第十单元专题 二十八基因工程

专题二十八基因工程第十单元现代生物科技专题考情精解读考纲要求知识体系构建目录CONTENTS命题规律命题分析预测A考点帮·素养大提升考点1

基因工程的基本工具与操作程序考点2

基因工程的应用与蛋白质工程B方法帮·素养大提升方法1基因工程操作工具的分析方法2基因工程操作程序的分析方法3基因工程与蛋白质工程的辨析C考法帮·考向全扫描考向1基因工程的基本工具考向2基因工程的基本操作步骤考向3基因工程的应用及拓展

考向4蛋白质工程考情精解读考纲要求命题规律命题分析预测考纲要求基因工程的诞生Ⅰ;基因工程的原理及技术(含PCR技术)Ⅱ；基因工程的应用Ⅱ；蛋白质工程Ⅰ。命题规律核心考点考题取样2017全国卷Ⅰ,T38考向必究基因组文库、载体的特点、目的基因的检测(考向2)基因工程的基本工具与操作程序2017全国卷Ⅱ,T382016全国卷Ⅰ,T402016全国卷Ⅲ,T402014新课标全国卷Ⅱ,T40cDNA的合成、构建基因表达载体等(考向2)基因工程的基本工具(考向1)基因工程的基本操作步骤(考向2)核心考点考题取样2017全国卷Ⅲ,T38考向必究基因工程及其应用、细胞培养(考向3)基因工程2015新课标全国卷Ⅰ,T40基因工程在HIV疫苗制备中的应用(考向3)的应用与蛋白质工2015新课标全国卷Ⅱ,蛋白质工程(考向4)程T402013新课标全国卷Ⅰ,基因工程和蛋白质工程(考向4)续表生物第十单元现代生物科技专题命题分析预测命题分析

本专题的考查重点为基因工程的基本工具及基本操作步骤,试题常将其与核酸的基本结构、遗传的物质基础、动物细胞工程、胚胎工程、植物组织培养等知识结合起来考查考生的综合运用能力,均以非选择题形式呈现。趋势预测

预计今后本专题知识与必修知识的综合性将进一步增强,同时原因分析型试题的比例将大大增加。知识体系构建A考点帮·知识全通关考点1

基因工程的基本工具与操作程序考点2

基因工程的应用与蛋白质工程考点1

基因工程的基本工具与操作程序一、基因工程的工具重点生物第十单元现代生物科技专题名师提醒限制酶是一类酶,而不是一种酶。限制酶的本质为蛋白质,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。生物第十单元现代生物科技专题• •

•

•

•

•

•

•• •

•

•

•

•

•

•

•生物第十单元现代生物科技专题辨析比较文库类型文库大小cDNA文库小基因组文库大基因中启动子无有基因中内含子无有基因多少某种生物的部分基因某种生物的全部基因物种之间的基因交流可以部分基因可以生物第十单元现代生物科技专题2.基因表达载体的构建——基因工程的核心目的: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生物第十单元现代生物科技专题(3)一般构建过程生物第十单元现代生物科技专题3.将目的基因导入受体细胞受体细植物细胞胞种类常用

农•

杆•菌•

转•化•法、•

基•

因•

枪•法、•方法

花•

粉•

管•通•道法•动物细胞微生物细胞(大肠杆菌)显微注射技术Ca2+处理法受体细胞体细胞或受精卵受精卵

原核细胞将含有目的基因的表用Ca2+处理受体细胞→感达载体提纯→取受精受态细胞→将重组表达卵→显微注射→受精

载体DNA分子与感受态卵移植→获得具有新细胞混合→感受态细胞性状的动物

吸收DNA分子,完成转化转化过程将目的基因插入Ti质粒的T-DNA上→导入农杆菌→侵染植物细胞→目的基因整合到受体细胞的DNA上,并稳定维持和表达其遗传特性生物第十单元现代生物科技专题4.目的基因的检测与鉴定生物第十单元现代生物科技专题名师提醒启动子、终止子位于DNA上,起始密码子与终止密码子则位于mRNA上。目的基因插入位点位于启动子和终止子之间,利于目的基因的表达。若考虑两两相连,则DNA连接酶连接DNA片段会出现三种情况:目的基因与目的基因的连接、目的基因与质粒的连接、质粒与质粒的连接,需筛选出重组质粒。基因工程操作过程中,只有第三步(将目的基因导入受体细胞)没有发生碱基互补配对现象。农杆菌转化法适用于双子叶植物和裸子植物;基因枪法适用于单子叶植物。生物第十单元现代生物科技专题三、PCR技术

