專題1 基因工程總結提升知識建網要語必背1限制性核酸內切酶可識別雙鏈DNA分子的某種特定核苷酸序列，并在特定位點上切割DNA分子。2質粒作為基因工程的載體需具備的條件有：能在宿主細胞內穩定保存并自我復制；具有一個至多個限制酶切割位點；具有標記基因。3基因表達載體的構建是基因工程的核心，一個基因表達載體的組成，除了目的基因外，還必須有啟動子、終止子以及標記基因等。4將目的基因導入植物細胞的方法有農桿菌轉化法、基因槍法和花粉管通道法。將目的基因導入動物細胞常用顯微注射技術，導入微生物細胞常用感受態細胞法(Ca2處理法)。5檢測目的基因是否導入受體細胞染色體DNA上常用DNA分子雜交技術；檢測是否轉錄，常用分子雜交技術；檢測是否翻譯，常用抗原抗體雜交技術。6蛋白質工程并不是直接改造蛋白質分子的結構，而是通過基因操作來實現對天然蛋白質的改造。7蛋白質工程的基本途徑是：從預期的蛋白質功能出發設計預期的蛋白質結構推測應有的氨基酸序列找到相對應的脫氧核苷酸序列。一、幾種重要酶的比較種類項目限制酶DNA連接酶DNA聚合酶解旋酶作用底物DNA分子DNA分子片段脫氧核苷酸DNA分子作用部位磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵堿基對間的氫鍵作用特點切割目的基因及載體，能專一性識別雙鏈DNA分子的某種特定的核苷酸序列，并且使每一條鏈中特定部位的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷開將雙鏈DNA片段“縫合”起來，恢復被限制酶切開了的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵只能將單個脫氧核苷酸添加到脫氧核苷酸鏈上將DNA兩條鏈之間的氫鍵打開作用結果形成黏性末端或平末端形成重組DNA分子形成新的DNA分子形成單鏈DNA分子特別提醒在基因工程中反(逆)轉錄酶也常被使用。反(逆)轉錄酶又稱RNA指導的DNA聚合酶，是以RNA為模板合成DNA所需的酶。反(逆)轉錄酶催化的反應叫反(逆)轉錄。在這個過程中，遺傳信息流動的方向是從RNA到DNA，正好與轉錄過程相反，故稱反轉錄。例1下圖為DNA分子的某一片段，其中分別表示某種酶的作用部位，則相應的酶依次是()ADNA連接酶、限制酶、解旋酶B限制酶、解旋酶、DNA連接酶C解旋酶、限制酶、DNA連接酶D限制酶、DNA連接酶、解旋酶答案C解析限制酶能夠識別雙鏈DNA分子的某種特定核苷酸序列，并且使每一條鏈中特定部位的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷裂，形成黏性末端或平末端；DNA連接酶是在兩個DNA片段之間形成磷酸二酯鍵；解旋酶能使DNA分子雙螺旋結構解開，氫鍵斷裂；所以處是解旋酶作用部位，處是限制酶作用部位，處是DNA連接酶作用部位。二、易混概念辨析基因工程的基本操作程序中存在多組易混的概念，它們是學習中的難點；只有把它們的區別和聯系搞清楚，才能正確掌握關于基因工程的基本操作程序的知識。下面是對幾組易混概念的辨析。1基因文庫、基因組文庫、部分基因文庫(1)從定義上區分基因文庫：將含有某種生物不同基因的許多DNA片段，導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。基因文庫是指儲存有某種生物基因的菌群的總稱。