1、选修3第39讲 基因工程 现代生物科技专题第 39 讲 基因工程选修3 选修3第39讲 基因工程 1简述基因工程的诞生。2简述基因工程的原理及技术。3举例说出基因工程的应用。4简述蛋白质工程。选修3第39讲 基因工程 1(2010浙江)在用基因工程技术构建抗除草剂的转基因烟草过程中，下列操作错误的是()A用限制性核酸内切酶切割烟草花叶病毒的核酸B用DNA连接酶连接经切割的抗除草剂基因和载体C将重组DNA分子导入原生质体D用含除草剂的培养基筛选转基因烟草细胞A选修3第39讲 基因工程 本题考查基因工程的有关知识。限制酶只能切割双链DNA，而烟草花叶病毒的核酸为RNA。选修3第39讲 基因工程 2
2、(2010江苏)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：选修3第39讲 基因工程(1)一个图1所示的质粒分子经Sma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Sma酶切位点越多，质粒的热稳定性越 。(3)用图中的质粒和外源DNA构建重组质粒，不能使用Sma切割，原因是 。(4)与只使用EcoR相比较，使用BamH和Hind两种限制酶同时处理质粒、外源DNA的优点在于可以防止 。0、2高Sma会破坏质粒的抗性基因、外源DNA中的目的基因质粒和含目的基因的外源DNA片段自身环化选修3第39讲 基因工程(5)
3、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。DNA连接鉴别和筛选含有目的基因的细胞以蔗糖为惟一含碳营养物质选修3第39讲 基因工程 (1)质粒切割前是双链环状DNA分子，故不含游离的磷酸基团。从图1可知，质粒上只含有一个Sma酶的切点，被该酶切割后含有两个游离的磷酸基团。(2)G和C含量越多，热稳定性就越高。(3)构建重组质粒时标记基因和目的基因应保持完整。(4)只使用EcoR
4、，则质粒和目的基因两端的黏性末端相同，用DNA连接酶连接时，除会产生重组质粒外，还会产生质粒与质粒、目的基因与目的基因自身连接物。(7)将重组质粒导入丧失吸收蔗糖能力的大肠杆菌突变体后，含有重组质粒的个体才能吸收蔗糖。选修3第39讲 基因工程 工具一、DNA重组技术的基本工具限制性核酸内切酶载体DNA连接酶选修3第39讲 基因工程 限制性核酸内切酶(分子手术刀)来源：主要从原核生物中分离能够识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列使两个核苷酸之间的 .断开作用切割后的末端：、平末端磷酸二酯键黏性末端选修3第39讲 基因工程 DNA连接酶(分子缝合针)Ecoli DNA连接酶：只能连接 末端T4D
5、NA连接酶：能“缝合”黏性末端和平末端功能：将切下来的DNA片段拼接成新的 DNA分子种类黏性选修3第39讲 基因工程 具有自我复制能力有 .有特殊的遗传标记基因载体(分子运输车)条件种类：、噬菌体的衍生物、动植物病毒质粒 一个至多个限制性核酸内切酶的切点选修3第39讲 基因工程 二、基因工程的基本操作程序选修3第39讲 基因工程 基因工程的应用三、基因工程的应用转基因植物转基因动物基因工程药物基因治疗选修3第39讲 基因工程 转基因植物富含赖氨酸的 .基因控制番茄果实成熟的基因与植物花青素代谢有关的基因抗虫转基因植物Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制基因、植物凝集素基因抗病转基因植
