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第十单元现代生物科技专题第41课时基因工程的基本工具和基本操作程序1.转基因抗病香蕉的培育过程如图所示。质粒上有PstⅠ、SmaⅠ、EcoRⅠ、ApaⅠ等四种限制酶切割位点。请回答:(1)构建含抗病基因的表达载体A时,应选用限制酶,对进行切割。(2)培养基中的卡那霉素会抑制香蕉愈伤组织细胞的生长,欲利用该培养基筛选已导入抗病基因的香蕉细胞,应使基因表达载体A中含有,作为标记基因。(3)香蕉组织细胞具有,因此,可以利用组织培养技术将导入抗病基因的香蕉组织细胞培育成植株。图中①、②依次表示组织培养过程中香蕉组织细胞的。解析本题考查基因工程的有关知识。(1)从图可看出,只有PstⅠ、EcoRⅠ两种酶能保持抗病基因结构的完整性,所以构建含抗病基因的表达载体A时,应选用限制酶PstⅠ、EcoRⅠ两种酶,对抗病基因的DNA和质粒进行切割。(2)卡那霉素能抑制香蕉愈伤组织细胞的生长,欲利用该培养基筛选已导入抗病基因的香蕉细胞,应使基因表达载体A中含有抗卡那霉素基因,以此作为标记基因。(3)香蕉组织细胞具有全能性,因此,可以利用组织培养技术将导入抗病基因的香蕉组织细胞培育成植株。图中①、②依次表示组织培养过程中香蕉组织细胞的脱分化和再分化。答案(1)PstⅠ、EcoRⅠ含抗病基因的DNA、质粒(2)抗卡那霉素基因(3)全能性脱分化、再分化2.将动物致病菌的抗原基因导入马铃薯制成植物疫苗,饲喂转基因马铃薯可使动物获得免疫力。以下是与植物疫苗制备过程相关的图和表。表1引物对序列表引物对AP1AACTGAAATGTAGCTATCP2TTAAGTCCATTACTCTAG引物对BS1GTCCGACTAGTGGCTGTGS2AGCTGGCGTTTAGCCTCG请根据以上图表回答下列问题:(1)在采用常规PCR方法扩增目的基因的过程中,使用的DNA聚合酶不同于一般生物体内的DNA聚合酶,其最主要的特点是。(2)PCR过程中退火(复性)温度必须根据引物的碱基数量和种类来设定。表1为根据模板设计的两对引物序列,图2为引物对与模板结合示意图。请判断哪一对引物可采用较高的退火温度？。限制酶AluIEcoRIPstISmaI切割位点AG↓CTTC↑GAG↓AATTCCTTAA↑GCTGCA↓GG↑ACGTCCCC↓GGGGGG↑CCC(3)图1步骤③所用的DNA连接酶对所连接的DNA两端的碱基序列是否有专一性要求？。(4)为将外源基因转入马铃薯，图1步骤⑥转基因所用的细菌B通常为。(5)对符合设计要求的重组质粒T进行酶切。假设所用的酶均可将识别位点完全切开，请根据图1中标示的酶切位点和表2所列的识别序列，对以下酶切结果作出判断。①采用EcoRI和PstI酶切,得到种DNA片断。②采用EcoRI和SmaI酶切,得到种DNA片断。解析(1)PCR技术中需通过高温使DNA解旋,故所用DNA聚合酶的耐热性必须要好。(2)退火温度与时间,取决于引物的长度、碱基组成及其浓度,还有靶基因序列的长度。含有(G+C)多的引物,可采用相对较高的退火温度。(3)DNA聚合酶与限制酶不同,从将DNA由5’端点开始复制到3’端的酶,不具有特异性。(4)农杆菌的细胞中有一段T-DNA,农杆菌通过侵染植物伤口进入细胞后,可将T-DNA插入到植物基因中,因此,农杆菌是一种天然的植物遗传转化体系,常用作植物转基因工程中的载体。