2019版高考生物总复习第十八章基因工程.pptx

1、第十八章 基因工程,考点46 基因工程的工具及操作程序,应试基础必备,高考考法突破,考法2 基因工程的基本操作程序,考法3 PCR技术的基本操作和应用,考法1 基因工程的概念与操作工具分析,应试基础必备,（1）目的基因的获取 从自然界中已有的物种中分离出来，如从基因组文库或cDNA文库中获取。 通过PCR技术扩增获取。 人工合成：常用的方法有化学合成法和反转录法。,（2）基因表达载体的构建基因工程的核心 其目的是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。 基因表达载体的组成：启动子、目的基因、终止子以及标记基因等。,a.启动子：一段有特殊结构的DN

2、A短片段，位于基因的首端，是RNA聚合酶识别和结合的部位，能驱动基因转录出mRNA. b. 终止子：一段有特殊结构的DNA短片段，位于基因的尾端。 c. 标记基因：一般是抗生素抗性基因，用来筛选、鉴别受体细胞是否含有目的基因。 基因表达载体的构建方法,（3）将目的基因导入受体细胞,常用的转化方法和过程,(4)目的基因的检测与鉴定,转化的实质 目的基因整合到受体细胞基因组中，从而使受体生物获得新的遗传特性。,（1）PCR原理：DNA复制。 （2）PCR反应过程,（3）结果：上述三步反应完成后，一个DNA分子就变成了两个DNA分子，随着重复次数的增多，DNA分子就以2n的形式增加。PCR的反应过程

3、是在PCR扩增仪中完成的。,考法1基因工程的概念与操作工具分析,高考考法突破,（1）黏性末端和平末端,2.几组概念的辨析,（2）EcoliDNA连接酶与T4DNA连接酶的比较,（3）限制酶、DNA连接酶、DNA聚合酶等相关酶的分析比较,（1）切割目的基因和载体时要求用同一种限制酶的原因：产生相同的黏性末端。也可用不同的限制酶切割，但必须能产生相同的黏性末端。 （2）作为载体必须具有多个限制酶切点，而且每种酶的切点最好只有一个的原因：某种限制酶只能识别单一切点，若载体上有一个以上的酶切点，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区，则进入受体细胞后便不能自主复制。一个载体若只有某种限

4、制酶的一个切点，则酶切后既能把环打开接纳外源DNA片段，又不会丢失自己的片段。 （3）获取一个目的基因需限制酶剪切目的基因的两端，共产生4个黏性末端或平末端。,3.关于限制酶的分析,（4）限制酶的选择依据 根据目的基因两端的限制酶切点确定限制酶的种类 a.应选择切点位于目的基因两端的限制酶，如图甲可选择Pst。 b.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Sma。 c.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，如图甲也可选用Pst和EcoR两种限制酶(但要确保质粒上也有这两种酶的切点)。 根据质粒的特点确定限制酶的种类 a.所选限制酶要与切割

5、目的基因的限制酶相一致，以确保具有相同的黏性末端。 b.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Sma会破坏标记基因。,课标全国理综201738，15分几丁质是许多真菌细胞壁的重要成分，几丁质酶可催化几丁质水解。通过基因工程将几丁质酶基因转入植物体内，可增强其抗真菌病的能力。回答下列问题： （1）在进行基因工程操作时，若要从植物体中提取几丁质酶的mRNA，常选用嫩叶而不选用老叶作为实验材料，原因是_。提取RNA时，提取液中需添加RNA酶抑制剂，其目的是_。 （2）以mRNA为材料可以获得cDNA，其原理是_。 （3）若要使目的基因在受体细胞中表达，

6、需要通过质粒载体而不能直接将目的基因导入受体细胞，原因是_（答出两点即可）。 （4）当几丁质酶基因和质粒载体连接时，DNA连接酶催化形成的化学键是_。 （5）若获得的转基因植株（几丁质酶基因已经整合到植物的基因组中）抗真菌病的能力没有提高，根据中心法则分析，其可能的原因是_。,【解析】（1）要从植物体中提取几丁质酶的mRNA，需要获得细胞提取液，嫩叶组织细胞易破碎，所以实验时选择嫩叶而不是老叶作为实验材料。RNA酶抑制剂的作用是抑制RNA酶对RNA的水解作用，防止RNA降解，提高提取液中RNA的含量。（2）以mRNA为模板合成cDNA的过程为逆转录，该过程需要逆转录酶的催化，根据碱基互补配对原

