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第36講 基因工程 1．回答下列有關(guān)基因工程的問題： (1)可根據(jù)________________(答出兩點(diǎn))特性從基因文庫中獲取目的基因。 (2)在構(gòu)建基因表達(dá)載體時，常要用到________和________兩種工具酶。一個基因表達(dá)載體的組成，除了目的基因外，還必須有________以及標(biāo)記基因等，其中標(biāo)記基因的作用是_________________________________________________。 (3)在基因工程中，將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞采用最多的方法是_______。 (4)基因工程藥物可利用轉(zhuǎn)基因的原核生物來生產(chǎn)。原核生物作為基因工程中受體細(xì)胞所具有的其他生物沒有的特點(diǎn)主要有________________________。 將目的基因?qū)氪竽c桿菌時，需用鈣離子處理大腸桿菌使之成為___________。 解析：(1)可根據(jù)基因的核苷酸序列、基因的功能、基因在染色體上的位置、基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物等特性從基因文庫中獲取目的基因。(2)基因工程中常用的兩種工具酶是限制酶和DNA連接酶。一個基因表達(dá)載體的組成，除了目的基因外，還必須有啟動子、終止子以及標(biāo)記基因等。(3)在基因工程中，將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞采用最多的方法是農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法。(4)與其他生物相比，原核生物具有繁殖快、多為單細(xì)胞、遺傳物質(zhì)相對較少等特點(diǎn)，因此常將原核生物作為生產(chǎn)基因工程藥物的工程菌。 答案：(1)基因的核苷酸序列、基因的功能、基因在染色體上的位置、基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物等(答出兩點(diǎn)即可)　(2)限制酶　DNA連接酶　啟動子、終止子　鑒別受體細(xì)胞中是否含有目的基因，從而將含有目的基因的細(xì)胞篩選出來　(3)農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法　(4)繁殖快、多為單細(xì)胞、遺傳物質(zhì)相對較少等　感受態(tài)細(xì)胞 2．歐洲哥廷根小型豬因其器官大小、結(jié)構(gòu)和生理特點(diǎn)等方面與人的器官極為相似，已經(jīng)成為國際上理想的異種器官移植研究材料。目前，歐洲哥廷根小型豬作為糖尿病、心臟病、帕金森氏癥等重大人類疾病及新藥研究的動物模型，也得到了全世界醫(yī)藥管理機(jī)構(gòu)的認(rèn)可。請回答下列問題： (1)異種器官移植到人體內(nèi)會發(fā)生________，從而使外源器官難以存活。為解決這一難題，必須設(shè)法除去醫(yī)用小型豬的________基因，或抑制該基因的______。 (2)向小型豬轉(zhuǎn)入外源基因時，其受體細(xì)胞通常是__________，導(dǎo)入方法是____________。 (3)利用基因工程技術(shù)，可以獲得乳汁中含有藥用蛋白的動物，這種動物叫做___________。為了獲得該動物，需將________________基因與________________基因的啟動子等調(diào)控組件重組在一起，構(gòu)建基因表達(dá)載體。 解析：(1)異種器官移植會引起人體內(nèi)發(fā)生免疫排斥反應(yīng)。為解決此問題，需去除小型豬體內(nèi)表達(dá)抗原的基因，或抑制該抗原基因的表達(dá)。(2)基因工程中常用的動物受體細(xì)胞是受精卵，因為受精卵全能性高。通常采用顯微注射法將目的基因?qū)胧芫选?3)可以從乳汁中獲取藥用蛋白的動物稱為乳腺生物反應(yīng)器。獲得該種動物需將藥用蛋白基因和乳腺蛋白基因的啟動子等調(diào)控組件重組在一起，構(gòu)建基因表達(dá)載體。 答案：(1)免疫排斥反應(yīng)　抗原決定　表達(dá) (2)受精卵　顯微注射技術(shù) (3)乳腺(乳房)生物反應(yīng)器　藥用蛋白　乳腺蛋白 3．下圖是從酵母菌中獲取棉株需要的某種酶基因的流程，結(jié)合所學(xué)知識及相關(guān)信息回答下列問題。 (1)圖中cDNA文庫____________(填“大于”、“等于”或“小于”)基因組文庫。 (2)①過程提取的DNA需要________的切割，B是______過程。 (3)為了在短時間內(nèi)大量獲得目的基因，可用________擴(kuò)增的方法，其原理是____________________________________________________________________。 (4)農(nóng)桿菌中的Ti質(zhì)粒上的TDNA具有________的特點(diǎn)。