課時2基因工程簡介一、基因工程的概念概念：基因工程又叫做基因拼接技術或DNA重組技術。是指在生物體外，通過對DNA分子進行人工“剪切”和“拼接”，對生物的基因進行改造和重新組合，然后導入受體細胞內進行

，使重組基因在受體細胞內表達，產生出人類所需要的基因產物，可實現對生物性狀的

改造。轉錄和翻譯定向二、基因操作的工具1．基因的“剪刀”——限制性內切酶：主要存在于微生物中。(1)作用：識別特定的

，并能在特定的切點上切割DNA分子。(2)特點：具有特異性。2．基因的“針線”——DNA連接酶作用：是將兩個

連接起來。脫氧核苷酸序列不同來源的DNA分子的黏性末端3．基因的運載工具——運載體(1)條件①能夠在宿主細胞中

地保存。②具有多個

切點，以便與外源基因連接。③具有某些

，便于進行篩選。(2)作用①作為運載工具將

轉移到宿主細胞中。②利用它在宿主細胞內對目的基因進行大量復制。(3)常用的運載體：

、噬菌體和動植物病毒等。復制并穩定限制酶標記基因目的基因質粒1．基因工程的原理是什么？2．DNA連接酶與DNA聚合酶各有什么作用？三、基因操作的基本步驟1．提取目的基因(1)直接分離法：最常用的方法是

。鳥槍法2．目的基因與運載體結合：對質粒和目的基因必須用

限制酶切割，使其產生相同的

再加入

形成

。3．將目的基因導入受體細胞途徑：借鑒

侵染細胞途徑。常用受體細胞：大腸桿菌、枯草桿菌、土壤農桿菌、動植物細胞等。4．目的基因的表達和檢測檢測方法：常用是否具有

來判斷是否獲得了目的基因。表達：受體細胞

，才能說明目的基因完成了表達。同一種黏性末端DNA連接酶細菌、或病毒某種抗性表現目的基因控制的性狀重組DNA分子3．為什么經常選用細菌作為受體細胞？思考探討提示：1．基因重組。2．DNA連接酶是把DNA片段形成磷酸二酯鍵連接起來，DNA聚合酶是把單個的脫氧核苷酸形成磷酸二酯鍵連接成DNA片段。3．細菌繁殖快。一、基因工程的概念及操作工具1．基因工程的概念基因工程的別名基因拼接技術或DNA重組技術操作環境生物體外操作對象基因操作水平DNA分子水平基本過程剪切→拼接→導入→表達結果產生人類需要的基因產物特點定向改變生物遺傳性狀變異類型基因重組2．基因操作的“工具”操作工具作用其他基因的“剪刀”——限制性內切酶(簡稱限制酶)識別和切割特定的核苷酸序列，用于切割DNA分子獲得目的基因或切割運載體獲得相同的黏性末端，以便形成重組DNA分子主要存在于微生物中，具有專一性基因的“針線”——DNA連接酶連接互補的黏性末端，即將目的基因與運載體“縫合”起來形成重組DNA分子連接磷酸和脫氧核糖間的化學鍵(建立3′，5′－磷酸二酯鍵)基因的“運輸工具”——運載體將目的基因導入受體細胞中，作為把“目的基因”送入“受體細胞”的橋梁或載體質粒、動植物病毒、噬菌體等1.(2009年遼寧大連雙基測試)下圖為DNA分子的某一片段，其中①②③分別表示某種酶的作用部位，則相應的酶依次是 ()A．DNA連接酶、限制性內切酶、解旋酶B．限制性內切酶、解旋酶、DNA連接酶C．解旋酶、限制性內切酶、DNA連接酶D．限制性內切酶、DNA連接酶、解旋酶【解析】