6、物：抗病毒基因、抗真菌基因其他抗逆转基因植物调节细胞渗透压的基因鱼的抗冻蛋白基因抗除草剂基因改良植物品质蛋白质编码选修3第39讲 基因工程 导入某种调节因子或设法除去 ，没有免疫排斥反应转基因动物提高动物生长速度：基因改善畜产品的品质：肠乳糖酶基因用转基因动物生产药物药用蛋白基因+乳腺蛋白基因的启动子乳腺生物反应器或乳房生物反应器用转基因动物作器官移植的供体生长激素抗原决定基因选修3第39讲 基因工程 基因工程药物第一种基因工作药物是重组人胰岛素药物包括：细胞因子、抗体、疫苗、激素等体外基因治疗(操作复杂、效果可靠)和体内基因治疗基因治疗选修3第39讲 基因工程 四、蛋白质工程(见疑难指津7)
7、选修3第39讲 基因工程 1.如何理解基因工程的概念别名基因拼接技术或DNA重组技术主要技术体外DNA重组技术和转基因技术操作环境体外操作水平DNA分子水平理论依据基因重组基本过程剪切拼接导入表达结果创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品(创造出人类需要的基因产物)选修3第39讲 基因工程 2.基因工程的载体必须满足什么条件？(1)载体DNA必须有一个或多个限制酶的切割位点，以便目的基因可以插入到载体上去。这些供目的基因插入的限制酶的切点所处的位置，还必须是在质粒本身需要的基因片段之外，这样才不至于因目的基因的插入而失活。(2)载体DNA必须具备自我复制的能力，或整合到受体染色体DNA上
8、随染色体DNA的复制而同步复制。选修3第39讲 基因工程 (3)载体DNA必须带有标记基因，以便重组后进行重组子的筛选。(4)载体DNA必须是安全的，不会对受体细胞有害，或不能进入到除受体细胞外的其他生物细胞中去。(5)载体DNA分子大小应适合，以便提取和在体外进行操作，太大就不便操作。选修3第39讲 基因工程 3.构建基因表达载体的过程如何？(1)用一定的限制酶切割质粒，使其出现一个有黏性末端的切口；(2)用同种限制酶切断目的基因，产生相同的黏性末端；选修3第39讲 基因工程 (3)将切下的目的基因片段，插入质粒的切口处，再加入适量DNA连接酶，使两者结合成重组质粒。选修3第39讲 基因工程
9、 4.目的基因的检测与鉴定类型有哪些？类型步骤检测内容方法分子检测第一步目的基因是否导入受体细胞DNA分子杂交技术(DNA和DNA之间)第二步目的基因是否转录出mRNA核酸分子杂交技术(DNA和mRNA之间)第三步目的基因是否翻译出蛋白质蛋白质分子杂交(抗原抗体之间)个体水平鉴定包括抗虫、抗病的接种实验，以确定是否有抗性以及抗性程度；基因工程产品与天然产品活性比较，以确定功能是否相同等选修3第39讲 基因工程 5.归纳转基因生物与目的基因的关系。转基因生物目的基因目的基因从何来抗虫棉Bt毒蛋白基因苏云金芽孢杆菌 抗真菌立枯丝核菌的烟草几丁质酶基因和抗毒素合成基因抗盐碱和干旱作物调节细胞渗透压的
10、基因耐寒的番茄抗冻蛋白基因鱼选修3第39讲 基因工程 转基因生物目的基因目的基因从何来抗除草剂大豆抗除草剂基因增强甜味的水果甜味基因降低乳糖的奶牛肠乳糖酶基因生产胰岛素的工程菌 人胰岛素基因人选修3第39讲 基因工程 6.大肠杆菌能生产糖蛋白吗？酵母菌是真核生物，细胞内有内质网和高尔基体等细胞器，因此能生产糖蛋白，而干扰素是糖蛋白，故酵母菌细胞能够生产干扰素；但是大肠杆菌是原核生物，细胞内没有这些细胞器，那又怎么能生产如干扰素等物质呢？选修3第39讲 基因工程 由哺乳动物细胞分泌的天然干扰素是糖蛋白，但是这并不意味着由基因工程技术生产的重组人干扰素就一定是糖蛋白。据科学家的研究资料显示，用大肠
