2022屆高考生物一輪復習第1講基因工程課末總結(jié)課件新人教版選修3202106052254

第1講基因工程課末總結(jié)

知識導圖·思維縷析1．限制酶具有特異性，即一種限制酶只能識別特定的核苷酸序列，并在特定的位點上切割DNA分子。DNA連接酶的作用部位是磷酸二酯鍵。2．質(zhì)粒是常用的載體，它是一種小型的雙鏈環(huán)狀DNA分子，具有一個至多個限制酶切割位點及標記基因。3．基因表達載體包括目的基因、啟動子、終止子、標記基因和復制原點。

學科素養(yǎng)·核心釋疑4．培育轉(zhuǎn)基因動物時，受體細胞必須是受精卵；培育轉(zhuǎn)基因植物時，受體細胞可以是受精卵，也可以是體細胞。5．目的基因?qū)胫参锛毎Ｓ棉r(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法；導入動物細胞常用顯微注射技術(shù)，導入微生物細胞常用感受態(tài)細胞法。6．目的基因到了另一種生物體內(nèi)能夠成功表達的原理是所有生物共用一套遺傳密碼。

探究高考·明確考向1．(2020·天津卷，16)Ⅰ型糖尿病是因免疫系統(tǒng)將自身胰島素作為抗原識別而引起的自身免疫病。小腸黏膜長期少量吸收胰島素抗原，能誘導免疫系統(tǒng)識別該抗原后應答減弱，從而緩解癥狀?？蒲腥藛T利用Ⅰ型糖尿病模型小鼠進行動物實驗，使乳酸菌在小鼠腸道內(nèi)持續(xù)產(chǎn)生人胰島素抗原，為此構(gòu)建重組表達載體，技術(shù)路線如下。據(jù)圖回答：(1)為使人胰島素在乳酸菌中高效表達，需改造其編碼序列。下圖是改造前后人胰島素B鏈編碼序列的起始30個核苷酸序列。據(jù)圖分析，轉(zhuǎn)錄形成的mRNA中，該段序列所對應的片段內(nèi)存在堿基替換的密碼子數(shù)有_____個。6

(2)在人胰島素A、B肽鏈編碼序列間引入一段短肽編碼序列，確保等比例表達A、B肽鏈。下列有關(guān)分析正確的是____________。A．引入短肽編碼序列不能含終止子序列B．引入短肽編碼序列不能含終止密碼子編碼序列C．引入短肽不能改變A鏈氨基酸序列D．引入短肽不能改變原人胰島素抗原性(3)在重組表達載體中，SacⅠ和XbaⅠ限制酶僅有圖示的酶切位點。用這兩種酶充分酶切重組表達載體，可形成_____種DNA片段。ABCD

3

(4)檢測轉(zhuǎn)化的乳酸菌發(fā)現(xiàn)，信號肽—重組人胰島素分布在細胞壁上。由此推測，信號肽的合成和運輸所經(jīng)歷的細胞結(jié)構(gòu)依次是______________________________________。(5)用轉(zhuǎn)化的乳酸菌飼喂Ⅰ型糖尿病模型小鼠一段時間后，小鼠體內(nèi)出現(xiàn)人胰島素抗原，能夠特異性識別它的免疫細胞有________。A．B細胞

B．T細胞C．吞噬細胞 D．漿細胞核糖體、細胞質(zhì)基質(zhì)、細胞膜、細胞壁

AB

[解析]

