备课素材：质粒及其改造2022-2023学年高二下学期生物人教版选择性必修3

质粒及其改造 2019版高中生物学选择性必修三提到，基因工程常用的载体是质粒，且需要对天然质粒进行改造： 那么，为什么要对质粒进行人工改造呢？ 质粒是细菌、酵母菌和放线菌等生物中染色体（或拟核）以外的DNA分子，存在于细胞质中（但酵母除外，酵母的2 μm质粒存在于细胞核中），具有自主复制能力，使其在子代细胞中也能保持恒定的拷贝数，并表达所携带的遗传信息，是闭合环状的双链DNA分子。质粒不是细菌生长繁殖所必需的物质，可自行丢失或人工处理而消除，如高温、紫外线等。质粒携带的遗传信息能赋予宿主菌某些生物学性状，有利于细菌在特定的环境条件下生存。 与细菌基因组相同，质粒也属于环形双链DNA。细菌质粒是基因工程中最常用的载体。 据质粒能否通过细菌的接合作用，可分为接合性质粒和非接合性质粒。接合性质粒带有与接合传递有关的基因。非接合质粒在一定条件下通过与其共存的接合质粒的诱动或转导而传递。 根据质粒在细菌内的复制类型可分为两类：严紧控制型和松弛控制型。严紧控制复制型质粒的复制酶系与染色体DNA复制共用，只能在细胞周期的一定阶段进行复制，当细胞染色体停止复制时，质粒也就不再复制。松弛控制复制型的质粒的复制酶系不受染色体DNA复制酶系的影响，在整个细胞生长周期中随时都可以复制，在染色体复制已经停止时质粒仍能继续复制。 根据质粒的不相容性，可分为不相容性和相容性。不相容性指结构相似、密切相关的质粒不能稳定地共存于同一宿主细菌内的现象，反之为相容性。常用于流行病学的调查。 质粒具有自主复制能力，使其在子代细胞中也能保持恒定的拷贝数，并表达所携带的遗传信息。细菌质粒是DNA重组技术中常用的载体。载体是指把一个有用的外源基因通过基因工程手段，送进受体细胞中去进行增殖和表达的工具。将某种目标基因片段重组到质粒中，构成重组基因或重组体。然后将这种重组体经微生物学的转化技术，转入受体细胞(如大肠杆菌)中，使重组体中的目标基因在受体菌中得以繁殖或表达，从而改变寄主细胞原有的性状或产生新的物质。 基因工程中理想的载体一般至少应具备以下条件。 （1）具有合适的限制酶切割位点，外源基因片段容易插入载体，插入后不影响载体进入受体细胞和在受体细胞中复制，并且载体能够保持稳定的复制状态和遗传特性。 （2）容易进入受体细胞，且转化效率越高越好。 （3）能在受体细胞中复制繁殖，且具有较强的自主复制能力。 （4）容易从宿主细胞中分离、纯化出来。 （5）有用于识别、筛选的选择性标记，便于重组DNA分子的检测 天然质粒有些并不完全符合上述要求，在基因工程中，人们需要对天然质粒进行改造，以获得理想、实用的载体，从而满足各种实验要求。 对天然质粒的改造主要包括以下几个方面。 （1）一般载体越小，转化的效率越高；小的载体外源DNA片段的装载量更大。因此，要删除天然质粒不必要的DNA区域，尽量减小质粒的相对分子质量。 （2）在质粒上引入含有多种限制酶切割位点的多克隆位点，以便外源基因的重组。一般还要删除重复的限制酶切割位点，使环状的质粒经限制酶处理后只在一处断裂，从而保证外源基因的准确插入。 （3）加入易于识别的选择性标记，如各种抗生素抗性基因，以便检测重组质粒是否成功进入受体细胞。 （4）为了保证实验的安全性，杜绝重组质粒扩散，污染环境，要灭活某些质粒的编码基因，如促进质粒在细菌间转移的mob基因。为了提高质粒的拷贝数，还要灭活那些抑制质粒复制的基因。 （5）在质粒中引入特定用途的辅助序列，以满足更多的实验要求。例如，引入LacZ基因用于蓝白斑筛选；引入用于检测和分离表达产物的标签编码序列，如多聚组氨酸标签、由8个氨基酸组成的Flag-tag标签等。 例、质粒是基因工程最常用的载体，有关质粒的说法正确的是（　　） A、质粒不仅存在于细菌中，某些病毒也具有 B、细菌的基因只存在于质粒上 C、质粒为小型环状DNA分子，存在于拟核外的细胞溶胶中 D、质粒是基因工程中的重要工具酶之一 解析：基因工程又叫DNA重组技术，是指按照人们的意愿，进行严格的设计，并通过体外DNA重组和转基因等技术，赋予生物以新的遗传特性，从而创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品．转基因技术至少需要三种工具：限制性核酸内切酶（限制酶）、DNA连接酶、运载体．质粒是一种裸露的、结构简单、独立于细菌拟核DNA之外并具有自我复制能力的双链环状DNA分子． A、病毒中不存在质粒，A错误； B、细菌的基因主要存在于拟核中的DNA分子上，B错误； C、质粒为小型环状DNA分子，存在于拟核外的细胞溶胶中，C正确； D、质粒是基因工程中的重要运载体，但不是工具酶，D错误． 故选：C． 学科网（北京）股份有限公司 $