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1、课时课时2基因工程基因工程简简介介一、基因工程的概念概念：基因工程又叫做基因拼接技术或DNA重组技术。是指在生物体外，通过对DNA分子进行人工“剪切”和“拼接”，对生物的基因进行改造和重新组合，然后导入受体细胞内进行 ，使重组基因在受体细胞内表达，产生出人类所需要的基因产物，可实现对生物性状的 改造。转录转录和翻和翻译译定向定向二、基因操作的工具1基因的“剪刀”限制性内切酶：主要存在于微生物中。(1)作用：识别特定的 ，并能在特定的切点上切割DNA分子。(2)特点：具有特异性。2基因的“针线”DNA连接酶作用：是将两个 连接起来。脱氧核苷酸序列脱氧核苷酸序列不同来源的不同来源的DNA分子的黏性
2、末端分子的黏性末端3基因的运载工具运载体(1)条件能够在宿主细胞中 地保存。具有多个 切点，以便与外源基因连接。具有某些 ，便于进行筛选。(2)作用作为运载工具将 转移到宿主细胞中。利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制。(3)常用的运载体：、噬菌体和动植物病毒等。复制并复制并稳稳定定限制限制酶酶标记标记基因基因目的基因目的基因质质粒粒1基因工程的原理是什么？2DNA连接酶与DNA聚合酶各有什么作用？三、基因操作的基本步骤1提取目的基因(1)直接分离法：最常用的方法是 。鸟枪鸟枪法法2目的基因与运载体结合：对质粒和目的基因必须用 限制酶切割，使其产生相同的 再加入 形成 。3将目的基因导入受
3、体细胞途径：借鉴 侵染细胞途径。常用受体细胞：大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌、动植物细胞等。4目的基因的表达和检测检测方法：常用是否具有 来判断是否获得了目的基因。表达：受体细胞 ，才能说明目的基因完成了表达。同一种同一种黏性末端黏性末端DNA连连接接酶酶细细菌、或病毒菌、或病毒某种抗性某种抗性表表现现目的基因控制的性状目的基因控制的性状重重组组DNA分子分子3为什么经常选用细菌作为受体细胞？思考探讨提示：1基因重组。2DNA连接酶是把DNA片段形成磷酸二酯键连接起来，DNA聚合酶是把单个的脱氧核苷酸形成磷酸二酯键连接成DNA片段。3细菌繁殖快。一、基因工程的概念及操作工具1基因工程的概念基因
4、工程的基因工程的别别名名基因拼接技基因拼接技术术或或DNA重重组组技技术术操作操作环环境境生物体外生物体外操作操作对对象象基因基因操作水平操作水平DNA分子水平分子水平基本基本过过程程剪切剪切拼接拼接导导入入表达表达结结果果产产生人生人类类需要的基因需要的基因产产物物特点特点定向改定向改变变生物生物遗传遗传性状性状变变异异类类型型基因重基因重组组2基因操作的“工具”操作工具操作工具作用作用其他其他基因的基因的“剪刀剪刀”限制限制性内切性内切酶酶(简简称限制称限制酶酶)识别识别和切割特定的核苷和切割特定的核苷酸序列，用于切割酸序列，用于切割DNA分子分子获获得目的基得目的基因或切割运因或切割运载
