2020版高考生物一輪復(fù)習(xí) 生物技術(shù)與工程 第3講 基因工程教學(xué)案 新人教版

第3講基因工程考綱展示1.基因工程的誕生()2.基因工程的原理及技術(shù)(含PCR技術(shù))()3.基因工程的應(yīng)用()4.蛋白質(zhì)工程()考點(diǎn)一| 基因工程的基本工具1基因工程的概念(1)概念：按照人們的愿望，進(jìn)行嚴(yán)格的設(shè)計(jì)，并通過(guò)體外DNA重組和轉(zhuǎn)基因等技術(shù)，賦予生物以新的遺傳特性，從而創(chuàng)造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產(chǎn)品。(2)優(yōu)點(diǎn)與雜交育種相比：克服了遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙。與誘變育種相比：定向改造生物的遺傳性狀。2基因工程的基本工具(1)限制性核酸內(nèi)切酶(簡(jiǎn)稱限制酶)。來(lái)源：主要來(lái)自原核生物。特點(diǎn)：具有專一性，表現(xiàn)在兩個(gè)方面：識(shí)別雙鏈DNA分子的某種特定核苷酸序列。切割特定核苷酸序列中的特定位點(diǎn)。作用：斷裂特定的兩個(gè)核苷酸之間的磷酸二酯鍵。結(jié)果：產(chǎn)生黏性末端或平末端。(2)DNA連接酶種類E·coli DNA連接酶T4DNA連接酶來(lái)源大腸桿菌T4噬菌體特點(diǎn)縫合黏性末端縫合黏性末端和平末端作用縫合雙鏈DNA片段，恢復(fù)兩個(gè)核苷酸之間的磷酸二酯鍵(3)載體種類：質(zhì)粒、噬菌體的衍生物、動(dòng)植物病毒等。質(zhì)粒的特點(diǎn)運(yùn)載體的作用：攜帶外源DNA片段進(jìn)入受體細(xì)胞。1(1)原核生物中限制酶為什么不切割自身的DNA?提示：原核生物中不存在該酶的識(shí)別序列或識(shí)別序列已被修飾等。(2)圖甲表示EcoR 限制酶及DNA連接酶的作用示意圖，圖乙表示Sma 限制酶的作用示意圖。請(qǐng)據(jù)圖回答問(wèn)題：請(qǐng)寫出EcoR 限制酶和Sma限制酶識(shí)別的堿基序列以及切割位點(diǎn)。提示：EcoR 限制酶識(shí)別的堿基序列是GAATTC，切割位點(diǎn)在G和A之間；Sma 限制酶識(shí)別的堿基序列是CCCGGG，切割位點(diǎn)在G和C之間。限制酶和DNA連接酶的作用部位相同嗎？DNA連接酶起作用時(shí)，是否需要模板？提示：相同，都是磷酸二酯鍵。不需要模板。1基因工程技術(shù)使用限制酶需注意的四個(gè)問(wèn)題(1)獲取目的基因和切割載體時(shí)，經(jīng)常使用同一種限制酶(也可使用能切出相同末端的不同限制酶)，目的是產(chǎn)生相同的黏性末端或平末端。(2)獲取一個(gè)目的基因需限制酶切割兩次，共產(chǎn)生4個(gè)黏性末端或平末端。(3)限制酶切割位點(diǎn)的選擇，必須保證標(biāo)記基因的完整性，以便于檢測(cè)。(4)為避免目的基因和質(zhì)粒的自身環(huán)化和隨意連接，也可使用不同的限制酶切割目的基因和質(zhì)粒。2載體上標(biāo)記基因的作用載體上的標(biāo)記基因一般是一些抗生素的抗性基因。目的基因要轉(zhuǎn)入的受體細(xì)胞沒(méi)有抵抗相關(guān)抗生素的能力。當(dāng)含有抗生素抗性基因的載體進(jìn)入受體細(xì)胞后，抗性基因在受體細(xì)胞內(nèi)表達(dá)，使受體細(xì)胞能夠抵抗相應(yīng)抗生素，所以在受體細(xì)胞的培養(yǎng)體系中加入該種抗生素就可以只保留轉(zhuǎn)入載體的受體細(xì)胞，原理如圖所示：考法1考查限制酶、DNA連接酶等酶的作用1(2016·全國(guó)卷)圖(a)中的三個(gè)DNA片段上依次表示出了EcoR 、BamH 和Sau3A 三種限制性內(nèi)切酶的識(shí)別序列與切割位點(diǎn)，圖(b)為某種表達(dá)載體的示意圖(載體上的EcoR、Sau3A的切點(diǎn)是唯一的)。圖(a)圖(b)根據(jù)基因工程的有關(guān)知識(shí)，回答下列問(wèn)題：(1)經(jīng)BamH 酶切后得到的目的基因可以與上述表達(dá)載體被_酶切后的產(chǎn)物連接，理由是_。(2)若某人利用圖(b)所示的表達(dá)載體獲得了甲、乙、丙三種含有目的基因的重組子，如圖(c)所示。這三種重組子中，不能在宿主細(xì)胞中表達(dá)目的基因產(chǎn)物的有_，不能表達(dá)的原因是_。圖(c)(3)DNA連接酶是將兩個(gè)DNA片段連接起來(lái)的酶，常見(jiàn)的有_和_，其中既能連接黏性末端又能連接平末端的是_。