生物人教版選修3學(xué)案1-2基因工程的基本操作程序

1．2基因工程的基本操作程序知識點一目的基因的獲取1．基因工程的基本操作程序目的基因的獲取、基因表達(dá)載體的構(gòu)建、將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞、目的基因的檢測與鑒定。2．目的基因目的基因主要是指符合人們需要的、編碼蛋白質(zhì)的基因，也可以是一些具有調(diào)控作用的因子。3．獲取目的基因的方法(1)從基因文庫中獲取目的基因①基因文庫的含義：將含有某種生物不同基因的許多DNA片段，導(dǎo)入受體菌的群體中儲存，各個受體菌分別含有這種生物的不同的基因，稱為基因文庫。②基因文庫的分類A．基因組文庫：包含一種生物所有的基因。B．部分基因文庫：只包含一種生物的一部分基因，如cDNA文庫。(2)用DNA探針從基因文庫中準(zhǔn)確提取目的基因由于DNA雙鏈的核苷酸序列是彼此互補的，當(dāng)DNA分子雜交時，首先使雙鏈解開(該過程稱為變性)，根據(jù)目的基因的核苷酸序列制成一段與之互補的核苷酸短鏈，并用同位素標(biāo)記，以此作為探針。用探針探查基因文庫中已經(jīng)變性的DNA片段，如果有一個DNA片段能和探針互補結(jié)合成雙鏈，這一片段即含有目的基因。(3)利用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因①原理：利用DNA雙鏈復(fù)制的原理，在體外將基因的核苷酸序列不斷地加以復(fù)制，使其數(shù)量呈指數(shù)形式擴(kuò)增(約為2n，其中n為擴(kuò)增循環(huán)的次數(shù))。②過程：可采用PCR擴(kuò)增儀進(jìn)行擴(kuò)增，過程如下圖所示：③PCR的反應(yīng)條件條件作用在一定的緩沖液中進(jìn)行提供相對穩(wěn)定的pH環(huán)境四種脫氧核苷酸作為合成DNA子鏈的原料DNA母鏈作為DNA復(fù)制的模板TaqDNA聚合酶催化合成DNA子鏈引物使DNA聚合酶能夠從引物的3′端開始連接脫氧核苷酸溫度控制90～95變性：使雙鏈DNA解聚為單鏈55～60復(fù)性(退火)：兩種引物通過堿基互補配對與兩條單鏈DNA結(jié)合70～75延伸：四種脫氧核苷酸在TaqDNA聚合酶的作用下，根據(jù)堿基互補配對原則從引物起始合成新的DNA鏈(4)人工合成目的基因①反轉(zhuǎn)錄法：主要用于相對分子質(zhì)量較大而又不知其序列的基因。它是以目的基因的mRNA為模板，借助逆轉(zhuǎn)錄酶合成堿基互補的單鏈DNA，然后在DNA聚合酶的作用下合成雙鏈DNA，其過程如下：eq\x(目的基因的mRNA)eq\o(→,\s\up17(反轉(zhuǎn)錄))eq\x(單鏈DNA)eq\o(→,\s\up17(合成))eq\x(\a\al(雙鏈DNA,目的基因))②化學(xué)合成法：即依據(jù)某一蛋白質(zhì)的氨基酸序列，通過密碼子推算出其基因序列，然后直接合成目的基因，其過程如下：eq\x(\a\al(已知蛋白,質(zhì)的氨基,酸序列))eq\o(→,\s\up17(推測))eq\x(\a\al(mRNA的核,苷酸序列))eq\o(→,\s\up17(推測))eq\x(\a\al(目的基因的,核苷酸序列))eq\o(→,\s\up17(化學(xué)),\s\do15(合成))eq\x(\a\al(目的,基因))PCR技術(shù)與DNA復(fù)制的比較【典題精練1】在已知某小片段基因堿基序列的情況下，獲得該基因的最佳方法是()A．用mRNA為模板逆轉(zhuǎn)錄合成DNAB．以4種脫氧核苷酸為原料人工合成C．將供體DNA片段轉(zhuǎn)入受體細(xì)胞中，再進(jìn)一步篩選D．先建立基因文庫，再從中篩選【解析】本題考查目的基因的獲取方法，解題關(guān)鍵是理解不同獲取方法的特點。目的基因的獲取方法主要有三種：從基因文庫中獲取、PCR技術(shù)擴(kuò)增、人工合成。對于比較小、核苷酸序列已知的目的基因，可以直接通過DNA合成儀用化學(xué)方法人工合成?！敬鸢浮緽解題歸納人工合成目的基因經(jīng)常用的儀器是DNA合成儀，適用于比較小且核苷酸序列已知的基因?！