目的基因能否在棉株體內(nèi)穩(wěn)定遺傳的關(guān)鍵是________，可以用_________________________________ 技術(shù)進(jìn)行檢測。 (5)如果要想使該酶活性更高或具有更強(qiáng)的耐受性，需要對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，這要利用基因工程的延伸——蛋白質(zhì)工程。首先要設(shè)計預(yù)期的________，再推測應(yīng)有的氨基酸序列，找到相對應(yīng)的________。 解析：(1)一個基因組文庫中包含了一種生物所有的基因，而一個cDNA文庫中只包含了一種生物的一部分基因，故cDNA文庫小于基因組文庫。(2)從酵母菌中提取目的基因的過程中，需用限制性核酸內(nèi)切酶對DNA進(jìn)行切割；以mRNA為模板合成cDNA的過程屬于反轉(zhuǎn)錄。(3)PCR技術(shù)是一項在生物體外復(fù)制特定DNA片段的核酸合成技術(shù)，其依據(jù)的原理是DNA雙鏈復(fù)制。(4)農(nóng)桿菌中的Ti質(zhì)粒上的T—DNA具有可轉(zhuǎn)移至受體細(xì)胞并且整合到受體細(xì)胞染色體的DNA上的特點(diǎn)。目的基因能否在棉株體內(nèi)穩(wěn)定遺傳的關(guān)鍵是目的基因整合到植物細(xì)胞染色體的DNA上，可以用DNA分子雜交技術(shù)進(jìn)行檢測。(5)蛋白質(zhì)工程是指以蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其與生物功能的關(guān)系作為基礎(chǔ)，通過基因修飾或基因合成，對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，或制造一種新的蛋白質(zhì)，以滿足人類的生產(chǎn)和生活的需求。蛋白質(zhì)工程的基本途徑是：從預(yù)期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)―→設(shè)計預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)―→推測應(yīng)有的氨基酸序列―→找到相對應(yīng)的脫氧核苷酸序列(基因)。 答案：(1)小于　(2)限制酶　反轉(zhuǎn)錄　(3)PCR技術(shù)　DNA雙鏈復(fù)制　(4)可轉(zhuǎn)移至受體細(xì)胞并且整合到受體細(xì)胞染色體的DNA上　目的基因整合到植物細(xì)胞染色體的DNA上　DNA分子雜交　(5)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)　脫氧核苷酸序列 4．(2018河北唐山模擬)科學(xué)家通過利用PCR定點(diǎn)突變技術(shù)改造Rubisco酶基因，提高了光合作用過程中Rubisco酶對CO2的親和力，從而顯著提高了植物的光合作用速率。請回答下列問題： (1)PCR過程所依據(jù)的原理是________________，利用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因的前提是要有一段已知目的基因的核苷酸序列，以便根據(jù)這一序列合成________；擴(kuò)增過程需要加入________________酶。 (2)啟動子是一段有特殊結(jié)構(gòu)的DNA片段，其作用是________________________。目的基因能在不同生物體內(nèi)正常表達(dá)原來的蛋白質(zhì)，說明整個生物界___________________。PCR定點(diǎn)突變技術(shù)屬于____________的范疇。 (3)可利用定點(diǎn)突變的DNA構(gòu)建基因表達(dá)載體。常用____________將基因表達(dá)載體導(dǎo)入植物細(xì)胞，還需用到植物細(xì)胞工程中的________________技術(shù)，來最終獲得轉(zhuǎn)基因植物。 解析：(1)PCR依據(jù)的原理是DNA雙鏈復(fù)制，在用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因前要依據(jù)一段已知目的基因的脫氧核苷酸序列合成引物；擴(kuò)增過程需要加入耐高溫的DNA聚合(或Taq DNA聚合)酶。(2)啟動子是RNA聚合酶識別和結(jié)合部位，可驅(qū)動基因轉(zhuǎn)錄出mRNA；因生物界共用一套遺傳密碼，所以目的基因可以在不同細(xì)胞內(nèi)表達(dá)合成相同蛋白質(zhì)。(3)常用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法將基因表達(dá)載體導(dǎo)入植物細(xì)胞，借助于植物組織培養(yǎng)技術(shù)，獲得轉(zhuǎn)基因植物。 答案：(1)DNA雙鏈復(fù)制　引物　耐高溫的DNA聚合(或Taq DNA聚合) (2)RNA聚合酶識別和結(jié)合部位，可驅(qū)動基因轉(zhuǎn)錄出mRNA　共用一套密碼子　蛋白質(zhì)工程 (3)農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法　植物組織培養(yǎng) 5．