1.PCR技术的原理DNA复制原理,即：双链DNA单链DNA生物第十单元现代生物科技专题2.PCR的过程过程说明图解变性

加热至90~95

℃,DNA解开双链复性冷却至55~60℃,引物通过碱基互补配对与单链DNA结合加热至70~75

℃,溶液中的dNTP延伸

在DNA聚合酶的作用下进行互补链的合成生物第十单元现代生物科技专题3.结果:每一次循环后DNA分子数量增加一倍,即成指数形式扩增(约为2n,其中n为扩增循环的次数)。PCR的反应过程都是在PCR扩增仪中完成的。4.体内DNA复制与PCR技术的比较DNA复制PCR技术解旋方式解旋酶催化DNA在高温作用下变性解旋场所细胞内(主要在细胞核内)细胞外(主要在PCR扩增仪内)酶解旋酶、DNA聚合酶等热稳定DNA聚合酶(Taq酶)温度条件细胞内温和条件需控制温度,在较高温度下进行区别合成的对象DNA分子DNA片段或基因生物第十单元现代生物科技专题续表联系①模板:均以脱氧核苷酸链作为模板进行物质合成;②原料:均为四种脱氧核苷酸,但PCR中是以dNTP形式加入的;③酶:均需要DNA聚合酶进行催化;④引物:均需要引物,使DNA聚合酶从引物的3"端开始连接脱氧核苷酸一、基因工程的应用植物基因工程:培育抗虫、抗病、抗逆转基因植物,利用转基因改良植物的品质。动物基因工程:提高动物生长速度、改善畜产品的品质、用转基因动物生产药物、用转基因动物作器官移植的供体。考点2

基因工程的应用与蛋白质工程重点生物第十单元现代生物科技专题3.基因治疗与基因诊断基因治疗基因诊断原理

基因重组及基因表达将正常基因导入有基因缺陷的方法细胞中,使该基因的表达产物发挥功能,以达到治疗的目的进展

临床实验DNA分子杂交将特定DNA探针与病人样品DNA混合,分析杂交带情况临床应用生物第十单元现代生物科技专题二、蛋白质工程B方法帮·素养大提升方法1基因工程操作工具的分析方法2基因工程操作程序的分析方法3基因工程与蛋白质工程的辨析方法1基因工程操作工具的分析方法解读

1.图解法辨析黏性末端和平末端DNA分子经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有两种形式——黏性末端和平末端(如图所示)。生物第十单元现代生物科技专题2.表格法辨析限制酶、DNA连接酶、DNA聚合酶等相关酶项目种类

限制酶DNA连接酶

DNA聚合酶DNA酶解旋酶RNA聚合酶作用底物

作用结果DNA分子

切开磷酸二酯键,形成黏性末端或平末端DNA分子片段

通过形成磷酸二酯键,进而形成新的DNA分子脱氧核苷酸通过形成磷酸二酯键,进而形成新的DNA分子DNA分子

DNA分子断开磷酸二酯键,形成脱氧核苷酸断开碱基对间的氢键,形成单链DNA分子核糖核苷酸通过形成磷酸二酯键,进而形成单链RNA分子生物第十单元现代生物科技专题3.图解限制酶的选择依据甲

乙(1)根据目的基因两端的限制酶切点确定限制酶的种类①应选择位于目的基因两端的限制酶,如图甲中可选择PstⅠ。②不能选择目的基因内部的限制酶,如图甲中不能选择SmaⅠ。生物第十单元现代生物科技专题(2)根据质粒的特点确定限制酶的种类①通常选择与切割目的基因相同的限制酶,以确保出现相同的黏性末端,如图乙中的PstⅠ。②在只有一种标记基因时,选择的限制酶不能破坏标记基因,如图乙中限制酶SmaⅠ会破坏标记基因。4.辨析基因工程中的载体与细胞膜上的载体在基因工程中使用的载体除质粒外,还有λ噬菌体的衍生物、动植物病毒等,能将目的基因导入受体细胞内;细胞膜上的载体是蛋白质,与细胞膜的功能有关。生物第十单元现代生物科技专题示例1