解析：(1)由題圖可知，BamH 和Sau3A 兩種限制性內(nèi)切酶的共同識(shí)別序列是，二者切割可以形成相同的黏性末端，因此經(jīng)BamH 酶切得到的目的基因可以與圖(b)所示表達(dá)載體被Sau3A 酶切后的產(chǎn)物連接。(2)在基因表達(dá)載體中，啟動(dòng)子應(yīng)位于目的基因的首端，終止子應(yīng)位于目的基因的尾端，這樣基因才能順利地轉(zhuǎn)錄，再完成翻譯過(guò)程，即順利表達(dá)。圖中甲所示的目的基因插入在啟動(dòng)子的上游，丙所示目的基因插入在終止子的下游，二者的目的基因均不能被轉(zhuǎn)錄，因此目的基因不能表達(dá)。(3)常見(jiàn)的DNA連接酶有E·coliDNA連接酶和T4DNA連接酶，其中T4DNA連接酶既能連接黏性末端又能連接平末端。答案：(1)Sau3A 兩種酶切割后產(chǎn)生的片段具有相同的黏性末端(2)甲和丙甲中目的基因插入在啟動(dòng)子的上游，丙中目的基因插入在終止子的下游，二者的目的基因均不能被轉(zhuǎn)錄(3)E·coliDNA連接酶T4DNA連接酶T4DNA連接酶考法2考查載體的作用及特點(diǎn)等2(2016·全國(guó)卷)某一質(zhì)粒載體如圖所示，外源DNA插入到Ampr或Tetr中會(huì)導(dǎo)致相應(yīng)的基因失活(Ampr表示氨芐青霉素抗性基因，Tetr表示四環(huán)素抗性基因)。有人將此質(zhì)粒載體用BamH 酶切后，與用BamH 酶切獲得的目的基因混合，加入DNA連接酶進(jìn)行連接反應(yīng)，用得到的混合物直接轉(zhuǎn)化大腸桿菌。結(jié)果大腸桿菌有的未被轉(zhuǎn)化，有的被轉(zhuǎn)化。被轉(zhuǎn)化的大腸桿菌有三種，分別是含有環(huán)狀目的基因、含有質(zhì)粒載體、含有插入了目的基因的重組質(zhì)粒的大腸桿菌?；卮鹣铝袉?wèn)題：(1)質(zhì)粒載體作為基因工程的工具，應(yīng)具備的基本條件有_ _(答出兩點(diǎn)即可)，而作為基因表達(dá)載體，除滿足上述基本條件外，還需具有啟動(dòng)子和終止子。(2)如果用含有氨芐青霉素的培養(yǎng)基進(jìn)行篩選，在上述四種大腸桿菌細(xì)胞中，未被轉(zhuǎn)化的和僅含環(huán)狀目的基因的細(xì)胞是不能區(qū)分的，其原因是_；并且_和_的細(xì)胞也是不能區(qū)分的，其原因是_。在上述篩選的基礎(chǔ)上，若要篩選含有插入了目的基因的重組質(zhì)粒的大腸桿菌單菌落，還需使用含有_的固體培養(yǎng)基。(3)基因工程中，某些噬菌體經(jīng)改造后可以作為載體，其DNA復(fù)制所需的原料來(lái)自于_。解析：(1)質(zhì)粒作為載體，應(yīng)具備的基本條件有：有一個(gè)至多個(gè)限制酶切割位點(diǎn)，供外源DNA片段(基因)插入其中；在受體細(xì)胞中能自我復(fù)制，或能整合到染色體DNA上，隨染色體DNA進(jìn)行同步復(fù)制；有特殊的標(biāo)記基因，供重組DNA的鑒定和選擇等等。(2)在培養(yǎng)基中加入氨芐青霉素進(jìn)行篩選，其中未被轉(zhuǎn)化的大腸桿菌和僅含環(huán)狀目的基因的大腸桿菌，因不含氨芐青霉素抗性基因而都不能在此培養(yǎng)基上存活，二者不能區(qū)分。含有質(zhì)粒載體的大腸桿菌和含有插入了目的基因的重組質(zhì)粒的大腸桿菌中都含有氨芐青霉素抗性基因，都能在此培養(yǎng)基上存活，二者也不能區(qū)分。若要將含有插入了目的基因的重組質(zhì)粒的大腸桿菌進(jìn)一步篩選出來(lái)，還需要使用含有四環(huán)素的固體培養(yǎng)基。(3)某些噬菌體經(jīng)改造后作為載體，導(dǎo)入受體細(xì)胞后，其DNA復(fù)制所需的原料來(lái)自于受體細(xì)胞。答案：(1)能自我復(fù)制、具有標(biāo)記基因、具有一至多個(gè)限制酶切割位點(diǎn)(答出兩點(diǎn)即可)(2)二者均不含有氨芐青霉素抗性基因，在該培養(yǎng)基上均不生長(zhǎng)含有質(zhì)粒載體含有插入了目的基因的重組質(zhì)粒(或答含有重組質(zhì)粒)二者均含有氨芐青霉素抗性基因，在該培養(yǎng)基上均能生長(zhǎng)四環(huán)素(3)受體細(xì)胞考點(diǎn)二| 基因工程的基本操作及其應(yīng)用1基因工程的基本程序(1)目的基因的獲取從基因文庫(kù)中獲取人工合成利用PCR技術(shù)擴(kuò)增(2)基因表達(dá)載體的構(gòu)建基因工程的核心目的：使目的基因在受體細(xì)胞中穩(wěn)定存在，并且可以遺傳給下一代，同時(shí)使目的基因能夠表達(dá)和發(fā)揮作用?