(2018湖南郴州質(zhì)檢)利用基因工程技術(shù)培育馬鈴薯新品種，目前已經(jīng)取得豐碩成果。請根據(jù)教材所學(xué)知識回答下列問題： (1)馬鈴薯易患多種疾病，導(dǎo)致其產(chǎn)量不高。通過導(dǎo)入抗病基因并使其表達(dá)可以提高馬鈴薯產(chǎn)量，基因工程中使用最多的抗病基因是________________和病毒的復(fù)制酶基因。 (2)馬鈴薯是雙子葉植物，常用____________(方法)將目的基因?qū)腭R鈴薯受體細(xì)胞中。構(gòu)建好的基因表達(dá)載體基本結(jié)構(gòu)包括目的基因、標(biāo)記基因、________、________、________等五部分。 (3)科學(xué)家還培育出抗除草劑的轉(zhuǎn)基因馬鈴薯，其設(shè)計方法：修飾除草劑作用的靶蛋白，使其對除草劑________(填“敏感”或“不敏感”)，或使靶蛋白過量表達(dá)，植物吸收除草劑后仍能________。 (4)將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞后，還需對轉(zhuǎn)基因植物進(jìn)行____________________。 解析：(1)在基因工程中，使用最多的抗病基因是病毒外殼蛋白基因和病毒的復(fù)制酶基因。(2)常用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法將目的基因?qū)腭R鈴薯等雙子葉植物的受體細(xì)胞中。構(gòu)建好的基因表達(dá)載體的基本結(jié)構(gòu)包括目的基因、標(biāo)記基因、終止子、啟動子和復(fù)制原點(diǎn)等五部分。(3)培育抗除草劑的轉(zhuǎn)基因馬鈴薯，需通過修飾，使除草劑作用的靶蛋白對除草劑不敏感，或使靶蛋白過量表達(dá)，使植物吸收除草劑后仍能正常代謝。(4)將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞后，還需對轉(zhuǎn)基因植物進(jìn)行目的基因的檢測與鑒定。 答案：(1)病毒外殼蛋白基因 (2)農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法　啟動子　終止子　復(fù)制原點(diǎn) (3)不敏感　正常代謝 (4)目的基因的檢測與鑒定 6．(2018云南昆明調(diào)研)科學(xué)家將擬南芥的抗寒基因(CBFl)，轉(zhuǎn)入香蕉以獲得抗寒的香蕉品種。如圖是某質(zhì)粒載體上的Sac Ⅰ、Xba Ⅰ、EcoR Ⅰ、Hind Ⅲ四種限制酶的切割位點(diǎn)示意圖。 據(jù)圖回答問題： (1)在該實驗中為構(gòu)建基因表達(dá)載體，用SacⅠ、XbaⅠ切下CBFl基因后，對質(zhì)粒載體進(jìn)行切割的限制酶是_____________________________________， 理由是__________________________________________________。 (2)連接CBFl基因到該質(zhì)粒載體后，作為基因表達(dá)載體的組成還必須有________________。將重組質(zhì)粒導(dǎo)入香蕉細(xì)胞最常用的方法是_______________。 (3)為了鑒別受體細(xì)胞中是否含有CBFl基因，可用含________的培養(yǎng)基進(jìn)行篩選。 (4)科學(xué)家將生長健壯、苗齡一致的轉(zhuǎn)基因香蕉(實驗組)與非轉(zhuǎn)基因香蕉(對照組)進(jìn)行________處理，鑒定兩組之間的抗寒性差異，如果____________________，則說明獲得了抗寒的香蕉優(yōu)質(zhì)品種。 解析：(1)在基因工程中，用相同限制酶切割來源不同的DNA后，可產(chǎn)生相同的末端，所以和含目的基因的DNA一樣，質(zhì)粒也應(yīng)使用Sac Ⅰ、Xba Ⅰ進(jìn)行切割。(2)基因表達(dá)載體的組成包括啟動子、終止子、標(biāo)記基因、目的基因等。香蕉細(xì)胞是植物細(xì)胞，將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞常用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法。(3)據(jù)圖分析，質(zhì)粒上的標(biāo)記基因是氨芐青霉素抗性基因，所以為了鑒別受體細(xì)胞中是否含有CBFl基因，可用含氨芐青霉素的培養(yǎng)基進(jìn)行篩選。(4)根據(jù)題干信息已知目的基因是抗寒基因，所以科學(xué)家將生長健壯、苗齡一致的轉(zhuǎn)基因香蕉(實驗組)與非轉(zhuǎn)基因香蕉(對照組)進(jìn)行低溫處理，鑒定兩組之間的抗寒性差異，如果實驗組的抗寒能力明顯高于對照組，則說明獲得了抗寒的香蕉優(yōu)質(zhì)品種。 答案：(1)Sac Ⅰ、Xba Ⅰ　用相同限制酶切割來源不同的DNA后，可產(chǎn)生相同的末端 (2)啟動子和終止子　農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法 (3)氨芐青霉素 (4)低溫　實驗組的抗寒能力明顯高于對照組