第4章 第2节 基因工程及其延伸技术应用广泛-（课件PPT+Word教案）【步步高】2024-2025学年高二生物学选择性必修第三册教师用书（浙科版2019）

第二节 基因工程及其延伸技术应用广泛 第四章 基因工程 <<< 学习目标 1.举例说明基因工程和蛋白质工程改善了人类的生活品质。 2.概述蛋白质工程的原理。 内容索引 一、基因工程改善了人类的生活品质 二、蛋白质工程是基因工程的延伸和以测序为基础建立的 基因数据库是人类共有的财富 课时对点练 基因工程改善了人类的生活品质 一 4 1.应用基因工程技术诊断、治疗、研究疾病 (1)基因诊断(运用核酸分子杂交、PCR等技术) 梳理　教材新知 PCR 核酸分子杂交 PCR (2)基因治疗(向患者体内导入正常基因) 正常功 能 (3)基因工程药物(利用转基因生物生产) 遗传物质简单 药物蛋白 生物反应器 (4)转基因动物可为研究疾病机理提供模型 致病机理 治疗方法 2.应用基因工程技术进行法医鉴定 特异 同卵双胞胎 核酸分子杂 交 3.应用基因工程可培育具有优良性状的农牧业品种 方面 应用 成果举例 植物 转基因抗虫植物 将苏云金芽孢杆菌 基因转入棉花，培育出抗虫棉 转基因抗寒植物 将鱼的 基因导入番茄中提高其抗寒能力 转基因抗除草剂植物 将抗除草剂草甘膦的基因转到烟草、番茄、马铃薯等植物中，以便在喷洒草甘膦时杀死田间杂草而不损伤作物 Bt毒蛋白 抗冻蛋白 方面 应用 成果举例 植物 改良植物的品质 向番茄中导入相关基因，阻碍与 生成相关的酶的合成，获得的转基因番茄的乙烯含量远远低于普通番茄，延长了保存期 动物 提高畜产品产量 将来自大肠杆菌中编码丝氨酸转乙酰酶和乙酰丝氨酸硫氢化酶的基因转入羊中，提高羊毛产量 改善畜产品的品质 将 基因转入奶牛，使奶牛分泌的乳汁中乳糖含量降低 乙烯 乳糖酶 4.基因工程可用于保护生态环境 采矿 有毒污染物 (1)核酸分子杂交、PCR技术可用来检测遗传病患者携带的致病基因(　　) (2)运用PCR技术可以检测某人是否感染某种病原体(　　) (3)利用哺乳动物的乳腺作生物反应器生产药物，需将药物蛋白基因导入动物的乳腺细胞(　　) 提示　利用哺乳动物的乳腺作生物反应器生产药物，需将药物蛋白基因导入动物的受精卵。 × √ (4)DNA指纹可用于指证犯罪嫌疑人和亲子鉴定(　　) √ √ 判断正误 12 任务一：运用核酸分子杂交、PCR技术进行基因诊断的原理 镰刀形贫血症是一种单基因遗传病，是由正常的血红蛋白基因(HbA)突变为镰刀形贫血症基因(Hbs)引起的。在非洲地区黑人中有4%的人是该病患者，会在成年之前死亡，有32%的人是携带者，不发病但血液中有部分红细胞是镰刀状。 (1)某表型正常的非洲裔夫妇，他们的孩子尚未出生，从羊水中收集少量胎儿的细胞，提取出DNA，用什么技术判断胎儿是否携带Hbs? 探究　核心知识 提示　用PCR技术或核酸分子杂交技术。 (2)如图甲是正常人和患者血红蛋白基因的部分片段，若用Mst Ⅱ 限制酶切割图中正常的血红蛋白基因和镰刀形贫血症基因，则酶切后分别产生几个DNA片段？ 提示　正常的血红蛋白基因酶切后产生4个DNA片段，镰刀形贫血症基因酶切后产生3个DNA片段。 (3)若用MstⅡ限制酶切割胎儿的DNA后，用琼脂糖凝胶电泳分离酶切片段，片段越大，在凝胶带上距离加样孔越近。得到图乙所示的三种结果。若出现哪种结果，则说明胎儿患病？若出现哪种结果，则说明胎儿是携带者？ 提示　出现C结果说明胎儿患病；出现B结果说明胎儿是携带者。 任务二：RT－PCR技术诊断是否感染某RNA病毒的原理 用于核酸检测的RT－PCR试剂盒的部分工作原理简图如图所示。回答下列问题： 提示　逆转录酶和Taq DNA聚合酶。 (1)RT－PCR是指以病毒的RNA为模板通过逆转录合成cDNA，并对cDNA进行PCR扩增的过程。进行RT－PCR过程中，需要加入的酶有哪些？ 提示　该病毒的(核糖)核苷酸序列。 (2)利用RT－PCR试剂盒对某病毒进行检测时，除借助上述RT－PCR技术外，还需要有特异性的探针。制作该探针的依据是什么？ 1.基因诊断的过程 核心归纳 2.RT－PCR技术检测是否感染RNA病毒的过程 核心归纳 1.地中海贫血症是一种遗传性溶血性贫血症。有一对表型正常的夫妇，他们以前生育过β地中海贫血症儿子，该患儿的β-珠蛋白结构异常，在一岁时死去。现在妻子又怀孕了，于是进行了产前诊断，诊断时用限制酶PstⅠ酶切后电泳结果如图1所示，图2为β-珠蛋白基因及其侧翼序列的PstⅠ酶切位点(不考虑X、Y染色体同源区段)。下列叙述错误的是 落实　思维方法 A.该遗传病的遗传方式属于常染色体隐性遗传，且人群中男女的发病率 相等 B.孕妇体内的胎儿虽含有致病基因，但生下来未必患该病 C.正常的β-珠蛋白基因长度为4.4 kb，突变后的致病基因长度为3.7 kb D.β-珠蛋白基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物的性状 √ 由题意和图示可知，该遗传病属于常染色体隐性遗传病，在人群中男女的发病率相等，A正确； 由电泳结果可知，待测胎儿同时含有致病基因和正常基因，故胎儿为杂合子，表型正常，生下来并不会患该病，B正确； 由题图可知，限制酶Pst Ⅰ的两 个酶切位点之间的长度分别是 4.4 kb和3.7 kb，正常的β-珠蛋 白基因和突变后的致病基因位 于酶切位点的内部，因此两个基因的长度分别小于4.4 kb和3.7 kb，C错误； 由“该患儿的β-珠蛋白结构异常”可知，β-珠蛋白基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物的性状，D正确。 2.(2024·台州高二期中)目前临床上诊断冠状病毒感染疑似患者的常用方法是先进行咽拭子取样，再用实时荧光RT－PCR检测。如图为RT－PCR技术的原理，数字①～③为相关步骤。在PCR过程中探针和引物一起与模板结合，探针两侧分别带有荧光基团和淬灭基团(抑制荧光发出)，当酶催化子链延伸至探针处时会水解探针，导致荧光基团与淬灭基团分离而发出荧光。下列叙述错误的是 A.若检测结果有强烈荧光信号发出，说明被检测者可能感染了该病毒 B.最终检测的荧光强度与起始时反应管内样本DNA的含量呈正相关 C.荧光基因连接在DNA探针的3′端，探针可以由冠状病毒的RNA特定 序列逆转录获得 D.