[2016江苏,33,9分]如表是几种限制酶识别序列及其切割位点,图1、图2中标注了相关限制酶的酶切位点,其中切割位点相同的酶不重复标注。请回答下列问题:生物第十单元现代生物科技专题生物第十单元现代生物科技专题(

1

)

用图中质粒和目的基因构建重组质粒,

应选用

两种限制酶切割,切后的载体和目的基因片段,通过

酶作用后获得重组质粒。为了扩增重组质粒,需将其转入处于

态的大肠杆菌。(2)为了筛选出转入了重组质粒的大肠杆菌,应在筛选平板培养基中添加

,

平板上长出的菌落,

常用P

C

R

鉴定,

所用的引物组成为图2

中

若BamHⅠ酶切的DNA末端与Bcl

Ⅰ酶切的DNA末端连接,连接部位的6个碱基对序列为

,对于该部位,这两种酶

(填“都能”“都不能”“只有一种能”)切开。若用Sau3A

Ⅰ切图1质粒最多可能获得

种大小不同的DNA片段。生物第十单元现代生物科技专题解析

(

1

)

由题图可知,

质粒的两个标记基因中都含有B

a

mHⅠ的切点能用B

a

m

HⅠ进行切割,结合题干及表中信息可知也不能用S

a

u

3

AⅠ所以只能用质粒和目的基因中都含有切点的B

c

l

Ⅰ和H

i

n

dⅢ这两种限割目的基因和质粒。酶切后的载体和目的基因片段,通过D

N

A连接酶作用后获得重组质粒。要将重组质粒转入大肠杆菌,要先用C

a

C

l

2

处理大肠杆使其处于感受态。(2)重组质粒中只含有四环素抗性基因这一个标记基因,所以为了筛选出转入了重组质粒的大肠杆菌,应在筛选平板培养基中添加四

环素,含有重组质粒的大肠杆菌能在该平板上长出菌落。要用P

C

R扩增目基因,所用的引物组成为图2中引物甲和引物丙,因为从图2中可以看出,引甲与引物丙与模板链结合后能完成目的基因的复制。(3)B

a

m

HⅠ酶生物第十单元现代生物科技专题生物第十单元现代生物科技专题生物第十单元现代生物科技专题1

根据基因工程的有关知识,回答下列问题:限制性核酸内切酶切割DNA分子后产生的片段,其末端类型有和

。质粒运载体用Eco

RⅠ切割后产生的片段如图所示:AATTC……GG……CTTAA为使运载体与目的基因相连,含有目的基因的DNA除可用Eco

RⅠ切割外,还可用另一种限制性核酸内切酶切割,该酶必须具有的特点是

。生物第十单元现代生物科技专题(3)按其来源不同,基因工程中所使用的DNA连接酶有两类,即

DNA连接酶和

DNA连接酶。反转录作用的模板是

,产物是

。若要在体外获得大量反转录产物,常采用

技术。基因工程中除质粒外,

和

也可作为运载体。若用重组质粒转化大肠杆菌,一般情况下,不能直接用未处理的大肠杆菌作为受体细胞,原因是

。1

.

(

1

)

黏性末端

平末端 (

2

)

切割产生的D

N

A

片段的黏性末端与E产生的黏性末端相同(

3

)

E

•

c

o

l

i4T (

4

)

m

R

N

A D

N

A的衍生物

动植物病毒 (

6

)

未处理的大肠杆菌吸收质粒(

外源D

N

A

)

的生物第十单元现代生物科技专题能力极弱解析

(

1

)

D

N

A

分子经限制酶切割产生的D

N

A

片段末端通常有两种—性末端和平末端。

(

2

)

