基因工程1.doc

基因工程主要包括几个过程1目的基因的分离和制备 目的基因是指准备导入受体细胞内的，以研究或应用为目的所需要的外源基因称目的基因。.从生物基因组群体中分离目的基因 原核生物基因组较小，基因容易定位，用限制性内切酶将基因组切成若干段后，用带有标记的核酸探针，从中选出目的基因。真核生物一般通过基因组文库的方法获得目的基因。 限制性内切酶(restrictive enzyme)是20世纪60年代末在细菌中发现的，能水解DNA分子骨架的磷酸二酯键，使一个完整的DNA分子切成若干段，例如Eco RI把GAATTC在GA之间切开，形成粘性末端。也有一些限制酶作用的结果产生不含粘性末端的平整末端，如HapI。这样就可以用限制性内切酶把一个基因组DNA分成很多片段，对于原核生物比较小的基因组来说，可以直接用标记地探针来获取在通过特定的方法，对于比较大的基因组，可以先制作基因文库，然后钓取所需要的带有目的基因的片段。 .人工合成目的基因DNA片段 人工合成目的基因DNA片段有化学合成和酶促合成法两条途径。一般是采用DNA合成仪来合成长度不是很大的DNA片段。 .PCR反应合成DNA 聚合酶链式反应（PCR)是以DNA变性、复制的某些特性为原理设计的。.mRNA差异显示法获得目的基因 mRNA差异显示(mRNA differential display, DD)是1992年由哈佛医学院Peng Liang等人建立的。原理是先用PCR技术扩增所有的mRNA、生成cDNA群体，再用测序凝胶电泳获取所需要的目的基因，然后再次用PCR扩增。简单的讲，就是从基因的转录产物mRNA来反转录成cDNA作为目的基因。 、用机械的方法，例如超声波把基因组打成片段。 2. 选择合适的载体，将目的基因与载体相连接生成重组DNA分子； 通常在基因工程中选作载体的有：质粒环状双链小型 DNA 分子，种类甚多，有的可在细菌细胞内独立复制，有的亦可用于动、植物细胞。例如：根瘤土壤杆菌所携带的 Ti 质粒常用作植物细胞基因工程的载体。人工改造的质粒常用的有pBR322天然质粒，派生质粒pmB1，psC101等噬菌体常用的是噬菌体。经构建后，常用于细菌细胞。常见的有Mu噬菌体载体。病毒例如猿猴空泡病毒 SV40 常用作动物细胞基因工程的载体。粘粒（cosmid,装配性质粒），由质粒和Mu噬菌体的cos位点u或膜等构建而成的一种大容量克隆载体。 3将重组DNA片段导入宿主细胞重组体DNA分子只有导入合适的宿主细胞，才能进行大量地复制，扩增和表达。 宿主细胞有多种，原核细胞、低等真核细胞生物的细胞如酵母、植物细胞、哺乳动物细胞等。胰岛素基因工程生产就是将外源DNA导入原核细胞大肠杆菌中进行表达实现的。兔免疫beta-球蛋白的基因通过SV40(猴病毒)作为载体，并入侵入培养的猴肾细胞後，猴肾细胞就可大量产生兔beta-球蛋白。 4选择目的基因 、遗传学方法、免疫学方法，用来判断蛋白质的功能。 、分子杂交（molecular hybridization）的方法：、PCR扩增5目的基因表达构建好的重组 DNA 分子进入寄主细胞的过程，称为转化。如果接受异源 DNA 的细胞不是细菌，而是动物细胞或植物细胞，常常称为转染。要得到目的基因的高效表达，关键首先在于选择合适的载体，尤其是寻找适合目的基因的高表达启动子。 第六章 染色体和连锁群1、在番茄中，圆形（O）对长形（o）是显性，单一花序（S）对复状花序（s）是显性。这两对基因是连锁的，现有一杂交得到下面4种植株：圆形、单一花序（OS）23长形、单一花序（oS）83圆形、复状花序（Os）85长形、复状花序（os）19问Os间的交换值是多少？解：在这一杂交中，圆形、单一花序（OS）和长形、复状花序（os）为重组型，故Os间的交换值为：2、根据上一题求得的OS间的交换值，你预期杂交结果，下一代4种表型的比例如何？