1、知识梳理要点突破知识梳理要点突破第17讲 基因工程 知识梳理要点突破最新“加试”考纲1工具酶的发现和基因工程的诞生(a)。2.基因工程的原理和技术(b)。3.基因工程的应用(a)。4.活动：提出生活中的疑难问题，设计用基因工程技术解决的方案(c)。知识梳理要点突破考点一 工具酶的发现和基因工程的诞生1基因工程的诞生(1)概念：把一种生物的(细胞核、染色体、脱氧核糖核酸等)移到另外一种生物的细胞中去，并使这种遗传物质所带的遗传信息在受体细胞中。(2)核心：构建。(3)诞生时间：20世纪70年代。(4)理论基础：是生物遗传物质的发现，DNA双螺旋结构的确立以及遗传信息传递方式的认定。(5)技术保障
2、：、DNA连接酶和质粒载体的发现和运用。遗传物质表达重组DNA分子DNA限制性核酸内切酶知识梳理要点突破2工具酶的发现(1)限制性核酸内切酶来源：主要从中分离纯化出来。作用a特异性识别双链DNA分子的某种。b切割两个核苷酸之间的化学键。结果：产生。(2)DNA连接酶作用：将具有相同的两个DNA片段连接在一起。原核生物特定核苷酸序列粘性末端或平末端粘连末端知识梳理要点突破(3)质粒从存在位置看，在细菌中独立于之外。从化学成分上看，为。从功能上看，能。从结构上看，常含有。拟核双链环状DNA分子自主复制抗生素抗性基因知识梳理要点突破3载体上标记基因的标记原理载体上的标记基因一般是一些抗生素的抗性基因
3、。目的基因是转入的受体细胞没有抵抗相关抗生素的能力。当含有抗生素抗性基因的载体进入受体细胞后，抗性基因在受体细胞内表达，使受体细胞能够抵抗相应抗生素，所以在受体细胞的培养体系中加入该种抗生素就可以只保留转入载体的受体细胞，原理如下图所示：知识梳理要点突破深度思考限制性核酸内切酶Mun I和限制性核酸内切酶EcoR的识别序列及切割位点分别是CAATTG和GAATTC。如图表示四种质粒和目的基因，其中，箭头所指部位为限制性核酸内切酶的识别位点，质粒的阴影部分表示标记基因。适于作为图示目的基因载体的质粒是下列中的哪一个？知识梳理要点突破提示 由图可知，质粒上无标记基因，不适合作为载体；质粒和的标记基
4、因上都有限制性核酸内切酶的识别位点。只有质粒上既有标记基因，且Mun的切割点不在标记基因上。知识梳理要点突破考点二 基因工程的操作程序及应用1基因工程的操作步骤(1)获得目的基因获取目的基因序列已知：化学合成或。基因序列未知：从中获取。(2)形成重组DNA分子(基因工程的核心)：通常用分别切割和DNA，然后用将目的基因和载体DNA连接在一起，形成重组DNA分子。PCR扩增相同的限制性核酸内切酶目的基因基因文库载体DNA连接酶知识梳理要点突破(3)将重组DNA分子导入受体细胞常用的受体细胞：、枯草杆菌、和动植物细胞等。导入方法：用处理大肠杆菌，可以增加大肠杆菌的通透性，使重组质粒容易进入。大肠杆
5、菌酵母菌氯化钙细胞壁知识梳理要点突破(4)筛选含有目的基因的受体细胞筛选原因：并不是所有的细胞都接纳了，因此，需筛选含的受体细胞。筛选方法：用含的培养基培养受体细胞，选择含的受体细胞。(5)目的基因的表达目的基因在内，产生人们需要的功能物质。重组DNA分子目的基因抗生素重组质粒宿主细胞知识梳理要点突破2基因工程的应用(1)基因工程与遗传育种 转基因植物培育优点所需时间克服的缺陷 转基因动物 含义：转入了的动物。培育优点：。较短远缘亲本难以杂交外源基因省时、省力知识梳理要点突破(2)基因工程与疾病治疗基因工程药物：如通过生产治疗糖尿病，通过酵母菌生产乙肝疫苗等。基因治疗指的是向目标细胞中引入的基