7、则合成子链（即cDNA链）。（3）要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，需要复制原点，要使目的基因能够表达和发挥作用，需要启动子和终止子，这些结构在基因表达载体中具备而目的基因中缺少。（4）DNA连接酶可以将双链DNA片段缝合起来，恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。（5）几丁质酶基因已经整合到植物的基因组中，转基因植株的抗真菌病的能力没有提高，可能的原因是基因表达的过程出现异常，即目的基因的转录或翻译异常。,【答案】（1）嫩叶组织细胞易破碎 防止RNA降解 （2）在逆转录酶的作用下，以mRNA为模板按照碱基互补配对的原则可以合成cDNA （3）目的基因无复制原点；

8、目的基因无表达所需的启动子 （4）磷酸二酯键 （5）目的基因的转录或翻译异常,考法2 基因工程的基本操作程序,（1）已知DNA序列的目的基因的获取方法：可以用分离法和PCR扩增法。 （2）已知某种蛋白质时目的基因的获取方法：可以用化学合成法或反转录法，二者都属于人工合成。,（1）载体与基因表达载体的区别：与载体相比较，基因表达载体增加了启动子、目的基因、终止子和标记基因等。 （2）构建基因表达载体应用限制酶对目的基因和载体同时进行切割。 （3）常见的标记基因：抗生素抗性基因、产生特定颜色的表达产物基因、发光基因等。 （4）易混概念辨析：启动子(DNA片段)起始密码子(RNA)；终止子(DNA片

9、段)终止密码子(RNA)。,2.基因表达载体的构建,（1）常用的受体细胞的种类：植物：常用体细胞或受精卵。 动物：常用受精卵，一般不用体细胞。 微生物：常用大肠杆菌、酵母菌等。,（2）目的基因导入受体细胞的方法：将目的基因导入植物细胞的方法：可用农杆菌转化法、基因枪法和花粉管通道法，其中农杆菌转化法是最常用的方法。将目的基因导入动物细胞最常用、最有效的方法是显微注射法。,（3）唯一不涉及碱基互补配对的操作步骤：将目的基因导入受体细胞。,（1）导入检测：DNA分子杂交技术（使用DNA探针） （2）表达检测 转录检测：分子杂交技术检测mRNA 翻译检测：用相应的抗体进行抗原抗体杂交 （3）个体生物

10、学水平鉴定：如对转基因作物进行抗虫或抗病等的接种实验。,4.目的基因的检测与鉴定,例,课标全国理综201738，15分真核生物基因中通常有内含子，而原核生物基因中没有，原核生物没有真核生物所具有的切除内含子对应的RNA序列的机制。已知在人体中基因A（有内含子）可以表达出某种特定蛋白（简称蛋白A）。回答下列问题： （1）某同学从人的基因组文库中获得了基因A，以大肠杆菌作为受体细胞却未得到蛋白A，其原因是_。 （2）若用家蚕作为表达基因A的受体，在噬菌体和昆虫病毒两种载体中，不选用_作为载体，其原因是_。 （3）若要高效地获得蛋白A，可选用大肠杆菌作为受体。因为与家蚕相比，大肠杆菌具有_（答出两点

11、即可）等优点。 （4）若要检测基因A是否翻译出蛋白A，可用的检测物质是_（填“蛋白A的基因”或“蛋白A的抗体”）。 （5）艾弗里等人的肺炎双球菌转化实验为证明DNA是遗传物质做出了重要贡献，也可以说是基因工程的先导，如果说他们的工作为基因工程理论的建立提供了启示，那么，这一启示是_。,【解析】（1）从人的基因组文库中获得的基因A含有内含子，以大肠杆菌作为受体细胞，由于大肠杆菌没有与人体细胞相对应的酶切系统，基因A初始转录的产物中含有的与内含子对应的RNA序列无法被切除，所以无法表达出蛋白A。 （2）若用家蚕作为表达基因A的受体，在噬菌体和昆虫病毒两种载体中，不选用噬菌体作为载体，其原因是噬菌体