解：OS 0.1Os 0.4 0.4 0.1OS 0.1OOSS 0.01OOSs 0.04OoSS 0.04OoSs 0.01Os 0.4OOSs 0.04 0.16OoSs 0.16Ooss 0.04 0.4OoSS 0.04OoSs 0.16 0.16 0.04 0.1OoSs 0.01Ooss 0.04 0.04 0.01O_S_ ：O_ss ：ooS_ ：ooss = 51% ：24% ：24% ：1%，即4种表型的比例为： 圆形、单一花序(51)， 圆形、复状花序(24)， 长形、单一花序(24)， 长形、复状花序(1)。 3、在家鸡中，白色由于隐性基因c与o的两者或任何一个处于纯合态，有色要有两个显性基因C与O的同时存在，今有下列的交配：CCoo白色 ccOO白色子一代有色子一代用双隐性个体ccoo测交。做了很多这样的交配，得到的后代中，有色68只，白色204只。问oc之间有连锁吗？如有连锁，交换值是多少？解：根据题意，上述交配： CCoo白色 ccOO白色 有色CcOo ccoo白色 有色C_O_ 白色（O_cc，ooC_，ccoo） 此为自由组合时双杂合个体之测交分离比。 可见，co间无连锁。 (若有连锁，交换值应为50，即被测交之F1形成Co ：cO ：CO ：co1 ：1 ：1 ：1的配子；如果这样，那么c与o在连锁图上相距很远，一般依该二基因是不能直接测出重组图距来的)。4、双杂合体产生的配子比例可以用测交来估算。现有一交配如下：问：（1）独立分配时，P=？（2）完全连锁时，P=？ （3）有一定程度连锁时，p=？解：题目有误，改为：（1）独立分配时，P = 1/2；（2）完全连锁时，P = 0；（3）有一定程度连锁时，p = r/2，其中r为重组值。7、在果蝇中，有一品系对三个常染色体隐性基因a、b和c是纯合的，但不一定在同一条染色体上，另一品系对显性野生型等位基因A、B、C是纯合体，把这两品系交配，用F1雌蝇与隐性纯合雄蝇亲本回交，观察到下列结果：表型数目a b c211ABC 209a B c212AbC 208（1）问这三个基因中哪两个是连锁的？（2）连锁基因间重组值是多少？解：(a)、F1雌性杂合子的ABC来自一个亲本，而abc来自另一个亲本。在此基础上，观察亲本表型组合是保持（如A-B，a-b），还是改变（A-b，a-B），对回交子代进行分类，看它们对每一对基因分别属于亲本型还是重组型。回交子代表型基因对亲本型重组型A-B A-CB-C这些数据说明：A-B和B-C之间是自由组合的，但基因A和C是紧密连锁的，所以没有重组发生。 上述实验可图示如下：P F1 B1 ，（b）、0%。8、在番茄中，基因O（oblate = flattened fruit），p（peach = hairyfruit）和S（compound inflorescence）是在第二染色体上。对这三个基因是杂合的F1，用对这三个基因是纯合的隐性个体进行测交，得到下列结果：（1）这三个基因在第二染色体上的顺序如何？（2）两个纯合亲本的基因型是什么？（3）这些基因间的图距是多少？ （4）并发系数是多少？ 解：对这三对基因杂合的个体产生8种类型配子，说明在两个连锁间区各有单交换发生，同时也有双交换出现。由于每交换只发生在四线体的2条中，所以，互换率50，于是，各型配子中，亲本类型最多，+s和op+一组即是；而双交换是两个单交换同时发生，所以最少，+p+，o+s一组即是。在双交换中，只有位于中间的基因互换，所以前两组比较推知基因o在中间。于是：三基因的顺序应是pos。 而二纯合亲本的基因型是： po+po+和+s+s 两个间区的重组值是；因此，这三个基因的连锁图为： P 21 o 14 s +9、下面是位于同一条染色体上的三个基因的隐性基因连锁图，并注明了重组频率。