该反应体系中虽未加入ATP，但新链的合成还是需要消耗能量的 √ 由“酶催化子链延伸至 探针处时会水解探针， 导致荧光基团与淬灭基 团分离而发出荧光”可 知，若检测结果有强烈荧光信号发出，说明被检测者可能感染了该病毒，A正确； 经咽拭子采样含有的是病毒的RNA，故最终检测的荧光强度与起始时反应管内样本RNA的含量呈正相关，B错误； Taq DNA聚合酶从引物 的3′端进行子链的延伸， 结合题图中子链延伸的 方向以及引物的结合情 况可知，荧光基因连接在DNA探针的3′端，探针可以由冠状病毒的RNA特定序列逆转录获得，C正确； 该反应体系中加入的物质是dNTP，dNTP在水解的过程中既能提供能量又能提供原料，D正确。 蛋白质工程是基因工程的延伸和以测序为基础建立的基因数据库是人类共有的财富 二 28 1.蛋白质工程是 基因工程的延伸 梳理　教材新知 丝氨酸 基因 蛋白质 间结构 空 氨基酸 核苷 核苷酸 酸 2.基因数据库 (1)测序技术的发展使得人类获得了海量的生物数据。为了能够有效地储存并解读这些数据，多个国家和机构建立了庞大的生物信息数据库。 (2)科学家可以通过比对 或 的序列重新审视生命进化的历程。 核酸 蛋白质 (1)改变蛋白质中氨基酸序列可改变蛋白质的结构(　　) (2)蛋白质工程对蛋白质分子直接进行操作，定向改变蛋白质的空间结构(　　) × 提示　蛋白质工程对基因直接进行操作，定向改变蛋白质的空间结构。 (3)蛋白质工程获得特定功能的蛋白质过程不遵循“中心法则”(　　) √ 提示　蛋白质工程获得特定功能的蛋白质过程遵循“中心法则”。 × 判断正误 31 任务三：蛋白质工程的基本原理 1.基因工程的局限性有哪些？ 探究　核心知识 提示　(1)基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质，合成的蛋白质往往不能很好地行使功能。 (2)天然蛋白质无法满足人类生产和生活的需要。 2.对天然的蛋白质进行改造，你认为应该直接对蛋白质分子进行操作，还是通过对基因的操作来实现？原因是什么？ 提示　通过对基因的操作来实现。 原因如下：(1)基因决定蛋白质的合成，改造基因即为改造蛋白质。 (2)改造基因可以遗传，改造蛋白质无法遗传。 (3)改造基因比改造蛋白质更容易操作。 3.某多肽链的一段氨基酸序列是“……—丙氨酸—色氨酸—赖氨酸—甲硫氨酸—苯丙氨酸—……”。 (1)怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸序列？ 提示　根据氨基酸序列逆推出mRNA序列，再根据mRNA序列推出DNA上的脱氧核苷酸序列。 (2)由(1)中所得脱氧核苷酸序列有多种，请说明理由。 提示　一种氨基酸可能有多个密码子，由此推测的mRNA中的核糖核苷酸序列以及由相应mRNA推测的DNA中的脱氧核苷酸序列都有多种。 (3)确定目的基因的碱基序列后，怎样合成或改造目的基因？ 提示　根据DNA的碱基序列或改造后的DNA碱基序列，利用四种脱氧核苷酸进行人工合成或定点改造。 核心归纳 基因工程与蛋白质工程的比较 核心归纳 3.(2024·杭州高二期中)下列关于蛋白质工程及其应用的叙述，正确的是 A.能定向改造蛋白质分子结构，使之更加符合人类需要 B.实质是通过改变氨基酸的结构改变蛋白质的功能 C.核心操作是DNA上的基因进行碱基对的替换、插入或缺失 D.蛋白质工程是完全摆脱基因工程技术的一项全新的生物工程技术 落实　思维方法 √ 蛋白质工程的实质是通过改变基因来改变蛋白质的结构和功能，B错误； 对基因上的碱基对进行替换、插入或缺失是基因突变，而蛋白质工程是以基因工程为基础的，核心操作是对基因的设计和改造，C错误； 蛋白质工程的实现离不开基因工程，D错误。 4.人们发现，蛛丝蛋白比蚕丝蛋白更细，但强度却更大，于是试图通过破解蛛丝蛋白的结构从而推出其基因结构，以指导对蚕丝蛋白基因的修改，从而让蚕也吐出像蛛丝一样坚韧的丝。此过程的名称和依据的原理分别是 A.基因突变：DNA→RNA→蛋白质 B.基因工程：RNA→RNA→蛋白质 C.基因工程：DNA→RNA→蛋白质 D.蛋白质工程：蛋白质→RNA→DNA→RNA→蛋白质 √ 根据题干信息可知，通过改造基因来实现对蛋白质的改造，属于蛋白质工程，该工程依据的原理是蛋白质→RNA→DNA→RNA→蛋白质，D符合题意。 网络构建 课时对点练 三 42 题组一　基因工程在医疗、制药方面的应用 1.基因治疗是指 A.对全身所有的细胞进行基因改造，以达到根治疾病的目的 B.把正常功能的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，使其表达而达到治 疗疾病的目的 C.运用人工诱变的方法，使有缺陷的基因突变回正常基因 D.运用基因工程技术，把有缺陷的基因切除，达到治疗疾病的目的 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 对点训练 2.RT－PCR是将RNA的逆转录(RT)和聚合酶链式反应(PCR)相结合的技术。该技术用于RNA病毒检测时，以下有关其检测反应体系的叙述，错误的是 A.该体系应含有逆转录酶 B.该体系应含有ATP和四种核苷酸 C.该体系冷却时，引物结合到互补DNA链上 D.阳性样本在该体系中可形成大量相关DNA序列 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 该体系应含有四种脱氧核苷三磷酸，不含ATP，B错误。 对点训练 3.(2024·杭州高二期中)动物生物反应器的研究和开发重点是动物乳腺反应器，可把人体相关基因导入哺乳动物的受精卵中，使生出的转基因动物长大后产生的乳汁中含有人类所需要的不同蛋白质。培育作为“生物反应器”的动物涉及的现代生物技术有 ①基因工程　②体外受精　③胚胎移植　④早期胚胎培养 A.①②③ B.②③④ C.①③④ D.①②③④ √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 对点训练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 培育作为“生物反应器”的动物需要的技术流程：首先将所需要的不同蛋白质的相关基因通过基因工程技术导入动物的受精卵中，该受精卵可通过体外受精获得，而后将转基因成功的受精卵经早期胚胎培养和胚胎移植，培育出能生产所需要的不同蛋白质的动物，D符合题意。 对点训练 4.