镜漕}精練2】為從根本上解決水稻中的高植酸問題，可將植酸酶基因?qū)胨?，培育低植酸轉(zhuǎn)基因水稻品種。如圖所示是獲取植酸酶基因的流程。據(jù)圖回答：(1)圖中基因組文庫________(填“小于”“等于”或“大于”)cDNA文庫。(2)B過程需要的酶是________。(3)要大量獲取目的基因Ⅰ和目的基因Ⅱ，可以在體外利用________技術(shù)進(jìn)行擴(kuò)增，該過程中所用的DNA聚合酶的顯著特點是________?！窘馕觥咳魏紊锏幕蚪M文庫都大于cDNA文庫。B過程是反轉(zhuǎn)錄過程，故需要的酶應(yīng)該是逆轉(zhuǎn)錄酶。要大量獲取目的基因Ⅰ和目的基因Ⅱ，可以在體外利用PCR技術(shù)進(jìn)行擴(kuò)增，該過程中所用的DNA聚合酶的顯著特點是耐高溫?！敬鸢浮?1)大于(2)逆轉(zhuǎn)錄酶(3)PCR耐高溫知識點二基因表達(dá)載體的構(gòu)建1．目的使目的基因在受體細(xì)胞中穩(wěn)定存在，并且可以遺傳給下一代，同時，使目的基因能夠表達(dá)和發(fā)揮作用。構(gòu)建基因表達(dá)載體是基因工程的核心。為什么不直接把目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞，而要用載體？游離的DNA片段進(jìn)入受體細(xì)胞中，一般會直接被分解，就算可以進(jìn)行轉(zhuǎn)錄并翻譯成蛋白質(zhì)，游離的DNA片段也無法隨著細(xì)胞分裂進(jìn)行復(fù)制，導(dǎo)致子代細(xì)胞中不再含有目的基因。若將基因接入載體，由于載體可以在細(xì)胞內(nèi)復(fù)制，隨著細(xì)胞分裂，載體會帶著目的基因存在于每個子代細(xì)胞中，最終整個群體的細(xì)胞可發(fā)生可以觀察到的變化。這樣，基因工程才有意義。2．基因表達(dá)載體的組成及其作用啟動子、起始密碼子、終止子、終止密碼子的比較比較位置特征啟動子位于DNA分子上位于基因首端，是RNA聚合酶識別、結(jié)合的部位，啟動轉(zhuǎn)錄過程起始密碼子位于mRNA分子上是mRNA分子上決定第一個氨基酸的三個相鄰堿基終止子位于DNA分子上位于基因尾端，它可使轉(zhuǎn)錄過程終止終止密碼子位于mRNA分子上是mRNA分子上不決定氨基酸的三個相鄰堿基聯(lián)系①啟動子與終止子均是基因結(jié)構(gòu)的組成部分，它們均是一段有特殊序列的DNA片段；②起始密碼子與終止密碼子均屬于mRNA分子上的三個相鄰堿基，只是前者有對應(yīng)的氨基酸和tRNA，而后者沒有3.基因表達(dá)載體的構(gòu)建過程基因表達(dá)載體的構(gòu)建過程，實際上就是使目的基因與載體結(jié)合的過程，具體如下圖所示(假設(shè)以質(zhì)粒作為載體)：對構(gòu)建基因表達(dá)載體的說明1．形成重組DNA分子的過程中，必須用同一種限制酶切割目的基因和載體。2．目的基因插入載體或者插入受體細(xì)胞的染色體DNA中并不能說明基因工程操作成功；基因工程最終要使目的基因在受體細(xì)胞中穩(wěn)定存在和表達(dá)，并且可以遺傳給下一代。3．目的基因能在受體細(xì)胞中表達(dá)，并出現(xiàn)相應(yīng)性狀的原因是不同生物共用一套遺傳密碼。4．組成基因表達(dá)載體的四部分相互協(xié)作，缺一不可，共同維持目的基因的表達(dá)。5．基因表達(dá)載體雖然都由四部分組成，但由于受體細(xì)胞(動物、植物、微生物)不同，基因表達(dá)載體的構(gòu)建也會有差別?！镜漕}精練3】下列有關(guān)基因表達(dá)載體的構(gòu)建的說法不正確的是()A．基因表達(dá)載體的構(gòu)建是實施基因工程的核心B．構(gòu)建基因表達(dá)載體的目的是為了使目的基因在受體細(xì)胞中穩(wěn)定存在，可以遺傳給下一代，同時使其能夠表達(dá)和發(fā)揮作用C．啟動子存在于基因的編碼區(qū)，是RNA聚合酶識別和結(jié)合的部位，能驅(qū)動轉(zhuǎn)錄D．