；虮磉_(dá)載體的組成(3)將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞轉(zhuǎn)化含義：目的基因進(jìn)入受體細(xì)胞內(nèi)，并且在受體細(xì)胞內(nèi)遺傳和表達(dá)的過(guò)程。轉(zhuǎn)化方法生物類型植物動(dòng)物微生物受體細(xì)胞體細(xì)胞受精卵大腸桿菌或酵母菌等常用方法農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法、基因槍法、花粉管通道法顯微注射法感受態(tài)細(xì)胞法(4)目的基因的檢測(cè)與鑒定方法檢測(cè)或鑒定目的水平DNA分子雜交技術(shù)檢測(cè)目的基因的有無(wú)分子水平分子雜交技術(shù)目的基因是否轉(zhuǎn)錄抗原抗體雜交目的基因是否翻譯抗蟲或抗病接種實(shí)驗(yàn)是否具有抗蟲抗病特性個(gè)體水平2PCR技術(shù)(1)原理：DNA雙鏈復(fù)制。(2)條件(3)過(guò)程(4)結(jié)果：上述三步反應(yīng)完成后，一個(gè)DNA分子就變成了兩個(gè)DNA分子，隨著重復(fù)次數(shù)的增多，DNA分子就以2n的形式增加。PCR的反應(yīng)過(guò)程都是在PCR擴(kuò)增儀中完成的。3基因工程的應(yīng)用(1)植物基因工程培育抗蟲轉(zhuǎn)基因植物、抗病轉(zhuǎn)基因植物、抗逆轉(zhuǎn)基因植物、利用轉(zhuǎn)基因改良植物的品質(zhì)。(2)動(dòng)物基因工程提高動(dòng)物生長(zhǎng)速度、改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)、用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生產(chǎn)藥物、用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物作器官移植的供體。乳腺生物反應(yīng)器：藥用蛋白基因和乳腺蛋白基因的啟動(dòng)子等調(diào)控組件重組在一起。(3)基因工程藥品受體細(xì)胞：多為原核細(xì)胞。原因是其繁殖快，多為單細(xì)胞，遺傳物質(zhì)相對(duì)較少。成果：生產(chǎn)出細(xì)胞因子、抗體、疫苗、激素等。(4)基因治療方法：基因置換、基因修復(fù)、基因增補(bǔ)、基因失活等。類型：體內(nèi)基因治療和體外基因治療。1將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞整合到線粒體DNA或葉綠體DNA上，能否穩(wěn)定遺傳？說(shuō)明理由。提示：一般不能。因?yàn)閮H把目的基因整合到線粒體DNA或葉綠體DNA上，細(xì)胞分裂可能導(dǎo)致目的基因丟失，因此無(wú)法穩(wěn)定遺傳。2用箭頭及必要的文字簡(jiǎn)述基因組文庫(kù)和部分基因文庫(kù)構(gòu)建過(guò)程。提示：基因組文庫(kù)的構(gòu)建過(guò)程為：某種生物全部DNA許多DNA片段受體菌群體。部分基因文庫(kù)的構(gòu)建過(guò)程為：某種生物發(fā)育的某個(gè)時(shí)期的mRNAcDNA受體菌群基因工程操作的四個(gè)易錯(cuò)點(diǎn)(1)目的基因的插入位點(diǎn)不是隨意的，基因表達(dá)需要啟動(dòng)子與終止子的調(diào)控，所以目的基因應(yīng)插入啟動(dòng)子與終止子之間的部位。(2)基因工程操作過(guò)程中只有第三步(將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞)沒(méi)有堿基互補(bǔ)配對(duì)現(xiàn)象。(3)農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法原理：農(nóng)桿菌易感染植物細(xì)胞，并將其Ti質(zhì)粒上的T­DNA轉(zhuǎn)移并整合到受體細(xì)胞染色體DNA上。(4)啟動(dòng)子起始密碼子，終止子終止密碼子啟動(dòng)子和終止子位于DNA片段上，分別控制轉(zhuǎn)錄過(guò)程的啟動(dòng)和終止；起始密碼子和終止密碼子位于mRNA上，分別控制翻譯過(guò)程的啟動(dòng)和終止?？挤?基因工程的基本操作程序分析1(2018·全國(guó)卷)回答下列問(wèn)題：(1)博耶(H.Boyer)和科恩(S.Cohen)將非洲爪蟾核糖體蛋白基因與質(zhì)粒重組后導(dǎo)入大腸桿菌細(xì)胞中進(jìn)行了表達(dá)。該研究除證明了質(zhì)?？