基因組文庫：如果基因文庫中含有一種生物的所有基因，這種基因文庫叫做基因組文庫。部分基因文庫：指含有一種生物的一部分基因的基因文庫，如cDNA文庫。(2)從范圍上區分：基因文庫包含基因組文庫和部分基因文庫?；蚪M文庫有某一種生物的全部基因，它的范圍要大于部分基因文庫。2啟動子、終止子、起始密碼子、終止密碼子(1)從定義上區分啟動子：位于編碼區上游緊靠轉錄起點的位置。它的主要功能是引導RNA聚合酶與基因的正確部位結合。只有在啟動子存在時，RNA聚合酶才能準確地從轉錄起點開始，沿著編碼區正常地進行轉錄。終止子：位于編碼區下游緊靠轉錄終點的位置。它的特殊的堿基排列順序能夠阻礙RNA聚合酶的移動，并使其從DNA模板鏈上脫離下來。密碼子：指信使RNA上決定一個氨基酸的三個相鄰的堿基。信使RNA上四種堿基的組合方式有64種，其中，決定氨基酸的密碼子有61種，3種是終止密碼子。終止密碼子：是信使RNA上能夠終止蛋白質合成的密碼子。起始密碼子：位于信使RNA上，是蛋白質合成開始的信號，有兩種：AUG、GUG。(2)從本質上區分：啟動子和終止子都是DNA分子中具有調控作用的脫氧核苷酸序列，而起始密碼子和終止密碼子都位于信使RNA上，分別是翻譯的起始位置和終止位置，終止密碼子不能決定任何一種氨基酸。例2下列關于cDNA文庫和基因組文庫的說法，不正確的是()AcDNA文庫中的DNA來源于mRNA的反轉錄過程B如果某種生物的cDNA文庫中的某個基因與該生物的基因組文庫中的某個基因控制的性狀相同，則這兩個基因的結構也完全相同CcDNA文庫中的基因都沒有啟動子D一種生物的cDNA文庫可以有許多種，但基因組文庫只有一種答案B解析由于基因轉錄時只有編碼區段才能轉錄，所以以mRNA反轉錄成的DNA就只有外顯子區段，而缺少內含子和啟動子等非編碼區段，和原來的基因結構不相同。1EcoR和Sma限制酶識別的序列均由6個核苷酸組成，但切割后產生的結果不同，其識別序列和切割位點(圖中箭頭處)分別如下圖所示，請據圖分析下列說法正確的是()A所有限制酶的識別序列均由6個核苷酸組成BSma切割后產生的是黏性末端C用DNA連接酶連接平末端和黏性末端的效率一樣D細菌細胞內的限制酶可以切割外源DNA，防止外源DNA入侵答案D解析限制酶的識別位點一般由4、5、6或8個核苷酸序列組成，故A錯誤；據圖分析，Sma限制酶切割后產生的是平末端，故B錯誤；用DNA連接酶連接平末端的效率比黏性末端低，故C錯誤；細菌細胞內限制酶可以切割外源DNA，防止外源DNA入侵，是一套完善的防御機制，故D正確。2科學家將來自于大鼠的編碼一種離子通道蛋白的基因轉入果蠅體內，培養出一種轉基因果蠅，人們可以通過照射激光來遙控它們的行為，讓懶散的果蠅活動起來。以下敘述正確的是()A獲取編碼離子通道蛋白的基因的方法有從基因文庫中獲取、人工合成法等B為了保持基因的完整性，應該將目的基因直接導入果蠅細胞C將該基因導入果蠅細胞最常用的方法是基因槍法D該轉基因果蠅有性生殖的后代能保持該性狀的穩定遺傳答案A解析基因工程中獲取目的基因的方法有從基因文庫中獲取、利用PCR技術擴增、人工合成；將目的基因導入受體細胞前需要構建基因表達載體，其目的是使目的基因在受體細胞中穩定存在并表達；將目的基因導入動物細胞常用的方法是顯微注射法；轉基因果蠅有性生殖的后代可能會發生性狀分離，該性狀不一定能穩定遺傳。