(1)從圖示可知，改造前后人胰島素B鏈編碼序列的起始30個核苷酸序列有7個核苷酸發(fā)生了替換，則其轉(zhuǎn)錄形成的mRNA中，也會有7個核苷酸發(fā)生改變，一個密碼子由mRNA上三個連續(xù)的堿基組成，由此可知，該段序列所對應的片段內(nèi)存在堿基替換的密碼子數(shù)有6個。(2)要確保等比例表達A、B肽鏈，則需A、B肽鏈一起合成，即啟動子和終止子在人胰島素A、B鏈編碼序列兩端，在其中間加入一段短肽編碼序列后，序列中間不能出現(xiàn)終止子，所轉(zhuǎn)錄得到的mRNA中間也不能出現(xiàn)終止密碼子，同時不能改變肽鏈的氨基酸序列和它的功能，綜上，答案選ABCD。(3)在重組表達載體中，SacⅠ和XbaⅠ限制酶切位點分別有2個和1個，當將重組表達載體用SacⅠ和XbaⅠ限制酶充分酶切后，會形成3個缺口，得到3種不同的DNA片段。(4)乳酸菌屬于原核細胞，其細胞壁上的信號肽在核糖體上合成后，到細胞質(zhì)基質(zhì)中加工，再將其運輸?shù)郊毎ど希M而轉(zhuǎn)移到細胞壁。(5)人胰島素抗原能引起小鼠的特異性免疫，在特異性免疫過程中，B細胞和T細胞能特異性識別抗原，而吞噬細胞能識別抗原，但不是特異性識別，漿細胞不能識別抗原。2．(2020·山東卷，25)水稻胚乳中含直鏈淀粉和支鏈淀粉，直鏈淀粉所占比例越小糯性越強?？蒲腥藛T將能表達出基因編輯系統(tǒng)的DNA序列轉(zhuǎn)入水稻，實現(xiàn)了對直鏈淀粉合成酶基因(Wx基因)啟動子序列的定點編輯，從而獲得了3個突變品系。(1)將能表達出基因編輯系統(tǒng)的DNA序列插入Ti質(zhì)粒構(gòu)建重組載體時，所需的酶是__________________________________，重組載體進入水稻細胞并在細胞內(nèi)維持穩(wěn)定和表達的過程稱為________。(2)根據(jù)啟動子的作用推測，Wx基因啟動子序列的改變影響了____________________________________，從而改變了Wx基因的轉(zhuǎn)錄水平。與野生型水稻相比，3個突變品系中Wx基因控制合成的直鏈淀粉合成酶的氨基酸序列__________(填：發(fā)生或不發(fā)生)改變，原因是____________________________________________。限制性核酸內(nèi)切酶和DNA連接酶

轉(zhuǎn)化

RNA聚合酶與啟動子的識別和結(jié)合

不發(fā)生

編碼直鏈淀粉合成酶的堿基序列中不含啟動子

(3)為檢測啟動子變化對Wx基因表達的影響，科研人員需要檢測Wx基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的mRNA(WxmRNA)的量。檢測時分別提取各品系胚乳中的總RNA，經(jīng)______________________過程獲得總cDNA。通過PCR技術(shù)可在總cDNA中專一性的擴增出

Wx基因的cDNA，原因是___________________________________________________________________________________。(4)各品系WxmRNA量的檢測結(jié)果如圖所示，據(jù)圖推測糯性最強的品系為_________，原因是_________________________________________________________________________________________。逆轉(zhuǎn)錄(或：反轉(zhuǎn)錄)

引物是根據(jù)Wx基因的一段已知序列設計合成的(或：引物能與Wx基因的cDNA特異性結(jié)合)

品系3

品系3的WxmRNA最少，控制合成的直鏈淀粉合成酶最少，直鏈淀粉合成量最少，糯性最強[解析]

(1)將目的基因與Ti質(zhì)粒構(gòu)建基因表達載體時，需要限制酶的切割，將目的基因插入載體時需要DNA連接酶的連接，重組載體進入水稻細胞并在細胞內(nèi)維持穩(wěn)定和表達的過程叫做轉(zhuǎn)化。(2)根據(jù)以上分析可知，啟動子是RNA聚合酶識別并結(jié)合的位點，如果啟動子序列改變將會影響RNA聚合酶與之結(jié)合和識別，進而影響基因的轉(zhuǎn)錄水平。在真核生物中，編碼蛋白質(zhì)的序列是基因中編碼區(qū)，編碼區(qū)中不包括啟動子序列，因此直鏈淀粉合成酶的基因堿基序列中不含有啟動子，因此3個突變品系中Wx基因中控制合成直鏈淀粉酶的氨基酸序列不發(fā)生改變。(3)以mRNA為模板合成cDNA的過程為逆轉(zhuǎn)錄，利用PCR技術(shù)擴增Wx基因的cDNA，需要以Wx基因合成的引物，這樣引物能夠在總cDNA中與Wx基因的cDNA特異性結(jié)合，從而利用PCR擴增技術(shù)專一性擴增出Wx基因的cDNA。(4)識圖分析可知，圖中品系3的Wx基因的mRNA的含量最少，那么合成的直鏈淀粉酶最少，直鏈淀粉合成量最少，因此該水稻胚乳中含的直鏈淀粉比例最小，糯性最強。3．(2020·江蘇卷，33)如果已知一小段DNA的序列，可采用PCR的方法，簡捷地分析出已知序列兩側(cè)的序列，具體流程如圖(以EcoRI酶切為例)：請據(jù)圖回答問題：(1)步驟I用的EcoRI是一種__________________________酶，它通過識別特定的______________切割特定位點。(2)步驟Ⅱ用的DNA連接酶催化相鄰核苷酸之間的3′—羥基與5′—磷酸間形成______________；PCR循環(huán)中，升溫到95℃是為了獲得______________；TaqDNA聚合酶的作用是催化__________________________________。限制性核酸內(nèi)切(或限制)