梢宰鳛檩d體外，還證明了_(答出兩點(diǎn)即可)。(2)體外重組的質(zhì)?？赏ㄟ^(guò)Ca2參與的_方法導(dǎo)入大腸桿菌細(xì)胞；而體外重組的噬菌體DNA通常需與_組裝成完整噬菌體后，才能通過(guò)侵染的方法將重組的噬菌體DNA導(dǎo)入宿主細(xì)胞。在細(xì)菌、心肌細(xì)胞、葉肉細(xì)胞中，可作為重組噬菌體宿主細(xì)胞的是_。(3)真核生物基因(目的基因)在大腸桿菌細(xì)胞內(nèi)表達(dá)時(shí)，表達(dá)出的蛋白質(zhì)可能會(huì)被降解。為防止蛋白質(zhì)被降解，在實(shí)驗(yàn)中應(yīng)選用_的大腸桿菌作為受體細(xì)胞，在蛋白質(zhì)純化的過(guò)程中應(yīng)添加_的抑制劑。解析：(1)兩位科學(xué)家將非洲爪蟾核糖體蛋白基因與質(zhì)粒重組后導(dǎo)入大腸桿菌細(xì)胞中并進(jìn)行了表達(dá)，因此，該研究可以證明：質(zhì)?？梢宰鳛檩d體，真核細(xì)胞的基因在原核細(xì)胞中也可以表達(dá)(不同生物共用一套密碼子)、體外重組的質(zhì)?？梢赃M(jìn)入受體細(xì)胞等。(2)目的基因進(jìn)入受體細(xì)胞內(nèi)，并且在受體細(xì)胞內(nèi)維持穩(wěn)定和表達(dá)的過(guò)程稱為轉(zhuǎn)化，將質(zhì)粒導(dǎo)入大腸桿菌時(shí)，常用的轉(zhuǎn)化方法是：首先用Ca2處理大腸桿菌細(xì)胞，使其成為感受態(tài)。噬菌體DNA沒(méi)有侵染能力，體外重組的噬菌體DNA通常需與外殼蛋白組裝成完整噬菌體才能完成侵染過(guò)程。噬菌體多寄生在細(xì)菌中，但不能寄生在心肌細(xì)胞和葉肉細(xì)胞中。(3)若要使蛋白質(zhì)不被降解，則大腸桿菌體內(nèi)不能存在蛋白酶，因此，實(shí)驗(yàn)中應(yīng)選用蛋白酶缺陷型的大腸桿菌作為受體細(xì)胞。同理，在蛋白質(zhì)純化過(guò)程中，也不能使蛋白質(zhì)降解，因此，應(yīng)添加蛋白酶抑制劑。答案：(1)體外重組的質(zhì)粒可以進(jìn)入受體細(xì)胞；真核生物基因可在原核細(xì)胞中表達(dá)(2)轉(zhuǎn)化外殼蛋白(或答噬菌體蛋白)細(xì)菌(3)蛋白酶缺陷型蛋白酶考法2基因工程技術(shù)的應(yīng)用2(2017·全國(guó)卷)幾丁質(zhì)是許多真菌細(xì)胞壁的重要成分，幾丁質(zhì)酶可催化幾丁質(zhì)水解。通過(guò)基因工程將幾丁質(zhì)酶基因轉(zhuǎn)入植物體內(nèi)，可增強(qiáng)其抗真菌病的能力?；卮鹣铝袉?wèn)題：(1)在進(jìn)行基因工程操作時(shí)，若要從植物體中提取幾丁質(zhì)酶的mRNA，常選用嫩葉而不選用老葉作為實(shí)驗(yàn)材料，原因是_。提取RNA時(shí)，提取液中需添加RNA酶抑制劑，其目的是_。(2)以mRNA為材料可以獲得cDNA，其原理是_。(3)若要使目的基因在受體細(xì)胞中表達(dá)，需要通過(guò)質(zhì)粒載體而不能直接將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞，原因是_(答出兩點(diǎn)即可)。(4)當(dāng)幾丁質(zhì)酶基因和質(zhì)粒載體連接時(shí)，DNA連接酶催化形成的化學(xué)鍵是_。(5)若獲得的轉(zhuǎn)基因植株(幾丁質(zhì)酶基因已經(jīng)整合到植物的基因組中)抗真菌病的能力沒(méi)有提高，根據(jù)中心法則分析，其可能的原因是_。解析：(1)與老葉相比，嫩葉組織細(xì)胞易破碎，容易提取到幾丁質(zhì)酶的mRNA。提取RNA時(shí)，提取液中添加RNA酶抑制劑可防止RNA被RNA酶催化降解。(2)以mRNA為模板，按照堿基互補(bǔ)配對(duì)原則，在逆轉(zhuǎn)錄酶的作用下，通過(guò)逆轉(zhuǎn)錄(反轉(zhuǎn)錄)可以獲得cDNA。(3)因該目的基因是通過(guò)逆轉(zhuǎn)錄形成的，無(wú)表達(dá)所需的啟動(dòng)子，也無(wú)在受體細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行復(fù)制所需的復(fù)制原點(diǎn)等，所以在受體細(xì)胞內(nèi)不能穩(wěn)定存在和表達(dá)，也不能遺傳下去。(4)構(gòu)建基因表達(dá)載體時(shí)，DNA連接酶能催化目的基因和質(zhì)粒載體這兩個(gè)DNA片段之間形成磷酸二酯鍵。(5)轉(zhuǎn)基因植株的基因組中含有幾丁質(zhì)酶基因，但該植株抗真菌的能力并沒(méi)有提高，可能是由于轉(zhuǎn)錄或翻譯異常，即幾丁質(zhì)酶基因未能正常表達(dá)。