如图是某单基因遗传病的系谱图(已确定该遗传病的致病基因不位于X、Y染色体的同源区段)，如表是对该家系中1～4号个体进行相关基因检测(先用某种限制酶切割样品DNA，再进行电泳)得到的电泳结果(电泳时，不同大小的DNA片段移动速率不同)。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 项目 a b c d 条带1         条带2         条带3         对点训练 已知编号a对应的样品来自图中4号个体，下列有关叙述错误的是 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 A.由题图可知，该病属于常染色体隐性遗传病 B.由题图、题表可知，致病基因内部存在相关限制酶的酶切位点 C.8号个体与该病基因携带者结婚生一个正常男孩的概率为5/6 D.3号个体基因检测的电泳结果是编号c的条带类型 √ 对点训练 设该遗传病由基因A、a控制，则4 号个体的基因型为aa，而其进行酶 切电泳得到的结果有两种条带，可 推测致病基因a内部存在相关限制 酶的酶切位点，可以将基因a酶切为两种大小的片段，B正确； 8号个体(1/3AA、2/3Aa)与该病基因携带者(Aa)结婚生一个正常男孩的概率为(1－2/3×1/4)×1/2＝5/12，C错误； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 对点训练 表中是1～4号个体基因检测的电泳结果，b和d结果相同，可知b和d分别对应基因型都是Aa的1号和2号个体，又知a对应的样品来自图中4号个体，所以3号个体基因检测的电泳结果是编号c的条带类型，D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 项目 a b c d 条带1         条带2         条带3         对点训练 题组二　基因工程其他应用 5.DNA指纹技术可以帮助人们确认亲子关系，这是因为 A.每个人的DNA大都相同 B.除了同卵双胞胎，每个人的DNA指纹图谱都是特有的 C.不同个体的相同组织中的DNA指纹图谱相同 D.DNA指纹技术是检测DNA分子的碱基种类 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 对点训练 6.下列有关基因工程在农牧业领域应用的叙述，错误的是 A.将来源于某些病毒、真菌等的抗病基因导入植物，可培育出转基因抗 病植物 B.将降解或抵抗某种除草剂的基因导入作物，可培育出转基因抗除草剂作物 C.将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因导入植物，可提高植物的营养价值 D.将基因工程生产的肠乳糖酶作为药物添加在牛奶中，可解决人的乳糖 不耐受问题 √ 肠乳糖酶属于蛋白质，口服会被胃蛋白酶消化分解而失效，D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 对点训练 题组三　蛋白质工程 7.(2024·衢州高二联考)科学家利用蛋白质工程研制出了赖脯胰岛素，与天然胰岛素相比，赖脯胰岛素经皮下注射后易吸收、起效快。以下相关叙述错误的是 A.代表蛋白质工程操作思路获取 赖脯胰岛素的过程是④⑤⑥①②③ B.该技术需在DNA分子水平上进行设计和改造 C.物质a和物质b分别代表多肽链和mRNA D.在基因表达过程中，物质a改变时物质b可能不变 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 物质a和物质b分别代表mRNA和多肽链，C错误。 对点训练 8.科学家为提高玉米中赖氨酸的含量，计划将天冬氨酸激酶的第352位的苏氨酸替换为异亮氨酸，将二氢吡啶二羧酸合成酶中第104位的天冬酰胺替换为异亮氨酸。下列叙述正确的是 A.直接改造上述两种蛋白质的空间结构 B.对指导上述两种酶蛋白合成的mRNA进行改造 C.利用诱变育种技术促使上述两种酶蛋白的基因突变 D.利用基因工程技术，对控制上述两种酶蛋白的基因进行改造 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 对点训练 蛋白质的功能与其高级结构密切相关，而蛋白质的高级结构又非常复杂，所以直接对蛋白质改造非常困难，且即使改造成功也不能遗传，A错误； 直接改造相应的mRNA，不一定能够表达产生所需要的蛋白质，且即使成功也不一定能遗传，B错误； 由于基因突变具有多方向性和稀有性，所以使用诱变育种的方法不易获得符合要求的基因，C错误； 基因工程可定向改造生物的遗传性状，所以可利用基因工程技术，对控制上述两种酶蛋白的基因进行改造，D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 对点训练 9.(2024·浙江舟山中学高二月考)研究发现，胰岛素进入血液循环后容易被降解，糖尿病患者需要反复注射胰岛素才能达到治疗效果。科研人员借助蛋白质工程改变了胰岛素中的某些氨基酸，提高了胰岛素在患者体内的稳定性，延长了其作用时间。下列有关叙述错误的是 A.蛋白质工程的实质是在DNA分子水平上进行设计和改造 B.氨基酸序列的差异是影响胰岛素在患者体内是否稳定的原因之一 C.改造胰岛素应首先从设计胰岛素基因中的脱氧核苷酸序列出发 D.蛋白质工程难度很大与蛋白质发挥功能必须依赖正确的高级结构有关 √ 胰岛素属于蛋白质，改造胰岛素应首先从预期的蛋白质功能出发，C错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 综合强化 10.胰高血糖素样肽－1(GLP－1)是小肠分泌的激素，具有促进胰岛素分泌、抑制胰高血糖素分泌的功能。内源性GLP－1在体内会很快被分解。通过蛋白质工程开发的GLP－1类似物可作为降血糖药使用。下列叙述正确的是 A.GLP－1的改造方向是易被GLP－1受体识别 B.先设计多肽的氨基酸序列，再设计基因的碱基序列 C.用限制性内切核酸酶从基因数据库中获取目的基因 D.