新教材2024届高考生物二轮复习8课时3赋予生物新的遗传特性的基因工程课件

这是一份新教材2024届高考生物二轮复习8课时3赋予生物新的遗传特性的基因工程课件，共38页。PPT课件主要包含了曾经这样考，知识盘查，还会这样考，农杆菌转化，花粉管通道，显微注射，受精卵，蛋白质工程，基因合成，蛋白质结构等内容，欢迎下载使用。

提醒　①基因工程中的载体与细胞膜上的载体不同。②若用两种不同的限制酶同时切割目的基因和同时切割载体，则可使基因和载体定向连接，避免自身环化和反向连接，提高连接的有效性。
1.基因工程的基本工具
2.基因工程的四个操作步骤(1)目的基因的筛选与获取
(2)基因表达载体的构建　　核心步骤
提醒　①启动子、终止子a.启动子(DNA片段)≠起始密码子(位于mRNA上)。b.终止子(DNA片段)≠终止密码子(位于mRNA上)。②目的基因插入位置：启动子与终止子之间。③利用乳腺生物反应器生产药物时，应将目的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，再通过显微注射的方法导入哺乳动物的受精卵中。
(3)将目的基因导入受体细胞
提醒　辨析农杆菌转化法中的“两个两次”①两次拼接：第一次拼接是将目的基因拼接到Ti质粒的T－DNA的中间部位；第二次拼接指被插入目的基因的T－DNA被拼接到受体细胞染色体的DNA上。②两次导入：第一次导入是将含目的基因的Ti质粒重新导入农杆菌；第二次导入是指将含目的基因的T－DNA导入受体细胞。
(4)目的基因的检测与鉴定
3.PCR技术及应用(1)PCR技术原理与条件
(2)PCR技术的过程
提醒　可通过引物控制PCR扩增的基因片段，并在基因两侧引入限制酶识别序列。
新的蛋白质
脱氧核苷酸序列
5.DNA的粗提取与鉴定
6.DNA片段的电泳鉴定
1.(2023·广东卷，11)“DNA粗提取与鉴定”实验的基本过程是：裂解→分离→沉淀→鉴定。下列叙述错误的是(　　)A.裂解：使细胞破裂释放出DNA等物质B.分离：可去除混合物中的多糖、蛋白质等C.沉淀：可反复多次以提高DNA的纯度D.鉴定：加入二苯胺试剂后即呈现蓝色
解析　裂解是加蒸馏水让细胞吸水涨破，释放出DNA等物质，A正确；DNA在不同浓度的NaCl溶液中溶解度不同，能溶于2 ml/L的NaCl溶液，将溶液过滤，即可将混合物中的多糖、蛋白质等与DNA分离，B正确；DNA不溶于酒精，而某些蛋白质溶于酒精，可以反复多次用酒精沉淀出DNA，提高DNA纯度，C正确；将DNA溶解于NaCl溶液中，加入二苯胺试剂，沸水浴五分钟，待冷却后，能呈现蓝色，D错误。
2.(2023·新课标卷，6)某同学拟用限制酶(酶1、酶2、酶3和酶4)、DNA连接酶为工具，将目的基因(两端含相应限制酶的识别序列和切割位点)和质粒进行切割、连接，以构建重组表达载体。限制酶的切割位点如图所示。
下列重组表达载体构建方案合理且效率最高的是(　　)A.质粒和目的基因都用酶3切割，用E.cli DNA连接酶连接B.质粒用酶3切割、目的基因用酶1切割，用T4 DNA连接酶连接C.质粒和目的基因都用酶1和酶2切割，用T4 DNA连接酶连接D.质粒和目的基因都用酶2和酶4切割，用E.cliDNA连接酶连接
解析　酶3切割后得到的是平末端，应该用T4 DNA连接酶连接，A错误；质粒用酶3切割后得到平末端，目的基因用酶1切割后得到的是黏性末端，二者不能连接，B错误；质粒和目的基因都用酶1和酶2切割后得到黏性末端，用T4 DNA连接酶连接后，还能保证目的基因在质粒上的连接方向，此重组表达载体的构建方案最合理且高效，C正确；若用酶2和酶4切割质粒和目的基因，会破坏质粒上的抗生素抗性基因，连接形成的基因表达载体缺少标记基因，无法进行后续的筛选，D错误。
3.(2023·全国乙卷，38)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。通常，基因文库是指____________________________________________________________________________________________________________。