使氫鍵斷裂的是解旋酶，限制性內切酶將相鄰兩個堿基的磷酸二酯鍵斷裂；連接DNA片段間磷酸二酯鍵的是DNA連接酶。【答案】

C二、基因工程的操作步驟第一步：提取(獲得)目的基因；過程優點缺點適用范圍直接分離法(鳥槍法)供體細胞中的DNADNA片段不同受體細胞―→DNA片段擴增含目的基因細胞―→目的基因操作簡便工作量大，有盲目性，目的基因含有不表達的內含子原核基因人工合成基因反轉錄法mRNA單鏈DNA雙鏈DNA專一性強，目的基因中不含內含子操作過程麻煩，mRNA生存時間短，技術要求高真核基因據已知的氨基酸序列合成據推測出的核苷酸序列，通過化學方法合成專一性最強目的基，因不含內含子，可合成自然界不存在的基因目前，復雜的尚不知核苷酸序列的基因不能合成第二步：目的基因與運載體DNA結合形成重組DNA分子；第三步：將含目的基因的運載體導入受體細胞；第四步：目的基因在受體細胞中的檢測和表達。(1)不同生物DNA得以重新拼接的基礎DNA的基本組成單位都是四種脫氧核苷酸；雙鏈DNA分子的空間結構都是規則的雙螺旋結構；所有生物DNA堿基對均遵循嚴格的“堿基互補配對”原則，即A總與T配對，G總與C配對——如此，方可使具相同末端(黏性末端或平末端)的不同DNA分子得以連接在一起。(2)外源基因在受體內表達的理論基礎①基因是控制生物性狀的遺傳物質的結構和功能單位，具相對獨立性；②遺傳信息的傳遞都遵循中心法則所闡述的信息流動方向；③生物界共用一套遺傳密碼。(1)基因治療①原理：把健康的外源基因導入含有基因缺陷的細胞中，病人細胞中既含有缺陷基因，又含有健康基因。②結果：健康基因的表達掩蓋了缺陷基因的表達。(2)基因診斷①原理：DNA分子雜交。②過程：a.制備用放射性同位素(如32P)、熒光分子等標記的DNA(疾病DNA)分子探針。b．待測DNA：患者DNA制成單鏈。c．讓兩者進行雜交，若兩者能進行互補配對，則說明患者患有此病，若兩者不能進行互補配對，則患者無此病

2．(2009年江蘇省南京市模擬)如下圖是將人的生長激素基因導入細菌B細胞內制造“工程菌”的示意圖。已知細菌B細胞內不含質粒A，也不含質粒A上的基因。判斷下列說法正確的是 ()A．將重組質粒導入細菌B常用的方法是顯微注射法B．將完成導入過程后的細菌涂布在含有氨芐青霉素的培養基上，能生長的只是導入了重組質粒的細菌C．將完成導入過程后的細菌涂布在含有四環素的培養基上，能生長的就是導入了質粒A的細菌D．目的基因成功表達的標志是受體細胞能在含有氨芐青霉素的培養基上生長【答案】

C3．(2009年北京順義)基因診斷是用熒光分子標記的DNA分子作探針，鑒定出所測標本上的遺傳信息。下列說法不正確的是 ()A．基因診斷利用了DNA分子雜交原理B．采用基因診斷方法可快速診斷由病毒引起的傳染病C．使用同一種DNA分子探針，可以診斷多種遺傳病D．利用白血病患者細胞中分離出的癌基因作探針可以檢測白血病【解析】

由于基因診斷正是利用了DNA分子的雜交原理，不同的樣本所含的遺傳信息并不相同，所以一種DNA分子探針只能檢測一種遺傳病。【答案】

C(2009年浙江理綜)下列關于基因工程的敘述，錯誤的是 ()A．目的基因和受體細胞均可來自動、植物或微生物B．限制性核酸內切酶和DNA連接酶是兩類常用的工具酶C．人胰島素原基因在大腸桿菌中表達的胰島素原無生物活性D．載體上的抗性基因有利于篩選含重組DNA的細胞和促進目的基因的表達【解析】

