基因工程的应用

基因工程的应用 1.在植物基因工程中，获取目的基因后，用农杆菌中的Ti质粒作为载体，把目的基因重组入Ti质粒上的T-DNA片段中，再将重组的T-DNA导入植物细胞中，经植物组织培养得到转基因植物。 (1)科学家在进行上述实验操作时，要用同一种                分别切割质粒和目的基因，质粒的黏性末端与目的基因DNA片段的黏性末端的“缝合”需要                  的帮助。 (2)将携带抗除草剂基因的重组Ti质粒导入二倍体油菜细胞，经培养、筛选获得一株有抗除草剂特性定时检测的转基因植株。经分析，该植株含有一个携带目的基因的T-DNA片段，因此可以把它看作是杂合子。理论上，在该转基因植株自交后的F1代中，仍具有抗除草剂特性的植株占总数的                  ，原因是                                  。 (3)种植上述转基因油菜，它所携带的目的基因可以通过花粉传递给近缘物种，造成“基因污染”。如果把目的基因导入叶绿体DNA中，就可以避免“基因污染”，原因是 。 解析  (1)基因工程操作时，要用同一种限制性核酸内切酶切割质粒和目的基因，质粒的黏性末端与目的基因DNA片段的黏性末端的“缝合”需要DNA连接酶的帮助。(2)由“把它看作是杂合子”，可以判断抗除草剂基因为显性，杂合子自交后代显性性状占3/4。(3)因为花粉中几乎没有细胞质，所以叶绿体DNA不会通过花粉传递。 【 答案 八年级地理上册填图题岩土工程勘察试题省略号的作用及举例应急救援安全知识车间5s试题及答案 】 (1)限制性核酸内切酶  DNA连接酶 (2)3/4  雌、雄配子各有1/2含抗除草剂基因的可 能，受精时，雌、雄配子随机结合  (3)花粉中几  乎没有细胞质，叶绿体DNA不会通过花粉传递 2.科学家通过基因工程，成功培育出能抗棉铃虫的棉花植株——抗虫棉，其过程大致如下图所示： (1)细菌的基因之所以能在棉花细胞内表达，产生抗性，其原因是                    。 (2)上述过程中，将目的基因导入棉花细胞内使用的方法是              ，这种导入方法较经济、有效。目的基因能否在棉株体内稳定维持和表达其遗传特性的关键是目的基因是否插入到受体细胞染色体DNA上，这需要通过检测才能知道，检测采用的最好方法是                          。 (3)上述基因工程中的核心步骤是              ，其目的是使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以              给下一代，同时，使目的基因能够表达和发挥作用。 (4)利用基因工程技术培育抗虫棉，与诱变育种和杂交育种方法相比，具有      和            等突出的优点，但是目前基因工程仍不能取代杂交育种和诱变育种。与基因工程技术相比，杂交育种和诱变育种方法主要具有              的优点。 【答案】  (1)它们共用一套遗传密码  (2)农杆菌转化法  DNA分子杂交技术  (3)基因表达载体的构建  遗传  (4)目的性强  克服远缘杂交不亲和性(或能有效地打破物种的生殖隔离界限)  操作简便易行 3.应用生物工程技术能获得人们需要的生物新品种或新产品。请据图回答下列问题： (1)在培育转人生长激素基因牛的过程中，①过程需要的工具酶是              ，②过程常用的方法是                  。 (2)转基因牛可通过分泌的乳汁来生产人生长激素，则说明基因工程能够突破自然界的          。在基因表达载体中，人生长激素基因的前端必须有              。③过程培养到一定阶段，可以采用                      技术，培育出多头完全相同的转基因牛犊。 (3)prG能激发细胞不断分裂，通过基因工程导入该调控基因来制备单克隆抗体，Ⅱ最可能是      细胞，Ⅲ代表的细胞具有                的特点。 (4)在抗虫棉培育过程中，进行④过程最常用的方法是                。 解析  基因工程中用到的工具有限制酶、DNA连接酶和载体。基因工程的步骤为第一步为提取目的基因;第二步为目的基因的整合，形成重组质粒或重组DNA;第三步导入宿主细胞;第四步检测与表达。在将目的基因导入受体细胞时，在细胞工程中常用显微注射技术来实现。受体细胞是植物细胞时，常用农杆菌转化法。而在得到目的细胞之后可进一步培育成个体或者进行胚胎分割移植得到多个个体。在动物细胞工程中，细胞融合是获得单克隆抗体的前提，得到的细胞既能无限增殖又能产生特异性抗体。基因工程能否成功的标志是基因能否成功表达，即能否进行转录和翻译。所以基因要表达必须要有启动子的启动。 