将含目的基因的克隆载体导入生物反应器生产GLP－1类似物 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 综合强化 内源性GLP－1在体内会很快被分解，因此GLP－1的改造方向是不易被分解，即不易被其受体识别，A错误； 从基因数据库中获取目的基因不需要使用限制性内切核酸酶，C错误； 用生物反应器生产药物蛋白，需将含目的基因的表达载体导入生物受精卵中，D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 综合强化 11.阅读如下资料，判断下列相关叙述不合理的是 资料甲：科学家将牛生长激素基因导入小鼠受精卵中，得到了体型巨大的“超级小鼠”。 资料乙：T4溶菌酶在温度较高时易失去活性，科学家对编码T4溶菌酶的基因进行改造，使其表达的T4溶菌酶的第3位的异亮氨酸变为半胱氨酸，在该半胱氨酸与第97位的半胱氨酸之间形成了一个二硫键，提高了T4溶菌酶的耐热性。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 综合强化 A.甲属于基因工程，乙属于蛋白质工程 B.甲中将目的基因导入小鼠细胞中常用显微注射法 C.乙中通过对基因改造实现了对蛋白质的改造 D.从资料乙可看出，T4溶菌酶是一种直接利用氨基酸制造出来的新蛋 白质 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 综合强化 甲中“超级小鼠”的培育，与导入的牛生长激素基因有关，属于基因工程，乙中通过对编码T4溶菌酶的基因进行改造，导致组成T4溶菌酶的肽链中的氨基酸序列发生了改变，实现了对蛋白质的改造，这属于蛋白质工程，A、C不符合题意，D符合题意。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 综合强化 12.一对表型正常的夫妇，生了一个镰刀形贫血症(常染色体隐性遗传病)患儿。在他们欲生育第二胎时，发现妻子的双侧输卵管完全堵塞，不能完成体内受精。医生为该夫妇实施了体外受精和产前基因诊断，过程如图所示。请回答下列问题： (1)过程①是指在体外进行的__________处理，从而使精子与卵子结合形成受精卵；过程②称为__________。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 精子获能 胚胎移植 综合强化 精子与卵细胞结合前，要进行获能处理，早期胚胎移植到子宫的过程叫胚胎移植。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 综合强化 (2)在对胎儿进行产前基因诊断时，要先从羊水中的胎儿细胞提取物质③_______进行PCR扩增。然后用MstⅡ对扩增产物进行切割，产生多个片段的酶切产物。据此判断，MstⅡ是一种_______ _______________酶。 DNA 内切核酸(限制) 限制性 基因位于DNA上，所以要进行基因诊断就必须提取细胞的DNA，能切割DNA的酶叫限制性内切核酸酶(限制酶)。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 综合强化 (3)不同长度的酶切产物在电泳时移动的速率不同，形成不同的电泳条带。该家庭成员的镰刀形贫血症基因分析的电泳带谱如④，据此判断胎儿为_______(填“正常人”“患者”或“携带者”)。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 正常人 综合强化 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 父母是携带者，有两条电泳条带，其中一条与患儿相同，是含致病基因的条带，另一条是不含致病基因的条带，胎儿只有一条电泳条带，且不与患儿相同，是不含致病基因的条带，所以胎儿为正常人。 综合强化 13.(2024·衢州高二联考)神经生长因子(NGF)是一种在神经细胞生长、分化和再生过程中起着重要作用的蛋白质，对治疗青光眼、阿尔茨海默病等神经性疾病有着良好的效果。为大规模合成功能性人NGF，科学家制备了在唾液腺中特异、高效表达人NGF的转基因猪。回答下列问题： 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 综合强化 (1)获取目的基因：检索基因数据库，获取人NGF基因的序列，用_______ ____方法制备得到该基因。为使其在转基因猪的唾液腺中特异性表达，需在其上游加入___________________________序列。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 化学合 成 唾液腺特异性(专一性)启动子 综合强化 (2)扩增目的基因：将目的基因与含氨苄青霉素抗性基因和LacZ基因(其表达产物能催化无色的X－gal分解为半乳糖和蓝色物质)的克隆质粒连接，导入大肠杆菌中。转化的大肠杆菌在含有____________________的培养基中形成蓝色单菌落，可挑取并继续培养实现目的基因的菌体内扩增；也可设计特异性引物，在______________酶的作用下，通过 PCR 技术实现目的基因体外扩增。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 氨苄青霉素和 X－gal Taq DNA聚合 综合强化 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 氨苄青霉素抗性基因和LacZ基因为标记基因，目的是鉴别受体细胞中是否含有目的基因，以便筛选出含有目的基因的受体细胞。若大肠杆菌中已成功导入了克隆质粒，则其在含有氨苄青霉素和X－gal的培养基中形成蓝色菌落，可挑取并继续培养实现目的基因的菌体内扩增。 综合强化 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 目的基因合成后可在耐高温的Taq DNA聚合酶的作用下通过PCR技术大量扩增，该技术的原理是DNA半保留复制。 综合强化 (3)导入目的基因及筛选转基因细胞：将目的基因与表达质粒相连，构建如图 A 所示的载体，导入猪胚胎成纤维细胞，用含胎牛血清的完全培养液稀释、培养，当一个单细胞长至几十个细胞团时，添加适量________进行淘汰筛选，再选择都表达出绿色荧光蛋白的单克隆细胞团即转基因细胞。 