第六章 从杂交育种到基因工程 第2讲 基因工程及其应用

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2．(2009·天津模拟)基因敲除是利用基因同源重组(又称基因 打靶)的原理，把外源片段整合到活体细胞DNA的同源序列中， 使某个基因被取代或破坏而失活，由于同源重组具有高度特异 性和方向性，外源片段也具有可操作性，故该技术可使细胞的 基因定点和定量改变。美国科学家马里奥·卡佩基、奥利 弗·史密斯和英国科学家马丁·埃文斯因在干细胞研究方面， 尤其是“基因靶向敲除”技术的发明方面所作的贡献而荣获 2007年度诺贝尔生理学或医学奖。 根据以上材料，结合所学知识，推测下列哪项与生物学事实不 相符( ) A．基因敲除技术是在DNA水平对细胞遗传信息进行改造的技术 B．基因敲除技术可使细胞的基因定点改变的原理是基因突变 C．外源片段与活体细胞DNA的同源序列的碱基对越相似，基因 敲除的成功率就越高 D．基因敲除技术将来有可能用于癌症的治疗 解析：基因敲除技术用到的是基因重组原理。 答案：B
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切割方式举例如下(其识别的碱基序列为GAATTC)：
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2．运载体 在基因工程操作中使用运载体的目的有两个：一是用它作 为运载工具，将目的基因转移到宿主细胞中去；二是利用 它在宿主细胞内对目的基因进行大量的复制(称为克隆)。 现在所用的运载体主要有两类：一类是细菌、酵母菌等的 质粒，它是一种相对分子质量较小、独立于细菌核区之外 的环状DNA，有的细菌中有一个，有的细菌中有多个，质粒 能通过细菌间的接合由一个细菌向另一个细菌转移，可以 独立复制，也可以整合到细菌DNA中，随细菌DNA的复制而 复制；另一类是噬菌体或某些动植物病毒等。现在人们还 在不断地寻找新的运载体，如叶绿体或线粒体DNA等也有可 能成为运载体。
答案：(1)限制酶(或限制性核酸内切酶) 运载体(或质粒) (2)29 (3)基因突变、基因重组、染色体变异 (4)①组合一：BbDd (或BbDd×BbDd) 组合二：Bbdd、 bbdd(或Bbdd×bbdd) 组合三：BbDD、BbDd、Bbdd (或 BbDD×BbDD、BbDd×BbDD、BbDD×Bbdd) ②8/9
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典例精析2 (2010·聊城质检)2007年我国科学家率先完成 了家蚕基因组精细图谱的绘制，将13000多个基因定位于家 蚕染色体DNA上。请回答相关问题： (1)在家蚕的基因工程实验中，分离基因的做法包括用 ____________________________对DNA进行切割，然后将DNA 片段与______________________结合成重组DNA，并将重组 DNA转入大肠杆菌进行扩增等。 (2)家蚕的体细胞共有56条染色体，对家蚕基因组进行分析 (参照人类基因组计划要求)，应测定家蚕____________条双 链DNA分子的核苷酸序列。 (3)为了提高蚕丝的产量和品质，可以通过使家蚕遗传物质 改变引起变异和进一步的选育来完成，这些变异的来源有： ________________________________。
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考点访谈 二、获取目的基因的几种方法比较及基因工程 技术的应用 1．方法比较
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A．目的基因和质粒均用限制酶Ⅱ切割 B．目的基因和质粒用限制酶Ⅰ切割 C．质粒用限制酶Ⅱ切割，目的基因用限制酶Ⅰ切割 D．质粒用限制酶Ⅰ切割，目的基因用限制酶Ⅱ切割 解析：如果用限制酶Ⅱ切割质粒，则会把两种标记基因破坏。 答案：D
变式演练1 (2010·天津调研)将萤火虫的荧光素基因转入 烟草植物细胞并整合到其DNA中，获得了高水平的表达。以 下说法正确的有( ) ①萤火虫与烟草植物的DNA结构基本相同 ②萤火虫与烟草 植物共用一套遗传密码子 ③烟草植物体内合成了荧光素 ④萤火虫和烟草植物合成蛋白质的方式基本相同 A．①③ B．②③ C．①④ D．①②③④ 解析：不同生物体的DNA能进行重组是因为不同生物体的DNA 具有相同的、规则的双螺旋结构。基因在表达过程中，生物 体共用一套遗传密码子，因而表达的产物在受体细胞中不会 发生改变。 答案：D
