛素在植物细胞中的降解 3 用目的基因与农杆菌的 结合构建表达载体 目的基因能否在番茄中稳定遗传的关键是 检测受体细胞中是否存在目的基因可采用 技术 解析 本题主要考查基因工程在植物领域内的应用 1 此专利是将人的胰岛素基因导入番茄中 利用植物来生产人的胰岛素 因此 目的基因是人胰岛素基因 将人工合成的dna片段拼接在一起 需用限制性核酸内切酶来切割质粒和目的基因 用dna连接酶连接质粒和目的基因 2 在c端加上kdel的内质网滞留序列 番茄合成胰岛素后 会将胰岛素滞留在内质网中保存 从而避免了胰岛素在植物细胞中的降解 3 在构建人胰岛素基因表达载体时 可将目的基因与农杆菌的ti质粒结合 形成重组质粒 目的基因能否在番茄中稳定遗传的关键是番茄染色体dna上是否插入了目的基因 检测受体细胞中是否存在目的基因可采用dna分子杂交技术 答案 1 人胰岛素基因限制 性核酸内切 酶 dna连接酶 2 使胰岛素合成后在植物内质网中保存 以免在细胞内被降解 3 质粒 或ti质粒 番茄染色体dna上是否插入了目的基因dna分子杂交 5 23分 科学家从预期人的生长激素的功能出发 推测相应的脱氧核苷酸序列 并人工合成了双链dna片段 获得双链dna 科学家将人的生长激素基因与大肠杆菌的质粒进行重组 并成功地在大肠杆菌中得以表达 已知限制酶 的识别序列和切点是 g gatcc 限制酶 的识别序列和切点是 gatc 据图回答 1 构建基因表达载体时 必须有 目的基因 终止子以及 2 为了精确地获取图中的目的基因 应用 切割质粒 用 切割目的基因 3 将基因表达载体导入细菌b之前 要将细菌b放入一定浓度的 溶液中处理 使之成为感受态的细菌 人的基因之所以能与大肠杆菌的质粒进行重组并发挥其功能 是因为二者的空间结构都是 4 人体的生长激素基因能在细菌体内成功表达是因为 5 将得到的大肠