基因工程及其安全性

基因工程及其安全性第1页，课件共61页，创作于2023年2月考点1基因工程的理论基础及操作工具(5年19考)

(2013全国大纲卷、广东理综……)第2页，课件共61页，创作于2023年2月1．基因工程的概念基因工程的别名基因拼接技术或_________技术操作环境_________操作对象基因操作水平___________水平基本过程剪切→_____→_____→表达结果人类需要的_________或生物类型优点可_________生物的遗传性状DNA重组生物体外DNA分子拼接导入基因产物定向改造第3页，课件共61页，创作于2023年2月2.基因工程的基本工具原核生物磷酸二酯键特定的核苷酸序列黏性末端平末端第4页，课件共61页，创作于2023年2月(2)DNA连接酶常用类型E·coliDNA连接酶T4DNA连接酶来源_________T4噬菌体功能连接黏性末端连接________________结果都缝合___________，如图大肠杆菌黏性末端或平末端磷酸二酯键第5页，课件共61页，创作于2023年2月质粒小型环状DNA分子动植物病毒等第6页，课件共61页，创作于2023年2月 ②对载体的分析条件目的稳定并能复制目的基因稳定存在且数量可扩大有一个至多个限制酶切割位点可携带多个或多种外源基因具有特殊的标记基因便于重组DNA的鉴定和选择第7页，课件共61页，创作于2023年2月易错提醒 (1)限制酶切割位点所处的位置必须是在所需的标记基因之外，这样才能保证标记基因的完整性，有利于对目的基因的检测。 (2)常见的标记基因有抗生素基因、产生特定颜色的表达产物的基因和荧光基因等。 (3)不同限制酶切出的黏性末端未必不同，如G↓GATCC和↓GATC识别的序列不同，但处理后形成的黏性末端相同。第8页，课件共61页，创作于2023年2月思考感悟

限制酶为何不切割其所在生物自身的DNA?

提示

限制酶不切割原核生物自身DNA的原因：原核生物DNA序列中不存在该酶的识别位点或识别序列已经被修饰。第9页，课件共61页，创作于2023年2月

基因工程的理论基础及操作工具1．(2012·全国新课标，40)根据基因工程的有关知识，回答下列问题： (1)限制性核酸内切酶切割DNA分子后产生的片段，其末端类型有________和________。 (2)质粒运载体用EcoRⅠ切割后产生的片段如下： AATTC……G G……CTTAA

为使运载体与目的基因相连，含有目的基因的DNA除可用EcoRⅠ切割外，还可用另一种限制性核酸内切酶切割，该酶必须具有的特点是____________________。第10页，课件共61页，创作于2023年2月 (3)按其来源不同，基因工程中所使用的DNA连接酶有两类，即________DNA连接酶和________DNA连接酶。 (4)反转录作用的模板是________，产物是___________。

若要在体外获得大量反转录产物，常采用________技术。 (5)基因工程中除质粒外，________和________也可作为运载体。 (6)若用重组质粒转化大肠杆菌，一般情况下，不能直接用未处理的大肠杆菌作为受体细胞，原因是_______________________________________________________。第11页，课件共61页，创作于2023年2月

答案

(1)平末端黏性末端(2)切割产生的DNA片段末端与EcoRⅠ切割产生的相同(3)T4

E·coli

(4)mRNA(或RNA)

cDNA(或DNA)

PCR(聚合酶链式反应)

(5)动植物病毒λ噬菌体的衍生物(6)未处理的大肠杆菌吸收质粒(外源DNA)的能力极弱第12页，课件共61页，创作于2023年2月

基因工程中限制酶的选择问题2．(江苏卷，2T)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：限制酶BamHⅠHind

ⅢEcoRⅠSmaⅠ识别序列及切割位点↓GGATCCCCTAGG

↑↓AAGCTTTTCGAA

↑↓GAATTCCTTAAG

↑

↓CCCGGGGGGCCC↑第13页，课件共61页，创作于2023年2月 (1)一个图1所示的质粒分子经SmaⅠ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SmaⅠ酶切位点越多，质粒的热稳定性越________。第14页，课件共61页，创作于2023年2月 (3)用图中的质粒和外源DNA构建重组质粒，不能使用SmaⅠ切割，原因是_____________________。 (4)与只使用EcoRⅠ相比较，使用BamHⅠ和HindⅢ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。第15页，课件共61页，创作于2023年2月