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(4)在家蚕遗传中，黑色(B)与淡赤色(b)是有关蚁蚕(刚孵 化的蚕)体色的相对性状，黄茧(D)与白茧(d)是有关茧色的 相对性状，假设这两对性状自由组合，杂交后得到的子代数 量比如下表：
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①请写出各组合中亲本可能的基因型： 组合一：____________________________________； 组合二：____________________________________； 组合三：____________________________________。 ②让组合一杂交子代中的黑蚁白茧类型自由交配，其后代中 黑蚁白茧的概率是__________。
(3)人工合成胶原蛋白基因的方法主要有两条途径：①是 __________________________________________________； ②是________________________________________________。 (4)科学家在蚕丝中寻找胶原蛋白的过程属于基因操作基本 步骤中的________。 A．提取目的基因 B．目的基因与运载体结合 C．将目的基因导入受体细胞 D．目的基因的检测与鉴定 (5)上述基因重组技术是在____________领域中的应用。在 此领域中基因工程还可应用于______________________。
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考点访谈 一、基因工程的工具 1．限制性核酸内切酶 生物体内有一类酶，它们能将外源DNA切断，即能够限制异源 DNA的侵入并使之失去活力，但对自己的DNA却无损害作用， 这样可以保护细胞原有的遗传信息的稳定性。由于这种切割 作用是在DNA分子内部特定的位点进行的，故名限制性核酸内 切酶(简称限制酶)。限制酶是基因工程中最常用的切割工具。 科学家已从原核生物中分离出了多种限制酶，其中一类可以 识别特定的核苷酸序列，只在DNA的特定序列上进行切割，而 且在切割部位，一条链正向读的碱基顺序与另一条链反向读 的顺序完全一致，它们之间正好能互补配对，这样的切口叫 做黏性末端(如下图所示)，这类限制酶最常被使用。
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2.应用 (1)转基因生物 ①培育转基因动物时，受体细胞一般选用受精卵。 ②培育转基因植物时，受体细胞可选用受精卵或体细胞。若 受体细胞是体细胞，再将含目的基因的体细胞进行组织培养， 即可获得转基因植株，如抗虫棉等。 (2)转基因药物 自从美国1977年第一次用改造的大肠杆菌生产出有活性的人 的生长激素释放抑制素以来，现已研制成功的基因工程药物 有几十种，如已上市的人的生长激素、胰岛素、干扰素等。 (3)基因治疗 基因治疗是指通过基因转移技术将健康外源基因插入到病人 适当的有基因缺陷的受体细胞中，使外源基因控制合成的产 物能治疗某种疾病。1990年，美国国立卫生研究院的一个研 究小组对一个四岁的患腺苷脱氨酶(ADA)缺乏症的女孩进行 基因治疗。他们将正常ADA基因利用反转录病毒为运载体导 入女孩淋巴细胞内，体外培养后回输入她体内，实验获得圆 满成功。这是人类历史上第一个成功的基因治疗临床实验。
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3．基因操作的基本步骤 (1)提取⑥目的基因。 (2)目的基因与⑦运载体结合。 (3)将目的基因导入⑧受体细胞。 (4)目的基因的⑨检测与鉴定。 二、基因工程的应用 1．作物育种：利用基因工程的方法，获得高产、稳产和具有 优良品质的农作物；培育出具有各种抗逆性的作物新品种，如 抗虫棉。 2．药物研制：利用基因工程技术，培育转基因生物，利用转 基因生物生产出各种高质量、低成本的药物，如胰岛素、干扰 素、乙肝疫苗等。 3．环境保护：如利用转基因细菌降解有毒有害的化合物，⑪ 吸收环境中的重金属，⑫分解泄漏的石油，处理⑬工业废水等。 三、转基因生物和转基因食品的安全性 2001年5月，国务院公布了《农业转基因生物安全管理条例》， 对农业转基因生物的研究和试验、生产和加工、经营和进出口 等作了具体规定。