5、载体体获获得相得相同的黏性末端，以便形同的黏性末端，以便形成重成重组组DNA分子分子主要存在于微生物中，主要存在于微生物中，具有具有专专一性一性基因的基因的“针线针线”DNA连连接接酶酶连连接互接互补补的黏性末端，的黏性末端，即将目的基因与运即将目的基因与运载载体体“缝缝合合”起来形成重起来形成重组组DNA分子分子连连接磷酸和脱氧核糖接磷酸和脱氧核糖间间的化学的化学键键(建立建立3，5磷酸二磷酸二酯键酯键)基因的基因的“运运输输工具工具”运运载载体体将目的基因将目的基因导导入受体入受体细细胞中，作胞中，作为为把把“目的基目的基因因”送入送入“受体受体细细胞胞”的的桥桥梁或梁或载载体体质质粒、粒
6、、动动植物病毒、噬植物病毒、噬菌体等菌体等二、基因工程的操作步骤第一步：提取(获得)目的基因；过过程程优优点点缺点缺点适用适用范范围围直接分离法直接分离法(鸟枪鸟枪法法)供体供体细细胞中的胞中的DNA DNA片段片段 不同受体不同受体细细胞胞DNA片段片段扩扩增增 含目的基因含目的基因细细胞胞目的基因目的基因操作操作简简便便工作量大，有盲目工作量大，有盲目性，目的基因含有性，目的基因含有不表达的内含子不表达的内含子原核原核基因基因 人人工合工合成基成基因因反反转录转录法法mRNA 单链单链DNA 双双链链DNA专专一性一性强强，目，目的基因的基因中不含中不含内含子内含子操作操作过过程麻程麻烦烦
7、，mRNA生存生存时间时间短，短，技技术术要求高要求高真核真核基因基因据已知据已知的氨基的氨基酸序列酸序列合成合成据推据推测测出的核苷酸序列，通出的核苷酸序列，通过过化学化学方法合成方法合成专专一性一性最最强强目目的基，的基，因不含因不含内含子，内含子，可合成可合成自然界自然界不存在不存在的基因的基因目前，复目前，复杂杂的尚不的尚不知核苷酸序列的基知核苷酸序列的基因不能合成因不能合成第二步：目的基因与运载体DNA结合形成重组DNA分子；第三步：将含目的基因的运载体导入受体细胞；第四步：目的基因在受体细胞中的检测和表达。(2009年浙江理综)下列关于基因工程的叙述，错误的是 ()A目的基因和受体
8、细胞均可来自动、植物或微生物B限制性核酸内切酶和DNA连接酶是两类常用的工具酶C人胰岛素原基因在大肠杆菌中表达的胰岛素原无生物活性D载体上的抗性基因有利于筛选含重组DNA的细胞和促进目的基因的表达【解析】目的基因和受体细胞均可来自动、植物或微生物；基因工程中常用的工具酶有限制性核酸内切酶和DNA连接酶；大肠杆菌为原核生物，不含有内质网和高尔基体等细胞器，不能对蛋白质进行加工，其合成的胰岛素原无生物活性。运载体中的抗性基因为标记基因，其作用是有利于筛选含重组DNA的细胞，不能促进目的基因的表达。【答案】D (2009年广东理基)钱永健先生因在研究绿色荧光蛋白方面的杰出成就而获2008年诺贝尔奖。
9、在某种生物中检测不到绿色荧光，将水母绿色荧光蛋白基因转入该生物体内后，结果可以检测到绿色荧光。由此可知 ()A该生物的基因型是杂合的B该生物与水母有很近的亲缘关系C绿色荧光蛋白基因在该生物体内得到了表达D改变绿色荧光蛋白基因的1个核苷酸对，就不能检测到绿色荧光【解析】在转基因生物体内能检测到绿色荧光，说明绿色荧光基因已在生物体内成功表达。【答案】C验证或探究质粒上的抗性基因方法：将重组后的质粒导入受体细胞，分别放在含青霉素、四环素的培养基上培养，观察成活情况。现象结论：(1)都成活两种标记基因都有；(2)只有一个培养基上成活只有其中一种，抗青霉素基因或抗四环素基因；(3)都不成活都不存在。19