解析本题综合考查基因工程的过程及应用。(1)质粒是双链环状DNA分子，在SmaⅠ切割前没有游离的磷酸基团，SmaⅠ作用于两个核苷酸之间的磷酸二酯键，切割产生的DNA片段末端是平末端，因而质粒经切割后含有2个游离的磷酸基团。(2)质粒的热稳定性主要由氢键的数量决定，氢键数量越多，质粒的热稳定性越高，反之则低，DNA双链中A与T之间存在2个氢键，C与G之间存在3个氢键，因此DNA分子中G—C碱基对越多，热稳定性就越高，SmaⅠ识别CCCGGG序列，并在C和G之间将这段序列切开，也就是质粒中SmaⅠ酶切位点越多，第16页，课件共61页，创作于2023年2月 G—C碱基对越多，热稳定性越高。(3)据图1可知，SmaⅠ切割的位点在抗生素抗性基因之中，抗生素抗性基因是标记基因，应尽量避免破坏，据图2可知SmaⅠ切割的位点在目的基因之中，破坏了目的基因，所以不能使用SmaⅠ切割。(4)用同种限制酶切割后的质粒和目的基因，在基因表达载体构建时，常形成三种连接方式，其中目的基因与目的基因的连接、质粒与质粒的连接是无效的连接，用两种限制酶可避免此类现象。(5)基因表达载体的构建过程中需加DNA连接酶，连接脱氧核糖和磷酸。(6)抗生素抗性基因属于标记基因，供重组DNA的鉴定和选择。(7)目的基因是蔗糖转运蛋白基因，将其导入第17页，课件共61页，创作于2023年2月

丧失吸收蔗糖能力的大肠杆菌突变体后，应进行目的基因的检测与鉴定，可根据受体细胞是否含有蔗糖转运蛋白，即是否具备吸收蔗糖的能力判断基因工程是否成功，因而可在含有蔗糖(唯一碳源)的培养基中培养。

答案

(1)0、2

(2)高(3)SmaⅠ会破坏质粒的抗性基因和外源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)鉴别和筛选含有目的基因的细胞(7)蔗糖为唯一含碳营养物质第18页，课件共61页，创作于2023年2月题后归纳1．限制酶、DNA连接酶、DNA聚合酶等相关酶的分析比较名称作用部位作用底物作用结果限制酶磷酸二酯键DNA将DNA切成两个片段DNA连接酶磷酸二酯键DNA片段将两个DNA片段连接为一个DNA分子DNA聚合酶磷酸二酯键脱氧核苷酸将单个脱氧核苷酸依次连接到单链末端热稳定DNA聚合酶磷酸二酯键脱氧核苷酸将单个脱氧核苷酸依次连接到单链末端第19页，课件共61页，创作于2023年2月DNA水解酶磷酸二酯键DNA将DNA片段水解为单个脱氧核苷酸解旋酶碱基对之间的氢键DNA将双链DNA分子局部分解为两条长链RNA聚合酶磷酸二酯键核糖核苷酸将单个核糖核苷酸依次连接到单链末端第20页，课件共61页，创作于2023年2月2.限制酶选择的注意事项 (1)根据目的基因两端的限制酶切点确定限制酶的种类

①应选择切点位于目的基因两端的限制酶，如图甲可选择PstⅠ。

②不能选择切点位于目的基因内部的限制酶，如图甲不能选择SmaⅠ。第21页，课件共61页，创作于2023年2月

③为避免目的基因和质粒的自身环化和随意连接，也可使用不同的限制酶切割目的基因和质粒，如图甲也可选择用PstⅠ和EcoRⅠ两种限制酶(但要确保质粒上也有这两种酶的切点)。 (2)根据质粒的特点确定限制酶的种类