新霉素 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 综合强化 (4)核移植：从猪的卵巢中获取卵母细胞，经体外培养成熟及去核后作为__________，再注入转基因的胚胎成纤维细胞，通过_______处理促进细胞融合，激活重组细胞的发育。重组细胞体外培养至早期胚胎，移植到代孕母体体内，直至转基因猪出生。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 受体细胞 电脉冲 综合强化 (5)筛选转基因动物：对原代转基因猪进行荧光观察，提取其尾部的基因组DNA，用限制性内切核酸酶EcoRⅤ进行酶切，产物经琼脂糖凝胶电泳，结果如图B所示，其中P为阳性对照，加入的是酶切的hNGF表达质粒样品；WT为阴性对照，加入的是酶切的____________________样品。结果表明第____组小猪是所需要的目标转基因猪。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 野生型猪基因组DNA 5 综合强化 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 如图B所示，P为阳性对照，加入的是酶切的hNGF表达质粒样品，WT为阴性对照，加入的是酶切的野生型猪基因组DNA，不含转入hNGF基因样品；从图示条带看出，只有第5组小猪有条带与P组阳性对照组相同，说明第5组小猪含有酶切的hNGF表达质粒，即为目标转基因猪。 综合强化 (6)检测目的基因的表达：采集目标转基因猪的唾液，用______________方法测定是否含有人NGF蛋白质，分离纯化后的人NGF蛋白可应用于临床治疗。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 抗原－抗体杂交 综合强化 (7)利用生物反应器生产人类所需要的蛋白质类药物，具有非常广阔的应用前景。转基因大肠杆菌表达的人NGF蛋白稳定性和生物活性较低，可通过___________ 在基因水平上实现对蛋白质中氨基酸序列的改造，来提高稳定性和生物活性。与乳腺生物反应器相比，利用唾液腺生产蛋白质类药物的优点：______________ ____________________________________________________________________。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 蛋白质工程 可生产；雌性和雄性都可生产；唾液腺产生的蛋白质种类少，便于分离纯化 整个生命周期都 综合强化 第四章 基因工程 <<< $$ 第二节　基因工程及其延伸技术应用广泛 [学习目标]　1.举例说明基因工程和蛋白质工程改善了人类的生活品质。2.概述蛋白质工程的原理。 一、基因工程改善了人类的生活品质 1．应用基因工程技术诊断、治疗、研究疾病 (1)基因诊断(运用核酸分子杂交、PCR等技术) (2)基因治疗(向患者体内导入正常基因) (3)基因工程药物(利用转基因生物生产) (4)转基因动物可为研究疾病机理提供模型 2．应用基因工程技术进行法医鉴定 3．应用基因工程可培育具有优良性状的农牧业品种 方面 应用 成果举例 植物 转基因抗虫植物 将苏云金芽孢杆菌Bt毒蛋白基因转入棉花，培育出抗虫棉 转基因抗寒植物 将鱼的抗冻蛋白基因导入番茄中提高其抗寒能力 转基因抗除草剂植物 将抗除草剂草甘膦的基因转到烟草、番茄、马铃薯等植物中，以便在喷洒草甘膦时杀死田间杂草而不损伤作物 改良植物的品质 向番茄中导入相关基因，阻碍与乙烯生成相关的酶的合成，获得的转基因番茄的乙烯含量远远低于普通番茄，延长了保存期 动物 提高畜产品产量 将来自大肠杆菌中编码丝氨酸转乙酰酶和乙酰丝氨酸硫氢化酶的基因转入羊中，提高羊毛产量 改善畜产品的品质 将乳糖酶基因转入奶牛，使奶牛分泌的乳汁中乳糖含量降低 4.基因工程可用于保护生态环境 判断正误 (1)核酸分子杂交、PCR技术可用来检测遗传病患者携带的致病基因(　　) (2)运用PCR技术可以检测某人是否感染某种病原体(　　) (3)利用哺乳动物的乳腺作生物反应器生产药物，需将药物蛋白基因导入动物的乳腺细胞(　　) (4)DNA指纹可用于指证犯罪嫌疑人和亲子鉴定(　　) 答案　(1)√　(2)√　(3)×　(4)√ 提示　(3)利用哺乳动物的乳腺作生物反应器生产药物，需将药物蛋白基因导入动物的受精卵。 任务一：运用核酸分子杂交、PCR技术进行基因诊断的原理 镰刀形贫血症是一种单基因遗传病，是由正常的血红蛋白基因(HbA)突变为镰刀形贫血症基因(Hbs)引起的。在非洲地区黑人中有4%的人是该病患者，会在成年之前死亡，有32%的人是携带者，不发病但血液中有部分红细胞是镰刀状。 (1)某表型正常的非洲裔夫妇，他们的孩子尚未出生，从羊水中收集少量胎儿的细胞，提取出DNA，用什么技术判断胎儿是否携带Hbs? 提示　用PCR技术或核酸分子杂交技术。 (2)如图甲是正常人和患者血红蛋白基因的部分片段，若用Mst Ⅱ 限制酶切割图中正常的血红蛋白基因和镰刀形贫血症基因，则酶切后分别产生几个DNA片段？ 提示　正常的血红蛋白基因酶切后产生4个DNA片段，镰刀形贫血症基因酶切后产生3个DNA片段。 (3)若用MstⅡ限制酶切割胎儿的DNA后，用琼脂糖凝胶电泳分离酶切片段，片段越大，在凝胶带上距离加样孔越近。得到图乙所示的三种结果。若出现哪种结果，则说明胎儿患病？若出现哪种结果，则说明胎儿是携带者？ 提示　出现C结果说明胎儿患病；出现B结果说明胎儿是携带者。 任务二：RT－PCR技术诊断是否感染某RNA病毒的原理 用于核酸检测的RT－PCR试剂盒的部分工作原理简图如图所示。回答下列问题： (1)RT－PCR是指以病毒的RNA为模板通过逆转录合成cDNA，并对cDNA进行PCR扩增的过程。进行RT－PCR过程中，需要加入的酶有哪些？ 提示　逆转录酶和Taq DNA聚合酶。 (2)利用RT－PCR试剂盒对某病毒进行检测时，除借助上述RT－PCR技术外，还需要有特异性的探针。制作该探针的依据是什么？ 提示　该病毒的(核糖)核苷酸序列。 1．基因诊断的过程 2．RT－PCR技术检测是否感染RNA病毒的过程 1．地中海贫血症是一种遗传性溶血性贫血症。有一对表型正常的夫妇，他们以前生育过β地中海贫血症儿子，该患儿的β-珠蛋白结构异常，在一岁时死去。现在妻子又怀孕了，于是进行了产前诊断，诊断时用限制酶PstⅠ酶切后电泳结果如图1所示，图2为β-珠蛋白基因及其侧翼序列的PstⅠ酶切位点(不考虑X、Y染色体同源区段)。