標(biāo)記基因的作用是為了鑒定受體細(xì)胞中是否含有目的基因【解析】基因表達(dá)載體的構(gòu)建是實施基因工程的第二步，也是基因工程的核心；構(gòu)建基因表達(dá)載體的目的是為了使目的基因在受體細(xì)胞中穩(wěn)定存在，并且可以遺傳給下一代，同時，使其能夠表達(dá)和發(fā)揮作用。啟動子存在于基因的非編碼區(qū)，是RNA聚合酶識別和結(jié)合的部位，有了它才能驅(qū)動基因轉(zhuǎn)錄，最終翻譯出蛋白質(zhì)。載體上的標(biāo)記基因的作用是為了鑒定受體細(xì)胞中是否含有目的基因。所以只有C項是錯誤的。故選C?！敬鸢浮緾解題歸納(1)使用限制酶切割目的基因和質(zhì)粒時，既要保證形成相同的黏性末端，又要保證目的基因和質(zhì)粒中的標(biāo)記基因的完整性。(2)標(biāo)記基因是鑒別受體細(xì)胞中是否含目的基因的依據(jù)。利用質(zhì)粒作載體時往往利用其上的某抗性基因作標(biāo)記基因，又可利用其抗性在適當(dāng)?shù)倪x擇培養(yǎng)基上選擇培養(yǎng)。【典題精練4】如圖所示是利用基因工程生產(chǎn)可食用疫苗的部分過程，其中PstⅠ、SmaⅠ、EcoRⅠ、ApaⅠ為四種限制性核酸內(nèi)切酶。下列有關(guān)說法正確的是()A．一種限制性核酸內(nèi)切酶不止識別一種特定的脫氧核苷酸序列B．表達(dá)載體構(gòu)建時需要用到SmaⅠ、PstⅠ限制性核酸內(nèi)切酶C．抗卡那霉素基因的主要作用是促進(jìn)抗原基因在受體細(xì)胞中表達(dá)D．除圖示標(biāo)注的結(jié)構(gòu)外表達(dá)載體中還應(yīng)有啟動子和終止子等【解析】限制性核酸內(nèi)切酶具有特異性，即一種限制性核酸內(nèi)切酶只能識別一種特定的脫氧核苷酸序列并在特定的位點切割，A錯誤；用SmaⅠ限制酶切割會破壞目的基因，因此表達(dá)載體構(gòu)建時需要用EcoRⅠ、PstⅠ限制性核酸內(nèi)切酶，B錯誤；抗卡那霉素基因的主要作用是篩選含有目的基因的受體細(xì)胞，C錯誤；基因表達(dá)載體的組成包括啟動子、標(biāo)記基因、目的基因和終止子等，因此除圖示標(biāo)注的結(jié)構(gòu)外表達(dá)載體中還應(yīng)有啟動子和終止子等，D正確?！敬鸢浮緿知識點三將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞1．操作目的：使目的基因進(jìn)入受體細(xì)胞，并且在受體細(xì)胞內(nèi)維持穩(wěn)定和表達(dá)，即轉(zhuǎn)化受體細(xì)胞。說明：轉(zhuǎn)化的實質(zhì)是使目的基因整合到受體細(xì)胞染色體基因組中。2．轉(zhuǎn)化方法不同種類的受體細(xì)胞1．對于植物來說，受體細(xì)胞可以是受精卵和體細(xì)胞。2．對于動物來說，受體細(xì)胞一般是受精卵。受精卵作為受體細(xì)胞具有體積大、易操作、經(jīng)培養(yǎng)可直接表達(dá)自身性狀的特點。3．微生物細(xì)胞作為受體細(xì)胞具有繁殖快、多為單細(xì)胞、遺傳物質(zhì)相對較少等優(yōu)點?！镜漕}精練5】下列關(guān)于目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞的描述不正確的是()A．基因槍法導(dǎo)入植物體細(xì)胞的方法比較經(jīng)濟(jì)有效B．顯微注射技術(shù)是轉(zhuǎn)基因動物中采用最多的方法C．大腸桿菌最常用的轉(zhuǎn)化方法是使細(xì)胞的生理狀態(tài)發(fā)生改變D．農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法是將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞最常用的方法【解析】本題綜合考查了將目的基因?qū)爰?xì)胞的方法。不同生物目的基因?qū)氲姆椒ú煌?，每種方法都有利有弊。