高中生物基因工程的应用 附解析.doc

高中生物第59讲　基因工程的应用【课标要求】 1.举例说明基因工程在农牧、食品及医药等行业的广泛应用改善了人类的生活品质； 2.概述人们根据基因工程原理，进行蛋白质设计和改造，可以获得性状和功能更符合人类需求的蛋白质； 3.举例说明依据人类需要对原有蛋白质结构进行基因改造考点1　基因工程的应用考 点 透 析1. 基因工程在农牧业方面的应用分类导入目的基因转基因生物实例植物转基因抗虫植物外源抗虫基因抗虫棉花、玉米等转基因抗病植物某些病毒、真菌等的抗病基因抗病毒甜椒、番木瓜等转基因抗除草剂植物降解或抵抗某种除草剂的基因抗除草剂玉米、大豆等改良植物的品质富含某些必需氨基酸的蛋白质的基因富含赖氨酸的玉米与植物花青素代谢相关的基因颜色变异的矮牵牛动物提高动物的生长速率外源生长激素的基因转生长激素基因的鲤鱼改善畜产品的品质肠乳糖酶的基因转肠乳糖酶基因的奶牛 解 疑 释 惑(1)转基因作物的优点①减少化学杀虫剂的施用量，减少环境污染；②增加作物产量；③增加经济效益2)转基因哺乳动物的培育过程2. 基因工程在医药卫生领域的应用(1)微生物制药(2)利用哺乳动物批量生产药物——乳腺(房)生物反应器　(3)建立移植器官的工厂①技术方法：利用基因工程技术对猪的器官进行改造，采用的方法是在器官供体的基因组中导入某种调节因子，以抑制抗原决定基因的表达，或设法除去抗原决定基因，然后再结合克隆技术，培育出不会引起免疫排斥反应的转基因克隆猪器官。

②对猪进行改造的两点理由：内脏构造、大小、血管分布与人的极为相似；与灵长类动物相比，猪体内隐藏的、可导致人类疾病的病毒少3. 基因工程在食品工业方面的应用(1)技术方法：利用基因工程菌生产食品工业用酶、氨基酸和维生素等例如将编码牛凝乳酶的基因导入大肠杆菌、黑曲霉或酵母菌的基因组中，再通过工业发酵生产凝乳酶2)实例：淀粉酶、脂肪酶、天冬氨酸和苯丙氨酸的大规模生产 概 念 辨 析试管动物、克隆动物和转基因动物的比较比较项目试管动物克隆动物转基因动物含义用体外受精的方法获得的动物用人工方法(核移植或胚胎分割)得到的无性繁殖系染色体基因组中整合有外源基因并能表达和稳定遗传的一类动物技术基础体外受精、早期胚胎培养、胚胎移植核移植技术、早期胚胎培养(胚胎分割)、胚胎移植重组DNA分子技术、早期胚胎培养、胚胎移植实例试管牛“多莉”羊转基因奶羊过程生殖方式有性生殖无性生殖有性生殖或保持原生殖方式遗传物质遗传物质来自两个供体核基因来自供核个体，质基因来自提供卵母细胞的个体遗传物质除了来自亲代外，还接受外源基因意义充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力，缩短供体本身的繁殖周期加速家畜遗传改良进程、挽救濒危物种等改良动物品质、制备生物反应器等相同点三者均涉及早期胚胎培养、胚胎移植等技术，且移植所选胚胎一般是桑葚胚或囊胚期的胚胎(说明：若是鱼、蛙、鸟等非哺乳类动物则不需胚胎移植技术)1. 判断下列说法的正误：(1)农业害虫不会对转基因抗虫作物产生抗性。

