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新高考生物二轮复习热点专题专项突破课件 专题一0二+基因工程(含PCR和电泳视频)(含答案)
展开这是一份新高考生物二轮复习热点专题专项突破课件 专题一0二+基因工程(含PCR和电泳视频)(含答案),共46页。PPT课件主要包含了磷酸二酯,④②③①,显微注射法,Ca2+处理法,原核细胞,农杆菌转化法,体细胞或受精卵,受精卵,害虫死亡,未出现病斑等内容,欢迎下载使用。
熟记基因工程的四个操作程序
1.载体必须具备的条件:①能在受体细胞中保存下来并能自我复制;②具有1个或多个限制酶切割位点,以便与外源基因连接。③具有标记基因。(P72)2.PCR是聚合酶链式反应的缩写。它是一项根据DNA半保留复制的原理,在体外提供参与DNA复制的各种组分与反应条件,对目的基因的核苷酸序列进行大量复制的技术。(P77)3.PCR反应过程可以在PCR扩增仪(PCR仪)中自动完成,完成以后,常采用琼脂糖凝胶电泳来鉴定PCR的产物。(P79)4.基因表达载体要包括以下四个基本的结构:目的基因、启动子、终止子、标记基因。(P80)5.构建基因表达载体的目的:使目的基因在受体细胞中稳定存在,并且遗传给下一代,同时,使目的基因能够表达和发挥作用。(P80)
6.启动子位于目的基因的上游,它是RNA聚合酶识别和结合的部位。(P80)7.标记基因的作用:鉴别受体细胞中是否含有目的基因,从而将含有目的基因的细胞筛选出来。(或供重组DNA的鉴定和选择)。8.检查转基因抗虫棉是否培育成功,首先是分子水平的检测,包括通过PCR等技术检测棉花的染色体DNA上是否插入了Bt基因或检测Bt基因是否转录出了mRNA;从转基因棉花中提取蛋白质,用相应的抗体进行抗原—抗体杂交,检测Bt基因是否翻译成Bt抗虫蛋白等。其次,还需要进行个体生物学水平的鉴定。例如,通过采摘抗虫棉的叶片饲喂棉铃虫来确定Bt基因是否赋予了棉花抗虫特性以及抗性的程度。(P82)9.PCR反应需提供分别与DNA两条链结合的两种引物,引物的作用是:使DNA聚合酶能够从引物的3′端开始连接脱氧核苷酸。(P77)
Ⅰ.基因工程的理论基础
Ⅱ.基因工程的基本工具
能力训练:1.图甲、乙中的箭头表示三种限制性内切核酸酶的酶切位点,ampr表示氨苄青霉素抗性基因,ner表示新霉素抗性基因。下列叙述正确的是( )A.图甲中的质粒用BamH Ⅰ切割后,含有4个游离的磷酸基团B.在构建重组质粒时,可用Pst Ⅰ和BamH Ⅰ切割质粒和外源DNAC.用Pst Ⅰ和Hind Ⅲ酶切,可以保证目的基因与质粒正确连接D.导入目的基因的大肠杆菌可在含氨苄青霉素的培养基中生长
2.研究人员利用一种从鱼体内分离出的抗冻基因,培育出抗冻番茄植株,使得其幼苗的致死低温下降了2 ℃。具体研发过程如下图(其中AmpR为氨苄青霉素抗性基因)。回答下列问题:
(1)不用限制酶Alu Ⅰ切割鱼抗冻基因的原因是 ,选择Sma Ⅰ和Pst Ⅰ两种限制酶切割鱼抗冻基因和质粒,而不是只选择Pst Ⅰ一种酶切割抗冻基因和质粒的优点是 。
Alu Ⅰ酶会破坏鱼抗冻基因
可防止目的基因和质粒反向连接,防止目的基因、质粒自身环化
(2)研究人员用Sma Ⅰ和Pst Ⅰ两种限制酶切割抗冻基因和质粒,获得含抗冻基因的重组质粒后,又用不同的限制酶对原质粒和重组质粒进行酶切,获得片段大小如下表:(1 kb=1 000 bp,1 bp为一个碱基对,注意:DNA片段大小与图中所画比例一致)
由表中数据可知,鱼抗冻基因的长度为________,若不考虑终止密码子,抗冻基因合成的抗冻蛋白最多由________个氨基酸组成
难点突破:1.限制酶的选择原则
(1)根据目的基因确定限制酶①应选择位于目的基因两端的限制酶;②不能选择目的基因内部的限制酶。
Ⅲ.基因工程的基本操作程序
1.目的基因的筛选与获取
(1)筛选:一般从相关的已知结构和功能清晰的基因中进行筛选。
(3)PCR技术及应用
体内DNA复制引物是RNA