目的基因?qū)胫参锛?xì)胞常用的方法是農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法，該方法比較經(jīng)濟(jì)有效，還有基因槍法和花粉管通道法；目的基因?qū)雱游锛?xì)胞常用的方法是顯微注射法；大腸桿菌細(xì)胞最常用的轉(zhuǎn)化方法就是用鈣離子處理細(xì)胞，使細(xì)胞的生理狀態(tài)發(fā)生改變，完成轉(zhuǎn)化過程?！敬鸢浮緼解題歸納應(yīng)注意將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞的幾種常用方法：裸子植物、雙子葉植物常用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法，單子葉植物常用基因槍法，動物細(xì)胞一般用顯微注射法，微生物細(xì)胞先用Ca2＋處理后再將目的基因?qū)搿！镜漕}精練6】農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法是植物基因工程的常用方法，下圖為這種方法的示意圖，試回答下列問題：(1)一般情況下農(nóng)桿菌不能感染的植物是________，利用農(nóng)桿菌自然條件下感染植物的特點，能實現(xiàn)________。具體原理是在農(nóng)桿菌的Ti質(zhì)粒上存在T-DNA片段，它具有可轉(zhuǎn)移至受體細(xì)胞并整合到受體細(xì)胞________上的特點，因此只要將攜帶目的基因的DNA片段插入________(部位)即可。(2)根據(jù)T-DNA的這一轉(zhuǎn)移特點，推測該DNA片段上可能含有控制____________________(酶)合成的基因。(3)要獲取能表現(xiàn)出新性狀的植株，圖中d過程涉及的現(xiàn)代生物學(xué)技術(shù)是_________________________________________________。(4)植物基因工程中將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞除了采用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法之外，還可采取________________________等。(至少寫出兩種)【解析】(1)一般農(nóng)桿菌不能感染的植物是單子葉植物，可感染雙子葉植物和裸子植物，利用其感染性，可實現(xiàn)將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞。真正可轉(zhuǎn)移至受體細(xì)胞并整合到受體細(xì)胞染色體的DNA上的是農(nóng)桿菌的Ti質(zhì)粒上的T-DNA片段，因此目的基因必須插入該部位才能成功。(2)根據(jù)T-DNA這一轉(zhuǎn)移特點，可以推測該DNA片段可控制合成DNA連接酶、限制酶，這樣才能實現(xiàn)目的基因與雙子葉植物細(xì)胞染色體的DNA的整合。(3)d過程涉及的生物學(xué)技術(shù)是植物組織培養(yǎng)，植物細(xì)胞通過脫分化、再分化，最終形成完整的植物體。(4)植物基因工程中將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞除了采用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法之外，還可采用基因槍法和花粉管通道法等?！敬鸢浮?1)單子葉植物將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞染色體的DNAT-DNA片段(內(nèi)部)(2)DNA連接酶、限制酶(3)植物組織培養(yǎng)(4)基因槍法、花粉管通道法知識點四目的基因的檢測與鑒定1．操作目的：檢測和鑒定目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞后，是否可以穩(wěn)定維持和表達(dá)其遺傳特性。2．