(5)对于重组质粒,EcoRI能切开M和X连接处,PstI能在M和N之间专一切点处切开,将DNA分为两个片段;EcoRI仍能切开M处,SmaI则不能识别N和Y重新结合形成的连接点,只能得到1个DNA片段。答案(1)耐高温(2)引物对B(3)否(4)农杆菌(5)①2②13.基因工程中,需使用的限制酶切割目的基因和质粒,便于重组和筛选。已知限制酶Ⅰ的识别序列和切点是—G↓GATCC—,限制酶Ⅱ的识别序列和切点是—↓GATC—。(1)根据已知条件和图回答：①上述质粒用限制酶切割,目的基因用限制酶切割。②将切下的目的基因片段插入质粒的切口处,还要加入适量的。③请指出质粒上至少要有一个标记基因的理由：。(2)不同生物的基因可以拼接的结构基础是。(3)大肠杆菌是首先成功表达外源基因的宿主菌,但不能表达结构复杂的蛋白质,哺乳类细胞、昆虫细胞表达系统虽然能表达结构复杂的哺乳类细胞蛋白,但操作复杂,表达水平低,不易推广使用。基因工程中常选用酵母菌作为受体细胞,请从细胞结构等方面分析用酵母菌作受体细胞能克服上述不足的理由：。答案(1)①ⅠⅡ②DNA连接酶③检测重组质粒(或目的基因)是否导入受体细胞(2)DNA结构基本相同(其他合理答案均可)(3)①单细胞真核生物,含有加工、修饰蛋白质的内质网和高尔基体;②繁殖速度快,能很快得到大量的目的基因;③培养成本低;④容易培养4.在培育转基因植物的研究中,卡那霉素抗性基因(kanr)常作为标记基因,只有含卡那霉素抗性基因的细胞才能在卡那霉素培养基上生长。下图为获得抗虫棉的技术流程。请据图回答：(1)A过程需要的酶有。(2)B过程及其结果体现了质粒作为载体必须具备的两个条件是。(3)C过程的培养基除含有必要营养物质、琼脂和激素外,还必须加入。(4)如果利用DNA分子杂交原理对再生植株进行检测,D过程应该用作为探针。(5)科学家发现转基因植株的卡那霉素抗性基因的传递符合孟德尔遗传规律。①将转基因植株与杂交,其后代中抗卡那霉素型与卡那霉素敏感型的数量比为1∶1。②若该转基因植株自交,则其后代中抗卡那霉素型与卡那霉素敏感型的数量比为。③若将该转基因植株的花药在卡那霉素培养基上作离体培养,则获得的再生植株群体中抗卡那霉素型植株占%。解析重组质粒的获得需要限制酶和DNA连接酶;作为载体必须具备以下几个条件：一是能够在宿主细胞中复制并稳定保存;二是具有多个限制酶切点,以便与外源基因连接;三是具有某些标记基因,便于进行筛选等。B过程体现出了其中的一、三两条。转基因植株与非转基因植株杂交后,后代表现型比例为1∶1,说明转基因植株为杂合子,该杂交过程相当于测交;如果自交,则后代比例应为3∶1;卡那霉素对花粉进行了选择,保留下了抗卡那霉素的植株。答案(1)限制酶和DNA连接酶(2)具有标记基因;能在宿主细胞中复制并稳定保存(3)卡那霉素(4)放射性同位素(或荧光分子)标记的抗虫基因(5)①非转基因植株②3∶1③1005.如图为利用生物技术获得生物新品种的过程,据图回答：(1)在基因工程中,A→B为技术,利用的原理是,其中①为过程。(2)加热至94℃的目的是使DNA中的键断裂,这一过程在细胞内是通过的作用来完成的。(3)当温度降低时,引物与模板末端结合,在DNA聚合酶的作用下,引物沿模板链延伸,最终合成两条DNA分子,此过程中的原料是,遵循的原则是。(4)目的基因导入绵羊受体细胞常用技术。(5)B→D为抗虫棉的培育过程,其中④过程常用的方法是,要确定目的基因(抗虫基因)导入受体细胞后是否能稳定遗传并表达,需进行检测和鉴定工作,请写出在个体生物学水平上的鉴定过程：。解析(1)A→B为体外DNA复制即PCR技术,与体内DNA复制原理相同,解旋方式不同,PCR技术是用高温变性使其解旋。