11、杆菌生产出来的干扰素是没有糖链的，但同样能够抑制病毒在细胞内的增殖，加强巨噬细胞的吞噬作用和对癌细胞的杀伤作用。可见，大肠杆菌可以生产干扰素，但没有证据表明大肠杆菌能生产糖蛋白。选修3第39讲 基因工程 7.蛋白质工程与基因工程有何区别与联系？项目蛋白质工程基因工程区别过程预期蛋白质功能设计预期的蛋白质结构推测应有的蛋白质序列找到对应的氨基酸序列找到对应的脱氧核苷酸序列获取目的基因构建基因表达载体将目的基因导入受体细胞目的基因的检测与鉴定选修3第39讲 基因工程 项目蛋白质工程基因工程区别实质定向改造或生产人类所需蛋白质定向改造生物的遗传特性，以获得人类所需的生物类型或生物产品结果生产自然界没
12、有的蛋白质生产自然界已有的蛋白质联系蛋白质工程是在基因工程的基础上，延伸出来的第二代基因工程。因为对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白质，必须通过基因修饰或基因合成实现选修3第39讲 基因工程 DNA重组技术的基本工具 下列关于各种酶作用的叙述,不正确的是()A.DNA连接酶能使不同脱氧核苷酸的磷酸与脱氧核糖连接 B.RNA聚合酶能与基因的特定位点结合，催化遗传信息的转录 C.一种限制酶能识别多种核苷酸序列，切割出多种目的基因 D.T4DNA连接酶连接平末端的效率比连接黏性末端的低C选修3第39讲 基因工程 本题考查限制酶的作用。酶具有专一性，一种限制酶只能识别一种核苷酸序列，不过一种限制酶确实可
13、切割出多种目的基因，因为这些目的基因可能都含有该种限制酶所能识别的序列。选修3第39讲 基因工程 下列选项中不是基因工程中经常使用的用来运载目的基因的载体是()A.细菌质粒 B.噬菌体 C.动植物病毒 D.细菌拟核的DNAD选修3第39讲 基因工程 基因工程中经常使用的用来运载目的基因的载体的种类有：(人工改造的)质粒；噬菌体的衍生物(也可直接说噬菌体)；某些动植物病毒等。选修3第39讲 基因工程 同种限制酶切割产生相同的黏性末端，故基因工程中常用同种限制酶分别切割目的基因和运载体，以产生相同的黏性末端。不同种限制酶切割产生的黏性末端可能相同也可能不同，若产生的黏性末端相同的话，也可被DNA连
14、接酶催化连接起来。选修3第39讲 基因工程 基因工程的基本操作程序 基因工程的正确操作步骤是()构建基因表达载体 将目的基因导入受体细胞 检测目的基因的表达是否符合特定性状要求 获取目的基因 A.B.C.D.C选修3第39讲 基因工程 本题考查基因工程的基本操作程序。平常要熟记基因工程的“四步曲”：目的基因的获取、基因表达载体的构建、将目的基因导入受体细胞、目的基因的检测和鉴定。选修3第39讲 基因工程 以重组DNA技术为核心的基因工程正在改变着人类的生活。请回答下列问题。(1)获得目的基因的方法通常包括 .等。(2)切割和连接DNA分子所使用的酶分别是 和 。(人工合成)和酶切获取(从染色体
15、DNA分离、从生物细胞分离或从基因文库中获取、用PCR技术扩增)限制性核酸内切酶(限制酶)DNA连接酶化学合成选修3第39讲 基因工程 (3)运送目的基因进入受体细胞的载体一般 选 用 病 毒 或 ，后 者 的 形 状 成 .。(4)由于重组DNA分子成功导入受体细胞的频率,所以在转化后通常需要进行 操作。(5)将人胰岛素基因分别导入大肠杆菌与酵母菌，从两者中生产的胰岛素在功能 和 序列上是相同的。质粒小型环状低筛选氨基酸(双链环状、环状)选修3第39讲 基因工程 (1)本题考查基因工程操作的四步程序获取目的基因的方法可按教材上的三种方法(从基因文库中获取、利用PCR技术扩增和化学方法人工合成