目的基因的檢測與鑒定(1)復(fù)制水平的檢測原理：eq\x(\a\al(提取轉(zhuǎn)基因,生物的基因,組DNA))＋eq\x(\a\al(用放射性同位素標(biāo),記的含目的基因的,DNA片段作探針))eq\o(→,\s\up17(分子雜交))eq\x(\a\al(觀察是,否顯示,雜交帶))→eq\x(\a\al(判斷目的基因是,否插入受體細(xì)胞,染色體的DNA上))(2)轉(zhuǎn)錄水平的檢測原理與復(fù)制水平的檢測原理相似，只是被檢測的物質(zhì)不再是轉(zhuǎn)基因生物的基因組DNA，而是轉(zhuǎn)基因生物細(xì)胞內(nèi)的mRNA。(3)進(jìn)行翻譯水平的檢測是利用抗原與抗體特異性結(jié)合的原理。對基因工程基本操作程序的再理解1．在整個操作程序中，除第三步“將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞”外，其他三個步驟均涉及堿基互補配對。2．插入的目的基因只是結(jié)構(gòu)基因，其表達(dá)還需要調(diào)控序列，因而用作載體的質(zhì)粒的插入部位前要有啟動子，后要有終止子。3．整個操作程序中使用的工具酶只有兩種：限制酶在操作程序1、2中用到且要求是同一種，目的是產(chǎn)生相同的黏性末端，便于連接；DNA連接酶只在操作程序2中用到?！镜漕}精練7】天然的玫瑰沒有藍(lán)色花，這是由于缺少控制藍(lán)色色素合成的基因B，而開藍(lán)色花的矮牽牛中存在序列已知的基因B。現(xiàn)用基因工程技術(shù)培育藍(lán)玫瑰，下列操作正確的是()A．提取矮牽牛藍(lán)色花的mRNA，經(jīng)逆轉(zhuǎn)錄獲得互補的DNA，再擴(kuò)增基因BB．利用限制性核酸內(nèi)切酶從開藍(lán)色花矮牽牛的基因文庫中獲取基因BC．利用DNA聚合酶將基因B與質(zhì)粒連接后導(dǎo)入玫瑰細(xì)胞D．將基因B直接導(dǎo)入大腸桿菌，然后感染并轉(zhuǎn)入玫瑰細(xì)胞【解析】控制藍(lán)色色素合成的基因B即為我們所需要的目的基因，可通過逆轉(zhuǎn)錄法以mRNA為模板獲得基因B，再通過PCR進(jìn)行擴(kuò)增以增加其數(shù)量，A項正確；基因文庫中不同受體菌含有的是某生物的不同基因，提取時無須使用限制性核酸內(nèi)切酶，B項錯誤；為使目的基因在受體細(xì)胞中穩(wěn)定存在且能向下一代遺傳，應(yīng)先在體外使用限制性核酸內(nèi)切酶和DNA連接酶構(gòu)建基因表達(dá)載體，然后再導(dǎo)入玫瑰細(xì)胞中，C、D項錯誤。故選A?！敬鸢浮緼解題歸納解答基因工程基本操作程序題目的一般步驟——三辨、三找、一析、一理(1)三辨：分辨限制酶的種類及識別序列和切割位點。在切割目的基因和載體時，一般用同一種限制酶切割，也可用不同的限制酶切割，但兩種限制酶切割后產(chǎn)生的黏性末端中堿基要互補配對。(2)三找：找出標(biāo)記基因、目的基因及其插入位點。一般來說，質(zhì)粒中至少有一個標(biāo)記基因，如抗生素抗性基因。明確目的基因的插入位點是在標(biāo)記基因內(nèi)部還是在標(biāo)記基因之外。(3)一析：分析目的基因插入質(zhì)粒后是否破壞了標(biāo)記基因。如果質(zhì)粒中有一個標(biāo)記基因，插入后一般不破壞標(biāo)記基因；如果質(zhì)粒中有兩個標(biāo)記基因，則需看標(biāo)記基因中是否有插入位點，如果某一標(biāo)記基因中有插入位點，則目的基因插入質(zhì)粒后該標(biāo)記基因被破壞。(4)一理：理清判斷目的基因是否導(dǎo)入受體細(xì)胞的方法。一般用含有某種抗生素的培養(yǎng)基培養(yǎng)受體菌，如果有兩種抗生素抗性基因，還需判斷用哪一種抗生素來檢測。【典題精練8】回答有關(guān)基因工程的問題：(1)構(gòu)建基因工程表達(dá)載體時，用不同類型的限制酶切割DNA后，可能產(chǎn)生黏性末端，也可能產(chǎn)生________末端。若要在限制酶切割目的基因和質(zhì)粒后使其直接進(jìn)行連接，則應(yīng)選擇能使二者產(chǎn)生________(相同、不同)黏性末端的限制酶。