6、因，以基因的缺陷，达到治疗的目的。(3)基因工程与生态环境保护利用转基因植物生产聚羟基烷酯，用于合成的新型塑料。改造分解石油的细菌，提高其分解石油的能力。利用转基因微生物吸收环境中的，降解有毒化合物和处理工业废水。大肠杆菌胰岛素正常功能纠正或补偿可降解重金属知识梳理要点突破要点一 基因工程的操作工具1五种DNA相关酶的比较作用底物作用部位形成产物限制性核酸内切酶DNA分子磷酸二酯键粘性末端或平末端DNA连接酶DNA片段磷酸二酯键重组DNA分子DNA聚合酶脱氧核苷酸磷酸二酯键子代DNA解旋酶DNA分子 碱基对间的氢键形成脱氧核苷酸单链DNA(水解)酶DNA分子磷酸二酯键游离的脱氧核苷酸知识梳理要
7、点突破2限制性核酸内切酶和DNA连接酶之间的关系图示(1)限制性核酸内切酶和DNA连接酶的作用部位都是磷酸二酯键。(2)限制性核酸内切酶不切割自身DNA的原因是该原核生物中不存在该酶的识别序列或识别序列已经被修饰。(3)DNA连接酶起作用时，不需要模板。知识梳理要点突破3限制性核酸内切酶选择的注意事项知识梳理要点突破(1)根据目的基因两端的限制性核酸内切酶切点确定限制性核酸内切酶的种类应选择切点位于目的基因两端的限制性核酸内切酶，如图甲可选择Pst。不能选择切点位于目的基因内部的限制性核酸内切酶，如图甲不能选择Sma。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性核酸内切酶切割
8、目的基因和质粒，如图甲也可选择用Pst 和EcoR 两种限制性核酸内切酶(但要确保质粒上也有这两种酶的切点)。知识梳理要点突破(2)根据质粒的特点确定限制性核酸内切酶的种类所选限制性核酸内切酶要与切割目的基因的限制性核酸内切酶相一致，以确保具有相同的粘性末端。质粒作为载体必须具备标记基因等，所以所选择的限制性核酸内切酶尽量不要破坏这些结构，如图乙中限制性核酸内切酶Sma 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。知识梳理要点突破基因工程操作基本工具的8个易错点(1)限制性核酸内切酶是一类酶，而
9、不是一种酶。(2)限制性核酸内切酶的成分为蛋白质，其作用的发挥需要适宜的理化条件，高温、强酸或强碱均易使之变性失活。(3)在切割目的基因和载体时要求用同一种限制性核酸内切酶，目的是产生相同的粘性末端。(4)将一个基因从DNA分子上切割下来，需要切两处，同时产生4个粘性末端。知识梳理要点突破(5)不同DNA分子用同一种限制性核酸内切酶切割产生的粘性末端都相同，同一个DNA分子用不同的限制性核酸内切酶切割，产生的粘性末端一般不相同。(6)限制性核酸内切酶切割位点应位于标记基因之外，不能破坏标记基因，以便进行检测。(7)基因工程中的载体与细胞膜上物质运输的载体不同。基因工程中的载体是DNA分子，能将
10、目的基因导入受体细胞内；膜载体是蛋白质，与细胞膜的通透性有关。(8)基因工程中有3种工具，但工具酶只有2种。知识梳理要点突破对点小练1(2016绍兴一中模拟)下列有关限制性核酸内切酶识别的叙述，不正确的是()A从反应类型来看，限制性核酸内切酶催化的是一种水解反应B限制性核酸内切酶的活性受温度、pH的影响C一种限制性核酸内切酶只能识别双链DNA中某种特定的脱氧核苷酸序列D限制性核酸内切酶识别序列越短，则该序列在DNA中出现的几率就越小知识梳理要点突破解析 限制性核酸内切酶能够识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断裂，即催化的是一种水解反应，
11、故A正确；限制性核酸内切酶的活性受温度、pH的影响，在最适宜的温度和pH条件下，酶的活性最高；温度和pH偏高或偏低，酶的活性都会明显降低；在过酸、过碱或温度过高条件下酶会变性失活，而在低温条件下酶的活性降低，但不会失活，故B正确；一种限制性核酸内切酶只能识别双链DNA中某种特定的脱氧核苷酸序列，并在特定的位点切割磷酸二酯键，说明酶具有专一性，故C正确；限制性核酸内切酶识别序列越短，则该序列在DNA中出现的几率就越大，故D错误。答案 D知识梳理要点突破2若要利用某目的基因(见图甲)和P1噬菌体载体(见图乙)构建重组DNA(见图丙)，限制性核酸内切酶的酶切位点分别是Bgl(AGATCT)、EcoR