答案  (1)限制酶、DNA连接酶  显微注射法 (2)生殖隔离  启动子  胚胎分割移植(胚胎分割和胚胎移植) (3)浆  既能无限增殖又能产生特异性抗体 (4)农杆菌转化法 4.2007年11月20日，日本学者Shinya Yamanaka和美国学者James Thomson分别在《细胞》和《科学》杂志上发表重量级论文，他们用逆转录病毒为“分子运输车”，用“化学剪刀”和“化学浆糊”将四个不同作用的关键基因转入体细胞内，令其与原有基因发生重组，然后让体细胞重新返回到“生命原点”，变成一个多功能的干细胞，具有胚胎干细胞的特性。得知此消息后，“多利羊之父”Ian Wilmut随即宣布放弃用体细胞核移植技术研究胚胎干细胞，他认为此种新方法才是今后治疗疑难病症的关键。 (1)传统的细胞核移植技术，如多利羊的培育过程中，用到的受体细胞是                。 (2)让体细胞回到“生命原点”，帮助其恢复    ，类似于植物组织培养中的              过程。 (3)在基因工程中，被用作“分子运输车”的除了病毒外，还有        ，后者的形状呈      ，化学本质是        。文中提到的“化学剪刀”和“化学浆糊”分别是指                                          。 (4)下列四条DNA分子，彼此间能够粘连起来拼接成新的DNA分子的一组是  (    ) A.①②        B.②③        C.③④        D.②④ (5)异种生物的基因能拼接在一起，是因为它们的分子都具有      结构。在细菌细胞内能够表达出人的蛋白，一方面是因为基因能控制          ，另一方面是因为所有的生物                。 解析  体细胞核移植技术是把体细胞细胞核移入去核卵细胞(减数第二次分裂中期的次级卵母细胞)。“生命原点”是指个体发育的起点，正常情况下，个体发育的起点是受精卵，其全能性最高，体细胞返回到“生命原点”是恢复其全能性，类似于脱分化过程。基因工程常用的载体有质粒、动植物病毒、λ噬菌体的衍生物等。质粒是环状的DNA分子。基因工程中的“剪刀”是限制性核酸内切酶，“浆糊”是DNA连接酶。由于DNA分子规则的双螺旋结构，所以异种生物的基因能拼接起来;基因在不同的受体细胞内能表达是因为基因能控制蛋 白质合成，在蛋白质合成过程中，所有生物共用一套密码子。图示的4个DNA片段中，只有②和④的碱基之间能通过碱基互补配对粘连起来。 【答案】(1)去核卵细胞  (2)全能性  脱分化  (3)质粒  环状  DNA  限制性核酸内切酶(限制酶) 和DNA连接酶  (4)D    (5)双螺旋  蛋白质的合成  共用一套密码子 5.2008年诺贝尔化学奖授予了三位在研究绿色荧光蛋白(GFP)方面做出突出贡献的科学家。绿色荧光蛋白能在蓝光或紫外光的激发下发出荧光，这样借助GFP发出的荧光就可以跟踪蛋白质在细胞内部的移动情况，帮助推断蛋白质的功能。下图为我国首例绿色荧光蛋白(GFP)转基因克隆猪的培育过程示 意图，据图回答： (1)图中通过过程①、②形成重组质粒，需要限制酶切取目的基因、切割质粒。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—。在质粒上有酶Ⅰ的一个切点，在目的基因的两侧各有1个酶Ⅱ的切点。 ①请画出质粒被限制酶Ⅰ切割后所形成的黏性末端。 ②在DNA连接酶的作用下，上述两种不同限制酶切割后形成的黏性末端能否连接起来?         。理由是                                                        。 (2)过程③将重组质粒导入猪胎儿成纤维细胞时，采用最多也最有效的方法是          。 (3)如果将切取的GFP基因与抑制小猪抗原表达的基因一起构建到载体上，GFP基因可以作为基因表达载体上的标记基因，其作用是              。获得的转基因克隆猪，可以解决的医学难题是可以避免                                    。 (4)目前科学家们通过蛋白质工程制造出了蓝色荧光蛋白、黄色荧光蛋白等，采用蛋白质工程技术制造出蓝色荧光蛋白过程的正确顺序是        (用数字表示)。 ①推测蓝色荧光蛋白的氨基酸序列和基因的核苷酸序列  ②蓝色荧光蛋白的功能分析和结构设计  ③蓝色荧光蛋白基因的修饰(合成)  ④表达出蓝  色荧光蛋白 解析 限制性核酸内切酶识别特定的核苷酸序列，并在特定的切割位点切割，产生黏性末端。限制酶Ⅰ和Ⅱ切割后产生的黏性末端相同，即均产生GATC序列，因此可以用DNA连接酶连接起来。目的基因导入动物细胞最常用、最有效的方法是显微注射法。标记基因可以检测目的基因是否导入受体细胞。