下列叙述错误的是(　　) A．该遗传病的遗传方式属于常染色体隐性遗传，且人群中男女的发病率相等 B．孕妇体内的胎儿虽含有致病基因，但生下来未必患该病 C．正常的β-珠蛋白基因长度为4.4 kb，突变后的致病基因长度为3.7 kb D．β-珠蛋白基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物的性状 答案　C 解析　由题意和图示可知，该遗传病属于常染色体隐性遗传病，在人群中男女的发病率相等，A正确；由电泳结果可知，待测胎儿同时含有致病基因和正常基因，故胎儿为杂合子，表型正常，生下来并不会患该病，B正确；由题图可知，限制酶Pst Ⅰ的两个酶切位点之间的长度分别是4.4 kb和3.7 kb，正常的β-珠蛋白基因和突变后的致病基因位于酶切位点的内部，因此两个基因的长度分别小于4.4 kb和3.7 kb，C错误；由“该患儿的β-珠蛋白结构异常”可知，β-珠蛋白基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物的性状，D正确。 2．(2024·台州高二期中)目前临床上诊断冠状病毒感染疑似患者的常用方法是先进行咽拭子取样，再用实时荧光RT－PCR检测。如图为RT－PCR技术的原理，数字①～③为相关步骤。在PCR过程中探针和引物一起与模板结合，探针两侧分别带有荧光基团和淬灭基团(抑制荧光发出)，当酶催化子链延伸至探针处时会水解探针，导致荧光基团与淬灭基团分离而发出荧光。下列叙述错误的是(　　) A．若检测结果有强烈荧光信号发出，说明被检测者可能感染了该病毒 B．最终检测的荧光强度与起始时反应管内样本DNA的含量呈正相关 C．荧光基因连接在DNA探针的3′端，探针可以由冠状病毒的RNA特定序列逆转录获得 D．该反应体系中虽未加入ATP，但新链的合成还是需要消耗能量的 答案　B 解析　由“酶催化子链延伸至探针处时会水解探针，导致荧光基团与淬灭基团分离而发出荧光”可知，若检测结果有强烈荧光信号发出，说明被检测者可能感染了该病毒，A正确；经咽拭子采样含有的是病毒的RNA，故最终检测的荧光强度与起始时反应管内样本RNA的含量呈正相关，B错误；Taq DNA聚合酶从引物的3′端进行子链的延伸，结合题图中子链延伸的方向以及引物的结合情况可知，荧光基因连接在DNA探针的3′端，探针可以由冠状病毒的RNA特定序列逆转录获得，C正确；该反应体系中加入的物质是dNTP，dNTP在水解的过程中既能提供能量又能提供原料，D正确。 二、蛋白质工程是基因工程的延伸和以测序为基础建立的基因数据库是人类共有的财富 1．蛋白质工程是基因工程的延伸 2．基因数据库 (1)测序技术的发展使得人类获得了海量的生物数据。为了能够有效地储存并解读这些数据，多个国家和机构建立了庞大的生物信息数据库。 (2)科学家可以通过比对核酸或蛋白质的序列重新审视生命进化的历程。 判断正误 (1)改变蛋白质中氨基酸序列可改变蛋白质的结构(　　) (2)蛋白质工程对蛋白质分子直接进行操作，定向改变蛋白质的空间结构(　　) (3)蛋白质工程获得特定功能的蛋白质过程不遵循“中心法则”(　　) 答案　(1)√　(2)×　(3)× 提示　(2)蛋白质工程对基因直接进行操作，定向改变蛋白质的空间结构。(3)蛋白质工程获得特定功能的蛋白质过程遵循“中心法则”。 任务三：蛋白质工程的基本原理 1．基因工程的局限性有哪些？ 提示　(1)基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质，合成的蛋白质往往不能很好地行使功能。(2)天然蛋白质无法满足人类生产和生活的需要。 2．对天然的蛋白质进行改造，你认为应该直接对蛋白质分子进行操作，还是通过对基因的操作来实现？原因是什么？ 提示　通过对基因的操作来实现。原因如下：(1)基因决定蛋白质的合成，改造基因即为改造蛋白质。(2)改造基因可以遗传，改造蛋白质无法遗传。(3)改造基因比改造蛋白质更容易操作。 3．某多肽链的一段氨基酸序列是“……—丙氨酸—色氨酸—赖氨酸—甲硫氨酸—苯丙氨酸—……”。 (1)怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸序列？ 提示　根据氨基酸序列逆推出mRNA序列，再根据mRNA序列推出DNA上的脱氧核苷酸序列。 (2)由(1)中所得脱氧核苷酸序列有多种，请说明理由。 提示　一种氨基酸可能有多个密码子，由此推测的mRNA中的核糖核苷酸序列以及由相应mRNA推测的DNA中的脱氧核苷酸序列都有多种。 (3)确定目的基因的碱基序列后，怎样合成或改造目的基因？ 提示　根据DNA的碱基序列或改造后的DNA碱基序列，利用四种脱氧核苷酸进行人工合成或定点改造。 　基因工程与蛋白质工程的比较 3．(2024·杭州高二期中)下列关于蛋白质工程及其应用的叙述，正确的是(　　) A．能定向改造蛋白质分子结构，使之更加符合人类需要 B．实质是通过改变氨基酸的结构改变蛋白质的功能 C．核心操作是DNA上的基因进行碱基对的替换、插入或缺失 D．蛋白质工程是完全摆脱基因工程技术的一项全新的生物工程技术 答案　A 解析　蛋白质工程的实质是通过改变基因来改变蛋白质的结构和功能，B错误；对基因上的碱基对进行替换、插入或缺失是基因突变，而蛋白质工程是以基因工程为基础的，核心操作是对基因的设计和改造，C错误；蛋白质工程的实现离不开基因工程，D错误。 4．人们发现，蛛丝蛋白比蚕丝蛋白更细，但强度却更大，于是试图通过破解蛛丝蛋白的结构从而推出其基因结构，以指导对蚕丝蛋白基因的修改，从而让蚕也吐出像蛛丝一样坚韧的丝。此过程的名称和依据的原理分别是(　　) A．基因突变：DNA→RNA→蛋白质 B．基因工程：RNA→RNA→蛋白质 C．基因工程：DNA→RNA→蛋白质 D．蛋白质工程：蛋白质→RNA→DNA→RNA→蛋白质 答案　D 解析　根据题干信息可知，通过改造基因来实现对蛋白质的改造，属于蛋白质工程，该工程依据的原理是蛋白质→RNA→DNA→RNA→蛋白质，D符合题意。 课时对点练　[分值：100分] 第1～3题，每题5分；第4～11题，每题6分，共63分。 题组一　基因工程在医疗、制药方面的应用 1．基因治疗是指(　　) A．对全身所有的细胞进行基因改造，以达到根治疾病的目的 B．