12、(GAATTC)和Sau3A(GATC)。下列分析合理的是()知识梳理要点突破A用EcoR 切割目的基因和P1噬菌体载体B用Bgl和EcoR 切割目的基因和P1噬菌体载体C用Bgl和Sau3A 切割目的基因和P1噬菌体载体D用EcoR 和Sau3A 切割目的基因和P1噬菌体载体解析 解答本题的关键是要看清切割后目的基因插入的方向，只有用EcoR 和Sau3A 切割目的基因和P1噬菌体载体，构建的重组DNA中RNA聚合酶在插入的目的基因上的移动方向才一定与图丙相同。答案 D知识梳理要点突破3嗜热土壤芽孢杆菌产生的葡萄糖苷酶(BglB)是一种耐热纤维素酶，为使其在工业生产中更好地应用，现利用大肠杆
13、菌表达BglB酶开展了以下试验：(1)PCR扩增BglB基因时，选用_基因组DNA作模板。(2)下图为质粒限制性核酸内切酶酶切图谱。BglB基因不含图中限制性核酸内切酶识别序列。为使PCR扩增的BglB基因重组进该质粒，扩增的BglB基因两端需分别引入_和_不同限制性核酸内切酶的识别序列。知识梳理要点突破注：图中限制性核酸内切酶的识别序列及切割形成的粘性末端均不相同知识梳理要点突破(3)大肠杆菌不能降解纤维素，但转入上述建构好的表达载体后则获得了降解纤维素的能力，这是因为_。(4)下列有关限制性核酸内切酶的叙述中正确的是()A用限制性核酸内切酶切割一个DNA分子中部，获得一个目的基因时，被水解
14、的磷酸二酯键有2个B限制性核酸内切酶识别序列越短，则该序列在DNA中出现的几率就越大CCATG和GGATCC序列被限制性核酸内切酶切出的粘性末端碱基数不同D只有用相同的限制性核酸内切酶处理含目的基因的片段和质粒，才能形成重组质粒知识梳理要点突破解析(1)BglB基因存在于嗜热土壤芽孢杆菌基因组中，故应以该菌的基因组DNA为模板进行基因扩增。(2)目的基因与质粒进行重组时，需将目的基因插入到启动子和终止子之间，结合示意图可知，应在扩增的BglB基因两端分别引入Nde和BamH两种限制性核酸内切酶的识别序列。(3)该基因表达载体中含有BglB基因，其表达产生的葡萄糖苷酶可分解纤维素，这样大肠杆菌就
15、获得了分解纤维素的能力。(4)切割一个DNA分子中部，获得一个目的基因时，被水解的磷酸二酯键有4个；CATG和GGATCC序列被限制性核酸内切酶切出的粘性末端碱基数相同，都为4个碱基；只要切割出来的粘性末端的碱基序列相同，都可以被DNA连接酶连接。知识梳理要点突破答案(1)嗜热土壤芽孢杆菌(2)Nde BamH(3)转基因的大肠杆菌分泌出有活性的BglB酶(4)B知识梳理要点突破4下表中列出了几种限制性核酸内切酶识别序列及其切割位点，图1、图2中箭头表示相关限制性核酸内切酶的酶切位点。请回答下列问题：限制性核酸内切酶BamHHind EcoRSma识别序列及切割位点GGATCCCCTAGG A
16、AGCTTTTCGAA GAATTCCTTAAG CCCGGGGGGCCC 知识梳理要点突破(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_。知识梳理要点突破(4)与只使用EcoR相比较，使用BamH 和Hind 两种限制性核酸内切酶同时处理质粒、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
17、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。知识梳理要点突破解析(1)质粒是双链环状DNA分子，在Sma切割前没有游离的磷酸基团，Sma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GC碱基对越多，热稳定性就越高。Sma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Sma酶
