600分考点700分考法a版2019版高考生物总复习第十八章基因工程课件

第十八章 基因工程,考点46 基因工程的工具及操作程序,应试基础必备,高考考法突破,考法2 基因工程的基本操作程序,考法3 PCR技术的基本操作和应用,考法1 基因工程的概念与操作工具分析,应试基础必备,（1）目的基因的获取 从自然界中已有的物种中分离出来，如从基因组文库或cDNA文库中获取。 通过PCR技术扩增获取。 人工合成：常用的方法有化学合成法和反转录法。,（2）基因表达载体的构建基因工程的核心 其目的是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：启动子、目的基因、终止子以及标记基因等。,a.启动子：一段有特殊结构的DNA短片段，位于基因的首端，是RNA聚合酶识别和结合的部位，能驱动基因转录出mRNA. b. 终止子：一段有特殊结构的DNA短片段，位于基因的尾端。 c. 标记基因：一般是抗生素抗性基因，用来筛选、鉴别受体细胞是否含有目的基因。 基因表达载体的构建方法,（3）将目的基因导入受体细胞,常用的转化方法和过程,(4)目的基因的检测与鉴定,转化的实质 目的基因整合到受体细胞基因组中，从而使受体生物获得新的遗传特性。,（1）PCR原理：DNA复制。 （2）PCR反应过程,（3）结果：上述三步反应完成后，一个DNA分子就变成了两个DNA分子，随着重复次数的增多，DNA分子就以2n的形式增加。PCR的反应过程是在PCR扩增仪中完成的。,考法1 基因工程的概念与操作工具分析,高考考法突破,（1）黏性末端和平末端,2.几组概念的辨析,（2）E·coliDNA连接酶与T4DNA连接酶的比较,（3）限制酶、DNA连接酶、DNA聚合酶等相关酶的分析比较,（1）切割目的基因和载体时要求用同一种限制酶的原因：产生相同的黏性末端。也可用不同的限制酶切割，但必须能产生相同的黏性末端。 （2）作为载体必须具有多个限制酶切点，而且每种酶的切点最好只有一个的原因：某种限制酶只能识别单一切点，若载体上有一个以上的酶切点，则切割重组后可能丢失某些片段，若丢失的片段含复制原点区，则进入受体细胞后便不能自主复制。一个载体若只有某种限制酶的一个切点，则酶切后既能把环打开接纳外源DNA片段，又不会丢失自己的片段。 （3）获取一个目的基因需限制酶剪切目的基因的两端，共产生4个黏性末端或平末端。,3.关于限制酶的分析,（4）限制酶的选择依据 根据目的基因两端的限制酶切点确定限制酶的种类 a.应选择切点位于目的基因两端的限制酶，如图甲可选择Pst。 b.不能选择切点位于目的基因内部的限制酶，如图甲不能选择Sma。 c.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酶切割目的基因和质粒，如图甲也可选用Pst和EcoR两种限制酶(但要确保质粒上也有这两种酶的切点)。 根据质粒的特点确定限制酶的种类 a.所选限制酶要与切割目的基因的限制酶相一致，以确保具有相同的黏性末端。 b.质粒作为载体必须具备标记基因等，所以所选择的限制酶尽量不要破坏这些结构，如图乙中限制酶Sma会破坏标记基因。,课标全国理综2017·38，15分几丁质是许多真菌细胞壁的重要成分，几丁质酶可催化几丁质水解。通过基因工程将几丁质酶基因转入植物体内，可增强其抗真菌病的能力。回答下列问题： （1）在进行基因工程操作时，若要从植物体中提取几丁质酶的mRNA，常选用嫩叶而不选用老叶作为实验材料，原因是_。提取RNA时，提取液中需添加RNA酶抑制剂，其目的是_。 （2）以mRNA为材料可以获得cDNA，其原理是_。 （3）若要使目的基因在受体细胞中表达，需要通过质粒载体而不能直接将目的基因导入受体细胞，原因是_（答出两点即可）。 （4）当几丁质酶基因和质粒载体连接时，DNA连接酶催化形成的化学键是_。 （5）若获得的转基因植株（几丁质酶基因已经整合到植物的基因组中）抗真菌病的能力没有提高，根据中心法则分析，其可能的原因是_。,【解析】（1）要从植物体中提取几丁质酶的mRNA，需要获得细胞提取液，嫩叶组织细胞易破碎，所以实验时选择嫩叶而不是老叶作为实验材料。RNA酶抑制剂的作用是抑制RNA酶对RNA的水解作用，防止RNA降解，提高提取液中RNA的含量。（2）以mRNA为模板合成cDNA的过程为逆转录，该过程需要逆转录酶的催化，根据碱基互补配对原则合成子链（即cDNA链）。（3）要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，需要复制原点，要使目的基因能够表达和发挥作用，需要启动子和终止子，这些结构在基因表达载体中具备而目的基因中缺少。（4）DNA连接酶可以将双链DNA片段缝合起来，恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。（5）几丁质酶基因已经整合到植物的基因组中，转基因植株的抗真菌病的能力没有提高，可能的原因是基因表达的过程出现异常，即目的基因的转录或翻译异常。,【答案】（1）嫩叶组织细胞易破碎 防止RNA降解 （2）在逆转录酶的作用下，以mRNA为模板按照碱基互补配对的原则可以合成cDNA （3）目的基因无复制原点；目的基因无表达所需的启动子 （4）磷酸二酯键 （5）目的基因的转录或翻译异常,考法2 基因工程的基本操作程序,（1）已知DNA序列的目的基因的获取方法：可以用分离法和PCR扩增法。 （2）已知某种蛋白质时目的基因的获取方法：可以用化学合成法或反转录法，二者都属于人工合成。,（1）载体与基因表达载体的区别：与载体相比较，基因表达载体增加了启动子、目的基因、终止子和标记基因等。 （2）构建基因表达载体应用限制酶对目的基因和载体同时进行切割。 （3）常见的标记基因：抗生素抗性基因、产生特定颜色的表达产物基因、发光基因等。 （4）易混概念辨析：启动子(DNA片段)起始密码子(RNA)；终止子(DNA片段)终止密码子(RNA)。,2.基因表达载体的构建,（1）常用的受体细胞的种类：植物：常用体细胞或受精卵。 动物：常用受精卵，一般不用体细胞。 微生物：常用大肠杆菌、酵母菌等。,（2）目的基因导入受体细胞的方法：将目的基因导入植物细胞的方法：可用农杆菌转化法、基因枪法和花粉管通道法，其中农杆菌转化法是最常用的方法。将目的基因导入动物细胞最常用、最有效的方法是显微注射法。,（3）唯一不涉及碱基互补配对的操作步骤：将目的基因导入受体细胞。,4.目的基因的检测与鉴定,例,课标全国理综201738，15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： （1）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_。 （2）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_。 （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。 （4）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”）。 （5）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_。,【解析】（1）从人的基因组文库中获得的基因A含有内含子，以大肠杆菌作为受体细胞，由于大肠杆菌没有与人体细胞相对应的酶切系统，基因A初始转录的产物中含有的与内含子对应的RNA序列无法被切除，所以无法表达出蛋白A。 （2）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，不选用噬菌体作为载体，其原因是噬菌体的宿主是细菌，而不是动物细胞。 （3）基因工程中，常用微生物细胞作为受体细胞，与动物细胞相比，微生物细胞具有繁殖速度快、容易培养和遗传物质少等优点。 （4）若要检测基因A是否翻译出蛋白A，可用抗原抗体杂交技术，所以可用的检测物质是蛋白A的抗体。 （5）艾弗里等人的肺炎双球菌转化实验的本质是基因重组，即S型细菌的DNA整合到了R型活细菌中完成了基因重组，基因工程的原理也是基因重组。艾弗里等人的肺炎双球菌转化实验为基因工程理论提供的启示是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,考法3 PCR技术的基本操作和应用,1.PCR中的物质条件 （1）引物：PCR技术中所用的引物是一小段RNA单链或单链DNA，它能与DNA母链的一段碱基序列互补配对。DNA复制之所以需要引物，是因为DNA聚合酶不能从头开始合成DNA，而只能从3端延伸DNA链。RCR的引物通常由2030个核苷酸聚合而成，引物的量需保证满足几十次循环反应的需要。 （2）DNA聚合酶：PCR中所用的酶是从一种嗜热菌中分离得到的耐高温的Taq聚合酶，高温不会失活。DNA聚合酶的特点是只能将引物从3端延伸DNA链。,2.PCR扩增与DNA复制的比较,3.PCR的应用 （1）分析人的血液，对细菌、病毒感染情况进行早期诊断 （2）用于遗传病的基因诊断与基因治疗 （3）用于鉴别犯罪嫌疑人、亲子鉴定 （4）分析生物化石样品，追溯其生存年代或迁徙踪迹 （5）检测目的基因是否已经导入目标生物,江苏生物2017·33，8分金属硫蛋白（MT）是一类广泛存在的金属结合蛋白，某研究小组计划通过多聚酶链式反应（PCR）扩增获得目的基因，构建转基因工程菌，用于重金属废水的净化处理。PCR扩增过程示意图如下，请回答下列问题：,（1）从高表达MT 蛋白的生物组织中提取mRNA，通过_获得_用于PCR扩增。,例,（2）设计一对与MT基因两端序列互补配对的引物（引物1和引物2），为方便构建重组质粒，在引物中需要增加适当的_位点。设计引物时需要避免引物之间形成_，而造成引物自连。 （3）图中步骤1代表_，步骤2代表退火，步骤3代表延伸，这三个步骤组成一轮循环。 （4）PCR扩增时，退火温度的设定是成败的关键。退火温度过高会破坏_的碱基配对。退火温度的设定与引物长度、碱基组成有关，长度相同但_的引物需要设定更高的退火温度。 （5）如果PCR反应得不到任何扩增产物，则可以采取的改进措施有_（填序号：升高退火温度降低退火温度重新设计引物）。,【解析】（1）PCR扩增目的基因，首先要有目的基因作为模板，所以从高表达MT蛋白的生物组织中提取mRNA，通过逆转录获得cDNA，从而用于PCR扩增。（2）构建重组质粒，首先用限制酶切割含目的基因的DNA片段和质粒，所以位于目的基因两端的引物中需要增加适量的限制酶位点。设计的引物之间不能有碱基互补配对，否则引物自连，不能与模板相连。（3）图中步骤1、2、3分别表示变性、退火、延伸，这三个步骤组成一轮循环。（4）退火表示引物与模板链相连，若温度过高会破坏引物与模板的碱基配对。由于GC间有三个氢键，AT间有两个氢键，所以GC含量越高的引物，退火温度越高。（5）P