12、的宿主是细菌，而不是动物细胞。 （3）基因工程中，常用微生物细胞作为受体细胞，与动物细胞相比，微生物细胞具有繁殖速度快、容易培养和遗传物质少等优点。 （4）若要检测基因A是否翻译出蛋白A，可用抗原抗体杂交技术，所以可用的检测物质是蛋白A的抗体。 （5）艾弗里等人的肺炎双球菌转化实验的本质是基因重组，即S型细菌的DNA整合到了R型活细菌中完成了基因重组，基因工程的原理也是基因重组。艾弗里等人的肺炎双球菌转化实验为基因工程理论提供的启示是DNA可以从一种生物个体转移到另一种生物个体。,【答案】（1）基因A有内含子，在大肠杆菌中，其初始转录产物中与内含子对应的RNA序列不能被切除，无法表达出蛋白A

13、（2）噬菌体噬菌体的宿主是细菌，而不是家蚕 （3）繁殖快、容易培养 （4）蛋白A的抗体 （5）DNA可以从一种生物个体转移到另一种生物个体,考法3 PCR技术的基本操作和应用,1.PCR中的物质条件 （1）引物：PCR技术中所用的引物是一小段RNA单链或单链DNA，它能与DNA母链的一段碱基序列互补配对。DNA复制之所以需要引物，是因为DNA聚合酶不能从头开始合成DNA，而只能从3端延伸DNA链。RCR的引物通常由2030个核苷酸聚合而成，引物的量需保证满足几十次循环反应的需要。 （2）DNA聚合酶：PCR中所用的酶是从一种嗜热菌中分离得到的耐高温的Taq聚合酶，高温不会失活。DNA聚合酶的特

14、点是只能将引物从3端延伸DNA链。,2.PCR扩增与DNA复制的比较,3.PCR的应用 （1）分析人的血液，对细菌、病毒感染情况进行早期诊断 （2）用于遗传病的基因诊断与基因治疗 （3）用于鉴别犯罪嫌疑人、亲子鉴定 （4）分析生物化石样品，追溯其生存年代或迁徙踪迹 （5）检测目的基因是否已经导入目标生物,江苏生物201733，8分金属硫蛋白（MT）是一类广泛存在的金属结合蛋白，某研究小组计划通过多聚酶链式反应（PCR）扩增获得目的基因，构建转基因工程菌，用于重金属废水的净化处理。PCR扩增过程示意图如下，请回答下列问题：,（1）从高表达MT 蛋白的生物组织中提取mRNA，通过_获得_用于PCR

15、扩增。,例,（2）设计一对与MT基因两端序列互补配对的引物（引物1和引物2），为方便构建重组质粒，在引物中需要增加适当的_位点。设计引物时需要避免引物之间形成_，而造成引物自连。 （3）图中步骤1代表_，步骤2代表退火，步骤3代表延伸，这三个步骤组成一轮循环。 （4）PCR扩增时，退火温度的设定是成败的关键。退火温度过高会破坏_的碱基配对。退火温度的设定与引物长度、碱基组成有关，长度相同但_的引物需要设定更高的退火温度。 （5）如果PCR反应得不到任何扩增产物，则可以采取的改进措施有_（填序号：升高退火温度降低退火温度重新设计引物）。,【解析】（1）PCR扩增目的基因，首先要有目的基因作为模板

16、，所以从高表达MT蛋白的生物组织中提取mRNA，通过逆转录获得cDNA，从而用于PCR扩增。（2）构建重组质粒，首先用限制酶切割含目的基因的DNA片段和质粒，所以位于目的基因两端的引物中需要增加适量的限制酶位点。设计的引物之间不能有碱基互补配对，否则引物自连，不能与模板相连。（3）图中步骤1、2、3分别表示变性、退火、延伸，这三个步骤组成一轮循环。（4）退火表示引物与模板链相连，若温度过高会破坏引物与模板的碱基配对。由于GC间有三个氢键，AT间有两个氢键，所以GC含量越高的引物，退火温度越高。（5）PCR反应得不到任何扩增产物，可能是退火温度过高，导致引物与模板不能相连，或引物间相互配对，引物

17、自连，不能与模板相连，可通过降低退火温度或重新设计引物进行改进。 【答案】（1）逆转录 cDNA（2）限制性核酸内切酶 碱基互补配对（3）变性（4）引物与模板 GC含量高（5）,考法4 基因工程的应用,考点47 基因工程的应用及蛋白质工程,高考考法突破,应试基础必备,考法5 蛋白质工程及应用,应试基础必备,(1)转基因生物 概念：是指利用基因工程技术导入外源基因培育出的能够将新性状稳定地遗传给后代的基因工程生物。 优点：运用基因工程改良动植物品种最突出的优点是能打破常规育种难以突破的物种之间的界限。,植物基因工程：培育抗虫转基因植物、抗病转基因植物和其他抗逆转基因植物；利用基因工程改良植物的品