(2)利用大腸桿菌生產(chǎn)人胰島素時，構(gòu)建的表達(dá)載體含有人胰島素基因及其啟動子等，其中啟動子的作用是________。在用表達(dá)載體轉(zhuǎn)化大腸桿菌時，常用________處理大腸桿菌，以利于表達(dá)載體進(jìn)入；為了檢測胰島素基因是否轉(zhuǎn)錄出了mRNA，可用標(biāo)記的胰島素基因片段作探針與mRNA雜交，該雜交技術(shù)稱為________。為了檢測胰島素基因轉(zhuǎn)錄的mRNA是否翻譯成________，常用抗原—抗體雜交技術(shù)?！窘馕觥?1)限制酶切割產(chǎn)生兩種末端：黏性末端和平末端；若用DNA連接酶連接兩個末端，兩個末端必須是相同的。(2)基因工程檢測的方法：檢測目的基因是否導(dǎo)入，使用DNA分子雜交技術(shù)；檢測目的基因是否轉(zhuǎn)錄，使用分子雜交技術(shù)；檢測是否形成蛋白質(zhì)，使用抗原—抗體雜交技術(shù)?！敬鸢浮?1)平相同(2)RNA聚合酶識別和結(jié)合的部位Ca2＋分子雜交技術(shù)蛋白質(zhì)一、選擇題1．1976年，美國的H.Boyer教授首次將人的生長抑制素釋放因子的基因轉(zhuǎn)入大腸桿菌，并獲得表達(dá)，此處的“表達(dá)”是指該基因在大腸桿菌中(C)A．能進(jìn)行DNA復(fù)制B．能傳遞給細(xì)菌后代C．能合成人的生長抑制素釋放因子D．能合成人的生長激素解析：“表達(dá)”的意思就是目的基因控制合成了相應(yīng)的蛋白質(zhì)——人的生長抑制素釋放因子。故選C。2．以下關(guān)于PCR技術(shù)的說法，不正確的是(A)A．生物體內(nèi)DNA的復(fù)制也稱為PCRB．該技術(shù)操作過程中要遵循堿基互補配對原則C．PCR過程中DNA的數(shù)量呈指數(shù)形式擴(kuò)增D．可在PCR擴(kuò)增儀中自動完成解析：PCR是一項在生物體外復(fù)制特定DNA片段的核酸合成技術(shù)。生物體內(nèi)的DNA復(fù)制不叫PCR技術(shù)。3．1970年，特明和巴爾德摩證實了RNA病毒依賴RNA合成DNA的過程，并發(fā)現(xiàn)了催化此過程的酶。下面是形成cDNA的過程和PCR擴(kuò)增過程示意圖。請根據(jù)圖解分析，下列說法中，不正確的是(D)A．催化①過程的酶是反轉(zhuǎn)錄酶B．從圖示可以看出要將堿基對之間的氫鍵斷開，可以用核酸酶H和高溫處理C．從圖中信息分析可知，②～⑤過程為DNA復(fù)制，催化⑤過程的酶能耐高溫D．如果RNA單鏈中有堿基100個，其中A占25%，U占15%，則通過該過程合成的一個雙鏈DNA片段中有胞嘧啶30個解析：由題干可知，通過反轉(zhuǎn)錄過程合成的一條雙鏈DNA片段中有胞嘧啶60個。核酸酶H和高溫都可以解開螺旋。4．應(yīng)用轉(zhuǎn)基因技術(shù)可生產(chǎn)人類所需要的轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品，如利用大腸桿菌生產(chǎn)人胰島素。下列選項中能說明人胰島素基因在受體細(xì)胞中得以表達(dá)的是(C)A．在大腸桿菌細(xì)胞中檢測到人的胰島素基因B．在大腸桿菌細(xì)胞中檢測到人胰島素基因轉(zhuǎn)錄出的mRNAC．在大腸桿菌的代謝產(chǎn)物中檢測到人胰島素D．在含有四環(huán)素的培養(yǎng)基中培養(yǎng)出大腸桿菌解析：在大腸桿菌細(xì)胞中檢測到人的胰島素基因，只能說明胰島素基因?qū)氤晒?，但不一定能合成胰島素，A錯誤；在大腸桿菌細(xì)胞中檢測到人胰島素基因轉(zhuǎn)錄出的mRNA，只能說明胰島素基因轉(zhuǎn)錄成功，但不一定能合成胰島素，B錯誤；人胰島素基因在大腸桿菌中得以表達(dá)的標(biāo)志是通過轉(zhuǎn)錄和翻譯合成人的胰島素，所以在大腸桿菌的代謝產(chǎn)物中檢測到人胰島素，說明人胰島素基因在受體細(xì)胞中得以表達(dá)，C正確；若基因表達(dá)載體上有四環(huán)素抗性基因，則在含有四環(huán)素的培養(yǎng)基中大腸桿菌能生存，說明目的基因成功導(dǎo)入到受體細(xì)胞中，但不一定能合成胰島素，D錯誤。