3下列有關基因工程的敘述正確的是()ADNA連接酶的作用是使互補的黏性末端之間發生堿基A與T，C與G之間的配對B基因工程中使用的載體最常見的是大腸桿菌C載體上的抗性基因有利于篩選含重組DNA的細胞并可促進目的基因的表達D基因工程造成的變異，實質上相當于人為的基因重組，但卻產生了定向變異答案D解析DNA連接酶的作用對象是磷酸二酯鍵，A錯誤；基因工程中使用的載體最常見的是質粒，B錯誤；載體上的抗性基因有利于篩選含重組DNA的細胞，但是不能促進目的基因的表達，C錯誤；基因工程能按照人們的意愿定向地改造生物的遺傳性狀，其原理是基因重組，D正確。4我國科學家運用基因工程技術，將蘇云金芽孢桿菌的抗蟲基因導入棉花細胞并成功表達，培育出了抗蟲棉。下列敘述不正確的是()A抗蟲基因的提取和運輸需要專用的工具和載體B重組DNA分子中增加一個堿基對，不一定導致毒蛋白的毒性喪失C抗蟲棉的抗蟲基因可通過花粉傳遞到近緣作物，從而造成基因污染D轉基因棉花是否具有抗蟲特性是通過檢測棉花對抗生素抗性來確定的答案D解析抗蟲基因的提取和運輸都需要工具酶(限制酶和DNA連接酶)和載體，故A正確；一種氨基酸可以由幾種不同的密碼子編碼，且增加的堿基對可能位于非編碼區或內含子中，所以DNA分子中增加一個堿基對，不一定影響蛋白質的功能，故B正確；轉基因作物可通過花粉將外源基因傳遞到近緣作物，從而造成基因污染，故C正確；轉基因棉花是否具有抗蟲特性，應該直接用害蟲來食用棉花葉片，做毒性檢測，抗生素抗性檢測往往用于對標記基因進行檢測，以確定外源基因是否導入受體細胞，故D錯誤。5下面是獲得抗蟲棉的技術流程示意圖。有關敘述錯誤的是()A基因表達載體構建過程中需要限制酶和DNA連接酶B圖中愈傷組織分化產生的再生植株的基因型一般都相同C卡那霉素抗性基因中含有相關限制酶的識別和切割位點D轉基因抗蟲棉有性生殖產生的部分后代不能穩定保持抗蟲性狀答案C解析基因表達載體構建過程中需要限制酶對目的基因和載體進行切割，需要DNA連接酶將目的基因和載體進行連接，A正確；愈傷組織分化產生的再生植株的基因型不發生突變的話都是一樣的，B正確；卡那霉素抗性基因中不能含有限制酶的識別和切割位點，否則破壞了抗性基因，C錯誤；進行有性生殖會發生基因重組，部分后代抗蟲性狀不能穩定遺傳，D正確。6下列有關蛋白質工程的說法錯誤的有幾項()蛋白質工程無需構建基因表達載體通過蛋白質工程改造后的蛋白質有的仍是天然的蛋白質蛋白質工程需要用到限制酶和DNA連接酶蛋白質工程是在蛋白質分子水平上改造蛋白質的A1 B2 C3 D4答案C解析蛋白質工程是指以蛋白質的結構規律及其與生物功能的關系作為基礎，通過基因修飾或基因合成，對現有蛋白質進行基因改造，或制造一種新的蛋白質，以滿足人類的生產和生活的需要，其核心是基因工程，故蛋白質工程需要構建基因表達載體，錯誤；通過蛋白質工程，可產生自然界沒有的蛋白質，錯誤；蛋白質工程的核心是基因工程，故蛋白質工程需要用到限制酶和DNA連接酶，正確；對蛋白質結構的改造是通過改造基因來實現的，所以蛋白質工程是在基因水平上改造蛋白質，錯誤，故C正確。7科學家為提高玉米中賴氨酸含量，計劃將天冬氨酸激酶的第352位的蘇氨酸變成異亮氨酸，將二氫吡啶二羧酸合成酶中第104 位的氨基酸由天冬酰胺變成異亮氨酸，就可以使玉米葉片和種子中的游離賴氨酸含量分別提高5倍和2倍。下列對蛋白質的改造，操作正確的是()A直接通過分子水平改造蛋白質B直接改造相應的mRNAC對相應的基因進行操作D重新合成新的基因答案C解析蛋白質工程的目的是對蛋白質進行改造，從而使蛋白質功能可以滿足人們需求。