(2)94℃时DNA双链解旋,破坏的是两条链之间的氢键,而在细胞内DNA复制解旋时解旋酶起相同作用。(3)PCR技术与DNA复制过程原理是相同的,即碱基互补配对,原料均为4(4)转基因动物培育中目的基因的导入常用显微注射技术。(5)将目的基因导入植物细胞常用的方法为农杆菌转化法,其优点是能将外源基因导入到受体细胞的染色体DNA分子上;在个体水平上鉴定,即通过生物体所体现的性状来判断,抗虫棉应具有的性状为害虫吞食后使其死亡。答案(1)PCRDNA复制DNA解旋(2)氢解旋酶(3)4种脱氧核苷酸碱基互补配对原则(4)显微注射(5)农杆菌转化法让害虫吞食转基因棉花的叶子,观察害虫的存活情况,以确定性状6.下图a表示基因工程中经常选用的载体——pBR322质粒,Ampr表示氨苄青霉素抗性基因,Tetr表示四环素抗性基因。目的基因如果插入某抗性基因中,将使该基因失活,而不再具有相应的抗性。为了检查载体是否导入原本没有Ampr和Tetr的大肠杆菌,将大肠杆菌培养在含氨苄青霉素的培养基上。得到如图b的结果(黑点表示菌落)。再次灭菌的绒布按到图b的培养基上,使绒布面沾上菌落,然后将绒布平移按到含四环素的培养基上培养,得到如图c的结果(空圈表示与b对照无菌落的位置)。据此分析并回答：(1)pBR322质粒的基本组成单位是。该基因工程中,质粒上的Ampr、Tetr称为基因。(2)与图c空圈相对应的图b中的菌落表现型是,由此说明目的基因插入了中。(3)质粒作为基因表达载体除了具有Ampr或Tetr及目的基因外,还必须具有。(4)若用pBR322质粒作为载体,通过基因工程生产的食品,存在着食品安全性问题,试说明理由。。解析质粒是独立于细菌拟核DNA之外,一种裸露的、结构简单并能自我复制的双链环状DNA分子,其基本组成单位是4种脱氧核苷酸。在基因工程中,质粒上特殊的遗传基因如Ampr和Tetr可以作标记基因,用于检测基因表达载体是否导入受体细胞。图b培养基上的大肠杆菌能抗氨苄青霉素,平移到图c培养基上,能长出菌落,说明还能抗四环素,长不出菌落,说明不能抗四环素,即Tetr基因被破坏。基因表达载体包括目的基因、启动子、终止子和标记基因。答案(1)脱氧核苷核标记(2)能抗氨苄青霉素,但不能抗四环素Tetr(3)启动子和终止子(4)Ampr、Tetr控制合成的物质在人体内发挥作用,使人体内的细菌抗药性增强,服用的药物药效减弱7.人体细胞内含有抑制癌症发生的p53基因,生物技术可对此类基因的变化进行检测。(1)目的基因的获取方法通常包括和。(2)上图表示从正常人和患者体内获取的p53基因的部分区域。与正常人相比,患者在该区域的碱基发生了改变,在上图中用方框圈出发生改变的碱基对。这种变异被称为。(3)已知限制酶E的识别序列为CCGG,若用限制酶E分别完全切割正常人和患者的p53基因部分区域(见上图),那么正常人的会被切成个片段;而患者的则被切割成长度为对碱基和对碱基的两种片段。(4)如果某人的p53基因部分区域经限制酶E完全切割后,共出现170、220、290和460对碱基的四种片段,那么该人的基因型是(P+表示正常基因,P-表示异常基因)。解析(1)目的基因既可以从供体细胞中直接提取,也可人工合成。(2)基因内部个别碱基对的替换为基因突变。(3)据图分析可知,正常人会被切成三个片段。(4)由正常人被限制酶E切出来的具体片段可知,该人的基因型是P+P-。答案(1)从基因文库中获取通过化学方法人工合成(2)见下图基因碱基对的替换(基因突变)(3)3460220(4)P+P-