5．基因工程中，用“鳥槍法”獲得的真核細(xì)胞的基因中因含有不能表達(dá)的DNA片段而不能直接用于基因的擴(kuò)增與表達(dá)。因此在獲取真核細(xì)胞的基因時，一般用人工合成基因的方法，下圖便是一條重要的途徑。下列敘述正確的是(B)A．過程①前后兩種物質(zhì)的種類是一一對應(yīng)的B．過程②前后兩種物質(zhì)的種類是一一對應(yīng)的C．過程①和過程②前后兩種物質(zhì)的種類都是一一對應(yīng)的D．過程①和過程②前后兩種物質(zhì)的種類都不是一一對應(yīng)的解析：本題考查目的基因的獲取方法和識圖能力。從圖中可以看出過程②表示的是由mRNA合成DNA過程，其過程遵循嚴(yán)格的堿基互補配對關(guān)系，所以過程②前后兩種物質(zhì)的種類是一一對應(yīng)的；過程①表示用已知蛋白質(zhì)的氨基酸序列推知mRNA的堿基序列，由于一種氨基酸可以由多個密碼子來決定，所以過程①前后兩種物質(zhì)的種類不是一一對應(yīng)的。二、非選擇題6．如圖所示為利用生物技術(shù)獲得生物新品種的過程，據(jù)圖回答：(1)在基因工程中，A→B為PCR技術(shù)，利用的原理是DNA雙鏈復(fù)制，其中過程①為DNA解旋。(2)B→C為抗蟲棉的培育過程，其中過程③常用的方法是農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法。要確定目的基因(抗蟲基因)導(dǎo)入受體細(xì)胞后是否能穩(wěn)定遺傳并表達(dá)，需進(jìn)行檢測和鑒定工作，請寫出在生物個體水平上的鑒定過程：讓害蟲吞食轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的葉子，觀察害蟲的存活情況，以確定是否具有抗蟲性狀。解析：在基因工程中，A→B為DNA擴(kuò)增過程，又稱PCR技術(shù)，利用的原理是DNA雙鏈的復(fù)制，其中①為DNA的解旋過程；B→C為抗蟲棉培育過程，過程③為將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞的過程，常用方法為農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法。7．植物甲具有極強(qiáng)的耐旱性，其耐旱性與某個基因有關(guān)。若從該植物中獲得該耐旱基因，并將其轉(zhuǎn)移到耐旱性低的植物乙中，有可能提高后者的耐旱性。回答下列問題：(1)理論上，基因組文庫含有生物的全部基因；而cDNA文庫中含有生物的部分(其他合理答案也可)基因。(2)若要從植物甲中獲得耐旱基因，可首先建立該植物的基因組文庫，再從中篩選出所需的耐旱基因。(3)將耐旱基因?qū)朕r(nóng)桿菌，并通過農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法將其導(dǎo)入植物乙的體細(xì)胞中，經(jīng)過一系列的過程得到再生植株。要確認(rèn)該耐旱基因是否在再生植株中正確表達(dá)，應(yīng)檢測此再生植株中該基因的表達(dá)產(chǎn)物，如果檢測結(jié)果呈陽性，再在田間試驗中檢測植株的耐旱性是否得到提高。(4)假如用得到的二倍體轉(zhuǎn)基因耐旱植株自交，子代中耐旱與不耐旱植株的數(shù)量比為31時，則可推測該耐旱基因整合到了同源染色體的一條上(填“同源染色體的一條上”或“同源染色體的兩條上”)。解析：(1)基因組文庫包含某種生物所有的基因，而cDNA文庫包含某種生物的部分基因。(2)植物甲具有極強(qiáng)的耐旱性，其耐旱性與某個基因有關(guān)，若要從植物甲中獲得耐旱基因，首先應(yīng)建立該植物的基因組文庫，然后再從中篩選出所需的耐旱基因。(3)從植物甲中獲得耐旱基因后，通常采用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法，將該耐旱基因?qū)胫参镆业捏w細(xì)胞中，經(jīng)過一系列的過程得到再生植株。