为了保证目的基因与运载体相连,

用另一种限制酶割后形成的黏性末端必须与E

c

oRⅠ切割形成的黏性末端相同。(3)D酶有E•c

o

l

iD

N

A连接酶和T4D

N

A连接酶两类,其中E•c

o

l

i4性末端起作用,

而T D

N

A

连接酶对黏性末端和平末端均能起作用。

(

4

)录的模板是m

R

N

A,产物是D

N

A。大量扩增反转录产物常采用P

C

R技术在基因工程中使用的运载体除质粒外,还有λ

噬菌体的衍生物、动植物病毒等。(6)经C

a

2+处理后的大肠杆菌细胞才能够更有效地吸收周围环境中

DNA分子。方法2基因工程操作程序的分析方法解读

四步法把控基因工程基本操作程序题三辨:分辨限制酶的种类、识别序列和切割位点。在切割目的基因和载体时,一般用同一种限制酶切割,也可用不同的限制酶切割。三找:找出标记基因、目的基因及其插入位点。一般来说,质粒中至少有一个标记基因,如抗生素抗性基因。明确目的基因的插入位点是在标记基因内部还是在标记基因之外。3.一析:分析目的基因插入质粒后是否破坏了标记基因。如果质粒中有一标记基因,插入目的基因后不能破坏标记基因;如果质粒中有两个标记基因,则需看标记基因中是否有插入位点,如果某一标记基因中有插入位点,则生物第十单元现代生物科技专题目的基因插入质粒后该标记基因被破坏。4

.

一定:确定判断目的基因是否导入受体细胞的方法。一般用含有某种抗素的培养基培养受体菌,如果有两种抗生素抗性基因,还需判断用哪一种抗生素来检测。生物第十单元现代生物科技专题示例2

[

2

0

1

5

四川理综,

9

,

1

1

分]

将苏云金杆菌B

t

蛋白的基因导可获得抗棉铃虫的转基因棉,

其过程如图所示(

注:

农杆菌中T

i

质粒上只有T-DNA片段能转移到植物细胞中)。(质粒中“Bt”代表“Bt基因”,“KmR”代表“卡那霉素抗性基因”)生物第十单元现代生物科技专题(

1

)

过程①

需用同种

酶对含B

t

基因的D

N

A

和T

i

质粒进行为将过程②

获得的含重组质粒的农杆菌筛选出来,

应使用

培养基。(

2

)

过程③

中将棉花细胞与农杆菌混合后共同培养,

旨在让

进入棉细胞;

除尽农杆菌后,

还须转接到含卡那霉素的培养基上继续培养,

目的是

。(

3

)

若过程④

仅获得大量的根,

则应在培养基中增加

以获芽;部分接种在无激素培养基上的芽也能长根,原因是

。(

4

)

检验转基因棉的抗虫性状,

常用方法是

。

种植转基因虫棉能减少

的使用,以减轻环境污染。生物第十单元现代生物科技专题解析

(

1

)

过程①

需用同种限制性核酸内切酶对含B

t

基因的D

N

A

和T

i行酶切。

筛选含重组质粒的农杆菌应使用选择培养基。

(

2

)

将棉花细胞与杆菌混合后共同培养,旨在让T-D

N

A进入棉花细胞;除尽农杆菌后,还须到含卡那霉素的培养基上继续培养,筛选出含T-D

N

A片段的棉花细胞。(增加细胞分裂素浓度,使生长素用量与细胞分裂素用量的比值降低,有利于芽的分化;部分接种在无激素培养基上的芽也能长根,原因是芽顶端合成的生长素向基部运输,促进下端生根。(4)检验转基因棉的抗虫性状,常用是投放棉铃虫,看食用转基因棉的棉铃虫是否死亡。种植转基因抗虫棉能减

少农药的使用,以减轻环境污染。答案

(1)限制性核酸内切物细胞

(3)细胞分裂素浓度生物第十单元现代生物科技专题选择

(2)T-DNA

筛选获得T-DNA片段的植芽顶端合成的生长素向基部运输,促进根的分化

(4)投放棉铃虫

农药2

科学家通过基因工程方法,将苏云金芽孢杆菌的Bt毒蛋白基因转入普通棉株细胞内,并成功实现了表达,从而培育出了能抗棉铃虫的棉花植株——抗虫棉。其过程大致如图所示:生物第十单元现代生物科技专题(1)基因工程的操作程序主要包括的四个步骤是