结果:① n次复制后含有引物A的_______个。含有引物B的_______个。同时含有引物A和B的_______个。②从第____次扩增开始能够获得单纯的目的基因。
PCR扩增目的基因的过程:
视频讲解:PCR原理及其反应过程
如果已知某目的基因的序列和结构,利用PCR筛选和扩增出该目的基因的关键是:
根据目的基因两端的核苷酸序列设计引物
能力训练:4.(2021·高考全国卷甲改编)PCR技术可用于临床的病原菌检测。为检测病人是否感染了某种病原菌,医生进行了相关操作:①分析PCR扩增结果;②从病人组织样本中提取DNA;③利用PCR扩增DNA片段;④采集病人组织样本。回答下列问题:(1)若要得到正确的检测结果,正确的操作顺序应该是____________(用数字序号表示)。
(2)操作③中使用的酶是________________________。PCR 反应中的每次循环可分为变性、复性、________三步,其中复性的结果是__________________________________________。(3)为了做出正确的诊断,PCR反应所用的引物应该能与______________特异性结合。(4)PCR(聚合酶链式反应)技术是指_______________________________________________________________________________________________________________________。该技术目前被广泛地应用于疾病诊断等方面。
引物通过碱基互补配对与单链DNA结合
根据DNA半保留复制的原理,在体外提供参与DNA复制的各种组分与反应条件,对目的基因的核苷酸序列进行大量复制的技术
2.基因表达载体的构建——基因工程的核心
在受体细胞中稳定存在,
特别注意:①启动子、终止子a.启动子(DNA片段)≠起始密码子(位于mRNA上)。b.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。
[提醒] 若考虑两两相连,则DNA连接酶连接DNA片段会出现三种情况:①目的基因与目的基因的连接;②目的基因与质粒的连接;③质粒与质粒的连接,需筛选出重组质粒。
3.将目的基因导入受体细胞
目的基因进入受体细胞内,并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程,称为转化。
转化的实质是将目的基因整合到受体细胞基因组中。
能力训练:5. 下列关于目的基因导入受体细胞的叙述,不正确的是( )A. 将目的基因导入植物细胞时,农杆菌转化法适用于大多数单子叶植物B. 显微注射技术是转基因动物中采用最多的方法C. 大肠杆菌最常用的转化方法是使细胞的生理状态发生改变D. 农杆菌转化法是将目的基因导入植物细胞最常用的方法
6.为使玉米获得抗除草剂性状,科研人员进行了相关操作(如图所示)。含有内含子的报告基因不能在原核生物中正确表达,其正确表达产物能催化无色物质K呈现蓝色。转化过程中愈伤组织表面常残留农杆菌,会导致未转化的愈伤组织可能在含除草剂的培养基中生长。下列叙述错误的是
A.T-DNA可将基因G转移并整合到愈伤组织细胞的染色体DNA上B.利用物质K和抗生素进行筛选1,可获得农杆菌的蓝色菌落C.利用物质K和除草剂进行筛选2,更易于获得抗除草剂的转基因植株D.愈伤组织重新分化为芽、根等器官的过程中,需要添加植物激素
难点突破:2.农杆菌转化法
特别注意:两次拼接和两次导入
第一次拼接 是将目的基因拼接到Ti质粒的T-DNA上;
第二次拼接 指被插入目的基因的T-DNA拼接到受体细胞染色体DNA上。
第一次导入 是将含目的基因的重组Ti质粒导入农杆菌;
第二次导入 是指含目的基因的T-DNA导入受体细胞。
