备课素材：基因的转化、转导和转染-2024——2025学年度第一学期高中生物学选择性必修三

基因的转化、转导和转染 高中生物学中最常见的是肺炎链球菌转化和农杆菌转化： 肺炎链球菌转化实验揭示了一个深刻的生物学现象，即基因重组。实验中，S菌的DNA能进入R菌体内，使得R菌获得毒性，这一过程本质上就是外来基因被整合到受体DNA中，并得以表达。这一现象符合基因重组的定义，即通过自然或人工方式，核酸间的交换导致基因型变化。基因重组不仅包括生物体内自然发生的减数分裂中非同源染色体自由组合和同源染色体的非姐妹染色单体交叉互换，也包括在体外实验中对不同来源DNA进行的人工重组。 1.转化 转化‌的最早定义是指细菌的DNA片段转入到另一个细菌细胞上，并使后者获得了新遗传性状的现象。后来转化定义延伸为将质粒DNA或基因工程获得的重组质粒直接导入细菌细胞的过程。 转化发生的条件包括：‌受体和供体染色体有同源性‌，即它们在进化过程中有密切的亲缘关系；‌受体细胞要处于感受态‌（可以通过Ca2+处理），能够吸收外源DNA；‌供体DNA片段大小适宜‌，通常是双链DNA‌。 在这个过程中，DNA一旦被细胞吸收，就不容易被外源核酸酶水解。在吸附前，DNA主要处于双链状态，但一旦进入细胞内就会转变为单链，并最终整合到细菌DNA上。 转化的应用： 转化是生物工程领域中至关重要的一项技术，通过这种方法，可以将外源基因引入目标细胞或生物体中，扩增特定基因的表达或功能。在重组DNA技术中，转化扮演着关键的角色，为科研开启了探索基因编辑和定向基因表达的大门。此外，转化技术还为育种领域以及遗传性疾病的基因治疗提供了全新的发展途径，为医学研究和实践带来了巨大的进步和希望。 2.转导 转导是指利用噬菌体作为载体，将外源DNA导入细菌细胞的过程，这个过程是基因工程和基因编辑研究中的关键步骤，可以帮助研究人员引入特定基因或序列到目标细胞中，从而对细胞的功能进行研究和探索。 转导的两种类型： ‌普遍性转导‌（噬菌体携带供体细胞的任何DNA片段）；‌特异性转导‌（噬菌体携带供体细胞的特定DNA片段‌）。 转导的应用： 转导是一种常用于细菌遗传学研究的重要手段。通过转导，研究人员能够在不同细菌间传递基因，进行互补测验、基因定位，尤其是通过共转导方法对基因进行精细结构分析。在遗传工程领域，研究人员可以利用重组 DNA 技术将待克隆的基因插入到噬菌体的 DNA 中，并通过体外包装方法将其包裹在噬菌体外壳蛋白中，随后将其用于感染宿主细胞，从而构建基因文库。 3.转染 转染指的是将外源基因成功导入哺乳动物细胞的一系列技术手段。这项技术被广泛用于研究基因功能、基因表达以及细胞信号传导的机制。在转染过程中，研究人员通常会利用不同的转染试剂或方法来实现外源基因的输入，以便进一步研究基因的特定功能和相互作用。通过转染技术，可以更深入地探索哺乳动物细胞的生物学特性。 转染的方法： DEAE-葡聚糖法、磷酸钙法和人工脂质体法等。DEAE-葡聚糖法利用带正电的DEAE-葡聚糖与DNA结合后与带负电的细胞膜相互作用，实现了核酸的引入。磷酸钙法则是通过磷酸钙颗粒与DNA形成复合物，使其进入细胞内。人工脂质体法则是利用合成或天然的脂质体包覆DNA，在脂质体与细胞膜融合的过程中将DNA释放到细胞内。 物理转染法则是通过物理手段破坏细胞膜，使核酸能够进入到细胞内。显微注射是一种精细的技术，通过显微镜下直接注射DNA到单个细胞内。电穿孔则利用电场产生的孔道使DNA进入细胞质。基因枪技术则利用高压气体推动载有DNA的微粒进入细胞。 4.转化、转导和转染的相同点和不同点 相同点：片段性，仅一小段DNA序列参与重组；单向性，即从供体菌向受体菌（或供体基因组向受体基因组）作单方向转移；多样性，即转移机制独特而多样，如接合、转化和转导等。 意思不同：转化是含外源基因的重组质粒（载体）将外源基因直接导入原核细胞（如细菌）。转导是通过重组病毒载体将外源基因导入真核细胞或原核细胞。转染是指重组质粒载体或游离核苷酸在脂质体等介导下进入真核细胞。 用法不同：转化时，当载体是重组质粒时，如受体细胞是原核细胞应使用“转化”。转导时，当载体是重组病毒时，如强调转移物进入受体细胞应使用“转导”。转染时，强调重组病毒载体进入受体细胞的过程则使用“感染”，受体细胞是真核细胞则使用“转染”。 例、细菌可通过吸收外界游离 DNA 片段实现基因重组，也可通过细菌间的直接接触来转移遗传物质实现基因重组。科学家利用两种氨基酸合成缺陷型细菌(在基本培养基上不能正常生长繁殖)进行实验，结果发现细菌之间用滤膜间隔后仍能实现基因重组，如图所示。下列叙述错误的是（    ） A.肺炎链球菌体外转化实验证明细菌能通过直接吸收外界游离DNA片段来实现基因重组 B.由滤膜使细菌之间无法直接接触，可判断转化菌的产生不通过题中所述的基因重组方式 C.抽吸后，取适量左侧菌液稀释涂布在不含组氨酸的基本培养基上，可能获得单菌落 D.滥用抗生素可能导致因重组而含有多种抗生素抗性基因的超级细菌比例增加 解析：肺炎链球菌体外转化实验证明细菌能通过直接吸收外界游离DNA片段来实现基因重组，A正确；根据题干和题图信息可知，由滤膜使细菌之间无法直接接触，但仍然能实现基因重组，B错误；抽吸后，左侧菌液中可能含有已经实现了基因重组的细菌，因此，取适量左侧菌液稀释涂布在不含组氨酸的基本培养基上，可能获得单菌落，C正确；滥用抗生素会选择抗生素抗性的的细菌更容易生存下来，可能导致因重组而含有多种抗生素抗性基因的超级细菌比例增加，D正确。故答案为B。 学科网（北京）股份有限公司 $$