、

、

、

。

(2)Ti质粒是农杆菌中的一种质粒,其上有T-DNA,能把目的基因插入植物细胞染色体上,这是利用了T-DNA

的特点。(3)Bt毒蛋白基因转入普通棉株细胞中并成功实现表达的过程,在基因工程中称为

。(4)将目的基因导入受体细胞的方法有很多种,该题中涉及的是

。生物第十单元现代生物科技专题(5)目的基因能否在棉株体内稳定维持和表达其遗传特性的关键是

,这需要通过检测才能知道,检测采用的技术是

。2.(1)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与鉴定

(2)可转移至受体细胞并且能被整合到受体细胞染色体DNA上

(3)转化细胞的染色体DNA上(4)农杆菌转化法

(5)目的基因是否插入到了受体DNA分子杂交技术解析

农杆菌侵染双子叶植物后,

其T

i

质粒上的T

-

D

N

A

可转移到受体细并被整合到受体细胞的染色体上。

目的基因进入受体细胞内,

并在受体细胞内稳定维持和表达的过程,

称为转化。

据图可知,

该题将目的基因导入受体细生物第十单元现代生物科技专题胞的方法是农杆菌转化法。受体细胞的DNA上是否插入了目的基因,这是

目的基因能否在棉株体内稳定遗传的关键,可利用DNA分子杂交技术检测。3

[2018湖北八校联考(一)]北极比目鱼中有抗冻基因,如图是获取转基因抗冻番茄植株的过程示意图,请回答:生物第十单元现代生物科技专题(1)利用过程①的方法构建的基因文库是

(填“基因组文库”或“分基因文库”)。过程②中常需要使用限制酶和DNA连接酶,既能连接黏性末端又能连接平末端的DNA连接酶是

。为使过程①获取的目的基因在番茄细胞中能够表达,在构建表达载体时,需在目的基因的两端加入

。将重组质粒导入农杆菌,并通过农杆菌的转化作用,可以将目的基因导入番茄体细胞中染色体的DNA上,其原理是

。生物第十单元现代生物科技专题(5)要确认抗冻基因是否在转基因番茄植株中正确表达,应检测转基因番茄植株中该基因的

是否呈阳性。3.(1)部分基因文库(2)T4DNA连接酶(3)启动子、终止子(4)目的基因随农杆菌中的Ti质粒上的T-DNA转移至受体细胞,并且整合到受体细胞染色体DNA上(5)表达产物解析

(

1

)

c

D

N

A

文库是以特定的组织或细胞m

R

N

A

为模板,

反转录形补D

N

A

(

c

D

N

A

)

与适当的载体连接后储存在受体菌群中形成重组D

N

A群。

因此图中利用过程①

反转录法构建的基因文库是部分基因文库。(2)T

4

D

N

A连接酶既能连接黏性末端又能连接平末端,而E•c

o

l

i

D只能连接黏性末端。(3)为使目的基因在受体细胞中能够表达,在构建生物第十单元现代生物科技专题表达载体时,需在目的基因的两端加入启动子和终止子,启动子是R

N

A聚合酶的识别和结合部位,驱动基因转录,而终止子能终止转录。(4)T

i质

T-D

N

A是可以转移的D

N

A,目的基因随农杆菌中T

i质粒上的T-D

N受体细胞,并且整合到受体细胞染色体D

N

A上,因此将重组质粒导入农杆菌并通过农杆菌的转化作用,可以将目的基因导入番茄体细胞中染色体的D

N

A上。(5)要确认抗冻基因是否在转基因番茄植株中正确表达,应该基因表达产物——抗冻蛋白是否存在,常采用抗原—抗体杂交的方法。方法3基因工程与蛋白质工程的辨析方法解读

1.有关蛋白质工程的解释蛋白质工程的目的基因只能用人工合成的方法获得。蛋白质工程是在基因水平上改造蛋白质,是第二代基因工程。如图为蛋白质工程的流程图,其中难度最大的是由预期的蛋白质功能出发设计预期的蛋白质结构。生物第十单元现代生物科技专题2.表格法比较蛋白质工程与基因工程项目

蛋白质工程基因工程区别过程预期的蛋白质功能→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到相应的脱氧核苷酸序列(基因)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实质定向改造或生产人类所需的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中没有的蛋白质