用转基因克隆猪进行器官移植等医学难题，可以避免发生免疫排斥反应。 【答案】 (1)①(只写出切割后形成的的部分即可) —G↓GATC C—    用酶Ⅰ切割  —G GATCC— —C  CTAG↑G—              —CCTAG G— ②可以连接  因为由两种不同限制酶切割后形成 的黏性末端是相同的(或是可以互补的) (2)显微注射技术 (3)鉴定受体细胞中是否含有目的基因  发生免疫排斥反应 (4)②①③④ 6.下图是利用基因工程技术生产人胰岛素的操作过程示意图，请据图作答。 (1)判断某人患糖尿病的主要方法有        。 (2)能否利用人的皮肤细胞来完成①过程？      ，为什么？                        。 (3)为使过程⑧更易进行，可用           处理D的细胞。D细胞一般选用大肠杆菌或枯草杆菌的原因是                                    。 (4)下图A～D段表示质粒的某片段，若B表示启动子，为使目的基因直接表达，目的基因C插入的最佳位点是图中的                 处(填数字序号)。 (5)根治糖尿病的最佳方法是                。 (6)基因工程其他方面的应用，如被用于培育转胰蛋白酶抑制剂基因的蔬菜，但若对该蔬菜处理不当，可能给人体带来的负面影响是              。 解析  (1)糖尿病患者空腹时的血糖浓度持续高于1.6～1.8 g/L，且尿液中含有糖。(2)胰岛素基因的表达只在胰岛B细胞内，人皮肤细胞内虽有胰岛素基因，但不表达。(3)过程⑧是将目的基因导入大肠杆菌中，可用Ca2+处理受体细胞，使之处于感受态。大肠杆菌、枯草杆菌繁殖速度快，目的基因表达迅速，故作受体细胞。(4)启动子位于基因的首端，以驱动基因转录出mRNA。(5)通过基因治疗可根治糖尿病。(6)转胰蛋白酶抑制剂基因的表达产物胰蛋白酶抑制剂可能会抑制人胰蛋白酶活性，从而影响食物的消化。 【答案】 (1)空腹时的血糖浓度持续高于1.6～1.8 g/L，且尿液中有糖 (2)不能  皮肤细胞中的胰岛素基因不表达，不能形成胰岛素mRNA (3)CaCl2(或Ca2+) 繁殖速度快，目的基因表达迅速 (4)③  (5)基因治疗 (6)胰蛋白酶抑制剂会抑制人的胰蛋白酶的活性，影响食物蛋白的消化 7.胰岛素可以用于治疗糖尿病，但是胰岛素被注射到人体后，会堆积在皮下，要经过较长的时间才能进入血液，而进入血液的胰岛素又容易分解，因此，治疗效果受到影响。如图是用蛋白质工程设计速效胰岛素的生产过程，请据图回答有关问题： (1)构建新的蛋白质模型是蛋白质工程的关键，图中构建新的胰岛素模型的主要依据是                          。 (2)通过DNA合成形成的新基因应与          结合后转移到             中才能得到准确表达。 (3)若要利用大肠杆菌生产速效胰岛素，需用到的生物工程有          、        和发酵工程。 (4)图解中从新的胰岛素模型到新的胰岛素基因的基本思路是什么？ 。 (5)下列关于蛋白质工程的说法，错误的是  (    ) A.蛋白质工程能定向改造蛋白质分子的结构，使之更加符合人类需要 B.蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作，定向改变分子的结构 C.蛋白质工程能产生自然界中不曾存在的新型蛋白质分子 D.蛋白质工程与基因工程密不可分，又称为第二代基因工程 解析  (1)蛋白质工程的目标是根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质结构进行分子设计，因此，图中构建新的胰岛素模型的依据是胰岛素的预期功能。(2)合成的目的基因应与载体构建基因表达载体后导入受体细胞中才能得以表达。(3)利用蛋白质工程生产自然界原本不存在的蛋白质，需对原有的胰岛素进行改造，根据新的胰岛素中氨基酸的序列推测出其基因中的脱氧核苷酸序列，人工合成新的胰岛素基因，形成目的基因，改造好的目的 基因需通过基因工程来生产基因产物，并且在生产过程中要借助工程菌，所以还需要进行发酵，因此该过程涉及蛋白质工程、基因工程和发酵工程。(4)由新的蛋白质模型到构建新的基因，其基本设计思路是根据新的蛋白质中氨基酸的序列，推测出基因中的脱氧核苷酸序列。然后用DNA合成仪直接合成出新的基因。(5)由于基因决定蛋白质，因此，要对蛋白质的结构进行设计改造，最终还必须通过改造基因来完成，而不是直接对蛋白质分子进行操作。 【答案】  (1)蛋白质的预期功能 (2)载体  大肠杆菌等受体细胞 (3)蛋白质工程  基因工程 (4)根据新的胰岛素中氨基酸的序列，推测出其基因中的脱氧核苷酸序列，然后利用DNA合成仪来合成出新的胰岛素基因 (5)B 没