10、78年美国科学家利用基因工程技术，将人类胰岛素基因拼接到大肠杆菌的DNA分子中，然后通过大肠杆菌的繁殖，生产出了人胰岛素，操作过程如下图所示：(1)在上述基因操作中，由过程所用的基因“剪刀”是_；由过程的实现是通过与过程相同的_切割的结果；由过程需要_连成重组DNA分子；由过程是通过细胞的_实现的。(2)不同生物间基因可以“移植”成功的基础是DNA的_结构。大肠杆菌可以生产出人类的胰岛素，说明它们和人类利用一套_，大肠杆菌合成人胰岛素的过程可以表示为_。(3)形成的重组DNA分子是否真正转移到了受体细胞，必须对受体细胞进行检测。请根据下面实验原理和材料用具，设计实验选择运载体质粒，探究质粒的抗
11、菌素基因所合成的抗菌类别。实验原理：作为运载体的质粒，须有标记基因，这一标记基因是抗菌素抗性基因。故凡有抗菌素抗性的细菌，其质粒才可能用作运载体。材料用具：青霉素、四环素的10万单位溶液、菌种试管、灭菌的含细菌培养基的培养皿、酒精灯、接种环、一次性注射器、蒸馏水、恒温箱。方法步骤：第一步：取三个含细菌培养基的培养皿并标上1、2、3号，在酒精灯旁，用三支注射器，分别注入1 mL蒸馏水、青霉素、四环素液，并使之分布在整个培养基表面。第二步：将接种环在酒精灯上燃烧用来灭菌，并在酒精灯火焰旁取种，然后对三个培养皿接种。第三步：培养。将接种后的三个培养皿放入37 的恒温箱中培养24 h。预期结果分析：设
12、置1号的目的是_，出现的现象是_。若3号不存活，1、2号存活则_。若2号不存活，1、3号存活则_。【解析】生产基因工程药品是基因工程的一个重要应用。重组质粒导入操作完成后，需根据质粒所带有的抗性基因对受体细胞进行筛选，质粒对抗生素的抗性类型可以通过实验加以分析。【答案】(1)限制性内切酶限制性内切酶DNA连接酶有丝分裂(2)双螺旋密码子DNA(基因)mRNA 蛋白质(3)对照细菌正常生长细菌质粒上无抗四环素的基因，有抗青霉素的基因细菌质粒上无抗青霉素的基因，有抗四环素的基因1(2009年海南生物)已知a、b、c、d是某细菌DNA片段上的4个基因，下图中W表示野生型，、分别表示三种缺失不同基因的
13、突变体，虚线表示所缺失的基因。若分别检测野生型和各种突变体中某种酶的活性，发现仅在野生型和突变体中该酶有活性，则编码该酶的基因是()A基因aB基因bC基因c D基因d【解析】本题着重考查学生的识图能力，由题图可知野生型(W)中包括基因a、b、c、d四个，突变体中包括基因a、b、c三个，突变体中包括基因a一个，突变体中包括基因c、d，又从题干中“仅在野生型和突变体中该酶有活性”，可知该酶具有活性必须含有a、b、c基因中的一个或多个。根据突变体可排除a基因对该酶的作用，故答案为B。【答案】B2(2010年河南省三门峡市阶段性考试)对人类糖尿病的基因治疗研究，大致分为以下步骤。对这些步骤的有关叙述，
14、正确的是()提取目的基因将目的基因与质粒结合为重组质粒将重组质粒导入大肠杆菌重组质粒在菌体内增殖分离重组质粒，提取目的基因将目的基因与某种病毒结合为重组DNA将重组DNA导入人体有基因缺陷的细胞目的基因的检测和表达A过程可以用鸟枪法提取B过程是为了修饰基因C过程、在细胞外进行D两次使用运载体导入受体细胞的目的相同【答案】C3(2009年重庆理综)小鼠基因敲除技术获得2007年诺贝尔奖，该技术采用基因工程、细胞工程、杂交等手段使小鼠体内的某一基因失去功能，以研究基因在生物个体发育和病理过程中的作用。例如现有基因型为BB的小鼠，要敲除基因B，可先用体外合成的突变基因b取代正常基因B，使BB细胞改变