生产自然界中已有的蛋白质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联系生物第十单元现代生物科技专题示例3

[2018河北衡水联考]赖氨酸是人体八大必需氨基酸之一,能促进人体发育、增强免疫功能,并有提高中枢神经组织功能的作用。某农科所科研人员欲将玉米细胞内某种蛋白酶改造成“M酶”,从而大大提高玉米种子中赖氨酸的含量,培育出高赖氨酸玉米新品种。请回答下列问题:科研人员从“提高玉米种子中赖氨酸的含量”这一功能出发,先构建出预期的

结构,再推测出相对应的目的基因的

序列,最终合成M酶

基因。科研人员获得M酶基因后,常利用

技术在体外将其大量扩增,此过程需要用到的一种重要酶是

。生物第十单元现代生物科技专题(3)M酶基因只有插入

,才能确保M酶基因在玉米细胞中稳定遗传。科研人员将M酶基因导入玉米细胞中需要借助

的运输。(4)依据

原理,可将含有M酶基因的玉米细胞培育成转M酶基因的玉米植株。为了验证育种是否成功,科研人员需要

,从个体水平加以鉴定。解析

(1)农科所科研人员若想将玉米细胞内某种蛋白酶改造成M酶,则应利用蛋白质工程,先构建出预期的M酶(蛋白质)结构,再推测出相对应的目的基因的脱氧核苷酸序列,最终合成M酶基因。(2)基因工程中,获取的目的基因一般利用PCR技术进行扩增,过程中需要热稳定DNA聚合酶(Taq酶)的催化。生物第十单元现代生物科技专题(3)要想确保M酶基因在玉米细胞中稳定遗传,必须将M酶基因插入玉米细胞的染色体DNA中。将M酶基因(目的基因)导入玉米细胞中需要借助基因表

达载体的运输。(4)依据植物细胞具有全能性原理,可将含有M酶基因的玉米细胞培育成转M酶基因的玉米植株。科研人员可通过测定玉米种子中赖氨酸的含量,从个体水平来验证育种是否成功。Taq酶(或热稳定DNA聚合基因表达载体

(4)植物细胞具有全能答案

(1)M酶(蛋白质)

脱氧核苷酸

(2)PCR酶)性(3)玉米细胞的染色体DNA中测定玉米种子中赖氨酸的含量生物第十单元现代生物科技专题4

[2018山东六校联考]如图为绿色荧光小鼠的制备流程图。请回答下列问题:(1)GFP基因是绿色荧光蛋白基因,对其扩增常采用

技术。GFP基因与载体用

切割后,通过DNA连接酶连接,以构建表达载体。图中步骤②常用

法将目的基因导入胚胎干细胞并培养。生物第十单元现代生物科技专题(2)图中步骤③所用的G418

是一种抗生素(对细胞有毒害作用),neo基因表达的产物可使G418转变成无毒物质。添加G418的目的是

。(3)动物细胞所需的营养成分十分复杂,所以在胚胎干细胞的体外培养中,往往还需要添加

。(4)图中重组囊胚在步骤⑥之前要用相应的激素对代孕母鼠b进行

处理,小鼠c的遗传物质除来源于表达载体外,还与

有关。(5)科学家欲通过生物技术将现有的绿色荧光蛋白改造成亮度更高、更稳定的新一代绿色荧光蛋白,应该直接改造

(填“GFP蛋白”或“GFP基因”),这属于

工程范畴。生物第十单元现代生物科技专题4.(1)PCR

同种限制性核酸内切酶(或同种限制酶)

显微注射

(2)筛选出导入目的基因的胚胎干细胞(或筛选目的基因)

(3)动物血清(或动物血浆)(4)同期发情

胚胎干细胞、怀孕母鼠a(的囊胚)