答案：(1)嫩葉組織細(xì)胞易破碎防止RNA降解(2)在逆轉(zhuǎn)錄酶的作用下，以mRNA為模板按照堿基互補(bǔ)配對(duì)的原則可以合成cDNA(3)目的基因無(wú)復(fù)制原點(diǎn)；目的基因無(wú)表達(dá)所需啟動(dòng)子(4)磷酸二酯鍵(5)目的基因的轉(zhuǎn)錄或翻譯異常3(2019·福建高三質(zhì)檢)苜蓿是目前我國(guó)種植最廣的豆科牧草，但是病菌往往威脅著苜蓿的生長(zhǎng)。為提高產(chǎn)量，研究人員將溶菌酶基因(LYZ基因)和綠色熒光蛋白基因(GFP基因)連接為L(zhǎng)YZ­GFP基因，利用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法將其導(dǎo)入苜蓿細(xì)胞中，并通過(guò)組織培養(yǎng)成功獲得了抗病植株。 圖1表示Ti質(zhì)粒，其中Vir區(qū)的基因產(chǎn)物是T­DNA轉(zhuǎn)移的必備條件；圖2表示含有LYZ­GFP基因的DNA片段。圖中箭頭表示相關(guān)限制酶的酶切位點(diǎn)?；卮鹣铝袉?wèn)題：(1)構(gòu)建含有LYZ­GFP基因的重組質(zhì)粒時(shí)，應(yīng)選用限制酶_進(jìn)行切割，原因是_。(2)據(jù)圖分析，在培育轉(zhuǎn)基因苜蓿植株過(guò)程中，應(yīng)選擇LYZ­GFP基因中的GFP基因?yàn)闃?biāo)記基因，而不選擇質(zhì)粒中原有的卡那霉素抗性基因?yàn)闃?biāo)記基因，這種做法的優(yōu)點(diǎn)是_。(3)在組織培養(yǎng)過(guò)程中，對(duì)愈傷組織進(jìn)行顯微檢測(cè)，若_，則表明細(xì)胞中GFP基因存在并表達(dá)。(4)選擇含有GFP基因的愈傷組織為材料，用PCR技術(shù)擴(kuò)增并檢測(cè)LYZ基因，需選用一段_合成引物，該過(guò)程所用到的酶必須具有_的特性。(5)對(duì)該苜蓿植株進(jìn)行病菌接種實(shí)驗(yàn)，通過(guò)觀察其抗病程度可以進(jìn)行個(gè)體生物學(xué)水平的鑒定，原因是_。解析：(1)據(jù)圖2可知，構(gòu)建含有LYZ­GFP基因的重組質(zhì)粒時(shí)，含有LYZ­GFP基因的片段有三個(gè)酶切位點(diǎn)，基因兩側(cè)沒(méi)有相同限制酶，應(yīng)該使用雙酶切法，限制酶為必選。根據(jù)圖1結(jié)合農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法的原理，所用限制酶切割位點(diǎn)必須在T­DNA片段上，限制酶會(huì)切斷Ti質(zhì)粒本身的四環(huán)素抗性基因，但GFP基因、卡那霉素抗性基因都可以作為標(biāo)記基因。所以應(yīng)選擇限制酶和。限制酶會(huì)破壞質(zhì)粒中的Vir區(qū)的基因，不可選用。(2)據(jù)圖1可知，若LYZ­GFP基因在T­DNA片段上，就能整合到苜蓿細(xì)胞染色體的DNA上，便于追蹤檢測(cè)LYZ基因的表達(dá)情況，這是選用GFP基因?yàn)闃?biāo)記基因的優(yōu)點(diǎn)。而卡那霉素抗性基因不在T­DNA片段上，不能整合到苜蓿細(xì)胞染色體的DNA上，所以相對(duì)不宜選用。(3)GFP基因的表達(dá)產(chǎn)物是綠色熒光蛋白，對(duì)愈傷組織進(jìn)行顯微檢測(cè)時(shí)，若觀察到綠色熒光，則表明細(xì)胞中的GFP基因存在并表達(dá)。(4)進(jìn)行PCR技術(shù)擴(kuò)增并檢測(cè)LYZ基因的前提，要有一段已知的LYZ基因的核苷酸序列以便合成引物。PCR擴(kuò)增過(guò)程使用的DNA聚合酶具有耐高溫或熱穩(wěn)定的特性。(5)LYZ基因能夠表達(dá)出溶菌酶，根據(jù)免疫學(xué)知識(shí)得知：溶菌酶是免疫活性物質(zhì)，能夠殺滅病菌。因此轉(zhuǎn)基因成功的苜蓿植株會(huì)表現(xiàn)出抗病特性。答案：(1)和(對(duì)Ti質(zhì)粒和含有LYZ­GFP基因的片段)選擇限制酶和限制酶能獲取LYZ­GFP基因，不會(huì)破壞質(zhì)粒中的Vir區(qū)的基因，使目的基因的插入位點(diǎn)位于T­DNA片段上(2)LYZ­GFP基因在T­DNA片段上，能整合到苜蓿細(xì)胞染色體的DNA上，便于追蹤檢測(cè)LYZ基因的表達(dá)情況(3)觀察到綠色熒光(4)LYZ基因的核苷酸序列耐高溫(或“熱穩(wěn)定”) (5)LYZ基因能夠表達(dá)出溶菌酶，溶菌酶能夠殺滅病菌，表現(xiàn)出抗病特性考點(diǎn)三| 蛋白質(zhì)工程及應(yīng)用1蛋白質(zhì)工程(1)概念以蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其生物功能的關(guān)系作為基礎(chǔ)，通過(guò)基因修飾或基因合成，對(duì)現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，或制造一種新蛋白質(zhì)，以滿足人類的生產(chǎn)和生活的需求。