而蛋白質功能與其高級結構密切相關，蛋白質高級結構又非常復雜，所以直接對蛋白質改造非常困難，而蛋白質是由基因控制合成的，對基因進行操作卻容易得多。另外，改造后的基因可以遺傳，如對蛋白質直接改造，即使成功也不能遺傳。8下列關于基因工程技術的敘述，正確的是()A切割質粒的限制性核酸內切酶均特異性地識別6個核苷酸序列BPCR反應中溫度的周期性改變是為了DNA聚合酶催化不同的反應C載體質粒通常采用抗生素合成基因作為篩選標記基因D抗蟲基因即使成功地插入到植物細胞染色體上也未必能正常表達答案D解析限制酶的識別序列多數為6個核苷酸序列，也有少數為4、5或8個核苷酸序列的，A錯誤；DNA聚合酶只能催化脫氧核苷酸合成DNA片段，不能催化其他反應，B錯誤；控制抗生素合成的基因不在質粒上，通常采用載體質粒上的抗生素抗性基因作為篩選標記基因，C錯誤；抗蟲基因成功插入到植物細胞染色體上后，是否能正常表達，還需要其他控制元件如啟動子、終止子等控制，D正確。9某重點實驗室課題研究組欲將一株野生雜草的抗病基因轉移給一雙子葉農作物。該農作物含有高莖基因，植株過高容易倒伏，科學家欲通過基因工程操作抑制高莖基因的表達。基于上述目的科學家進行了基因工程的相關操作，結合所學知識分析下列問題：(1)課題研究組已經獲得了抗性基因，在體外大量擴增該目的基因需采用_技術，該技術的基本反應過程：目的基因受熱變性后解鏈為單鏈，_與單鏈相應互補序列結合，然后在_的作用下進行延伸。(2)基因工程操作的核心是_，該過程用到的工具酶有_。本研究中，欲將目的基因轉入受體細胞，常采用_法。答案(1)PCR引物Taq酶(熱穩定性DNA聚合酶)(2)基因表達載體的構建DNA連接酶和限制酶農桿菌轉化解析(1)體外大量擴增目的基因需采用PCR技術，該技術的基本反應過程：目的基因受熱變性后解鏈為單鏈，引物與單鏈相應互補序列結合，然后在Taq酶(熱穩定性DNA聚合酶)的作用下進行延伸。(2)基因工程操作的核心是基因表達載體的構建，該過程用到的工具酶有DNA連接酶和限制酶。將目的基因轉入植物細胞常采用農桿菌轉化法。10菊天牛是菊花的主要害蟲之一。科研人員將抗蟲基因轉入菊花，培育出抗蟲菊花。下圖是獲得轉基因菊花的技術流程，請據圖回答：注：卡那霉素抗性基因(Kanr)作為標記基因，菊花葉片對卡那霉素高度敏感。(1)為了促進土壤農桿菌吸收重組質粒，可用_處理土壤農桿菌，使其處于感受態。(2)將重組質粒導入土壤農桿菌的目的是利用農桿菌能夠_的特點，使目的基因進入受體細胞中，并插入到菊花細胞的_上，最終形成轉基因植株。(3)將愈傷組織轉移到添加一定濃度植物激素和_的培養基中，在適宜條件下進行培養，篩選轉基因菊花。(4)用PCR方法檢測轉基因菊花是否含有目的基因時，需根據_的核苷酸序列設計特異引物，以_為模板進行第一輪擴增。(5)將轉基因菊花嫩莖及葉片與人工飼料以適當比例混合后飼喂菊天牛2齡幼蟲，實驗結果如下表所示。組別死亡率(%)實驗組轉基因植株160.00轉基因植株253.33對照組13.33對照組應飼喂等量的_。據表分析，_差異顯著，說明轉基因菊花對菊天牛2齡幼蟲有較強的毒殺作用。答案(1)Ca2(或CaCl2溶液)(2)感染菊花(或植物)細胞，并將T-DNA轉移至受體細胞染色體DNA(3)卡那霉素(4)抗蟲基因(目的基因)轉