核苷酸序列

磷酸二酯鍵

DNA單鏈

以DNA為模板的

DNA鏈的延伸

(4)對PCR產(chǎn)物測序，經(jīng)分析得到了片段F的完整序列。下列DNA單鏈序列中(虛線處省略了部分核苷酸序列)，結(jié)果正確的是______。A．5′—AACTATGCG－－－－－－－AGCCCTT—3′B．5′—AATTCCATG－－－－－－－－CTGAATT—3′C．5′—GCAATGCGT－－－－－－－TCGGGAA—3′D．5′—TTGATACGC－－－－－－－－CGAGTAC—3′②④

[解析]

(1)EcoRI是一種限制性核酸內(nèi)切酶，它通過識別特定的核苷酸序列切割特定的位點。(2)DNA連接酶可催化相鄰核苷酸之間的3′—羥基和5′—磷酸之間形成磷酸二酯鍵；PCR循環(huán)中，升溫到95℃時，DNA受熱變性后解旋為單鏈；TaqDNA聚合酶是一種耐高溫的依賴于DNA模板的DNA聚合酶，能催化以DNA鏈為模板的DNA鏈的延伸。(3)引物是一小段單鏈DNA，引物5′端的堿基可以與DNA兩條鏈的3′端的堿基進行堿基互補配對，可作為DNA復制的起始點，子鏈的延伸方向從5′→3′，據(jù)題圖分析，結(jié)合已知序列可知，能與片段F左邊配對的引物為④，與右邊配對的引物為②，故步驟Ⅲ選用的PCR引物應當為②④。(4)對PCR產(chǎn)物測序，得到片段F的完整序列，因為片段F是被限制酶EcoRI剪切的兩端，它識別的序列是GAATTC，且在G與A之間切割，所以5′端應該是AATTC,3′端是GAATT，故選B。4．(2020·浙江卷，24)下列關(guān)于基因工程的敘述，正確的是

(

)A．若受體大腸桿菌含有構(gòu)建重組質(zhì)粒時用到的限制性核酸內(nèi)切酶，則一定有利于該重組質(zhì)粒進入受體并保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定B．抗除草劑基因轉(zhuǎn)入某抗鹽植物獲得2個穩(wěn)定遺傳轉(zhuǎn)基因品系，抗性鑒定為抗除草劑抗鹽和抗除草劑不抗鹽。表明一定是抗鹽性的改變與抗除草劑基因的轉(zhuǎn)入無關(guān)C．抗除草劑基因轉(zhuǎn)入某植物獲得轉(zhuǎn)基因植株，其DNA檢測均含目的基因，抗性鑒定為抗除草劑和不抗除草劑。表明一定是前者表達了抗性蛋白而后者只表達抗性基因RNAD．已知不同分子量DNA可分開成不同條帶，相同分子量的為一條帶。用某種限制性核酸內(nèi)切酶完全酶切環(huán)狀質(zhì)粒后，出現(xiàn)3條帶。表明該質(zhì)粒上一定至少有3個被該酶切開的位置B

[解析]

若受體大腸桿菌含有構(gòu)建重組質(zhì)粒時用到的限制性核酸內(nèi)切酶，則該酶會對進入受體的重組質(zhì)粒進行切割，不利于其保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，A錯誤；抗除草劑基因轉(zhuǎn)入抗鹽植物，獲得了抗除草劑抗鹽品系和抗除草劑不抗鹽品系，不抗鹽品系的產(chǎn)生可能是轉(zhuǎn)入的抗除草劑基因插入到抗鹽基因內(nèi)，影響其表達造成，B錯誤；轉(zhuǎn)基因植物中均含抗除草劑基因，但存在抗除草劑和不抗除草劑兩種植株，前者表達了抗性蛋白，后者可能抗除草劑基因未轉(zhuǎn)錄出mRNA，或轉(zhuǎn)錄出的mRNA未能翻譯成蛋白質(zhì)，C錯誤；某種限制性內(nèi)切酶完全酶切環(huán)狀質(zhì)粒后，出現(xiàn)3條帶，即3種不同分子量DNA，因此環(huán)狀質(zhì)粒上至少有3個酶切位點，D正確。故選D。5．(2019·江蘇卷，33)圖1是某基因工程中構(gòu)建重組質(zhì)粒的過程示意圖，載體質(zhì)粒P0具有四環(huán)素抗性基因(tetr)和氨芐青霉素抗性基因(ampr)。請回答下列問題：圖1平