×)(2)乳腺生物反应器就是把药用蛋白基因导入动物的乳腺细胞中×)提示：乳腺生物反应器是把药用蛋白基因与乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件重组在一起，通过显微注射法导入哺乳动物的受精卵中3)干扰素是一种具有干扰病毒复制作用的糖蛋白，在临床上被广泛用于治疗病毒感染性疾病√)2. 科学家培育出一种转基因小鼠，其膀胱上皮细胞可以合成人的生长激素并分泌到尿液中在研制膀胱生物反应器时，应使药用蛋白基因在膀胱上皮细胞中特异性表达它与乳腺生物反应器一样，具有收集药用蛋白较容易，且有不会对动物造成伤害的优点；且相比之下，还能不受性别和年龄的限制典 题 说 法考向1　基因工程的应用 (2024·江苏卷)为了高效纯化超氧化物歧化酶(SOD)，科研人员将ELP50片段插入pET－SOD构建重组质粒pET－SOD－ELP50，以融合表达SOD－ELP50蛋白，过程如图1其中，ELP50是由人工合成的DNA片段，序列为：限制酶a识别序列－(GTTCCTGGTGTTGGC)50－限制酶b识别序列，50为重复次数请回答下列问题：(1)步骤①双酶切时，需使用的限制酶a和限制酶b分别是EcoR_Ⅰ和Hind_Ⅲ2)步骤②转化时，科研人员常用CaCl2处理大肠杆菌，使细胞处于感受态；转化后的大肠杆菌采用含有卡那霉素的培养基进行筛选。

用PCR技术筛选成功导入pET－SOD－ELP50的大肠杆菌，应选用的一对引物是S－F和P－R3)步骤③大肠杆菌中RNA聚合酶与启动子结合，驱动转录，翻译SOD－ELP50蛋白已知蛋白质中氨基酸残基的平均相对分子质量约为0.11 kDa，将表达的蛋白先进行凝胶电泳，然后用SOD抗体进行杂交，显示的条带应是C(从图2的“A～D”中选填)4)步骤④为探寻高效纯化SOD－ELP50蛋白的方法，科研人员研究了温度、NaCl对SOD－ELP50蛋白纯化效果的影响，部分结果如图3ⅰ)20 ℃时，加入NaCl后实验结果是SOD－ELP50组纯化蛋白数量更多(或SOD－ELP50溶液的蛋白质量比SOD组高)ⅱ)100 ℃时，导致各组中所有蛋白都沉淀的原因是高温使蛋白变性ⅲ)据图分析，融合表达SOD－ELP50蛋白的优点有低温/20_℃下添加NaCl有利于SOD蛋白纯化，(杂蛋白较少，)有利于酶活性的保持解析】(1)目的基因应插入启动子和终止子之间，结合题意可知，ELP50应插入SOD基因之后，由图1可知，限制酶a和限制酶b分别是EcoR Ⅰ、Hind Ⅲ2)将目的基因导入细菌时常用CaCl2处理细菌，使其处于感受态。

由图可知，重组DNA含有标记基因卡那霉素抗性基因，所以转化后的大肠杆菌采用含有卡那霉素的培养基进行筛选成功导入pET－SOD－ELP50的大肠杆菌同时含有pET－SOD和ELP50，结合图示可知，选引物S－F和P－R可特异性对pET－SOD－ELP50进行扩增3)RNA聚合酶与启动子结合后，启动转录由图可知，ELP50为750 bp，SOD为462 bp，一共1 212 bp，则对应404个氨基酸，其脱水缩合形成的蛋白质质量为404×0.11 kDa≈44 kDa，电泳后应该为条带C4)(ⅰ)由图可知，20 ℃时，较不加NaCl，加入NaCl后纯化蛋白数量更多ⅱ)100 ℃时，温度过高，导致蛋白质变性而沉淀ⅲ)20 ℃，加入NaCl时，较SOD组，SOD－ELP50组沉淀中蛋白质相对含量较高，说明低温下添加NaCl有利于SOD蛋白纯化，杂蛋白较少，有利于酶活性的保持 (2024·南通二模)磷脂酸(PA)是调节植物生长发育和逆境响应的重要信使物质为了解植物细胞中PA的动态变化，研究人员用无缝克隆技术将高度专一的PA结合蛋白(PABD)基因与绿色荧光蛋白(GFP)基因融合，构建有效监测细胞PA变化的荧光探针，并测定拟南芥细胞内PA含量。