将含有某种生物不同基因的许多DNA片段，导入受体菌的群体中储存，各个受体菌分别含有这种生物的不同基因
(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________；②为________，其作用是________________________________________________________________________________________；图中氨苄青霉素抗性基因是一种标记基因，其作用是__________________________________________________________________________________________。
提供RNA聚合酶识别和结合的部位，驱动GFP突变基因转录出mRNA
将含有表达载体的细胞筛选出来
(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___________________________________________________________________________________________________________________(答出1点即可)。
GFP基因虽然发生了突变，但由于存在密码的简并现象(密码子的简并性)，突变基因所编码的氨基酸序列并未改变
(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____________________________________________________________________________________________________________________。
将YFP基因插入表达载体，再将构建成功的重组表达载体导入不能发黄色荧光的真核细胞中，观察黄色荧光是否出现
解析　(1)将含有某种生物不同基因的许多DNA片段，导入受体菌的群体中储存，各个受体菌分别含有这种生物的不同基因，称为基因文库。(2)从图中可以知道，转录方向是顺时针，所以①为终止子，②为启动子，启动子是RNA聚合酶识别和结合的部位，驱动基因的转录。而标记基因是为了鉴别受体细胞中是否含有目的基因，从而将含有目的基因的细胞筛选出来。(3)基因突变，但是性状不改变的情况，有多种可能，如因为非编码区改变，但是编码区不变导致mRNA不变，或者由于密码子简并性导致的蛋白质序列不变等等。(4)用基因工程将目的基因导入真核细胞，检测是否发黄色荧光即可。如以酵母菌为受体菌，以YFP为目的基因，通过基因工程技术，观察导入基因表达载体后的受体酵母菌是否可以发黄色荧光。
1.(2023·南京六校联考)大引物PCR定点突变常用来研究蛋白质结构改变导致的功能变化。单核苷酸的定点诱变仅需进行两轮PCR反应即可获得，第一轮加诱变引物和侧翼引物，第一轮产物作第二轮PCR扩增的大引物，过程如图所示。下列有关叙述正确的是(　　)
A.两轮PCR过程中复性时的温度一样B.单核苷酸的定点诱变所属变异类型为基因重组C.第二轮PCR所用的引物都是第一轮PCR的产物——DNA的两条链D.利用该技术将某功能蛋白的结构改变属于蛋白质工程
解析　单核苷酸的定点诱变需进行两轮PCR反应，第一轮产物作第二轮PCR扩增的大引物，为了使引物与模板链准确配对，第二轮PCR的复性温度应比第一轮的高，A错误；单核苷酸的定点诱变所属变异类型为基因突变，B错误；由图可知，第二轮PCR需加入另一种侧翼引物，C错误；蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作为基础，通过改造或合成基因，来改造现有蛋白质，或制造一种新的蛋白质，利用该技术将某功能蛋白的结构改变属于蛋白质工程，D正确。
2.(2023·山东菏泽调研)如图是将人的生长激素基因导入细菌细胞B内制“工程菌”的示意图。已知细菌细胞B内不含质粒A，也不含质粒A上的基因。下列说法正确的是(　　)
