2024届高三生物二轮复习微专题讲义16：基因工程的基本工具和操作程序

微专题16 基因工程的基本工具和操作程序 考点1 基因工程的操作流程及应用 【典例剖析】 1.(2022 河北,24改编)蛋白酶抑制剂基因转化是作物抗虫育种的新途径。某研究团队将胰蛋白酶抑制剂(NaPI)和胰凝乳蛋白酶抑制剂(StPinlA)的基因单独或共同转化棉花,获得了转基因植株。回答下列问题: (1)蛋白酶抑制剂的抗虫机制是_。 (2)_是实施基因工程的核心,目的是_ _。 (3)将抗虫基因转入植物体内时,除了采用我国科学家独创的_,还经常采用_法,使用该方法时,必须将目的基因插入质粒的_上,才能使目的基因转移到受体细胞并将其整合到该细胞的_上,此方法的不足之处是 _。 (4)为了检测目的基因在受体细胞中是否稳定表达,在分子水平上的检测方法为_。 (5)确认抗虫基因在受体细胞中稳定表达后,还需进一步做抗虫的_以鉴定其抗性程度。如图为三种不同遗传操作产生的转基因棉花抗虫实验结果,据结果分析_(填“NaPI”“StPinlA”或“NaPI+StPinlA”)转基因棉花的抗虫效果最佳,其原因是_ _。 (6)基因突变可产生新的等位基因,在自然选择的作用下,昆虫种群的基因频率会发生_。导致昆虫朝着一定的方向不断进化。据此推测,胰蛋白酶抑制剂转基因作物长期选择后,某些害虫具有了抗胰蛋白酶抑制剂的能力,其分子机制可能是_ _ _ _ _(写出两点即可)。 (7)生产上常将获得的转基因抗虫棉与普通棉花混合播种,其目的是_ _。 【关键点拨】 1.基因工程中的4个“3” (1)基因工程的3种基本工具 ①限制性内切核酸酶:识别特定核苷酸序列,并在特定位点上切割DNA分子。 ②DNA连接酶:E.coli DNA连接酶只能连接互补的黏性末端;T4 DNA连接酶能连接互补的黏性末端和平末端。 ③载体需具备的条件包括: a.能在宿主细胞内稳定存在并大量复制; b.有一个至多个限制酶切割位点; c.具有特殊的标记基因,以便对含目的基因的受体细胞进行筛选。 (2)获取目的基因的3条途径 ①从基因文库中获取; ②利用PCR技术扩增; ③用化学方法直接人工合成。 (3)将目的基因导入受体细胞的3种类型 ①植物:体细胞或受精卵——常用农杆菌转化法(双子叶植物和裸子植物)、花粉管通道法。 ②动物:受精卵——显微注射法。 ③微生物:细菌(常用大肠杆菌)——钙离子处理法。 (4)目的基因的检测与鉴定,分子水平检测的3个方面 ①检测目的基因是否插入到转基因生物的DNA上:PCR等技术。 ②检测目的基因是否转录出mRNA:PCR等技术。 ③检测目的基因是否翻译成蛋白质:抗原—抗体杂交技术。 2.基因工程的核心步骤:基因表达载体的构建 (1)启动子和终止子 启动子(DNA片段)≠起始密码子(位于mRNA上)。 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)启动子具有物种特异性和组织特异性,例如用乳腺生物反应器生产药用蛋白的时候,将药用蛋白基因连接在乳腺蛋白基因的启动子下游。 (4)为防止质粒和目的基因的自身环化以及目的基因与载体的反向连接,可使用不同的限制酶切割目的基因和质粒。 【巩固练习】 1.(2021 河北,24节选)采矿污染和不当使用化肥导致重金属镉(Cd)在土壤中过量积累。利用植物修复技术将土壤中的Cd富集到植物体内,进行后续处理(例如,收集植物组织器官异地妥善储存),可降低土壤中Cd的含量。为提高植物对Cd污染土壤的修复能力,研究者将酵母液泡Cd转运蛋白(YCF1)基因导入受试植物,并检测了相关指标。 回答下列问题: (1)将DNA序列插入Ti质粒构建重组载体时,所需要的两种酶是_。构建的重组基因表达载体中必须含有标记基因,其作用是_。 (2)进行前期研究时,将含有YCF1基因的重组载体导入受试双子叶植物印度芥菜,采用最多的方法是_。研究者进一步获得了转YCF1基因的不育杨树株系,采用不育株系作为实验材料的目的是_。 (3)将长势一致的野生型和转基因杨树苗移栽到Cd污染的土壤中,半年后测定植株干重(图1)及不同器官中Cd含量(图2)。据图1可知,与野生型相比,转基因植株对Cd具有更强的_(填“耐性”或“富集能力”);据图2可知,对转基因植株的_进行后续处理对于缓解土壤Cd污染最为方便有效。 (4)已知YCF1特异定位于转基因植物细胞的液泡膜上。据此分析,转基因杨树比野生型能更好地适应高Cd环境的原因是_ _。 相较于草本植物,采用杨树这种乔木作为Cd污染土壤修复植物的优势在于_ _ _(写出两点即可)。 2.(2023 梧州高三期末)基因敲除是通过一定的途径使机体特定的基因失活或缺失,从而使部分功能被屏蔽的技术。来源于 噬菌体的Red同源重组系统由 噬菌体的exo、bet、gam3个基因组成,分