备考2024届高考生物一轮复习讲义第十一章生物技术与工程课时6基因工程的基本工具与操作程序考点2基因工程的基本操作程序

这是一份备考2024届高考生物一轮复习讲义第十一章生物技术与工程课时6基因工程的基本工具与操作程序考点2基因工程的基本操作程序，共6页。
1.基因工程的基本操作程序
教材补遗[选必3P77“相关信息”]Bt抗虫蛋白只有在某类昆虫肠道的碱性环境中才能表现出毒性，而人和牲畜的胃液呈酸性，肠道细胞也没有特异性受体。
2.利用PCR获取和扩增目的基因
PCR与体内DNA复制的异同
基础自测
1.基因表达载体中含有启动子和密码子。（× ）
2.基因表达载体的构建是基因工程的核心。（ √ ）
3.启动子是与RNA聚合酶识别和结合的部位，是起始密码子。（× ）
4.Ti质粒上的T－DNA可与双子叶植物受体细胞的染色体DNA整合在一起。（ √ ）
5.将重组表达载体导入动物受精卵常用基因枪法。（× ）
6.PCR扩增时，50 ℃左右，引物与作为模板的单链DNA特定部位相互配对、结合。（ √ ）
深度思考
1.构建基因表达载体时，为什么一般选用两种限制酶切割目的基因和载体？
提示 因为用不同的限制酶分别处理目的基因和载体时，可以使目的基因两侧和载体上各自具有两个不同的黏性末端，防止目的基因或载体发生自身环化及目的基因与载体反向连接。
2.启动子与起始密码子、终止子与终止密码子有什么不同？
提示 启动子、终止子、起始密码子、终止密码子对比
3.在构建基因表达载体时，目的基因的序列中能否含有用到的限制酶的识别序列，为什么？
提示 不能，因为目的基因的序列中若含有用到的限制酶的识别序列，目的基因可能会被切断。
4.在用农杆菌转化法将目的基因导入植物细胞的过程中，为什么一定要将目的基因插入Ti质粒的T－DNA上？
提示 Ti质粒的T－DNA是可转移的DNA，可转移到受体细胞，并且整合到受体细胞染色体DNA上。将目的基因插入Ti质粒的T－DNA中，就可以使目的基因进入植物细胞。
5.复性时，引物与DNA模板的结合是随机的，但两条解开的DNA模板链结合的概率较低，其原因是什么？
提示 ①模板链一般较长，比引物复杂得多，重新结合的概率低；②加入引物的量足够多，而模板链较少，故引物和模板链结合的机会远大于模板链间的。
研透高考 明确方向
命题点1 PCR的过程和应用分析
1.[2021湖北]某实验利用PCR技术获取目的基因，实验结果显示除目的基因条带（引物与模板完全配对）外，还有2条非特异条带（引物和模板不完全配对）。为了减少反应中非特异条带的产生，以下措施中有效的是（D ）
A.增加模板DNA的量B.延长热变性的时间
C.延长延伸的时间 D.提高复性的温度
解析 PCR过程中，引物和模板不完全配对会形成非特异条带，增加模板DNA的量可以提高反应速率，但不会减少反应中非特异条带的产生，A错误；延长热变性的时间和延伸的时间对延伸中的配对影响不大，故不能有效减少非特异性条带的产生，B、C错误；非特异性条带增加的原因可能是复性温度过低使引物与模板的结合位点增加，故可通过提高复性的温度来减少非特异性条带的产生，D正确。
2.[2022辽宁]抗虫和耐除草剂玉米双抗12－5是我国自主研发的转基因品种。为给监管转基因生物安全提供依据，采用PCR方法进行目的基因监测，反应程序如图所示。下列叙述正确的是（B ）
A.预变性过程可促进模板DNA边解旋边复制
B.后延伸过程可使目的基因的扩增更加充分
C.延伸过程无需引物参与即可完成半保留复制
D.转基因品种经检测含有目的基因后即可上市
解析 预变性的温度为94 ℃，在这个温度下，双链DNA解旋为单链，但模板链不易和引物结合，不能进行复制，A错误。延伸的目的是合成新的子链，后延伸延长了延伸时间，使目的基因的扩增更加充分，B正确。延伸过程需要引物与模板链结合，在引物的3'端加上相应的核苷酸，C错误。转基因品种经检测含有目的基因且已经表达使生物体表现出相应性状后，还需要经过系列的安全性评价，符合相应标准后才能上市，D错误。
命题点2 基因工程的基本操作程序分析
3.[2023全国乙节选，10分]GFP是水母体内存在的能发绿色荧光的一种蛋白。科研人员以GFP基因为材料，利用基因工程技术获得了能发其他颜色荧光的蛋白，丰富了荧光蛋白的颜色种类。回答下列问题。
（1）构建突变基因文库。科研人员将GFP基因的不同突变基因分别插入载体，并转入大肠杆菌制备出GFP基因的突变基因文库。
（2）构建目的基因表达载体。科研人员从构建的GFP突变基因文库中提取目的基因（均为突变基因）构建表达载体，其模式图如图所示（箭头为GFP突变基因的转录方向）。图中①为 终止子 ；②为 启动子 ，其作用是 被RNA聚合酶识别并结合，驱动GFP突变基因的转录 。