A.将重组质粒导入细菌细胞B常用的方法是显微注射法B.将完成导入过程后的细菌涂布在含有氨苄青霉素的培养基上，能生长的只是导入了重组质粒的细菌C.将完成导入过程后的细菌涂布在含有四环素的培养基上，能生长的就是导入了质粒A的细菌D.目的基因成功导入的标志是受体细胞能产生出人的生长激素
解析　将重组质粒导入细菌细胞B常用的方法是Ca2＋处理法，A错误；将完成导入过程后的细菌涂布在含有氨苄青霉素的培养基上，能生长的是导入了质粒A或重组质粒的细菌，B错误；由于重组质粒的四环素抗性基因被破坏，故能在含有四环素的培养基上生长的是导入了质粒A的细菌，C正确；目的基因成功导入的标志是受体细胞中含有目的基因，能产生出人的生长激素是目的基因成功表达的标志，D错误。
3.(2023·广东深圳一中调研)某科研团队利用农杆菌转化法将抗除草剂基因导入甘蓝，过程如图所示，①～④为操作步骤，限制酶BamH Ⅰ 、Bgl Ⅱ 、EcR Ⅰ 酶切位点唯一，BamH Ⅰ 和EcR Ⅰ 之间的距离为20 kb，BamH Ⅰ 和Bgl Ⅱ 之间的距离为25 kb，BamH Ⅰ 、Bgl Ⅱ 、EcR Ⅰ 识别序列和切割位点如表所示。请回答：
(1)基因表达载体包括启动子、终止子及抗生素抗性基因等，其中终止子的作用是__________________________________________________________________。步骤②和③的目的是_____________________________________________，步骤④的培养基中应添加________，以便筛选出含目的基因的甘蓝植株。(2)目的基因用BamH Ⅰ 和Bgl Ⅱ 切割，质粒用BamH Ⅰ 切割，切割后的目的基因和质粒能连在一起，原因是____________________________________________________________。酶切后的目的基因存在正向与反向两种连接方式，可用___________________酶对两种重组质粒进行切割，通过凝胶电泳分析产物大小进行区分,如图所示,图中_______(填“样品1”或“样品2”)来自所需基因表达载体。
终止转录，使转录在需要的地方停下来
将目的基因导入受体细胞
用BamH Ⅰ 和Bgl Ⅱ 切割DNA后产生的黏性末端能互补配对
BamH Ⅰ 和EcR Ⅰ
(3)若要检测甘蓝是否具有抗除草剂的性状，还需要进行个体水平的检测。请以甘蓝的生长状况为检测指标，设计实验方案，简要写出实验思路：___________________________________________________________________。
解析　(1)终止子的作用是终止转录，使转录在需要的地方停下来。步骤②是将基因表达载体导入农杆菌，目的是使农杆菌中含有目的基因。步骤③是用农杆菌侵染甘蓝的愈伤组织，步骤②和步骤③的目的是将目的基因导入受体细胞。T－DNA有转移作用，可将目的基因整合到受体细胞的染色体DNA上，据图分析，潮霉素抗性基因位于T－DNA中，因此步骤④的培养基中应添加潮霉素，以便筛选出含目的基因的甘蓝植株。
(2)据图表可知，用BamH Ⅰ 切割后得到的黏性末端和用Bgl Ⅱ 切割后得到的黏性末端能互补配对，故用BamH Ⅰ 和Bgl Ⅱ 切割后的目的基因与用BamH Ⅰ 切割后的质粒能连在一起。已知重组质粒的总长度为225 kb，BamH Ⅰ 的酶切位点位于目的基因上游，Bgl Ⅱ 的酶切位点位于目的基因下游，且重组质粒中不存在Bgl Ⅱ 的酶切位点，若要区分酶切后的目的基因是正向连接还是反向连接，可用EcR Ⅰ 和BamH Ⅰ 对重组质粒进行切割，正向连接的重组质粒会被切成两个片段，长度分别为45 kb、180 kb，反向连接的重组质粒会被切成两个片段，长度分别为20 kb、205 kb。在进行凝胶电泳时，DNA的相对分子质量越大，受到的阻力越大，迁移距离越短，说明样品2是所需基因表达载体。(3)若要检测甘蓝是否具有抗除草剂的性状，需要在个体水平进行检测。可通过喷洒适宜浓度的除草剂进行检测，若甘蓝生长状况良好，则说明甘蓝具有抗除草剂的性状。