(2)流程圖寫出流程圖中字母代表的含義：A轉(zhuǎn)錄，B.翻譯，C.分子設(shè)計(jì)，D.多肽鏈，E.預(yù)期功能。2蛋白質(zhì)工程與基因工程的比較(1)區(qū)別項(xiàng)目蛋白質(zhì)工程基因工程過(guò)程預(yù)期蛋白質(zhì)功能設(shè)計(jì)預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)推測(cè)應(yīng)有的氨基酸序列找到相對(duì)應(yīng)的脫氧核苷酸序列獲取目的基因基因表達(dá)載體的構(gòu)建將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞目的基因的檢測(cè)與鑒定實(shí)質(zhì)定向改造或生產(chǎn)人類所需的蛋白質(zhì)定向改造生物的遺傳特性，以獲得人類所需的生物類型和生物產(chǎn)品結(jié)果可生產(chǎn)自然界沒(méi)有的蛋白質(zhì)只能生產(chǎn)自然界已有的蛋白質(zhì)(2)聯(lián)系蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上，延伸出來(lái)的第二代基因工程?；蚬こ讨兴玫哪承┟感枰ㄟ^(guò)蛋白質(zhì)工程進(jìn)行修飾、改造。1對(duì)天然蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，應(yīng)該通過(guò)對(duì)基因的操作來(lái)實(shí)現(xiàn)，為什么不能直接對(duì)蛋白質(zhì)分子進(jìn)行操作？提示：如果對(duì)蛋白質(zhì)直接進(jìn)行改造，即使改造成功了，被改造過(guò)的蛋白質(zhì)分子還是無(wú)法遺傳。2絕大多數(shù)酶都是蛋白質(zhì)，簡(jiǎn)要表述酶工程與蛋白質(zhì)工程有何區(qū)別和聯(lián)系？提示：酶工程的重點(diǎn)在于對(duì)已存在的酶的合成充分利用，而蛋白質(zhì)工程則是對(duì)已存在的蛋白質(zhì)進(jìn)行修飾改造或制造出自然界不存在的蛋白質(zhì)。酶工程是蛋白質(zhì)工程的一部分?？挤疾榈鞍踪|(zhì)工程的原理及應(yīng)用(2015·全國(guó)卷)已知生物體內(nèi)有一種蛋白質(zhì)(P)，該蛋白質(zhì)是一種轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，由305個(gè)氨基酸組成。如果將P分子中158位的絲氨酸變成亮氨酸，240位的谷氨酰胺變成苯丙氨酸，改變后的蛋白質(zhì)(P1)不但保留P的功能，而且具有了酶的催化活性?；卮鹣铝袉?wèn)題：(1)從上述資料可知，若要改變蛋白質(zhì)的功能，可以考慮對(duì)蛋白質(zhì)的_進(jìn)行改造。(2)以P基因序列為基礎(chǔ)，獲得P1基因的途徑有修飾_基因或合成_基因。所獲得的基因表達(dá)時(shí)是遵循中心法則的，中心法則的全部?jī)?nèi)容包括_的復(fù)制，以及遺傳信息在不同分子之間的流動(dòng)，即：_。 (3)蛋白質(zhì)工程也被稱為第二代基因工程，其基本途徑是從預(yù)期蛋白質(zhì)功能出發(fā)，通過(guò)_和_，進(jìn)而確定相對(duì)應(yīng)的脫氧核苷酸序列，據(jù)此獲得基因，再經(jīng)表達(dá)、純化獲得蛋白質(zhì)，之后還需要對(duì)蛋白質(zhì)的生物_進(jìn)行鑒定。解析：(1)從題中所述資料可知，將P分子中158位的絲氨酸變成亮氨酸，240位的谷氨酰胺變成苯丙氨酸后，該蛋白質(zhì)的功能發(fā)生了改變，此過(guò)程是通過(guò)對(duì)構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸的排列順序進(jìn)行改造，進(jìn)而改變了蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，從而改變了蛋白質(zhì)的功能。(2)在蛋白質(zhì)工程中，目的基因可以以P基因序列為基礎(chǔ)，對(duì)生物體內(nèi)原有P基因進(jìn)行修飾，也可以通過(guò)人工合成法合成新的P1基因。