（3）目的基因的表达。科研人员将构建好的表达载体导入大肠杆菌中进行表达，发现大肠杆菌有的发绿色荧光，有的发黄色荧光，有的不发荧光。请从密码子特点的角度分析，发绿色荧光的可能原因是 密码子的简并使GFP基因突变后编码的蛋白质与突变前相同 （答出1点即可）。
（4）新蛋白与突变基因的关联性分析。将上述发黄色荧光的大肠杆菌分离纯化后，对其所含的GFP突变基因进行测序，发现其碱基序列与GFP基因的不同，将该GFP突变基因命名为YFP基因（黄色荧光蛋白基因）。若要通过基因工程的方法探究YFP基因能否在真核细胞中表达，实验思路是 选择合适的运载体，利用合适的限制酶和DNA连接酶将YFP基因和运载体连接起来，构建基因表达载体，之后将基因表达载体导入酵母菌，检测酵母菌是否会发黄色荧光 。
解析 （2）一个基因表达载体的组成，除了目的基因，还必须有启动子、终止子以及标记基因等。启动子是一段有特殊序列结构的DNA片段，位于基因的上游，它是RNA聚合酶识别和结合的部位，有了它才能驱动基因转录出mRNA，最终表达出人类需要的蛋白质。终止子相当于一盏红色信号灯，使转录在所需要的地方停下来，位于基因的下游，也是一段有特殊序列结构的DNA片段。（3）结合题中信息可知，将构建好的表达载体导入大肠杆菌中进行表达，发现有的大肠杆菌发绿色荧光，即GFP蛋白的荧光颜色，推测发绿色荧光的可能原因是密码子的简并使GFP基因突变后编码的蛋白质与突变前的相同。（4）基因工程的基本操作程序包括：①目的基因的筛选与获取；②基因表达载体的构建；③将目的基因导入受体细胞；④目的基因的检测与鉴定。欲通过基因工程的方法探究YFP基因能否在真核细胞中表达，可通过基因工程的方法将目的基因导入酵母菌，之后检测酵母菌是否发黄色荧光，如果发黄色荧光，则可证明YFP基因能在真核细胞中表达，否则，不能证明YFP基因能在真核细胞中表达。
4.[2021福建节选，10分]微生物吸附是重金属废水的处理方法之一。金属硫蛋白（MT）是一类广泛存在于动植物中的金属结合蛋白，具有吸附重金属的作用。科研人员将枣树的MT基因导入大肠杆菌构建工程菌。回答下列问题：
（1）根据枣树的MTcDNA的核苷酸序列设计了相应的引物（图中甲），通过PCR扩增MT基因。已知A位点和B位点分别是起始密码子和终止密码子对应的基因位置。选用的引物组合应为 引物1和引物4 。
（2）本实验中，PCR所用的DNA聚合酶扩增出的MT基因的末端为平末端。由于载体E只有能产生黏性末端的酶切位点，需借助中间载体P将MT基因接入载体E。载体P和载体E的酶切位点及相应的酶切序列如图中乙所示。
①选用 EcR Ⅴ 酶将载体P切开，再用 T4 DNA （填“T4DNA”或“E.cliDNA”）连接酶将MT基因与载体P相连，构成重组载体P'。
②载体P'不具有表达MT基因的 启动子 和 终止子 。选用 Xh Ⅰ和Pst Ⅰ 酶组合对载体P'和载体E进行酶切，将切下的MT基因和载体E用DNA连接酶进行连接，将得到的混合物导入用 钙 离子处理的大肠杆菌，筛出MT工程菌。
解析 （1）据题中信息知，A位点和B位点分别是起始密码子和终止密码子对应的基因位置，若要通过PCR技术扩增MT基因，应选用引物1和引物4。（2）①通过PCR技术扩增出的MT基因的末端为平末端，载体P中有限制酶Xh Ⅰ、EcR Ⅴ、Pst Ⅰ、Sma Ⅰ 的酶切位点，用限制酶Xh Ⅰ、Pst Ⅰ 切割载体P得到的均为黏性末端，而用限制酶EcR Ⅴ和Sma Ⅰ 切割载体P得到的均是平末端，但不能用限制酶Sma Ⅰ 进行酶切，若用限制酶Sma Ⅰ 进行酶切，无法将目的基因插入载体E中，因此，应选用EcRⅤ酶将载体P切开，再用能连接平末端的T4DNA连接酶将MT基因与载体P相连，构成重组载体P'。②载体P'不具有表达MT基因的启动子和终止子。再选用Xh Ⅰ 和Pst Ⅰ 酶组合对载体P'和载体E进行酶切，将切下的MT基因和载体E用DNA连接酶进行连接，将得到的混合物导入用钙离子处理的大肠杆菌中，筛出MT工程菌。类型
PCR
体内DNA复制
时期
人工控制，随时进行
有丝分裂和减数分裂前的间期
场所
细胞外
细胞内
解旋方式
90 ℃以上高温条件下变性解旋
解旋酶催化
酶
耐高温的DNA聚合酶
解旋酶、DNA聚合酶等
子链合成方式
从两条引物的3'端开始连续合成
一条连续合成，另一条不连续合成
结果
扩增DNA片段或基因
合成整个DNA分子
相同点
①都需要DNA模板、引物、能量和一定的温度条件；②都遵循碱基互补配对原则；③DNA的合成都是从子链的5'端向3'端延伸
项目
本质
位置
功能
启动子
DNA片段
目的基因上游
RNA聚合酶识别和结合的部位，驱动基因转录出mRNA
终止子
DNA片段
目的基因下游
使转录在所需要的地方停下来
起始密码子
mRNA上三个
相邻的碱基
mRNA首端
翻译的起始信号（编码氨基酸）
终止密码子
mRNA上三个
相邻的碱基
mRNA尾端
翻译的结束信号（不编码氨基酸）