(5)GFP基因

蛋白质解析

(1)常采用PCR技术对目的基因进行扩增。用同种限制性核酸内切酶切割目的基因与载体可产生相同的黏性末端,便于构建表达载体。通常采用显微注射法将表达载体导入动物受体细胞。(2)由于neo基因表达的产物可使G418转变成无毒物质,所以导入目的基因的胚胎干细胞会表现出对G418的抗性,添加G418的目的是选出导入目的基因的胚胎干细胞。(3)动物细胞所需的营养成分十分复杂,所以在胚胎干细胞的体外培养中,往往还需要添加动物血清。生物第十单元现代生物科技专题(4)在胚胎移植前,需要对代孕母鼠进行同期发情处理,才能使其生殖器官(子宫)适于早期胚胎的植入、着床和正常发育。小鼠c的遗传物质来源于表达载体、胚胎干细胞、怀孕母鼠a的囊胚。(5)对蛋白质结构进行设计和改造,最终是通过直接改造其基因来实现蛋白质合成的,这属于蛋白质工程范畴。C考法帮·考向全扫描考向1基因工程的基本工具考向2基因工程的基本操作步骤考向3基因工程的应用及拓展

考向4蛋白质工程考情分析本专题涉及的知识点为高考必考内容,一般以基因工程中工具的使用及

操作步骤等为核心,再联系遗传的物质基础、细胞的结构与功能、细胞工程等知识进行综合考查,如2

0

1

7年全国卷Ⅰ第3

8题还考查了肺炎双球菌2

0

1

7年全国卷Ⅱ第3

8题还考查了中心法则,2

0

1

7年全国卷Ⅲ第3P

C

R和细胞工程,2

0

1

5年新课标全国卷Ⅰ第4

0题还考查了逆转录和免识。命题者通过加大试题的综合性,来考查考生的理解能力、实验探究能力以及综合运用能力,引导考生在学习、备考过程中努力提高自身的学科素养考向1基因工程的基本工具命题透视:基因工程的基本工具是基因工程的物质基础,涉及基因工程的试题,大都或多或少地涉及本考向知识点。最典型的是2016年全国卷Ⅰ第40题和全国卷Ⅲ第40题,从多个角度考查基因工程基本工具的特点及应用,意在考查考生的理解能力和获取信息的能力。生物第十单元现代生物科技专题示例4

[

2

0

1

6

全国卷Ⅲ

,

4

0

,

1

5

分]

图(

a

)

中的三个D

N

A

片段Eco

RⅠ、Bam

HⅠ和Sau

3AⅠ三种限制性内切酶的识别序列与切割位点,图(b)为某种表达载体的示意图(载体上的Eco

RⅠ、Sau

3AⅠ的切点是唯一的)。生物第十单元现代生物科技专题根据基因工程的有关知识,回答下列问题:(

1

)

经B

a

m

H

Ⅰ

酶切后得到的目的基因可以与上述表达载体被

后的产物连接,理由是

。(

2

)

若某人利用图(

b

)

所示的表达载体获得了甲、

乙、

丙三种含有目的重组子,

如图(

c

)

所示。

这三种重组子中,

不能在宿主细胞中表达目的基物的有

,不能表达的原因是

。生物第十单元现代生物科技专题(3)DNA连接酶是将两个DNA片段连接起来的酶,常见的有

和

,其中既能连接黏性末端又能连接平末端的是

。思路分析

解答本题需注意两个关键,

一是关键信息:

图(

a

)

中三种酶的识序列,

图(

b

)

中终止子、

启动子的位置,

图(

c

)

中目的基因的插入位置。键知识:

只有两种限制性核酸内切酶切割后产生的D

N

A

片段具有相同的黏性末端,才能被DNA连接酶连接;启动子是启动目的基因转录的,终止子终止转录过程,插入二者之间的目的基因才能正常表达。解析

(

1

)

由图(

a

)

可知,

尽管B

a

m

H

Ⅰ

和S

a

u

3

A

Ⅰ

两种限制酶但两种酶切割后产生的D

N

A

片段具有相同的黏性末端,

故被B

a

m

H

Ⅰ

酶生物第十单元现代生物科技专题得到的目的基因可以与图(b)中表达载体被S

a

u3

AⅠ酶切后的产物连运载体上的启动子和终止子具有调控目的基因表达的作用,由于甲和丙的目的基因分别插入在启动子的上游和终止子的下游,故这两个运载体上的目的基因都不能被转录和翻译。(3)常见的D