15、为Bb细胞，最终培育成为基因敲除小鼠。(1)基因敲除过程中外源基因是否导入受体细胞，可利用重组质粒上的_检测。如果被敲除的是小鼠抑癌基因，则可能导致细胞内的_被激活，使小鼠细胞发生癌变。(2)通过基因敲除，得到一只AABb小鼠，假设棕毛基因A、白毛基因a、褐齿基因B和黄齿基因b均位于常染色体上，现要得到白毛黄齿新类型小鼠，用来与AABb小鼠杂交的纯合亲本的基因型是_，杂交子代的基因型是_，让F1代中双杂合基因型的雌雄小鼠相交配，子代中带有b基因个体的概率是_，不带B基因个体的概率是_。(3)在上述F1代中只考虑齿色这对性状，假设这对性状的遗传属X染色体伴性遗传，则表现黄齿个体的性别是_，这一代
16、中具有这种性别的个体基因型是_。【解析】(1)要检测外源基因是否导入受体细胞是根据重组质粒上的标记基因。如果抑癌基因被敲除，则原癌基因被激活，使小鼠细胞发生癌变。(2)要想得到白毛黄齿新类型(aabb)与AABb杂交的纯合亲本的基因型必是aaBB，杂交子代的基因型为AaBb和AaBB，因BbBbBB、2Bb、bb，故F1代中双杂合基因型的雌雄小鼠相互交配，子代中带有b基因个体的概率是3/4，不带B基因个体的概率是1/4。(3)若齿色这对相对性状属伴性遗传，则AABb雌性基因型为AAXBXb，与之杂交的是aaXBY，则其子代中表现黄齿个体的性别是雄性，其基因型有XBY和XbY。【答案】(1)标记
17、基因原癌基因(2)aaBBAaBB、AaBb12/16(3/4)4/16(1/4)(3)雄性()XBY、XbY4(2009年辽宁、宁夏卷)多数真核生物基因中编码蛋白质的序列被一些不编码蛋白质的序列隔开，每一个不编码蛋白质的序列称为一个内含子。这类基因经转录、加工形成的mRNA中只含有编码蛋白质的序列。某同学为检测某基因中是否存在内含子，进行了下面的实验：步骤：获取该基因的双链DNA片段及其mRNA；步骤：加热DNA双链使之成为单链，并与步骤所获得的mRNA按照碱基配对原则形成双链分子；步骤：制片、染色、电镜观察，可观察到图中结果。请回答：(1)图中凸环形成的原因是_，说明该基因有_个内含子。(
18、2)如果现将步骤所获得的mRNA逆转录得到DNA单链，然后该DNA单链与步骤中的单链DNA之一按照碱基配对原则形成双链分子，理论上也能观察到凸环，其原因是逆转录得到的DNA单链中不含有_序列。(3)DNA与mRNA形成的双链分子中碱基配对类型有_种，分别是_。【解析】(1)由题意知，基因中编码蛋白质的序列被一些不编码蛋白质的序列隔开，每一个不编码蛋白质的序列称为一个内含子。而mRNA中只含有编码蛋白质的序列。因此，变性后形成的DNA单链之一与mRNA形成双链分子时，该单链DNA中无法与mRNA配对的序列而形成凸环。(2)mRNA逆转录得到DNA单链，该DNA单链也不含有不编码蛋白质的序列，因此，逆转录得到的DNA单链中不含有内含子序列。(3)DNA中有四种碱基AGCT,mRNA有四种AGCU,DNA中的A与mRNA中的U,DNA中T与mRNA中A，DNA中C与mRNA中G，DNA中G与mRNA中C,所以配对类型有三种。【答案】(1)DNA中有内含子序列，mRNA中没有其对应序列，变性后形成的DNA单链之一与mRNA形成双链分子时，该单链DNA中无法与mRNA配对的序列而形成凸环7(2)内含子(3)3AU、TA、CG