中心法則的內(nèi)容如圖所示：由圖可知，中心法則的全部?jī)?nèi)容包括：DNA以自身為模板進(jìn)行的復(fù)制，DNA通過(guò)轉(zhuǎn)錄將遺傳信息傳遞給RNA，最后RNA通過(guò)翻譯將遺傳信息表達(dá)成蛋白質(zhì)；在某些病毒中RNA可自我復(fù)制(如煙草花葉病毒等)，在某些病毒中能以RNA為模板逆轉(zhuǎn)錄合成DNA(如HIV)，這是對(duì)中心法則的補(bǔ)充。(3)蛋白質(zhì)工程的基本途徑是預(yù)期蛋白質(zhì)功能設(shè)計(jì)預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)推測(cè)應(yīng)有的氨基酸序列合成DNA表達(dá)出蛋白質(zhì)，經(jīng)過(guò)該過(guò)程得到的蛋白質(zhì)，需要對(duì)其生物功能進(jìn)行鑒定，以保證其發(fā)揮正常作用。答案：(1)氨基酸序列(或結(jié)構(gòu))(2)PP1DNA和RNA(或遺傳物質(zhì))DNARNA、RNADNA、RNA蛋白質(zhì)(或轉(zhuǎn)錄、逆轉(zhuǎn)錄、翻譯)(3)設(shè)計(jì)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)推測(cè)氨基酸序列功能真題體驗(yàn)| 感悟高考淬煉考能1(2017·北京高考)為了增加菊花花色類型，研究者從其他植物中克隆出花色基因C(圖1)，擬將其與質(zhì)粒(圖2)重組，再借助農(nóng)桿菌導(dǎo)入菊花中。下列操作與實(shí)驗(yàn)?zāi)康牟环氖?)A用限制性核酸內(nèi)切酶EcoR和連接酶構(gòu)建重組質(zhì)粒B用含C基因的農(nóng)桿菌侵染菊花愈傷組織，將C基因?qū)爰?xì)胞C在培養(yǎng)基中添加卡那霉素，篩選被轉(zhuǎn)化的菊花細(xì)胞D用分子雜交方法檢測(cè)C基因是否整合到菊花染色體上CA對(duì)：C基因兩端有EcoR 酶切位點(diǎn)，可用限制性核酸內(nèi)切酶EcoR和(DNA)連接酶構(gòu)建重組質(zhì)粒。B對(duì)：一般用農(nóng)桿菌等作為媒介去侵染植物的愈傷組織等，將含有目的基因的質(zhì)粒導(dǎo)入細(xì)胞。C錯(cuò)：據(jù)圖可知，質(zhì)粒中含有潮霉素抗性基因，不含卡那霉素抗性基因，故無(wú)法用卡那霉素來(lái)篩選被轉(zhuǎn)化的菊花細(xì)胞。D對(duì)：檢測(cè)C基因是否整合到菊花染色體上，常采用DNA分子雜交技術(shù)，即在含有目的基因的DNA片段上用放射性同位素等作為標(biāo)記，以此作為探針，使探針與C基因雜交，若顯示出雜交帶，則表明目的基因已插入染色體DNA中。2(2015·重慶高考)下列有關(guān)人胰島素基因表達(dá)載體的敘述，正確的是()A表達(dá)載體中的胰島素基因可通過(guò)人肝細(xì)胞mRNA反轉(zhuǎn)錄獲得B表達(dá)載體的復(fù)制和胰島素基因的表達(dá)均啟動(dòng)于復(fù)制原(起)點(diǎn)C借助抗生素抗性基因可將含胰島素基因的受體細(xì)胞篩選出來(lái)D啟動(dòng)子和終止密碼子均在胰島素基因的轉(zhuǎn)錄中起作用答案：C3(多選)(2014·江蘇高考)下列關(guān)于基因工程技術(shù)的敘述，錯(cuò)誤的是()A切割質(zhì)粒的限制性核酸內(nèi)切酶均特異性地識(shí)別6個(gè)核苷酸序列BPCR反應(yīng)中溫度的周期性改變是為了DNA聚合酶催化不同的反應(yīng)C載體質(zhì)粒通常采用抗生素合成基因作為篩選標(biāo)記基因D抗蟲基因即使成功地插入到植物細(xì)胞染色體上也未必能正常表達(dá)答案：ABC4(2018·全國(guó)卷)某種熒光蛋白(GFP)在紫外光或藍(lán)光激發(fā)下會(huì)發(fā)出綠色熒光，這一特性可用于檢測(cè)細(xì)胞中目的基因的表達(dá)。某科研團(tuán)隊(duì)將某種病毒的外殼蛋白(L1)基因連接在GFP基因的5末端，獲得了L1­GFP融合基因(簡(jiǎn)稱為甲)，并將其插入質(zhì)粒P0，構(gòu)建了真核表達(dá)載體P1，其部分結(jié)構(gòu)和酶切位點(diǎn)的示意圖如下，圖中E1E4四種限制酶產(chǎn)生的黏性末端各不相同?；卮鹣铝袉?wèn)題：(1)據(jù)圖推斷，該團(tuán)隊(duì)在將甲插入質(zhì)粒P0時(shí)，使用了兩種限制酶，這兩種酶是_。使用這兩種酶進(jìn)行酶切是為了保證_，也是為了保證_。