7.某一质粒载体如图所示,外源DNA插入ampr或tetr中会导致相应的基因失活(ampr表示氨苄青霉素抗性基因,tetr表示四环素抗性基因)。有人将此质粒载体用BamH Ⅰ酶切后,与用BamH Ⅰ酶切获得的目的基因混合,加入DNA连接酶进行连接反应,用得到的混合物直接转化大肠杆菌。结果大肠杆菌有的未被转化,有的被转化。被转化的大肠杆菌有三种,分别是含有环状目的基因、含有质粒载体、含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌。回答下列问题:
(1)质粒载体作为基因工程的工具,应具备的基本条件有_________________________(答出两点即可),而作为基因表达载体,除满足上述基本条件外,还需具有启动子和终止子等。
能自我复制、具有标记基因
(2)如果用含有氨苄青霉素的培养基进行筛选,在上述四种大肠杆菌细胞中,未被转化的和仅含环状目的基因的细胞是不能区分的,其原因是____________________________________________________________;并且______________和____________________________________________的细胞也是不能区分的,其原因是________________________________________________________________________。(3)基因工程中,某些噬菌体经改造后可以作为载体,其DNA复制所需的原料来自_____________。
二者均不含有氨苄青霉素抗性基因,在该培养基上均不生长
含有插入了目的基因的重组质粒(或含有重组质粒)
二者均含有氨苄青霉素抗性基因,在该培养基上均能生长
难点突破:3.四类受体细胞的筛选与判定
当用相应的限制酶切割了目的基因与载体后,可将二者混合,加入DNA连接酶进行连接反应,用得到的混合物直接转化受体细胞,其结果有如下四种:
左边四类受体细胞中通过“标记基因”(制备的培养基)可区分出(1)(2)与(3)(4),而通过PCR等技术,可进一步区分(3)与(4)。
4.目的基因的检测与鉴定
①目的:检测目的基因进入受体细胞后,是否稳定维持和表达其遗传特性。
受体细胞的染色体DNA上是否插入了目的基因
目的基因是否转录出了mRNA
目的基因是否翻译成蛋白质
M:marker;1-阳性质粒;2:原始品系;3-9转Bt品系;转Bt基因品系PCR琼脂糖凝胶电泳检测结果
视频讲解:PCR产物的鉴定---琼脂糖凝胶电泳法
饲喂害虫(抗虫接种实验)
病毒(菌)感染(抗病接种实验)
提取细胞产物与天然产品进行功能活性比较
第四步:目的基因的检测与鉴定
(2)个体生物学水平鉴定
能力训练:8.(2023·广东·校联考二模)我国的生猪产量约占世界的一半。2018年8月,我国首次报告非洲猪瘟疫情(由ASFV病毒感染猪肺泡巨噬细胞引起的一种急性、高度致死性传染病,全世界尚未研制出安全有效的疫苗):截至2021年,我国累计扑杀非洲猪瘟感染生猪超过100万头一我国科研人员在ASFV病毒的K基因(大小为790bp)中间插入荧光素酶基因(Gluc)和增强型绿色荧光蛋白基因(EGFP),构建了可观察及定量检测酶活性的重组病毒(ASFV-Gluc-EGFP)体系,如左图所示,实现了ASFV病毒的快捷高效检测
回答下列问题:(1)左图中的HindID和I能切开两个核苷酸之间的磷酸二酯键,它们属于基因工程的 (工具酶)Gluc基因和EGFP基因有助于重组病毒的筛选,起到基因表达载体中 (填结构)的作用。(2)为初步鉴定重组病毒是否构建成功,科研人员对ASFV病毒和重组病毒进行PCR扩增和电泳鉴定扩增过程中,引物的作用是 。电泳得到右图中的1号和2号两种条带,其中属于重组病毒PCR产物的条带是______号。
限制酶(限制性核酸内切酶) 标记基因
使DNA聚合酶能够从引物的3'端开始连接脱氧核苷酸
(3)为进一步验证重组病毒是否成功表达,科研人员将重组病毒接种到 细胞并培养一段时间,培养过程中所需的气体主要有 。要分别检测Gluc和EGFP两种基因是否成功表达,前者需要采用的方法有 ,后者则可通过观察有无绿色荧光进行判断。
抗原-抗体杂交技术,检测荧光素酶的活性