目的基因和受體細胞均可來自動、植物或微生物；基因工程中常用的工具酶有限制性核酸內切酶和DNA連接酶；大腸桿菌為原核生物，不含有內質網和高爾基體等細胞器，不能對蛋白質進行加工，其合成的胰島素原無生物活性。運載體中的抗性基因為標記基因，其作用是有利于篩選含重組DNA的細胞，不能促進目的基因的表達。【答案】

D(2009年廣東理基)錢永健先生因在研究綠色熒光蛋白方面的杰出成就而獲2008年諾貝爾獎。在某種生物中檢測不到綠色熒光，將水母綠色熒光蛋白基因轉入該生物體內后，結果可以檢測到綠色熒光。由此可知()A．該生物的基因型是雜合的B．該生物與水母有很近的親緣關系C．綠色熒光蛋白基因在該生物體內得到了表達D．改變綠色熒光蛋白基因的1個核苷酸對，就不能檢測到綠色熒光【解析】

在轉基因生物體內能檢測到綠色熒光，說明綠色熒光基因已在生物體內成功表達。【答案】

C驗證或探究質粒上的抗性基因方法：將重組后的質粒導入受體細胞，分別放在含青霉素、四環素的培養基上培養，觀察成活情況。現象結論：(1)都成活——兩種標記基因都有；(2)只有一個培養基上成活——只有其中一種，抗青霉素基因或抗四環素基因；(3)都不成活——都不存在。1978年美國科學家利用基因工程技術，將人類胰島素基因拼接到大腸桿菌的DNA分子中，然后通過大腸桿菌的繁殖，生產出了人胰島素，操作過程如下圖所示：(1)在上述基因操作中，由①→②過程所用的基因“剪刀”是________；由③→④過程的實現是通過與①→②過程相同的________切割的結果；由④→⑤過程需要________連成重組DNA分子；由⑥→⑦過程是通過細胞的________實現的。(2)不同生物間基因可以“移植”成功的基礎是DNA的________結構。大腸桿菌可以生產出人類的胰島素，說明它們和人類利用一套________，大腸桿菌合成人胰島素的過程可以表示為______________________。(3)形成的重組DNA分子是否真正轉移到了受體細胞，必須對受體細胞進行檢測。請根據下面實驗原理和材料用具，設計實驗選擇運載體——質粒，探究質粒的抗菌素基因所合成的抗菌類別。實驗原理：作為運載體的質粒，須有標記基因，這一標記基因是抗菌素抗性基因。故凡有抗菌素抗性的細菌，其質粒才可能用作運載體。材料用具：青霉素、四環素的10萬單位溶液、菌種試管、滅菌的含細菌培養基的培養皿、酒精燈、接種環、一次性注射器、蒸餾水、恒溫箱。方法步驟：第一步：取三個含細菌培養基的培養皿并標上1、2、3號，在酒精燈旁，用三支注射器，分別注入1mL蒸餾水、青霉素、四環素液，并使之分布在整個培養基表面。第二步：將接種環在酒精燈上燃燒用來滅菌，并在酒精燈火焰旁取種，然后對三個培養皿接種。第三步：培養。將接種后的三個培養皿放入37℃的恒溫箱中培養24h。預期結果分析：①設置1號的目的是________，出現的現象是_____。②若3號不存活，1、2號存活則_________________。③若2號不存活，1、3號存活則_________________。【解析】

生產基因工程藥品是基因工程的一個重要應用。重組質粒導入操作完成后，需根據質粒所帶有的抗性基因對受體細胞進行篩選，質粒對抗生素的抗性類型可以通過實驗加以分析。【答案】(1)限制性內切酶限制性內切酶DNA連接酶有絲分裂(2)雙螺旋密碼子DNA(基因)mRNA蛋白質(3)①對照細菌正常生長②細菌質粒上無抗四環素的基因，有抗青霉素的基因③細菌質粒上無抗青霉素的基因，有抗四環素的基因1．(2009年海南生物)已知a、b、c、d是某細菌DNA片段上的4個基因，下圖中W表示野生型，①、②、③分別表示三種缺失不同基因的突變體，虛線表示所缺失的基因。若分別檢測野生型和各種突變體中某種酶的活性，發現僅在野生型和突變體①中該酶有活性，則編碼該酶的基因是 ()A．基因aB．基因bC．基因c D．基因d【解析】