如果并发率是60，在/杂交的1000个子代中预期表型频率是多少？解：因为，所以，实际双交换率 = 并发系数 理论双交换率。依此，上述交配的子代顶期频率可图示如下：abg/+ abg/abg 表 型个体数 abg1/2 (10%)2(60%) +b+0.3% +b+/abg+b+30.3% a+g0.3% a+g/abga+g3(5% - 0.3%) +bg4.7% +bg/abg+bg474.7% a+4.7% a+/abga+474.7% ab+4.7% ab+/abgab+474.7% +g4.7% +g/abg+g4740.3% abg40.3% abg/abgabg40340.3% +40.3% +/abg+403第五章 性别决定与伴性遗传1、哺乳动物中，雌雄比例大致接近11，怎样解释？解：以人类为例。人类男性性染色体XY，女性性染色体为XX。男性可产生含X和Y染色体的两类数目相等的配子，而女性只产生一种含X染色体的配子。精卵配子结合后产生含XY和XX两类比例相同的合子，分别发育成男性和女性。因此，男女性比近于1 ：1。3、在果蝇中，长翅（Vg）对残翅（vg）是显性，这基因在常染色体上；又红眼（W）对白眼（w）是显性，这基因在X染色体上。果蝇的性决定是XY型，雌蝇是XX，雄蝇是XY，问下列交配所产生的子代，基因型和表型如何？（l）WwVgvgwvgvg （2）wwVgvgWVgvg 解：上述交配图示如下： (1) WwVgvg wvgvg：Ww wYVgvg vgvg1/4 Ww1/2 Vgvg= 1/8 WwVgvg 红长 1/2 vgvg= 1/8 Wwvgvg 红残 1/4 ww1/2 Vgvg= 1/8 wwVgvg 白长 1/2 vgvg= 1/8 wwvgvg 白残 1/4 WY1/2 Vgvg= 1/8 WYVgvg 红长 1/2 vgvg= 1/8 WYvgvg 红残 1/4 wY1/2 Vgvg= 1/8 wYVgvg 白长 1/2 vgvg= 1/8 wYvgvg 白残 即基因型：等比例的WwVgvg，WwVgvg， wwVgvg，wwvgvg，WYVgvg，WYvgvg， wYVgvg， wYvgvg。 表现型：等比例的红长，红残，白长，白残，红长，红残，白长，白残。 (2) wwVgvg WVgvg：ww WYVgvg Vgvg1/2 Ww1/4 VgVg= 1/8 WwVgVg 红长 1/2 Vgvg= 1/4 WwVgvg 红长 1/4 vgvg= 1/8 Wwvgvg 红残 1/2 wY1/4 VgVg= 1/8 wYVgVg 白长 1/2 Vgvg= 1/4 wYVgvg 白长 1/4 vgvg= 1/8 wYvgvg 白残 即，基因型： 1WwVgVg ：2WwVgvg ：1Wwvgvg ：1wYVgVg ：2wYVgvg ：1wYvgvg。 表现型： 3红长 ：1红残 ：3白长 ：1白残。4、纯种芦花雄鸡和非芦花母鸡交配，得到子一代。子一代个体互相交配，问子二代的芦花性状与性别的关系如何？解：家鸡性决定为ZW型，伴性基因位于Z染色体上。于是，上述交配及其子代可图示如下：P ZbW ZBZB F1 ZBW ZBZb F2 1ZBZB ：1ZBZb ：1ZBW ：1ZbW 芦花 芦花 非芦花 可见，雄鸡全部为芦花羽，雌鸡12芦花羽，12非芦花。11、（1）双亲都是色盲，他们能生出一个色觉正常的儿子吗？（2）双亲都是色盲，他们能生出一个色觉正常的女儿吗？ （3）双亲色觉正常，他们能生出一个色盲的儿子吗？ （4）双亲色觉正常，他们能生出一个色盲的女儿吗？ 解：（1）不能 （2）不能 （3）能 （4）不能第四章 基因的作用及其与环境的关系1、从基因与性状之间的关系，怎样正确理解遗传学上内因与外因的关系？第三章 遗传的染色体学说1、有丝分裂和减数分裂的区别在哪里？