无缝克隆技术连接DNA片段的机理和构建荧光探针表达载体过程如图所示，请回答下列问题：　(1)无缝克隆时，T5核酸外切酶沿5′→3′的方向水解DNA，其目的是形成黏性末端T5核酸外切酶催化的最适温度为37 ℃，而过程①选择的温度为50 ℃，目的是降低酶活性，防止过度水解DNA(或控制水解速度，或控制黏性末端合适长度)2)过程②两个片段退火后存在“缺口”的原因是过程①切割的长度大于同源序列长度(，确保同源序列的高效碱基互补配对)，过程③所需的酶有DNA聚合酶和DNA连接酶3)与传统的酶切再连法相比，无缝克隆技术构建重组质粒的优点有ABCA．不受限制酶切位点的限制B．不会引入多余碱基C．操作时间短，成功率高D．有利于多个小片段(＜50 bp)连接(4)PCR扩增PABD基因时需依据PABD基因一端的核苷酸序列和载体一端的核苷酸序列(或PABD基因一端的核苷酸序列和同源序列)设计引物R1据图分析扩增目的片段的引物F1和R2对应于下表中的1、415′－TCCGGACTCAGATCTCGAGC－3′25′－AGCTATAGTTCTAGATCTAGATTAACTAGTCTTAGTGGCGTC－3′35′－TATCGATGGCGCCAGCTGAGGATGGTGAGCAAGGGCGA－3′45′－GCTCGAGATCTGAGTCCGGACTTGTACAGCTCGTCCA－3′(5)利用农杆菌花序侵染法转化拟南芥，将获得的种子(T1)进行表面消毒，均匀铺在含有草胺膦的MS培养基上进行筛选和鉴定。

T1代自交获得的T2代幼苗的抗性表现和比例为抗草胺膦∶不抗草胺膦＝3∶1，说明T1为单位点插入的转基因株系6)通过观测转基因拟南芥根尖细胞中绿色荧光点的分布(或绿色荧光，或荧光)，了解PA的动态变化解析】本题是利用核酸外切酶的功能，通过控制酶切的时间和温度，获得特定长度的黏性末端理论上会出现4种情况：①切了部分同源序列，无法黏性末端互补；②正好切除了全部的同源序列，不同DNA片段的黏性末端可以互补；③切除同源序列及其旁边的部分序列，黏性末端部分互补，但是互补后仍留有缺口，需要DNA聚合酶催化延伸；④某一条DNA链全部切除，形成了脱氧核苷酸单链本题大概率是第③种，所以过程②出现了“缺口”，过程③补齐时需要DNA聚合酶另外本题中应该通过控制温度避免了第④种，其实也有小概率可能出现第②种无缝克隆只要有同源臂序列就能连接，不需要考虑限制酶切位点；拼接的同源臂序列是本身的，不额外添加碱基(序列)；且此法可同时拼接多个片段，在一个体系中快速完成，阳性率高待拼接片段太短会被外切酶水解掉，所以不利于小片段连接由重组DNA图可知，GFP基因和PABD基因进行连接，PCR扩增GFP基因时需根据GFP基因一端的核苷酸序列和PABD基因一端的核苷酸序列设计引物R2，而设计引物F1仅需根据PABD基因一端的核苷酸序列，因此引物F1的碱基序列比引物R2的碱基序列短，因此扩增目的片段的引物F1对应于表中的1。

而引物R2的一部分能与引物F1进行碱基互补配对，对比排查表中2、3、4序列，R2对应于表中的4假设抗性基因用A表示，则T1代的结果如下图所示，因此T2代幼苗抗草胺膦∶不抗草胺膦＝3∶1 (2025·南通期初)基因L能够通过脱落酸信号途径调控大豆的逆境响应利用基因工程技术编辑基因L，可培育耐盐碱大豆品系其基本过程是：在载体上的限制酶BsaⅠ切点处插入大豆基因L的向导DNA序列构建成重组载体，再将重组载体导入大豆细胞，其转录产物可引导编辑酶特异性结合基因L的目标序列进行定点编辑，载体信息如下图1请回答下列问题：　(1)基因L的向导DNA序列经BsaⅠ(限制酶)切割后，形成左、右两侧黏性末端序列分别为5′－ATTG－3′、5′－AAAC－3′的片段，与BsaⅠ酶切后的载体混合，经DNA连接酶作用形成重组载体2)将重组载体导入通过Ca2＋处理的农杆菌，利用农杆菌的侵染性将重组载体导入大豆细胞，培养基中添加卡那霉素(抗生素)进行筛选3)步骤(2)筛选得到4株植株，为了鉴定基因编辑是否成功，以上述植株的DNA为模板，通过PCR扩增基因L，完全酶切后电泳基因L部分序列及酶切位点如图2所示，电泳结果如图3所示。

用PCR技术扩增基因L时，所用引物越短，特异性越低(填“高”或“低”)据图判断选用的限制酶是SacⅠ，纯合突变植株是④(填序号)。