①所选限制酶要与切割目的基因的限制酶相一致，以确保具有相同的黏性末端。

②质粒作为载体必须具备标记基因等，所以所选择的限制酶尽量不要破坏这些结构，如图乙中限制酶SmaⅠ会破坏标记基因；如果所选酶的切点不是一个，则切割重组后可能丢失某些片段，若丢失的片段含复制起点区，则切割重组后的片段进入受体细胞后不能自主复制。第22页，课件共61页，创作于2023年2月考点2基因工程的基本操作程序及蛋白质工程(5年23考)

(2013全国课标卷Ⅰ，40、福建理综，33……)1．基本工程的操作程序（四步曲）第23页，课件共61页，创作于2023年2月第24页，课件共61页，创作于2023年2月2．基因工程的应用技术名称应用植物基因工程培育抗虫转基因植物、抗病转基因植物和_____转基因植物，利用转基因改良植物的品质动物基因工程提高动物生长速度，改善畜产品的品质，用转基因动物生产_____，用转基因动物作__________的供体基因治疗把__________导入病人体内，使其表达产物发挥作用，从而治疗疾病，分为体内基因治疗和体外基因治疗抗逆药物器官移植正常基因第25页，课件共61页，创作于2023年2月思维激活

判断正误 (1)外源DNA必须位于重组质粒的启动子和终止子之间才能进行复制 (2013·安徽卷，6B)(

)。 (2)关于哺乳动物细胞体外培养的难易程度：乳腺癌细胞易于乳腺细胞；胚胎细胞易于脂肪细胞 (2011·上海，15A)(

)。 (3)将ada(腺苷酸脱氨酶基因)通过质粒pET28b导入大肠杆菌并成功表达腺苷酸脱氨酶。每个限制性核酸内切酶识别位点至少插入一个ada(2011·浙江理综，6C)(

)。第26页，课件共61页，创作于2023年2月 (4)启动子也称起始密码子，终止子也称终止密码子(

)。 (5)用氯化钙处理大肠杆菌可增加其细胞膜的通透性(

)。 (6)利用乳腺生物反应器能够获得一些重要的医药产品，如人的血清白蛋白，这是因为将人的血清白蛋白基因导入了动物的乳腺细胞中 (

)。 (7)基因工程药物主要来源于转基因动物生产 (

)。 (8)为培育抗除草剂的作物新品种，导入抗除草剂基因时只能以受精卵为受体 (

)。 (9)由大肠杆菌工程菌获得人的干扰素后可直接应用(

)。

答案

(1)×

(2)√

(3)×

(4)×

(5)×

(6)×

(7)×

(8)×

(9)×第27页，课件共61页，创作于2023年2月

基因工程的操作程序1．(2012·福建理综，32)肺细胞中的let－7基因表达减弱，癌基因RAS表达增强，会引发肺癌。研究人员利用基因工程技术将let－7基因导入肺癌细胞实现表达，发现肺癌细胞的增殖受到抑制。该基因工程技术基本流程如图1。第28页，课件共61页，创作于2023年2月

图

1第29页，课件共61页，创作于2023年2月图2第30页，课件共61页，创作于2023年2月

请回答下列问题。 (1)进行过程①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②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)含量减少引起的。第31页，课件共61页，创作于2023年2月

解析此题考查基因工程应用的相关知识。(1)构建基因表达载体时，需要用同种限制酶切割目的基因和载体，使之产生相同的黏性末端。载体应有启动子、终止子和标记基因，其中启动子是RNA聚合酶识别和结合部位，驱动基因转录。(2)动物细胞培养时，常用胰蛋白酶处理贴壁的细胞，使之相互分离，以利于传代培养。(3)检验目的基因是否表达，常用分子杂交技术。从被导入目的基因的细胞内提取RNA，与目的基因单链杂交，如果出现杂交带，说明目的基因已转录。由图2知，当let－7基因转录出来的miRNA与癌基因RAS转录出的mRNA杂交时，就会抑制RAS蛋白的产生，故肺癌细胞增殖受到抑制，可能是由于细胞中RAS蛋白含量减少引起的。第32页，课件共61页，创作于2023年2月

