高考生物-基因工程中的3个必考点

基因工程中的3个必考点1.命题趋势：明考情知方向2.重难诠释：知重难、掌技巧、攻薄弱（1）酶切问题（2）PCR及引物的选择（3）目的基因导入及表达的检测3.创新情境练：知情境练突破4.限时提升练：（30min）综合能力提升考点历年考情分析2025考向预测酶切问题2021辽宁：探究某动物PHB2蛋白抑制人宫颈癌细胞增殖的原因考察对限制酶的选择①命题情境:以最新研究成果为载体，综合考查基因工程的工具与操作步骤等。②命题形式:考查形式多样既有单独考查，又有结合其他知识的综合考查，如与遗传规律、微生物的培养、细胞工程、胚胎工程等联系起来，综合考查考生解决实际问题的能力PCR及引物的选择2022辽宁：PCR的过程2024黑吉辽：琼脂糖凝胶电泳和PCR2023辽宁：借助PCR改造淀粉酶基因考察引物的选择2024黑吉辽：将天然Ti质粒改造，转入农杆菌，提高转化效率考察引物的选择目的基因导入及表达的检测2023辽宁：计算导入目的基因的质粒长度确定导入目的基因的大肠杆菌2024黑吉辽：选择标记基因初步筛选转化的棉花愈伤组织。1.图解限制酶的选择依据(1)根据目的基因两端的限制酶切割位点确定限制酶的种类①应选择切割位点位于目的基因两端的限制酶，如图甲可选择PstI②不能选择切割位点位于目的基因内部的限制酶，如图甲不能选择SmaI。③为避免目的基因与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割位点)。(2)根据质粒的特点确定限制酶的种类①所选限制酶一般要与切割目的基因的限制酶一致，以确保产生相同的黏性末端。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;如果所选酶的切割位点不止一个，则切割重组后可能丢失某些片段,若丢失的片段含复制原点，则切割重组后的片段进人受体细胞后不能自主复制。2.PCR中引物的设计要求引物的作用使DNA聚合酶能够从引物的3'端开始延伸DNA链，同时限定了制区域设计两种引物的原因基因的两条链都作为模板,其碱基序列不同,且DNA聚合酶只能从3'端延伸子链,用两种引物才能确保DNA的两条链同时被扩增引物长度用于PCR的引物长度通常为20~30个核苷酸。若引物过短,则引物与模板链结合的特异性较差其他要求

(1)每种引物内部不能发生过多的局部碱基互补配对,否则会导致自身折叠;(2)两种引物之间不能在局部发生碱基互补配对,否则会导致引物二聚体产生引物中设计限制酶的酶切位点为了便于扩增的DNA片段与表达载体连接,可在引物的5'端加上限制酶的酶切位点,且常在两种引物上设计不同的酶切位点,主要目的是保证目的基因与载体的正向连接3.目的基因导入及表达的检测（1）目的基因导入不同受体细胞的方法A.目的基因导入植物细胞：农杆菌转化法、花粉管通道法B.目的基因导入动物受精卵：显微注射法C.目的基因导入大肠杆菌：Ca2+处理法（2）图解法记忆目的基因的检测与鉴定（建议用时：15分钟）1．（酶切问题）新城疫病毒可引起家禽急性败血性传染病，我国科学家将该病毒相关基因改造为r2HN基因，使其在水稻胚乳特异表达，制备获得r2HN疫苗。根据所学知识回答下列问题：

(1)实验所用载体的部分结构及其限制酶识别位点如下图所示。其中GtP为启动子，其作用是

。若需实现r2HN仅在水稻胚乳中表达，GtP应为

的启动子。图中Nos为终止子，已知r2HN基因内部不含载体的限制酶识别位点，可选择限制酶

对r2HN基因与载体进行酶切，用于表达载体的构建。【答案】(1)

识别和结合RNA聚合酶，是转录的起点

在胚乳中特异性表达

HindⅢ和EcoRI【分析】基因工程是一项体外DNA重组技术，需要借助限制酶、DNA连接酶和载体等工具才能进行。它的基本操作程序包括：目的基因的筛选与获取、基因表达载体的构建、将目的基因导入受体细胞和目的基因的检测与鉴定。【详解】（1）启动子能够识别和结合RNA聚合酶，是转录的起点。利用水稻细胞培育能表达r2HN的水稻胚乳细胞生物反应器，在胚乳中特异性表达的启动子在水稻胚乳细胞中更容易被RNA聚合酶识别和结合而驱动转录。r2HN基因内部不含载体的限制酶识别位点。KpnI破坏了启动子序列不能选用，SacI位于终止子序列之外不能选用，则为了将目的基因插入到载体的启动子和终止子之间，则需要用限制酶HindIII和EcoRI对r2HN基因与载体进行酶切，用于表达载体的构建。2．（PCR及引物的选择）研究发现，若将第52位的脯氨酸（密码子为CCA）替换成苏氨酸（密码子为ACA），则可增强抗菌肽的抑菌性。抗菌肽基因的部分碱基序列及可供选择的引物如图1所示，箭头下方的数字代表碱基序号。现利用重叠延伸PCR技术对抗菌肽基因进行改造以获得抑菌性更强的抗菌肽，过程如图2所示，其中Ⅰ为转录模板链，引物上的“·”代表突变位点。改造过程中PCR2所使用的引物组合为（