18、切位点越多，GC碱基对越多，热稳定性越高。知识梳理要点突破(3)据图1可知，Sma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Sma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Sma切割。(4)用同种限制性核酸内切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，用两种限制性核酸内切酶可避免此类现象。(5)基因表达载体的构建过程中需加DNA连接酶。(6)抗生素抗性基因属于标记基因，供重组DNA的鉴定和选择。知识梳理要点突破(7)目的基因是蔗糖转运蛋白基因，将其导入丧失
19、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)Sma会破坏质粒的抗性基因、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)以蔗糖为唯一碳源知识梳理要点突破要点二 基因工程操作程序及应用1几种目的基因获取方法的比较方法从基因文库中获取人工合成从基因组文库中获取从部分基因文库，如cDNA文库中获取化学合成法反转录法知识梳理要点突破知识梳理要点突破2形成重组
20、DNA分子最核心步骤(1)基因表达载体的组成：目的基因启动子终止子标记基因等。基因表达载体模式图知识梳理要点突破(2)重组DNA分子的构建方法知识梳理要点突破3筛选与检测整合(1)筛选含有目的基因的受体细胞筛选原理：质粒上有抗生素抗性基因等标记基因。筛选方法：利用选择培养基筛选。举例：知识梳理要点突破(2)分子水平的3类检测检测是否插入目的基因利用“DNA分子杂交技术”，目的基因DNA一条链(作探针)与受体细胞中提取的DNA杂交，看是否有“杂交带”。检测是否转录出了mRNA利用“核酸分子杂交技术”，目的基因DNA一条链(作探针)与受体细胞中提取的mRNA杂交，看是否有“杂交带”。检测目的基因是
21、否翻译成蛋白质方法是从转基因生物中提取蛋白质，用相应的抗体进行“抗原抗体杂交”，看是否出现“杂交带”。知识梳理要点突破(3)转基因是否成功的鉴定个体生物学水平的鉴定，进行抗虫或抗病接种实验，看转基因植物是否出现目的基因控制的性状。知识梳理要点突破4基因工程的应用表现方面具体内容植物基因工程抗虫转基因植物抗病转基因植物抗逆转基因植物利用转基因改良植物品质知识梳理要点突破动物基因工程提高动物生长速度用转基因动物生产药物(如乳腺生物反应器)用转基因动物作器官移植的供体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体外基因治疗体内基因治疗知识梳理要点突破5基因工程其他应用举例(1)基因
22、工程与遗传育种 转基因植物培育优点所需时间较短克服远缘亲本难以杂交的缺陷 转基因动物a含义：转入了外源基因的动物。b培育优点：省时、省力。知识梳理要点突破(2)基因工程与生态环境保护利用转基因植物生产聚羟基烷酯，用于合成可降解的新型塑料。改造分解石油的细菌，提高其分解石油的能力。利用转基因微生物吸收环境中的重金属，降解有毒化合物和处理工业废水。知识梳理要点突破对点小练1人类B型血友病属于伴X隐性遗传病，因为血液中缺少凝血因子导致凝血异常。下列关于对患者进行基因治疗的设计，正确的是()A逆转录病毒的核酸可直接用作载体B需将凝血因子和载体连接起来C必须把目的基因插入到X染色体D需选择患者自身细胞作