答案

(1)限制性核酸内切(或限制)启动子(2)胰蛋白(3)RNA

RAS蛋白第33页，课件共61页，创作于2023年2月题后归纳1．基因表达载体的构建——基因工程的核心 (1)目的：使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传给下一代，同时，使目的基因能够表达和发挥作用。 (2)基因表达载体组成第34页，课件共61页，创作于2023年2月 (3)构建过程2．目的基因导入受体细胞第35页，课件共61页，创作于2023年2月受体细胞种类植物细胞动物细胞微生物细胞(大肠杆菌)常用方法农杆菌转化法、基因枪法、花粉管通道法显微注射技术Ca2＋处理法受体细胞体细胞或受精卵受精卵原核细胞转化过程将目的基因插入Ti质粒的T－DNA上―→导入农杆菌―→侵染植物细胞―→目的基因整合到受体细胞的DNA上，并稳定维持和表达其遗传性将含有目的基因的基因表达载体提纯―→取受精卵―→显微注射―→受精卵移植―→获得具有新性状的动物用Ca2＋处理受体细胞―→感受态细胞―→将重组表达载体与感受态细胞混合―→感受态细胞吸收DNA分子第36页，课件共61页，创作于2023年2月3.目的基因的检测与鉴定第37页，课件共61页，创作于2023年2月

基因工程的应用2．(2013·山东潍坊一模，36)如图为培育转基因抗虫棉的技术流程，请据图回答问题。第38页，课件共61页，创作于2023年2月 (1)质粒上标记基因的作用是_______________________ _______________________________________________。 (2)过程①是________，这是基因工程的核心步骤，其目的是_________________________________________。 (3)过程②采用最多的方法是________，检测抗虫基因是否整合到棉花细胞DNA分子上的方法是___________ _______________________________________________。 (4)③过程的培养基除含有必需的营养物质、琼脂外，还需要添加________，④过程的实质是_________________ _______________________________________________。第39页，课件共61页，创作于2023年2月 (5)经检测抗虫棉细胞染色体上含有一个抗虫基因，该植株自交得到F1，其中全部的抗虫植株再自交一次，后代中抗虫植株占总数的________。 (6)通过________实验，才能最终确定是否成功培育出了抗虫棉植株。第40页，课件共61页，创作于2023年2月题后归纳1．基因工程的应用举例(见下表)表现方面具体内容植物基因工程①抗虫转基因植物②抗病转基因植物③抗逆转基因植物④利用转基因改良植物品质动物基因工程①提高动物生长速度②用转基因动物生产药物(如乳腺生物反应器)

③用转基因动物作器官移植的供体④用于改善畜产品的品质基因工程药物控制药品合成的相应基因基因治疗①体外基因治疗②体内基因治疗第41页，课件共61页，创作于2023年2月2.基因工程药物 (1)来源：主要来自转基因工程菌，也可来自各类生物反应器。 (2)成果：细胞因子、抗体、疫苗、激素等。 (3)作用：预防和治疗人类肿瘤、心血管疾病、遗传病、各种传染病、糖尿病、类风湿等疾病。第42页，课件共61页，创作于2023年2月1．天然的玫瑰没有蓝色花，这是由于缺少控制蓝色色素合成的基因B，而开蓝色花的矮牵牛中存在序列已知的基因B。现用基因工程技术培育蓝玫瑰。下列操作正确的是 (

)。 A．提取矮牵牛蓝色花的mRNA，经逆转录获得互补的 DNA，再扩增基因B B．利用限制性核酸内切酶从开蓝色花矮牵牛的基因文库

中获取基因B[对点强化]第43页，课件共61页，创作于2023年2月 C．利用DNA聚合酶将基因B与质粒连接后导入玫瑰细胞 D．将基因B直接导入大肠杆菌，然后感染并转入玫瑰细