4.(2023·湘豫名校联考)2022年，科学家研究了转移性实体瘤患者应用个体化TCR－T细胞疗法的疗效，并取得了一定的成果。TCR是T细胞表面的受体蛋白，能特异性识别外来异物和癌细胞抗原。研究流程大致如下：①分析患者肿瘤样本(不同患者癌细胞突变基因不同)，获取适合患者的特异性TCR基因；②把TCR基因导入T细胞；③转基因T细胞在体外扩增；④转基因T细胞重新输入患者体内；⑤临床数据监测。(1)本研究应用了基因工程技术，步骤②对应基因工程操作程序中________________________________________________________的步骤。步骤③对转基因T细胞进行检测和鉴定，可用________________技术检测转基因T细胞是否产生TCR。
基因表达载体的构建、将目的基因导入受体细胞
(2)用PCR技术扩增大量的TCR基因时，需在一定的缓冲溶液中进行，该反应体系中需加入引物、目的基因、_______________________________________________________(写出两点)。不同患者的反应体系中加入不同的___________________________________________________________。
Taq DNA聚合酶(或耐高温的DNA聚合酶)、四种脱氧核苷酸
TCR基因(或者模板DNA，只写目的基因不可)
(3)以前常用腺病毒作为载体，载体需具备的条件是________________________________________________________________________________________________________________________________________________(至少答2点)。但是腺病毒做载体时TCR基因常会随着T细胞的增殖而丢失。猜测TCR基因丢失的原因最可能是________________________________________(从TCR基因在T细胞中存在的位置角度分析)。
对宿主细胞无害、能够在宿主细胞中稳定存在、能够在宿主细胞中大量复制、有一至多个限制酶切割位点、有特殊的标记基因(答出其中2点即可)
TCR基因没有插入到T细胞的核DNA上
(4)步骤②中应用了CRISPR/Cas基因编辑系统，即在RNA指导下Cas蛋白能切割双链DNA使之断裂。由此推断，Cas蛋白是基因工程操作工具中的_____________________________。(5)本研究是个体化癌症治疗的初步尝试，在临床上取得了一定的效果，但是关于这项研究仍然存在很多安全性和可行性的担忧，比如______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(至少答2点)。
限制性内切核酸酶(或限制酶)
转基因T细胞是否对正常细胞发动攻击；TCR－T细胞疗法的效果是否具有普遍性；这种疗法是否造价比较高，普通人是否能承受；TCR－T细胞疗法是否对发生多部位癌症转移的癌症患者起作用；研究的时间是不是很长；治愈率问题等(言之合理即可)
解析　(1)本研究应用了基因工程技术，基因工程技术操作程序包括四个步骤：目的基因的筛选与获取、基因表达载体的构建、将目的基因导入受体细胞、目的基因的检测与鉴定。步骤①筛选与获取目的基因，步骤②把TCR基因导入T细胞，且后一问提示目的基因的检测与鉴定在步骤③进行，所以步骤②对应基因工程操作程序中基因表达载体的构建、将目的基因导入受体细胞。步骤③，可检测转基因T细胞中的目的基因、转录出的mRNA、翻译出的蛋白质。TCR是一种蛋白质，需用抗原－抗体杂交技术检测。(2)PCR技术可快速大量扩增目的基因，反应体系中需要加入缓冲液、引物、目的基因、Taq DNA聚合酶(或耐高温的DNA聚合酶)、四种脱氧核苷酸。根据题意，个体化TCR－T细胞疗法中使用的TCR基因序列每个人是不同的，所以要扩增TCR基因，每个人的反应体系中TCR基因(或者模板DNA)是不同的。