）

A．引物1和引物4

B．引物2和引物6C．引物2和引物4

D．引物3和引物5【答案】B【分析】据多聚酶链式反应扩增DNA片段：1、PCR原理：在解旋酶作用下，打开DNA双链，每条DNA单链作为母链，以4种游离脱氧核苷酸为原料，合成子链，在引物作用下，DNA聚合酶从引物3'端开始延伸DNA链，即DNA的合成方向是从子链的5'端自3'端延伸的。实际上就是在体外模拟细胞内DNA的复制过程。DNA的复制需要引物，其主要原因是DNA聚合酶只能从3′端延伸DNA链。2、PCR反应过程是：变性→复性→延伸。【详解】题图可知，利用重叠延伸PCR技术对DNA分子进行定点突变的过程中，通过PCR2获得产物CD时所用的引物组合为引物c、d。引物d与转录模板链的3'端结合，因此引物d的序列为5'GTCACGTG，引物2符合该序列。现要利用重叠延伸PCR技术对抗菌肽基因进行改造以获得抑菌性更强的抗菌肽，则需要将第52位的脯氨酸替换成苏氨酸。根据两种氨基酸的密码子可知，需要将mRNA上的第154号碱基由C替换为A，则需要将DNA非转录模板链上对应部分的碱基由C替换为A．因此引物c的碱基序列为5'CCTGTTAT，引物6符合该序列。综上所述，B项符合题意，ACD不符合题意。

3．（新趋势·遗传与基因工程融合命题）亚洲玉米螟、黏虫是造成我国玉米减产的主要害虫。我国科研人员通过图示过程将Bt基因（能够控制合成Bt毒蛋白）转入玉米细胞培育出了抗虫转基因玉米。回答下列问题：(1)利用基因工程培育作物新品种时，常采用Ti质粒作为载体，主要优点在于

。(2)据图分析，为确保目的基因能够与Ti质粒正确连接，形成含有目的基因的重组Ti质粒，科研人员应选用限制酶

切割Ti质粒和含Bt基因的DNA片段。在获得重组Ti质粒后，可将其加入经

处理的农杆菌；导入重组质粒的玉米细胞经

成为转基因玉米植株。(3)为检测转基因玉米是否培育成功，科研人员首先利用

法检测Bt基因是否成功翻译；在进行个体生物学水平的鉴定时，科研人员将获得的多株转基因玉米进行自交，发现除少数植株的子代均抗虫外，多数植株的子代中均出现了不抗虫植株，统计这些植株的子代中抗虫与不抗虫的比例，发现有3：1和15：1两种情况。出现15：1的原因是

。(4)某科研小组在做抗虫棉试验时，虽已经检测出棉花植株中含有抗虫基因，但让棉铃虫食用棉花叶片时，棉铃虫并没有被杀死，这说明

。为此，科学家对棉花植株中的Bt毒蛋白基因进行了修饰，结果食用了棉叶的棉铃虫中毒死亡了，从变异类型分析，这种对Bt毒蛋白基因的修饰属于

。

【答案】(1)借助Ti质粒中的T-DNA，可将目的基因转入受体细胞的染色体DNA上(2)

XbaⅠ和HindⅢ

Ca2＋

植物组织培养

(3)

抗原—抗体杂交

在两对同源染色体的各一条染色体上转入了抗虫基因

(4)

Bt毒蛋白基因没有成功表达

基因重组【分析】基因工程的基本操作步骤主要包括四步：①目的基因的获取；②基因表达载体的构建；③将目的基因导入受体细胞；④目的基因的检测与鉴定。目的基因的检测与鉴定包括分子水平上的检测与个体水平上的鉴定两种方式。【详解】（1）利用基因工程培育作物新品种时，常采用Ti质粒作为载体，其原因是Ti质粒中含有可转移的DNA，即T-DNA，该DNA可将目的基因转入受体细胞的染色体DNA上，进而可使目的基因随着受体细胞DNA复制而复制。（2）据图分析，在构建目的基因表达载体外，由于BamHⅠ能将目的基因切割，因此不能用BamHⅠ切割，因此对于目的基因的左侧只能用XbaⅠ切割，而右侧HindⅢ和EcoRⅠ是目的基因和终止子近侧共有的限制酶，但目的基因的左侧有EcoRⅠ的识别序列，因此目的基因右侧需要用HindⅢ切割，因此，为确保目的基因能够与Ti质粒正确连接，形成含有目的基因的重组Ti质粒，科研人员应选用限制酶XbaⅠ和HindⅢ切割Ti质粒和含Bt基因的DNA片段；在获得重组Ti质粒后，可将其加入经Ca2+处理（使其处于易于吸收周围环境DNA分子的状态）的农杆菌；导入重组质粒的玉米细胞经植物组织培养成为转基因玉米植株，该操作的原理是植物细胞的全能性。（3）翻译的产物是蛋白质，由于抗原与抗体的结合具有特异性，故为检测转基因玉米是否培育成功，可在分子水平条件下，科研人员首先利用抗原—抗体杂交法检测Bt基因是否成功翻译；在进行个体生物学水平的鉴定时，科研人员将获得的多株转基因玉米进行自交，发现除少数植株的子代均抗虫外，多数植株的子代中均出现了不抗虫植株，统计这些植株的子代中抗虫与不抗虫的比例，发现有3∶1和15∶1两种情况。其中15∶1为9∶3∶3∶1的变式，说明目的基因转入了两条具有非同源染色体的两条染