从遗传学角度来看，这两种分裂各有什么意义？那么，无性生殖会发生分离吗？试加说明。答：有丝分裂和减数分裂的区别列于下表：有丝分裂减数分裂 发生在所有正在生长着的组织中从合子阶段开始，继续到个体的整个生活周期无联会，无交叉和互换使姊妹染色体分离的均等分裂每个周期产生两个子细胞，产物的遗传成分相同子细胞的染色体数与母细胞相同只发生在有性繁殖组织中高等生物限于成熟个体；许多藻类和真菌发生在合子阶段有联会，可以有交叉和互换后期I是同源染色体分离的减数分裂；后期II是姊妹染色单体分离的均等分裂产生四个细胞产物（配子或孢子）产物的遗传成分不同，是父本和母本染色体的不同组合为母细胞的一半有丝分裂的遗传意义： 首先：核内每个染色体，准确地复制分裂为二，为形成的两个子细胞在遗传组成上与母细胞完全一样提供了基础。其次，复制的各对染色体有规则而均匀地分配到两个子细胞的核中从而使两个子细胞与母细胞具有同样质量和数量的染色体。 减数分裂的遗传学意义 首先，减数分裂后形成的四个子细胞，发育为雌性细胞或雄性细胞，各具有半数的染色体（n）雌雄性细胞受精结合为合子，受精卵（合子），又恢复为全数的染色体2n。保证了亲代与子代间染色体数目的恒定性，为后代的正常发育和性状遗传提供了物质基础，保证了物种相对的稳定性。其次，各对染色体中的两个成员在后期分向两极是随机的，即一对染色体的分离与任何另一对染体的分离不发生关联，各个非同源染色体之间均可能自由组合在一个子细胞里，n对染色体，就可能有2n种自由组合方式。例如，水稻n12，其非同源染色体分离时的可能组合数为212 = 4096。各个子细胞之间在染色体组成上将可能出现多种多样的组合。此外，同源染色体的非妹妹染色单体之间还可能出现各种方式的交换，这就更增加了这种差异的复杂性。为生物的变异提供了重要的物质基础。3、用基因型Aabb的玉米花粉给基因型AaBb的玉米雌花授粉，你预期下一代胚乳的基因型是什么类型，比例如何？答：雌配子极核雄配子AbABAABBAAABBbAAaBBbAbAAbbAAAbbbAAabbbAaaBBbAaabbb即下一代胚乳有八种基因型，且比例相等。5、蚕豆的体细胞是12个染色体，也就是6对同源染色体（6个来自父本，6个来自母本）。一个学生说，在减数分裂时，只有1/4的配子，它们的6个染色体完全来自父本或母本，你认为他的回答对吗？ 答：不对。因为在减数分裂时，来自父本或母本的某一条染色体进入某个配子的概率是1/2，则6个完全来自父本或母本的染色体同时进入一个配子的概率应为(1/2)6 = 1/64。7、马的二倍体染色体数是64，驴的二倍体染色体数是62。（1）马和驴的杂种染色体数是多少？（2）如果马和驴之间在减数分裂时很少或没有配对，你是否能说明马-驴杂种是可育还是不育？答：（1）马和驴的杂种染色体数是63。 （2）如果马和驴之间在减数分裂时很少或没有配对，则马-驴杂种是不育的。第二章 孟德尔定律1、 为什么分离现象比显、隐性现象有更重要的意义？ 答：因为（1） 分离规律是生物界普遍存在的一种遗传现象，而显性现象的表现是相对的、有条件的；（2） 只有遗传因子的分离和重组，才能表现出性状的显隐性。可以说无分离现象的存在，也就无显性现象的发生。10、一个合子有两对同源染色体A和A及B和B，在它的生长期间（1）你预料在体细胞中是下面的哪种组合，AABB？AABB？AABB？AABB？AABB？还是另有其他组合。（2）如果这个体成熟了，你预期在配子中会得到下列哪些染色体组合：（a）AA，AA，AA，BB，BB，BB？（b）AA，BB，（c）A，A，B，B，（d）AB，AB，AB，AB？（e）AA，AB，AB，BB？解：（1）在体细胞中是AABB；（2）在配子中会得到（d）AB，AB，AB，AB11、如果一个植株有4对显性基因是纯合的。另一植株有相应的4对隐性基因是纯