N

A连接酶是E

·

c

o

l

i

D

NT4DNA连接酶,但作用有所差别,T4DNA连接酶既能连接黏性末端,又能连接平末端,而E·coli

DNA连接酶只能连接黏性末端。答案

(1)Sau

3AⅠ和丙两种酶切割后产生的片段具有相同的黏性末端

(2)甲甲中目的基因插入在启动子的上游,丙中目的基因插入在终止子的下游,二者的目的基因均不能被转录

T4DNA连接酶(3)E·coli

DNA连接酶T4DNA连接酶生物第十单元现代生物科技专题解后反思对限制酶切割位点的三点要求位置要求:在只有一个标记基因的情况下,限制酶切割位点所处的位置必须在标记基因外,只有这样才能保证标记基因的完整性。数量要求:选择限制酶切割目的基因时,被选择的限制酶在目的基因的两侧都要有识别序列,这样才能切割出完整的目的基因。对象要求:为使目的基因与载体形成的DNA片段末端能够连接,通常使用同一种限制酶将二者切割,但如果不同的限制酶切割DNA分子所产生的末端相同,则两末端也可连接。考向2基因工程的基本操作步骤命题透视:考查基因工程相关知识的试题,必定涉及基因工程的基本操作步骤。一般情况下,试题不会全面考查整个操作流程,而是有侧重地选取某一两个操作步骤进行重点考查。常与必修知识相结合,考查考生的综合运用能力及实验与探究能力。生物第十单元现代生物科技专题示例5

[2017全国卷Ⅰ,38,15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: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

。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

。生物第十单元现代生物科技专题(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

(答出两点即可)等优点。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”)。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

。生物第十单元现代生物科技专题解析

(1)人为真核生物,从人的基因组文库中获取的基因A含有内含子,基因A转录出的产物中有与内含子对应的RNA序列。大肠杆菌为原核生物,没有真核生物所具有的切除内含子对应的RNA序列的机制,因此以大肠杆菌作为受体细胞,不能切除内含子对应的RNA序列,无法表达出蛋白A。(2)噬菌体

和动物病毒均可作为基因工程的载体,但它们的宿主细胞不同。题中受体为家蚕,是一种昆虫,因此,选择昆虫病毒作为载体,噬菌体的宿主是细菌,不适合作为该实验的载体。(3)大肠杆菌具有繁殖快、容易培养、单细胞、遗传物质少等优点,因此,常作为基因工程的受体细胞。(4)常用抗原—抗体杂交的

方法检测目的基因是否表达,故能用于检测蛋白A的物质为蛋白A的抗体。生物第十单元现代生物科技专题(5)艾弗里等人的肺炎双球菌转化实验中,S型菌的DNA转移到了R型菌体内,其对基因工程理论的建立提供的启示是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

(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生物第十单元现代生物科技专题解后反思运用对比的方法有利于思路的展开:目的基因由人提供,受体细胞为大肠杆菌细胞,人与大肠杆菌最显著的差别是一个是真核生物,一个是原核生物,再联系蛋白质的合成与加工,就能顺利解答第(1)小题。考向3基因工程的应用及拓展命题透视:研究基因工程的目的是让其服务于我们的生产生活,因此,将基因工程产物转化为生产力,是“学以致用”的最佳体现。基因工程的相关知识与胚胎工程、细胞工程、蛋白质工程紧密结合,考查考生的生命观念、社会责任等学科素养是今后命题的一种趋势。生物第十单元现代生物科技专题示例6

[2017全国卷Ⅲ,38,15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。图1图2生物第十单元现代生物科技专题回答下列问题:(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码蛋白乙的DNA序列(TTCGCTTCT……CAGGAAGGA),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。(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,生物第十单元现代生物科技专题另一组作为对照,培养并定期检测T淋巴细胞浓度,结果如图2。①

由图2

可知:

当细胞浓度达到a

时,

添加蛋白乙的培养液中T

淋巴细胞浓再增加,

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C

O

2

浓度,

C

O

2

的作用是。②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淋巴细胞效果。思路分析

以关键词为切入点,可快速找到解答问题的突破口:在启动子的下游“直接”接上“编码”蛋白质乙的DNA序列……“不能翻译”出蛋白乙。生物第十单元现代生物科技专题启动子说明能转录,进而确定不能产