胸腺嘧啶(T)

DNA連接

(3)為篩選出含有重組質(zhì)粒P3的菌落，采用含有不同抗生素的平板進行篩選，得到A、B、C三類菌落，其生長情況如下表(“＋”代表生長，“－”代表不生長)。根據(jù)表中結(jié)果判斷，應選擇的菌落是______(填表中字母)類，另外兩類菌落質(zhì)粒導入情況分別是___________________、______________________。B

菌落類型平板類型

ABC無抗生素＋＋＋氨芐青霉素＋＋－四環(huán)素＋－－氨芐青霉素＋四環(huán)素＋－－A類菌落含有

P0

C類菌落未轉(zhuǎn)入質(zhì)粒

(4)為鑒定篩選出的菌落中是否含有正確插入目的基因的重組質(zhì)粒，擬設計引物進行PCR鑒定。圖2所示為甲、乙、丙3條引物在正確重組質(zhì)粒中的相應位置，PCR鑒定時應選擇的一對引物是________。某學生嘗試用圖中另外一對引物從某一菌落的質(zhì)粒中擴增出了400bp片段，原因是____________________。圖2

乙丙

目的基因反向連接

[解析]

(1)從圖中可以看出，EcoRⅤ酶切出來的載體質(zhì)粒為平末端。(2)從圖中可以看出，目的基因的兩端各有一個游離的腺嘌呤脫氧核苷酸，由于載體P1為平末端，所以載體P1的兩端應該各添加一個胸腺嘧啶脫氧核苷酸，這樣在DNA連接酶的作用下才能把目的基因和載體P1連接起來。(3)由題意可知，構(gòu)建重組質(zhì)粒時四環(huán)素抗性基因被破壞，所以導入目的基因的菌落只能在沒有抗生素或含有氨芐青霉素的培養(yǎng)基中存活，應該選B類菌落。A類菌落能在表中條件下存活，說明導入的是P0質(zhì)粒。C類菌落只能在無抗生素的培養(yǎng)基中存活，說明C類菌落沒有導入質(zhì)粒。(4)據(jù)圖分析，目的基因的外側(cè)鏈只能用丙作引物，內(nèi)側(cè)鏈可用甲、乙作引物，若選用另一對甲、乙作引物，會出現(xiàn)目的基因反接擴增出的DNA片段為400bp，則正好是目的基因反向連接后，外側(cè)鏈用乙作引物，內(nèi)側(cè)鏈用甲作引物擴增出的片段。6．(2018·全國卷Ⅰ，38)回答下列問題：(1)博耶(H．Boyer)和科恩(S．Cohen)將非洲爪蟾核糖體蛋白基因與質(zhì)粒重組后導入大腸桿菌細胞中進行了表達。該研究除證明了質(zhì)?？梢宰鳛檩d體外，還證明了__________________________________________________________________(答出兩點即可)。體外重組的質(zhì)?？梢赃M入受體細胞；真核生物

基因可在原核細胞中表達

(2)體外重組的質(zhì)粒可通過Ca2＋參與的_______方法導入大腸桿菌細胞；而體外重組的噬菌體DNA通常需與____________________________組裝成完整噬菌體后，才能通過侵染的方法將重組的噬菌體DNA導入宿主細胞。在細菌、心肌細胞、葉肉細胞中，可作為重組噬菌體宿主細胞的是________。(3)真核生物基因(目的基因)在大腸桿菌細胞內(nèi)表達時，表達出的蛋白質(zhì)可能會被降解。為防止蛋白質(zhì)被降解，在實驗中應選用________________的大腸桿菌作為受體細胞，在蛋白質(zhì)純化的過程中應添加__________的抑制劑。轉(zhuǎn)化

細菌

蛋白酶缺陷型

蛋白酶

外殼蛋白(或答噬菌體蛋白)

[解析]