把正常功能的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，使其表达而达到治疗疾病的目的 C．运用人工诱变的方法，使有缺陷的基因突变回正常基因 D．运用基因工程技术，把有缺陷的基因切除，达到治疗疾病的目的 答案　B 2．RT－PCR是将RNA的逆转录(RT)和聚合酶链式反应(PCR)相结合的技术。该技术用于RNA病毒检测时，以下有关其检测反应体系的叙述，错误的是(　　) A．该体系应含有逆转录酶 B．该体系应含有ATP和四种核苷酸 C．该体系冷却时，引物结合到互补DNA链上 D．阳性样本在该体系中可形成大量相关DNA序列 答案　B 解析　该体系应含有四种脱氧核苷三磷酸，不含ATP，B错误。 3．(2024·杭州高二期中)动物生物反应器的研究和开发重点是动物乳腺反应器，可把人体相关基因导入哺乳动物的受精卵中，使生出的转基因动物长大后产生的乳汁中含有人类所需要的不同蛋白质。培育作为“生物反应器”的动物涉及的现代生物技术有(　　) ①基因工程　②体外受精　③胚胎移植　④早期胚胎培养 A．①②③ B．②③④ C．①③④ D．①②③④ 答案　D 解析　培育作为“生物反应器”的动物需要的技术流程：首先将所需要的不同蛋白质的相关基因通过基因工程技术导入动物的受精卵中，该受精卵可通过体外受精获得，而后将转基因成功的受精卵经早期胚胎培养和胚胎移植，培育出能生产所需要的不同蛋白质的动物，D符合题意。 4．如图是某单基因遗传病的系谱图(已确定该遗传病的致病基因不位于X、Y染色体的同源区段)，如表是对该家系中1～4号个体进行相关基因检测(先用某种限制酶切割样品DNA，再进行电泳)得到的电泳结果(电泳时，不同大小的DNA片段移动速率不同)。已知编号a对应的样品来自图中4号个体，下列有关叙述错误的是(　　) 项目 a b c d 条带1 条带2 条带3 A.由题图可知，该病属于常染色体隐性遗传病 B．由题图、题表可知，致病基因内部存在相关限制酶的酶切位点 C．8号个体与该病基因携带者结婚生一个正常男孩的概率为5/6 D．3号个体基因检测的电泳结果是编号c的条带类型 答案　C 解析　设该遗传病由基因A、a控制，则4号个体的基因型为aa，而其进行酶切电泳得到的结果有两种条带，可推测致病基因a内部存在相关限制酶的酶切位点，可以将基因a酶切为两种大小的片段，B正确；8号个体(1/3AA、2/3Aa)与该病基因携带者(Aa)结婚生一个正常男孩的概率为(1－2/3×1/4)×1/2＝5/12，C错误；表中是1～4号个体基因检测的电泳结果，b和d结果相同，可知b和d分别对应基因型都是Aa的1号和2号个体，又知a对应的样品来自图中4号个体，所以3号个体基因检测的电泳结果是编号c的条带类型，D正确。 题组二　基因工程其他应用 5．DNA指纹技术可以帮助人们确认亲子关系，这是因为(　　) A．每个人的DNA大都相同 B．除了同卵双胞胎，每个人的DNA指纹图谱都是特有的 C．不同个体的相同组织中的DNA指纹图谱相同 D．DNA指纹技术是检测DNA分子的碱基种类 答案　B 6．下列有关基因工程在农牧业领域应用的叙述，错误的是(　　) A．将来源于某些病毒、真菌等的抗病基因导入植物，可培育出转基因抗病植物 B．将降解或抵抗某种除草剂的基因导入作物，可培育出转基因抗除草剂作物 C．将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因导入植物，可提高植物的营养价值 D．将基因工程生产的肠乳糖酶作为药物添加在牛奶中，可解决人的乳糖不耐受问题 答案　D 解析　肠乳糖酶属于蛋白质，口服会被胃蛋白酶消化分解而失效，D错误。 题组三　蛋白质工程 7．(2024·衢州高二联考)科学家利用蛋白质工程研制出了赖脯胰岛素，与天然胰岛素相比，赖脯胰岛素经皮下注射后易吸收、起效快。以下相关叙述错误的是(　　) A．代表蛋白质工程操作思路获取赖脯胰岛素的过程是④⑤⑥①②③ B．该技术需在DNA分子水平上进行设计和改造 C．物质a和物质b分别代表多肽链和mRNA D．在基因表达过程中，物质a改变时物质b可能不变 答案　C 解析　物质a和物质b分别代表mRNA和多肽链，C错误。 8．科学家为提高玉米中赖氨酸的含量，计划将天冬氨酸激酶的第352位的苏氨酸替换为异亮氨酸，将二氢吡啶二羧酸合成酶中第104位的天冬酰胺替换为异亮氨酸。下列叙述正确的是(　　) A．直接改造上述两种蛋白质的空间结构 B．对指导上述两种酶蛋白合成的mRNA进行改造 C．利用诱变育种技术促使上述两种酶蛋白的基因突变 D．利用基因工程技术，对控制上述两种酶蛋白的基因进行改造 答案　D 解析　蛋白质的功能与其高级结构密切相关，而蛋白质的高级结构又非常复杂，所以直接对蛋白质改造非常困难，且即使改造成功也不能遗传，A错误； 直接改造相应的mRNA，不一定能够表达产生所需要的蛋白质，且即使成功也不一定能遗传，B错误；由于基因突变具有多方向性和稀有性，所以使用诱变育种的方法不易获得符合要求的基因，C错误；基因工程可定向改造生物的遗传性状，所以可利用基因工程技术，对控制上述两种酶蛋白的基因进行改造，D正确。 9．(2024·浙江舟山中学高二月考)研究发现，胰岛素进入血液循环后容易被降解，糖尿病患者需要反复注射胰岛素才能达到治疗效果。科研人员借助蛋白质工程改变了胰岛素中的某些氨基酸，提高了胰岛素在患者体内的稳定性，延长了其作用时间。下列有关叙述错误的是(　　) A．蛋白质工程的实质是在DNA分子水平上进行设计和改造 B．氨基酸序列的差异是影响胰岛素在患者体内是否稳定的原因之一 C．改造胰岛素应首先从设计胰岛素基因中的脱氧核苷酸序列出发 D．蛋白质工程难度很大与蛋白质发挥功能必须依赖正确的高级结构有关 答案　C 解析　胰岛素属于蛋白质，改造胰岛素应首先从预期的蛋白质功能出发，C错误。 10．胰高血糖素样肽－1(GLP－1)是小肠分泌的激素，具有促进胰岛素分泌、抑制胰高血糖素分泌的功能。内源性GLP－1在体内会很快被分解。通过蛋白质工程开发的GLP－1类似物可作为降血糖药使用。下列叙述正确的是(　　) A．GLP－1的改造方向是易被GLP－1受体识别 B．先设计多肽的氨基酸序列，再设计基因的碱基序列 C．用限制性内切核酸酶从基因数据库中获取目的基因 D．将含目的基因的克隆载体导入生物反应器生产GLP－1类似物 答案　B 解析　内源性GLP－1在体内会很快被分解，因此GLP－1的改造方向是不易被分解，即不易被其受体识别，A错误；从基因数据库中获取目的基因不需要使用限制性内切核酸酶，C错误；用生物反应器生产药物蛋白，需将含目的基因的表达载体导入生物受精卵中，D错误。 