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典例精析1 (2009·烟台模拟)基因工程中，须使用特定的 限制酶切割目的基因和质粒，便于重组和筛选。已知限制酶 Ⅰ的识别序列和切点是—G↓GATCC—，限制酶Ⅱ的识别 序列和切点是—↓GATC—。根据图示判断下列操作正确的是 ( )
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答案：(1)(有遗传效应的)DNA片段 (2)结构相同，都是双 螺旋结构，基本组成单位都是脱氧核苷酸 (3)①以目的基 因转录成的信使RNA为模板逆转录出单链DNA，再复制出双链 DNA ②从已知的蛋白质的氨基酸序列，推出相应的信使RNA 的核苷酸序列，再推出其相应基因的脱氧核苷酸序列，然后 通过化学方法合成目的基因 (4)D (5)医药卫生 基因治疗等
第六章
从杂交育种到基因工程
第2讲
基因工程及其应用
课前自习 课堂导学 课后提升
一、基因工程的基本内容 1．定义：又叫基因拼接或①DNA重组技术，通俗地说，按 照人们的意愿，把一种生物的个别基因复制出来，加以修 饰改造，然后放到另一种生物的细胞里，②定向地改造生 物的遗传性状。 2．基因操作的工具
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3．(2009·广东模拟)科学家将控制某药物蛋白合成的基因 转移到白色来亨鸡胚胎细胞的DNA中，发育成的母鸡就能产 出含该药物蛋白的鸡蛋，在每一只鸡蛋的蛋清中都含有大量 的药物蛋白，而且用这些鸡蛋孵出的鸡，仍能产出含该药物 蛋白的鸡蛋。据此分析，下列说法错误的是( ) A．这些鸡是基因工程的产物 B．这种变异属于可遗传的变异 C．在此过程中应用的工具酶有限制酶和胰蛋白酶 D．该种变异属于定向变异 解析：基因工程使生物遗传物质发生了改变，所以是可遗传 的变异；同时转入的是特定基因，使其具有特定功能，因此 这种变异也属于定向变异。基因工程中的工具酶为限制性核 酸内切酶和DNA连接酶，无胰蛋白酶。 答案：C
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变式演练2 (2010·惠州质检)据报道，科学家利用转基因 技术，成功地在蚕体内合成了人体胶原蛋白，引起人们的关 注。 科学家把人体胶原蛋白基因注入蚕的受精卵中，最后在蚕茧 中抽出了含有胶原蛋白质的丝纤维。丝纤维中的胶原蛋白含 量约为1%。科学家认为，通过化学物质和酵素处理丝纤维， 完全可以提取胶原。但若应用于工业生产，则必须将丝纤维 中胶原含量提高到5%至10%。 胶原蛋白是构成皮肤和软骨的蛋白质，在制药、化妆品等领 域有广泛的应用。此项成果使得借助“生物工厂”大批量生 产药用和化妆品用胶原蛋白成为可能，有望在化妆品、血液 凝固剂等药品原料生产中得到广泛应用。 请根据上述材料回答问题： (1)胶原蛋白基因的化学本质是____________。 (2)不同生物之间基因重组的成功主要依赖于 __________________________________________________。
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速效训练 一、选择题 1．(2010·大连联考)中国科学院网报道：中国科学院亚热带农 业生态研究所博士唐志日前在德国完成了基因工程生产富乳铁 蛋白素B(一种抗菌肽)的研究。唐博士通过对某种细菌进行修饰 得到了表达宿主菌，并构建了相应的表达质粒，成功地实现了 富乳铁蛋白素B的表达，产量达到了宿主蛋白总量的10%左右， 同时建立了一整套小肽表达系统。相关分析错误的是( ) A．该基因工程的运载体是质粒 B．富乳铁蛋白素B需要在宿主菌的核糖体中合成，并经过内质 网加工后才有活性 C．基因工程操作中需要用到相应的限制性核酸内切酶和DNA连 接酶 D．利用基因工程技术生产富乳铁蛋白素B具有很高的商业价值 宿主菌是细菌，细菌无内质网。 答案：B