(1)將非洲爪蟾核糖體蛋白基因與質(zhì)粒重組后導入大腸桿菌中，該過程利用的技術(shù)是基因工程。該研究除了證明質(zhì)粒可作為載體外，還證明了體外重組的質(zhì)?？梢赃M入受體細胞，真核生物基因可在原核細胞中表達等。(2)重組質(zhì)粒導入大腸桿菌細胞可采用Ca2＋參與的轉(zhuǎn)化方法；體外重組噬菌體要通過將體外重組的噬菌體DNA和外殼蛋白(或噬菌體蛋白)進行組裝獲得；因為噬菌體是專門寄生在細菌中的病毒，所以宿主細胞選用細菌。(3)為防止蛋白質(zhì)被降解，在實驗中應選用蛋白酶缺陷型的大腸桿菌作為受體細胞；在蛋白質(zhì)純化過程中，為防止目的蛋白質(zhì)被降解，需要添加蛋白酶的抑制劑。7．(2018·全國卷Ⅱ，38)某種熒光蛋白(GFP)在紫外光或藍光激發(fā)下會發(fā)出綠色熒光，這一特性可用于檢測細胞中目的基因的表達。某科研團隊將某種病毒的外殼蛋白(L1)基因連接在GFP基因的5′末端，獲得了L1－GFP融合基因(簡稱為甲)，并將其插入質(zhì)粒P0，構(gòu)建了真核表達載體P1，其部分結(jié)構(gòu)和酶切位點的示意圖如下，圖中E1～E4四種限制酶產(chǎn)生的黏性末端各不相同?；卮鹣铝袉栴}：(1)據(jù)圖推斷，該團隊在將甲插入質(zhì)粒P0時，使用了兩種限制酶，這兩種酶是____________。使用這兩種酶進行酶切是為了保證____________，也是為了保證____________________。(2)將P1轉(zhuǎn)入體外培養(yǎng)的牛皮膚細胞后，若在該細胞中觀察到了綠色熒光，則說明L1基因在牛的皮膚細胞中完成了________和________過程。E1和E4

甲的完整

甲與載體正確連接

轉(zhuǎn)錄

翻譯

(3)為了獲得含有甲的牛，該團隊需要做的工作包括：將能夠產(chǎn)生綠色熒光細胞的__________移入牛的________________中、體外培養(yǎng)、胚胎移植等。(4)為了檢測甲是否存在于克隆牛的不同組織細胞中，某同學用PCR方法進行鑒定，在鑒定時應分別以該牛不同組織細胞中的____________(填“mRNA”“總RNA”或“核DNA”)作為PCR模板。細胞核

去核卵母細胞

核DNA

[解析]

(1)由題意可知，L1基因和GFP基因合成了L1－GFP融合基因(簡稱為甲)，題圖中顯示了四個酶切位點，當將L1－GFP融合基因插入質(zhì)粒P0時，可用E1和E4限制酶進行酶切，用這兩種酶進行酶切不會破壞甲的完整性，同時能保證甲按照正確的方向與載體連接。(2)若在牛皮膚細胞中觀察到了綠色熒光，則說明L1－GFP融合基因得到表達，即目的基因在受體細胞中通過轉(zhuǎn)錄和翻譯合成了熒光蛋白。(3)為了獲得含有甲的牛，可將含有目的基因的細胞的細胞核移入牛的去核卵母細胞中，然后進行體外培養(yǎng)、胚胎移植等。(4)利用PCR技術(shù)擴增目的基因，可以檢測目的基因是否存在。PCR擴增的模板是核DNA。8．(2018·江蘇，32)為生產(chǎn)具有特定性能的α－淀粉酶，研究人員從某種海洋細菌中克隆了α－淀粉酶基因(1656個堿基對)，利用基因工程大量制備α－淀粉酶，實驗流程見下圖。請回答下列問題：(1)利用PCR技術(shù)擴增α－淀粉酶基因前，需先獲得細菌的________________。(2)為了便于擴增的DNA片段與表達載體連接，需在引物的_______端加上限制性酶切位點，且常在兩條引物上設計加入不同的限制性酶切位點，主要目的是____________________________________________。(3)進行擴增時，反應的溫度和時間需根據(jù)具體情況進行設定，下列選項中______的設定與引物有關(guān)，______的設定與擴增片段的長度有關(guān)。(填序號)①變性溫度②退火溫度③延伸溫度④變性時間⑤退火時間⑥延伸時間基因組DNA

5′

使DNA片段能定向插入表