9.甜蛋白是一种高甜度的特殊蛋白质,将甜蛋白基因导入番茄可提高番茄甜味,改善果实品质,获得超甜植株。下图是甜蛋白基因和Ti质粒上限制酶切位点示意图。回答下列相关问题:
(1) 利用转基因技术获得超甜番茄的核心步骤是 ,该过程需要选择 限制酶切割甜蛋白基因。(2)Ti质粒上的启动子是 识别和结合的位点,为了保证甜蛋白基因能够在番茄细胞中表达,应将Ti质粒上的启动子替换为 。(3)农杆菌转化番茄细胞时,T-DNA的作用是 , 该过程发生的变异类型为 。然后在添加 物质的培养幕中培养番茄细胞,筛选转化成功的愈伤组织。
构建基因表达载体
番茄细胞中能表达的基因的启动子
携带目的基因进入受体细胞并将其整合到受
体细胞的染色体DNA上
与DNA有关的几种酶的比较
10. 如图是获得转基因抗虫棉的技术流程示意图,请回答:(1) A→B利用的技术称为______,其中②过程需要耐高温的__________酶才能完成。(2) 图中将目的基因导入棉花细胞需要经过③过程,该过程为构建______________,其目的是使目的基因在受体细胞中稳定存在且可以遗传给下一代,并能表达。(3) 上述流程示意图中,将目的基因导入棉花细胞所采用的方法是____________法,该方法一般________(填“适宜”或“不适宜”)用于将目的基因导入单子叶植物。(4) 欲确定抗虫基因在 G 体内是否表达,在个体水平上需要做__________实验。如果抗虫基因导入成功,且与某条染色体的 DNA 整合起来,该转基因抗虫棉可视为杂合子,将该转基因抗虫棉自交一代,预计后代中抗虫植株占___________。
BamHⅠ和BclⅠ酶切形成的粘性末端相同,部分目的基因与质粒反向连接
12.(2022·全国乙卷,38)新冠疫情出现后,病毒核酸检测和疫苗接种在疫情防控中发挥了重要作用。回答下列问题:(1)新冠病毒是一种RNA病毒,检测新冠病毒RNA(核酸检测)可以采取RT—PCR法。这种方法的基本原理是先以病毒RNA为模板合成cDNA,这一过程需要的酶是________________________,再通过PCR技术扩增相应的DNA片段。根据检测结果判断被检测者是否感染新冠病毒。(2)为了确保新冠病毒核酸检测的准确性,在设计PCR引物时必须依据新冠病毒RNA中的____________________来进行。PCR过程每次循环分为3步,其中温度最低的一步是______________。
逆转录酶(或反转录酶)
(3)某人同时进行了新冠病毒核酸检测和抗体检测(检测体内是否有新冠病毒抗体),若核酸检测结果为阴性而抗体检测结果为阳性,说明________________________(答出1种情况即可);若核酸检测和抗体检测结果均为阳性,说明______________________________________________。(4)常见的病毒疫苗有灭活疫苗、蛋白疫苗和重组疫苗等。已知某种病毒的特异性蛋白S(具有抗原性)的编码序列(目的基因)。为了制备蛋白疫苗,可以通过基因工程技术获得大量蛋白S。基因工程的基本操作流程是__________________________________________________________。
曾感染新冠病毒,已康复
已感染新冠病毒,是患者
目的基因的筛选与获取→构建基因表达载体→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定
13.(2022·华师一附中调研)加端PCR是使扩增产物的末端加上一段DNA顺序的PCR,加端PCR的引物被设计成除与模板配对的那一部分以外再加上若干碱基,以便能使扩增产物的末端加上额外的一段DNA。hIGF-1 cDNA编码成熟蛋白的序列两端无起始密码子和终止密码子的对应位置,也没有合适的限制酶割切位点,实验人员为了在枯草杆菌中表达hIGF-1,应用加端PCR技术对hIGF-1 cDNA进行改造,以期获得含有hIGF-1成熟蛋白79个氨基酸编码序列,并在两端分别带有Pst Ⅰ和Sal Ⅰ酶切位点。加端PCR技术示意图如下,回答下列问题:
(1)加端PCR时应选用的引物是____________。每一个PCR循环要经过________________三个阶段。
(2)在目的基因的两端添加限制酶切割位点的目的是_________________________________________________,将含有改造后的hIGF-1基因导入枯草杆菌的常用方法是用Ca2+处理枯草杆菌,其目的是___________________________________________________________________________________________________;原核细胞作为基因工程的受体细胞的优点有_____________________________________________________________________________________________________________________________(答出3点)。
使目的基因经限制酶切割后能
产生黏性末端和质粒相连
使枯草杆菌成为感受态细胞(或使枯草杆菌处于
一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态)
原核细胞为单细胞;细胞繁殖速度快;
遗传物质相对较少;易培养;代谢速度快
14.CEA癌胚抗原是在1965年首先从结肠癌和胚胎组织中提取出的一种肿瘤相关抗原,是一种酸性糖蛋白。常用CEA抗体检测血清中的CEA含量,进行相关疾病的临床诊断。下图是CEA单克隆抗体的制备流程示意图,请据图回答下列问题:
(1)如果用某种生物发育的某个时期的mRNA逆转录产生的多种互补DNA(也叫cDNA)片段,与载体连接后储存在一个受体菌群中,这个受体菌群体叫这种生物的cDNA文库。①表示从cDNA文库中扩增获取大量目的基因的过程,那么A和人体内的CEA基因的结构上的区别是_________________________________________________________________。制备重组质粒过程时,为确保目的基因与质粒准确连接,应采用图示中的__________________酶的切割位点。过程②常用____________法。
cDNA文库中扩增获得的目的基因中无启动子、终止子、内含子
Asc Ⅰ和BamHⅠ
(2)诱导融合成为杂交瘤细胞时,常用的诱导方法有________________________________________(写出三种)。细胞培养过程中需要的气体条件是___________________________________。
PEG融合法、电融合法
95%的空气和5%的CO2的混合气体
(3)③表示______________________过程,获得的C细胞的特点是_________________________________。
既能无限增殖,又能分泌专一抗体
(4)应用获得的单克隆抗体搭载抗癌药物制成“生物导弹”治疗癌症,单克隆抗体具有的优点是_________________________________________________________________________。
能准确识别抗原的细微差异,与特定抗原发生特异性结合,并且可以大量制备
回答下列问题。(1)过程①中,为构建CRISPR/Cas9重组质粒,需对含有特定sgRNA编码序列的DNA进行酶切处理,然后将其插入经相同酶切处理过的质粒上,插入时所需要的酶是_________________。(2)过程②中,将重组质粒导入大肠杆菌细胞的方法是________________。
15.(2021·高考海南卷)CRISPR/Cas9是一种高效的基因编辑技术,Cas9基因表达的Cas9蛋白像一把“分子剪刀”,在单链向导RNA(sgRNA)引导下,切割DNA双链以敲除目标基因或插入新的基因。CRISPR/Cas9基因编辑技术的工作原理如图所示。
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