若要確認(rèn)該耐旱基因是否在再生植株中正確表達(dá)，應(yīng)檢測此再生植株中該基因的表達(dá)產(chǎn)物，如果檢測結(jié)果為陽性，說明該耐旱基因已經(jīng)翻譯成相應(yīng)的蛋白質(zhì)。此后還需要進(jìn)行個體生物學(xué)水平的檢測，即在田間試驗中檢測植株的耐旱性是否得到提高。(4)若得到的二倍體轉(zhuǎn)基因耐旱植株自交，子代中耐旱和不耐旱植株的數(shù)量比為31，符合基因的分離定律，可知得到的二倍體轉(zhuǎn)基因耐旱植株為雜合子，因此可推測該耐旱基因整合到了同源染色體的一條上。[求異思維]P8你能推測出由mRNA反轉(zhuǎn)錄形成cDNA的過程大致分為哪些步驟嗎？[提示]1970年，特明(H.M.Temin)和巴爾德摩(D.Baltimore)證實了RNA病毒中含有一種能將RNA轉(zhuǎn)錄成DNA的酶，這種酶被稱為依賴RNA的DNA聚合酶，由于與中心法則中的從DNA到RNA的轉(zhuǎn)錄是反向的，所以稱為反轉(zhuǎn)錄酶。反轉(zhuǎn)錄酶既可以利用DNA又可以利用RNA作為模板合成與之互補的DNA鏈。像其他DNA聚合酶一樣，反轉(zhuǎn)錄酶也以5′→3′方向合成DNA(下圖)。cDNA合成過程是：第一步，反轉(zhuǎn)錄酶以RNA為模板合成一條與RNA互補的DNA單鏈，形成RNA—DNA雜交分子。第二步，核酸酶H使RNA—DNA雜交分子中的RNA鏈降解，使之變成單鏈的DNA。第三步，以單鏈DNA為模板，在DNA聚合酶的作用下合成另一條互補的DNA鏈，形成雙鏈DNA分子。[尋根問底]P9為什么要構(gòu)建基因文庫？直接從含目的基因的生物體內(nèi)提取不行嗎？[提示]構(gòu)建基因文庫是獲取目的基因的方法之一，并不是唯一的方式。如果所需要的目的基因序列已知，就可以通過PCR方式從含有該基因的生物的DNA中直接獲得，也可以通過反轉(zhuǎn)錄，用PCR方式從mRNA中獲得，不一定要構(gòu)建基因文庫。但如果所需要的目的基因的序列完全不知，或只知道目的基因序列的一段，或想從一種生物體內(nèi)獲得許多基因，或者想知道這種生物與另一種生物之間有多少基因不同，或者想知道一種生物在個體發(fā)育的不同階段表達(dá)的基因有什么不同，或者想得到一種生物的全基因組序列，往往就需要構(gòu)建基因文庫。[尋根問底]P11將生物的所有DNA直接導(dǎo)入受體細(xì)胞不是更簡便嗎？如果這么做，結(jié)果會怎樣？[提示]有人采用總DNA注射法進(jìn)行遺傳轉(zhuǎn)化，即將一個生物中的總DNA提取出來，通過注射或花粉管通道法導(dǎo)入受體植物，沒有進(jìn)行表達(dá)載體的構(gòu)建，這種方法針對性差，完全靠運氣，也無法確定什么基因?qū)肓耸荏w植物。此法目前爭議頗多，嚴(yán)格來講不算基因工程。[思考與探究]P151．作為基因工程表達(dá)載體，只需含有目的基因就可以完成任務(wù)嗎？為什么？[提示]不可以。因為目的基因在表達(dá)載體中得到表達(dá)并發(fā)揮作用，還需要有其他控制元件，如啟動子、終止子和標(biāo)記基因等。必須構(gòu)建上述元件的主要理由是：(1)生物之間進(jìn)行基因交流，需使用啟動子和終止子才能比較有利于基因的表達(dá)，如通過cDNA文庫獲得的目的基因沒有啟動子，只將編碼序列導(dǎo)入受體生物中，此目的基因無法進(jìn)行轉(zhuǎn)錄；(2)目的基因是否導(dǎo)入受體生物中需要有篩選標(biāo)記；(3)為了增強(qiáng)目的基因的表達(dá)水平，往往還要增加一些其他調(diào)控元件，如增強(qiáng)子等；(4)有時需要確定目的基因表達(dá)的產(chǎn)物存在于細(xì)胞的什么部位，往往要加上可以標(biāo)識存在部位的基因(或做成目的基因與標(biāo)識基因的融合基因)，如綠色熒光蛋白基因等。2．根據(jù)農(nóng)桿菌可將目的基因?qū)腚p子葉植物的機(jī)理，你能分析出農(nóng)桿菌不能將目的基因?qū)雴巫尤~植物的原因嗎？若想將一個抗病基因?qū)雴巫尤~植物(如小麥)，從理論上說，你認(rèn)為應(yīng)該怎樣做？[提示