23、为受体细胞知识梳理要点突破解析 本题考查基因治疗的相关知识。病毒可以作为载体，而不是病毒中的核酸作为载体；凝血因子不是目的基因，而是目的基因表达的产物，其不能与载体相连；基因治疗一般是指把正常的基因转移到患者体内，使其在体内表达，最终达到治疗某种疾病的方法，并不一定要插入到缺陷基因所在的染色体位置。答案 D知识梳理要点突破2基因工程是在现代生物学、化学和工程学基础上建立和发展起来的，并有赖于微生物学理论和技术的发展运用，基因工程基本操作流程如图所示，请据图分析回答：知识梳理要点突破(1)图中A是_；最常用的是_；在基因工程中，需要在限制性核酸内切酶和_酶的作用下才能完成剪接过程。(2)在上述基
24、因工程的操作过程中，可以遵循碱基互补配对原则的步骤有_。(用图解中序号表示)(3)不同种生物之间的基因移植成功，从分子水平分析，进行基因工程的主要理论依据是不同生物的DNA分子结构基本相同，也说明了生物共用一套_。知识梳理要点突破(4)研究中发现，番茄体内的蛋白酶抑制剂对害虫的消化酶有抑制作用，导致害虫无法消化食物而被杀死，人们成功地将番茄的蛋白酶抑制剂基因导入玉米体内，玉米获得了与番茄相似的抗虫性状，玉米这种变异的来源是_。(5)科学家在某种植物中找到了抗枯萎病的基因，并用基因工程的方法将该基因导入金茶花叶片细胞的染色体DNA上，经培养长成的植株具备了抗病性，这说明_。如果把该基因导入叶绿体
25、DNA中，将来产生的配子中_(选填“一定”或“不一定”)含有抗病基因。知识梳理要点突破解析(1)在基因工程中，目的基因与载体结合形成重组DNA，载体常用质粒；基因工程的工具酶是限制性核酸内切酶和DNA连接酶。(2)碱基互补配对发生在DNA分子、RNA分子之间，过程目的基因的DNA分子中有碱基互补配对，过程目的基因DNA与质粒的粘性末端配对，过程中基因的表达有碱基互补配对，故基因工程中有碱基互补配对。(3)不同种生物之间的基因移植成功的原因是不同生物的DNA结构相同、共用一套遗传密码。(4)基因工程的原理是基因重组。(5)根据题意，已培养出抗病植株，所以目的基因已表达。如将基因导入叶绿体DNA中
26、，将来产生的精子中不含有抗病基因，卵细胞中含有抗病基因，故配子中不一定含有抗病基因。知识梳理要点突破答案(1)运载体 质粒 DNA连接(2)(3)密码子(4)基因重组(5)目的基因(抗枯萎病的基因)已表达 不一定知识梳理要点突破3(2015浙江省诸暨中学高三期中)科学家将外源目的基因与大肠杆菌的质粒进行重组，并在大肠杆菌中成功表达。下图表示构建重组质粒和筛选含目的基因的大肠杆菌的过程。请据图回答：知识梳理要点突破(1)步骤和中常用的工具酶是_。(2)经过和步骤后，有些质粒上的_基因内插入了外源目的基因，形成重组质粒。(3)步骤是_的过程。为了促进该过程，应该用_处理大肠杆菌。(4)步骤：将三角
27、瓶内的大肠杆菌接种到含四环素的培养基C上培养，目的是筛选_。能在C中生长的大肠杆菌有_种。(5)步骤：用无菌牙签挑取C上的单个菌落，分别接种到D(含氨苄青霉素和四环素)和E(含四环素)两个培养基的相同位置上，一段时间后，菌落的生长状况如图所示。含目的基因的菌落位于(填“D”或“E”)_上，请在图中相应的位置上圈出来。知识梳理要点突破解析 构建重组质粒用的工具酶是限制性核酸内切酶和DNA连接酶，限制性核酸内切酶的切点位于哪种抗性基因的内部，就会将目的基因插入该抗性基因的内部。将重组质粒导入大肠杆菌细胞内需要用CaCl2溶液处理受体细胞，使其成为感受态细胞，这样更容易导入成功。培养基中含有四环素，这样的培养基是选择培养基，选择的是具有四环素抗性基因的大肠杆菌。具有四环素抗性基因的大肠杆菌必定导入了普通质粒或者重组质粒，所以能在C中生长的大肠杆菌有2种。比较D和E可以看出，D中有2个菌落不能存活，说明不能抗氨苄青霉素，但能抗四环素，由此可以断定：D中不能生长的两个菌落中导入了重组质粒，也就是氨苄青霉素抗性基因内部插入目的基因的质粒，因此E中相同位置的两个菌落是含目的基因的菌落。知识梳理要点突破答案(1)限制性核酸内切酶、DNA连接酶(2)氨苄青霉素抗性(3)将重组质粒(目的基因)导入大肠杆菌(受体细胞)CaCl2溶液(4)含四环素抗性基因的大肠杆菌 2(5)E 如图