(2)將P1轉(zhuǎn)入體外培養(yǎng)的牛皮膚細(xì)胞后，若在該細(xì)胞中觀察到了綠色熒光，則說(shuō)明L1基因在牛的皮膚細(xì)胞中完成了_和_過(guò)程。(3)為了獲得含有甲的牛，該團(tuán)隊(duì)需要做的工作包括：將能夠產(chǎn)生綠色熒光細(xì)胞的_移入牛的_中、體外培養(yǎng)、胚胎移植等。(4)為了檢測(cè)甲是否存在于克隆牛的不同組織細(xì)胞中，某同學(xué)用PCR方法進(jìn)行鑒定，在鑒定時(shí)應(yīng)分別以該牛不同組織細(xì)胞中的_(填“mRNA”“總RNA”或“核DNA”)作為PCR模板。解析：(1)據(jù)圖示信息分析：將L1­GFP融合基因(甲)插入質(zhì)粒時(shí)使用酶E1和E4進(jìn)行酶切，既能保證L1­GFP融合基因的完整，又能保證L1­GFP融合基因與載體的正確連接。(2)目的基因在受體細(xì)胞中的表達(dá)包括轉(zhuǎn)錄和翻譯兩個(gè)過(guò)程。(3)將體外培養(yǎng)的含有目的基因的動(dòng)物體細(xì)胞核移入該動(dòng)物的去核卵母細(xì)胞中，經(jīng)過(guò)體外胚胎培養(yǎng)、胚胎移植等技術(shù)可獲得轉(zhuǎn)基因動(dòng)物。(4)檢測(cè)目的基因是否存在于克隆牛的不同組織細(xì)胞中，采用PCR技術(shù)鑒定時(shí)，應(yīng)以該牛不同組織細(xì)胞中的核DNA作為PCR模板。答案：(1)E1和E4甲的完整甲與載體正確連接(2)轉(zhuǎn)錄翻譯(3)細(xì)胞核去核卵母細(xì)胞(4)核DNA5(2017·全國(guó)卷)真核生物基因中通常有內(nèi)含子，而原核生物基因中沒(méi)有，原核生物沒(méi)有真核生物所具有的切除內(nèi)含子對(duì)應(yīng)的RNA序列的機(jī)制。已知在人體中基因A(有內(nèi)含子)可以表達(dá)出某種特定蛋白(簡(jiǎn)稱蛋白A)?；卮鹣铝袉?wèn)題：(1)某同學(xué)從人的基因組文庫(kù)中獲得了基因A，以大腸桿菌作為受體細(xì)胞卻未得到蛋白A，其原因是_。(2)若用家蠶作為表達(dá)基因A的受體，在噬菌體和昆蟲病毒兩種載體中，不選用_作為載體，其原因是_。(3)若要高效地獲得蛋白A，可選用大腸桿菌作為受體。因?yàn)榕c家蠶相比，大腸桿菌具有_(答出兩點(diǎn)即可)等優(yōu)點(diǎn)。(4)若要檢測(cè)基因A是否翻譯出蛋白A，可用的檢測(cè)物質(zhì)是_ _(填“蛋白A的基因”或“蛋白A的抗體”)。(5)艾弗里等人的肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)為證明DNA是遺傳物質(zhì)做出了重要貢獻(xiàn)，也可以說(shuō)是基因工程的先導(dǎo)，如果說(shuō)他們的工作為基因工程理論的建立提供了啟示，那么，這一啟示是_。解析：(1)人是真核生物，從人的基因組文庫(kù)中獲得的基因A有內(nèi)含子，而受體細(xì)胞大腸桿菌是原核生物，原核生物基因中沒(méi)有內(nèi)含子，相應(yīng)的就沒(méi)有切除內(nèi)含子對(duì)應(yīng)的RNA序列的機(jī)制，故無(wú)法表達(dá)出蛋白A。(2)噬菌體是專一性侵染細(xì)菌的病毒，以細(xì)菌為宿主細(xì)胞，而昆蟲病毒侵染的是昆蟲，以昆蟲為宿主細(xì)胞。家蠶屬于昆蟲，故應(yīng)選用昆蟲病毒作為載體。(3)與家蠶相比，大腸桿菌具有繁殖快、容易培養(yǎng)等優(yōu)點(diǎn)，故要高效地獲得蛋白A，可選用大腸桿菌作為受體。(4)檢測(cè)基因A是否翻譯出蛋白A，可用抗原抗體雜交法。(5)艾弗里等人的肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)中，S型細(xì)菌的DNA可以使R型細(xì)菌發(fā)生轉(zhuǎn)化，說(shuō)明可調(diào)控多糖莢膜產(chǎn)生的基因整合到了R型細(xì)菌的DNA分子中并成功得以表達(dá)。也就是說(shuō)DNA可以從一種生物個(gè)體轉(zhuǎn)移到另一種生物個(gè)體并進(jìn)行表達(dá)，這就為基因工程理論的建立提供了啟示。答案：(1)基因A有內(nèi)含子，在大腸桿菌中，其初始轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物中與內(nèi)含子對(duì)應(yīng)的RNA序列不能被切除，無(wú)法表達(dá)出蛋白A(2)噬菌體噬菌體的宿主是細(xì)菌，而不是家蠶(3)繁殖快、容易培養(yǎng)(4)蛋白A的抗體(5)DNA可以從一種生物個(gè)體轉(zhuǎn)移到另一種生物個(gè)體- 16 -