胞

答案

A第44页，课件共61页，创作于2023年2月2．(2013·泰安三模)人们应用生物工程技术可以获得所需要的生物新品种或新产品。请据图回答下列问题：第45页，课件共61页，创作于2023年2月 (1)获得抗虫基因的常用方法是________，然后利用________进行大量扩增。 (2)转基因牛可通过分泌乳汁来生产人生长激素，在基因表达载体中，人生长激素基因的首端必须含有________。③过程培养到桑椹胚或囊胚阶段，可以用________技术，培育出多头相同的转基因牛犊。 (3)PrG基因的产物能激发细胞不断分裂，一般采用________技术将无限增殖基因导入________细胞中。 (4)在抗虫棉培育过程中，将目的基因导入棉花受体细胞采用最多的方法是________法。⑤过程采用的技术是________。第46页，课件共61页，创作于2023年2月

答案

(1)从基因文库中获取PCR技术(2)启动子胚胎分割移植(3)显微注射浆(或效应B)

(4)农杆菌转化植物组织培养第47页，课件共61页，创作于2023年2月考点3蛋白质工程、转基因技术的安全性

及生物武器(5年11考)

(2013广东卷，2013江苏卷……)1．蛋白质工程的原理蛋白质工程具体内容目标生产________________________的一种新的蛋白质原理由于基因决定蛋白质，因此要对蛋白质结构进行改造，必须从_____入手符合人类生产和生活需要基因第48页，课件共61页，创作于2023年2月基本途径从预期的___________出发→设计预期的蛋白质结构→推测应有的_______序列→找到相应的_______________(基因)基础蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系手段____________________，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质关键技术_________别称第二代基因工程蛋白质功能氨基酸脱氧核苷酸序列基因修饰或基因合成基因工程第49页，课件共61页，创作于2023年2月2.转基因技术的安全性 (1)安全性问题

①_____安全：滞后效应、_______、营养成分改变等。

②生物安全：对___________的影响等。

③_____安全：对_______________的影响等。 (2)理性看待转基因技术

①需要正确的社会舆论导向：_________，不能因噎废食。

②制定___________，最大程度保证转基因技术和产品的安全性。食物过敏原生物多样性环境生态系统稳定性趋利避害政策和法规第50页，课件共61页，创作于2023年2月3．生物武器 (1)生物武器的种类(连一连) (2)生物武器的特点

①致病力强、_________

②污染面广、危害时间长 ③难以防治④具有一定的_______ ⑤受________影响大传染性大潜伏期自然条件第51页，课件共61页，创作于2023年2月判断正误(1)蛋白质工程中，改造蛋白质是通过对基因的改造来实现的，这样的改造可遗传，能向后代传递这种改变(

)。(2)改造基因时，要对基因进行修饰或合成基因，因此，需要用到基因工程中的有关酶，如限制酶、DNA连接酶等 (

)。(3)转入到油菜的抗除草剂基因，可能通过花粉传入环境中 (

)。(4)转抗虫基因的植物，不会导致昆虫群体抗性基因频率增加 (

)。思维激活第52页，课件共61页，创作于2023年2月(5)动物的生长激素基因转入植物后不能表达 (

)。(6)如转基因植物的外源基因来源于自然界，则不存在安全性问题 (

)。(7)生物武器主要指病原微生物，它们的生存、繁殖、死亡不受环境条件的影响 (

)。答案(1)√

(2)×

(3)√

(4)×

(5)×

(6)×

(7)×第53页，课件共61页，创作于2023年2月

蛋白质工程1．(2013·广东卷)从某海洋动物中获得一基因，其表达产物为一种抗菌性和溶血性均较强的多肽P1。目前在P1的基础上研发抗菌性强但溶血性弱的多肽药物，首先要做的是 (

)。 A．合成编码目的肽的DNA片段 B．构建含目的肽DNA片段的表达载体 C．依据P1氨基酸序列设计多条模拟肽 D．筛选出具有优良活性的模拟肽作为目的肽第54页，课件共61页，创作于2023年2月

解析该基因的表达产物多肽P1的抗菌性和溶血性均很强，要研发出抗菌性强但溶血性弱的多肽药物，首先应根据P1的氨基酸序列设计模拟肽，再构建相应的DNA片段。

答案

C第55页，课件共61页，创作于2