16、)来回答。(2)为两种工具酶。(3)所用载体除题中病毒外还可以是质粒，为小型环状的DNA分子。(4)考查目的基因检测和筛选的必要性。(5)人胰岛素基因分别导入大肠杆菌与酵母菌，因胰岛素无糖侧链，则在有无内质网和高尔基体的情况下产生的胰岛素的氨基酸序列和功能是相同的。选修3第39讲 基因工程 基因工程的基本操作程序的四个步骤中，第二步是基因工程的核心；第三个步骤“将目的基因导入受体细胞”不进行碱基互补配对。选修3第39讲 基因工程 基因工程的应用 抗病毒转基因植物成功表达后，以下说法正确的是()A.抗病毒转基因植物，可以抵抗所有病毒 B.抗病毒转基因植物，对病毒的抗性具有局限性或特异性 C.抗病
17、毒转基因植物可以抗害虫 D.抗病毒转基因植物可以稳定遗传，不会变异B选修3第39讲 基因工程 单抗病毒转基因植物只可以抵抗某些病毒，不是所有病毒，不可以抗虫。抗病毒转基因植物连续种植若干代后也有可能因发生基因突变而不具抗病毒性状。选修3第39讲 基因工程 (2009福建)转基因抗病香蕉的培育过程如图所示。质粒上有Pst、Sma、EcoR、Apa等四种限制酶切割位点。请回答：选修3第39讲 基因工程 （1）构建含抗病基因的表达载体A时，应 选 用 限 制 酶 ，对 .进行切割。（2）培养基中的卡那霉素会抑制香蕉愈伤组织细胞的生长，欲利用该培养基筛选已导入抗病基因的香蕉细胞，应使基因表达载体A中含
18、有 ，作为标记基因。（3）香蕉组织细胞具有全能性，因此，可以利用组织培养技术将导入抗病基因的香蕉组织细胞培育成植株。图中、依次表示 组 织 培 养 过 程 中 香 蕉 组 织 细 胞 的 。Pst、EcoR含抗病基抗卡那霉素基因脱分化、再分化因的DNA、质粒选修3第39讲 基因工程 本题考查基因工程的有关知识。(1)从图可看出，只有Pst、EcoR两种酶能保持抗病基因结构的完整性，所以构建含抗病基因的 表 达 载 体 A 时，应 选 用 限 制 酶 Pst、EcoR两种酶，对抗病基因的DNA和质粒进行切割。(2)卡那霉素能抑制香蕉愈伤组织细胞的生长，欲利用该培养基筛选已导入抗病基因的香蕉细胞，
19、应使基因表达载体A中含有抗卡那霉素基因，以此作为标记基因。选修3第39讲 基因工程 (3)香蕉组织细胞具有全能性，因此，可以利用组织培养技术将导入抗病基因的香蕉组织细胞培育成植株。图中、依次表示组织培养过程中香蕉组织细胞的脱分化和再分化。选修3第39讲 基因工程 蛋白质工程的崛起 将人的干扰素基因通过基因定点突变，使干扰素第17位的半胱氨酸改变成丝氨酸，改造后的干扰素比天然干扰素的抗病毒活性和稳定性显著提高，此项技术属于()A.蛋白质工程 B.细胞工程 C.胚胎工程 D.生态工程A选修3第39讲 基因工程 解答本题的关键是把握获得的干扰素与天然干扰素不同，只有蛋白质工程能产生自然界没有的蛋白质
20、。选修3第39讲 基因工程 中心法则阐明了遗传信息的传递方向。蛋白质工程运用所谓的反向生物学技术，构建其生物学功能优良于天然蛋白质的新型蛋白质，其最终需要改造对象是()A.基因 B.蛋白质 C.细胞 D.细胞培养条件设计A选修3第39讲 基因工程 本题考查蛋白质工程的流程：由预期蛋白质功能出发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)，这样对原有的基因进行改造，可以创造自然界不存在的蛋白质。蛋白质工程的实质是改造基因，蛋白质工程是在基因水平上改造蛋白质。基因工程是蛋白质工程的关键技术，蛋白质工程是在基因工程的基础上延伸出来的第二代基因工程，是包含多学科的综合科技工程领域。