18、质。 动物基因工程：用于提高动物生长速度，从而提高产品产量；用于改善畜产品品质；用转基因动物生产药物；用转基因动物作器官移植的供体等。 基因诊断：又称为DNA诊断，是采用基因检测的方法来判断患者是否出现了基因异常或携带病原体。 基因治疗：指利用正常基因置换或弥补缺陷基因的治疗方法。实例：腺苷酸脱氨酶基因缺陷症的基因治疗。,(2)基因工程的应用,（1）蛋白质工程的目标：根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质的结构进行分子设计。 （2）蛋白质工程的基本途径：预期的蛋白质功能设计预期的蛋白质结构推测应有的氨基酸序列找到相对应的脱氧核苷酸序列(基因)。 （3）蛋白质工程的原理：以蛋白质分子的结构规律

19、及其与生物功能的关系作为基础，通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需求。 （4）蛋白质工程的前景：由于蛋白质发挥功能必须依赖于正确的、十分复杂的高级结构，因而目前成功的例子还不多，但随着科学技术的深入发展，蛋白质工程将会给人类带来更多的福音。,考法4 基因工程的应用,高考考法突破,2.基因检测和基因治疗,课标全国理综201738，15分编码蛋白甲的DNA序列（序列甲）由A、B、C、D、E五个片段组成，编码蛋白乙和丙的序列由序列甲的部分片段组成，如图1所示。 回答下列问题： （1）现要通过基因工程的方法获得蛋白乙，若在启动子的下游直接接上编

20、码蛋白乙的DNA序列（TTCGCTTCTCAGGAAGGA），则所构建的表达载体转入宿主细胞后不能翻译出蛋白乙，原因是_。 （2）某同学在用PCR技术获取DNA片段B或D的过程中，在PCR反应体系中加入了DNA聚合酶、引物等，还加入了序列甲作为_，加入了_作为合成DNA的原料。,例,（3）现通过基因工程方法获得了甲、乙、丙三种蛋白，要鉴定这三种蛋白是否具有刺激T淋巴细胞增殖的作用，某同学做了如下实验：将一定量的含T淋巴细胞的培养液平均分成四组，其中三组分别加入等量的蛋白甲、乙、丙，另一组作为对照，培养并定期检测T淋巴细胞浓度，结果如图2。 由图2 可知：当细胞浓度达到a时，添加蛋白乙的培养液中

21、T淋巴细胞浓度不再增加，此时若要使T淋巴细胞继续增殖，可采用的方法是_。细胞培养过程中，培养箱中通常要维持一定的CO2浓度， CO2的作用是_。 仅根据图1、图2可知，上述甲、乙、丙三种蛋白中，若缺少_（填“A”“B”“C”“D”或“E”）片段所编码的肽段，则会降低其刺激T淋巴细胞增殖的效果。,【解析】 （1）结合题意分析，在有启动子的情况下，仍然不能翻译出蛋白乙，可能的原因是相关基因转录出的mRNA缺少起始密码子，不能正常翻译。（2）进行PCR扩增时，加入序列甲的目的是作为DNA复制的模板，合成DNA的原料应该是四种游离的脱氧核苷酸（dNTP）。（3）当细胞浓度达到a时，T淋巴细胞的浓度不再

22、增加，可能是细胞已经长满瓶壁，出现接触抑制现象，所以可以通过传代培养的方法，使T淋巴细胞继续增殖；培养箱中要维持一定的CO2浓度，其作用是维持培养液中pH的相对稳定。结合图1和图2中的曲线可知，加入甲蛋白组和加入乙蛋白组，T淋巴细胞可以快速增殖，而对照组和加入丙蛋白组增长缓慢，再结合图1编码甲、乙、丙三种蛋白的序列，可以推测C片段所编码的肽段在刺激T淋巴细胞增殖过程中起到了关键作用，缺少C片段所编码的肽段，会降低其刺激T淋巴细胞增殖的效果。,【答案】 （1）编码乙的DNA序列起始端无ATG，转录出的mRNA无起始密码子 （2）模板 dNTP （3）进行细胞传代培养 维持培养液的pH C,考法5 蛋白质工程及应用,2.蛋白质工程的应用及实例,（