本題著重考查學生的識圖能力，由題圖可知野生型(W)中包括基因a、b、c、d四個，突變體①中包括基因a、b、c三個，突變體②中包括基因a一個，突變體③中包括基因c、d，又從題干中“僅在野生型和突變體①中該酶有活性”，可知該酶具有活性必須含有a、b、c基因中的一個或多個。根據突變體②可排除a基因對該酶的作用，故答案為B。【答案】

B2．(2010年河南省三門峽市階段性考試)對人類糖尿病的基因治療研究，大致分為以下步驟。對這些步驟的有關敘述，正確的是()①提取目的基因②將目的基因與質粒結合為重組質粒③將重組質粒導入大腸桿菌④重組質粒在菌體內增殖⑤分離重組質粒，提取目的基因⑥將目的基因與某種病毒結合為重組DNA⑦將重組DNA導入人體有基因缺陷的細胞⑧目的基因的檢測和表達A．過程①可以用鳥槍法提取B．過程④是為了修飾基因C．過程②、⑥在細胞外進行D．兩次使用運載體導入受體細胞的目的相同【答案】C3．(2009年重慶理綜)小鼠基因敲除技術獲得2007年諾貝爾獎，該技術采用基因工程、細胞工程、雜交等手段使小鼠體內的某一基因失去功能，以研究基因在生物個體發育和病理過程中的作用。例如現有基因型為BB的小鼠，要敲除基因B，可先用體外合成的突變基因b取代正常基因B，使BB細胞改變為Bb細胞，最終培育成為基因敲除小鼠。(1)基因敲除過程中外源基因是否導入受體細胞，可利用重組質粒上的________檢測。如果被敲除的是小鼠抑癌基因，則可能導致細胞內的________被激活，使小鼠細胞發生癌變。(2)通過基因敲除，得到一只AABb小鼠，假設棕毛基因A、白毛基因a、褐齒基因B和黃齒基因b均位于常染色體上，現要得到白毛黃齒新類型小鼠，用來與AABb小鼠雜交的純合親本的基因型是________，雜交子代的基因型是____________，讓F1代中雙雜合基因型的雌雄小鼠相交配，子代中帶有b基因個體的概率是________，不帶B基因個體的概率是________。(3)在上述F1代中只考慮齒色這對性狀，假設這對性狀的遺傳屬X染色體伴性遺傳，則表現黃齒個體的性別是________，這一代中具有這種性別的個體基因型是________。【解析】

(1)要檢測外源基因是否導入受體細胞是根據重組質粒上的標記基因。如果抑癌基因被敲除，則原癌基因被激活，使小鼠細胞發生癌變。(2)要想得到白毛黃齒新類型(aabb)與AABb雜交的純合親本的基因型必是aaBB，雜交子代的基因型為AaBb和AaBB，因Bb×Bb→BB、2Bb、bb，故F1代中雙雜合基因型的雌雄小鼠相互交配，子代中帶有b基因個體的概率是3/4，不帶B基因個體的概率是1/4。(3)若齒色這對相對性狀屬伴性遺傳，則AABb雌性基因型為AAXBXb，與之雜交的是aaXBY，則其子代中表現黃齒個體的性別是雄性，其基因型有XBY和XbY。【答案】(1)標記基因原癌基因(2)aaBBAaBB、AaBb12/16(3/4)4/16(1/4)(3)雄性(♂)XBY、XbY4．(2009年遼寧、寧夏卷)多數真核生物基因中編碼蛋白質的序列被一些不編碼蛋白質的序列隔開，每一個不編碼蛋白質的序列稱為一個內含子。這類基因經轉錄、加工形成的mRNA中只含有編碼蛋白質的序列。某