11．阅读如下资料，判断下列相关叙述不合理的是(　　) 资料甲：科学家将牛生长激素基因导入小鼠受精卵中，得到了体型巨大的“超级小鼠”。 资料乙：T4溶菌酶在温度较高时易失去活性，科学家对编码T4溶菌酶的基因进行改造，使其表达的T4溶菌酶的第3位的异亮氨酸变为半胱氨酸，在该半胱氨酸与第97位的半胱氨酸之间形成了一个二硫键，提高了T4溶菌酶的耐热性。 A．甲属于基因工程，乙属于蛋白质工程 B．甲中将目的基因导入小鼠细胞中常用显微注射法 C．乙中通过对基因改造实现了对蛋白质的改造 D．从资料乙可看出，T4溶菌酶是一种直接利用氨基酸制造出来的新蛋白质 答案　D 解析　甲中“超级小鼠”的培育，与导入的牛生长激素基因有关，属于基因工程，乙中通过对编码T4溶菌酶的基因进行改造，导致组成T4溶菌酶的肽链中的氨基酸序列发生了改变，实现了对蛋白质的改造，这属于蛋白质工程，A、C不符合题意，D符合题意。 12．(每空3分，共15分)一对表型正常的夫妇，生了一个镰刀形贫血症(常染色体隐性遗传病)患儿。在他们欲生育第二胎时，发现妻子的双侧输卵管完全堵塞，不能完成体内受精。医生为该夫妇实施了体外受精和产前基因诊断，过程如图所示。请回答下列问题： (1)过程①是指在体外进行的__________处理，从而使精子与卵子结合形成受精卵；过程②称为______________。 (2)在对胎儿进行产前基因诊断时，要先从羊水中的胎儿细胞提取物质③__________进行PCR扩增。然后用MstⅡ对扩增产物进行切割，产生多个片段的酶切产物。据此判断，MstⅡ是一种________________________酶。 (3)不同长度的酶切产物在电泳时移动的速率不同，形成不同的电泳条带。该家庭成员的镰刀形贫血症基因分析的电泳带谱如④，据此判断胎儿为 ________(填“正常人”“患者”或“携带者”)。 答案　(1)精子获能　胚胎移植　(2)DNA　限制性内切核酸(限制)　(3)正常人 解析　(1)精子与卵细胞结合前，要进行获能处理，早期胚胎移植到子宫的过程叫胚胎移植。(2)基因位于DNA上，所以要进行基因诊断就必须提取细胞的DNA，能切割DNA的酶叫限制性内切核酸酶(限制酶)。(3)父母是携带者，有两条电泳条带，其中一条与患儿相同，是含致病基因的条带，另一条是不含致病基因的条带，胎儿只有一条电泳条带，且不与患儿相同，是不含致病基因的条带，所以胎儿为正常人。 13．(22分)(2024·衢州高二联考)神经生长因子(NGF)是一种在神经细胞生长、分化和再生过程中起着重要作用的蛋白质，对治疗青光眼、阿尔茨海默病等神经性疾病有着良好的效果。为大规模合成功能性人NGF，科学家制备了在唾液腺中特异、高效表达人NGF的转基因猪。回答下列问题： (1)获取目的基因：检索基因数据库，获取人NGF基因的序列，用______________方法制备得到该基因。为使其在转基因猪的唾液腺中特异性表达，需在其上游加入________________序列。 (2)扩增目的基因：将目的基因与含氨苄青霉素抗性基因和LacZ基因(其表达产物能催化无色的X－gal分解为半乳糖和蓝色物质)的克隆质粒连接，导入大肠杆菌中。转化的大肠杆菌在含有______________________________的培养基中形成蓝色单菌落，可挑取并继续培养实现目的基因的菌体内扩增；也可设计特异性引物，在____________________________酶的作用下，通过 PCR 技术实现目的基因体外扩增。 (3)导入目的基因及筛选转基因细胞：将目的基因与表达质粒相连，构建如图 A 所示的载体，导入猪胚胎成纤维细胞，用含胎牛血清的完全培养液稀释、培养，当一个单细胞长至几十个细胞团时，添加适量____________进行淘汰筛选，再选择都表达出绿色荧光蛋白的单克隆细胞团即转基因细胞。 (4)核移植：从猪的卵巢中获取卵母细胞，经体外培养成熟及去核后作为____________，再注入转基因的胚胎成纤维细胞，通过__________________处理促进细胞融合，激活重组细胞的发育。重组细胞体外培养至早期胚胎，移植到代孕母体体内，直至转基因猪出生。 (5)筛选转基因动物：对原代转基因猪进行荧光观察，提取其尾部的基因组DNA，用限制性内切核酸酶EcoRⅤ进行酶切，产物经琼脂糖凝胶电泳，结果如图B所示，其中P为阳性对照，加入的是酶切的hNGF表达质粒样品；WT为阴性对照，加入的是酶切的_______________样品。结果表明第________组小猪是所需要的目标转基因猪。 (6)(1分)检测目的基因的表达：采集目标转基因猪的唾液，用______________________方法测定是否含有人NGF蛋白质，分离纯化后的人NGF蛋白可应用于临床治疗。 (7)(3分)利用生物反应器生产人类所需要的蛋白质类药物，具有非常广阔的应用前景。转基因大肠杆菌表达的人NGF蛋白稳定性和生物活性较低，可通过____________________在基因水平上实现对蛋白质中氨基酸序列的改造，来提高稳定性和生物活性。与乳腺生物反应器相比，利用唾液腺生产蛋白质类药物的优点：______________________________________。 答案　(1)化学合成　唾液腺特异性(专一性)启动子　(2)氨苄青霉素和 X－gal　Taq DNA聚合　(3)新霉素　(4)受体细胞　电脉冲　(5)野生型猪基因组DNA　5　(6)抗原－抗体杂交　(7)蛋白质工程　整个生命周期都可生产；雌性和雄性都可生产；唾液腺产生的蛋白质种类少，便于分离纯化 解析　(2)氨苄青霉素抗性基因和LacZ基因为标记基因，目的是鉴别受体细胞中是否含有目的基因，以便筛选出含有目的基因的受体细胞。若大肠杆菌中已成功导入了克隆质粒，则其在含有氨苄青霉素和X－gal的培养基中形成蓝色菌落，可挑取并继续培养实现目的基因的菌体内扩增。目的基因合成后可在耐高温的Taq DNA聚合酶的作用下通过PCR技术大量扩增，该技术的原理是DNA半保留复制。(5)如图B所示，P为阳性对照，加入的是酶切的hNGF表达质粒样品，WT为阴性对照，加入的是酶切的野生型猪基因组DNA，不含转入hNGF基因样品；从图示条带看出，只有第5组小猪有条带与P组阳性对照组相同，说明第5组小猪含有酶切的hNGF表达质粒，即为目标转基因猪。 学科网（北京）股份有限公司 $$