第一节 基因工程(一)

基因工程（一）

主讲：黄冈中学优秀生物教师 严贻兰

一、知识概述

1、基因工程的诞生及基本原理；

2、基因工程的基本工具；

3、基因工程的基本操作步骤。

二、重点知识归纳及讲解

（一）基因工程

1、概念：指按照人们的愿望，进行严格的设计，通过体外DNA重组和转基因等技术，赋予生物以新的遗传特性，从而创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。

2、其操作水平在DNA分子水上进行设计和施工。

3、操作环境是在生物体外。

（二）基因工程的基本操作工具

1、限制性核酸内切酶——“分子手术刀”

2、DNA连接酶——“分子缝合针”

（1）作用：将双链DNA片段“缝合”起来，恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。

（2）DNA连接酶与DNA聚合酶的比较

3、基因进入受体细胞的载体——“分子运输车”

(1)载体的种类

①质粒：是一种裸露的、结构简单、独立于细菌拟核DNA之外，并具有自我复制能力的双链环状DNA分子。

②λ噬菌体的衍生物。

③动、植物病毒。

(2)质粒载体的特点

①能够在细胞内自我复制。

②具有一个或多个限制酶切割位点，便于供外源DNA片段插入其中。 ③具有特殊的标记基因，供重组DNA的鉴定和选择。

(3)基因工程基本工具的比较

（三）基因工程的基本操作程序

1、目的基因的获取

(1)目的基因：主要是指编码蛋白质的基因。

(2)获取方法：从基因文库中获取、利用PCR技术扩增、人工合成。

(3)基因文库、基因组文库及部分基因文库

①基因文库：将含有某种生物不同基因的许多DNA片段，导入受体菌的群体中储存，各个受体菌分别含有这种生物的不同基因，称为基因文库。

②基因文库种类：基因组文库（含有一种生物的全部基因）、部分基因文库（含有一种生物的部分基因如cDNA文库）。

（4）PCR技术与DNA复制的比较

2、基因表达载体的构建

(1)基因表达载体的组成：启动子、目的基因、终止子以及标记基因等。

(2)基因表达载体的构建方法

3、将目的基因导入受体细胞

4、目的基因的检测与鉴定

基因工程图解：抗虫棉的培育过程 典型例题

例1、下图是将人的生长激素基因导入细菌B细胞内制“工程菌”的示意图。已知细菌B细胞内不含质粒A，也不含质粒A上的基因。判断下列说法正确的是（ ）

A．将重组质粒导入细菌B常用的方法是显微注射法

B．将完成导入过程后的细菌涂布在含有氨苄青霉素的培养基上，能生长的只是导入了重组质粒的细菌

C．将完成导入过程后的细菌涂布在含有四环素的培养基上，能生长的就是导入了质粒A的细菌

D．目的基因成功导入的标志是受体细胞能产生出人的生长激素

答案：C

解析：

将目的基因导入到细菌细胞中常用的方法是Ca处理法；基因必须保持结构的完整性才能得以表达，而抗氨苄青霉素基因结构完整，能够表达而使细菌具有对氨苄青霉素的抗性，在含有氨苄青霉素的培养基上能存活的是导入了质粒A或导入了重组质粒的细菌；由于将人的生长激素基因导入到质粒的抗四环素基因上，破坏了抗四环素基因的完整性，导入了重组质粒的细菌也没有对四环素的抗性，在含有四环素的培养基上不能存活，能存活的是导入质粒A的细菌。 2＋

例2、利用基因工程技术可使大肠杆菌生产人的胰岛素。下列相关叙述，正确的是（ ）

A．人和大肠杆菌在合成胰岛素时，转录和翻译的场所是相同的

B．DNA连接酶能把两个黏性末端经碱基互补配对后留下的缝隙“缝合”

C．通过检测，大肠杆菌中没有胰岛素产生则可判断重组质粒未导入受体菌

D．在培养大肠杆菌的工程菌过程中，获得目的基因的工具酶有限制性核酸内切酶和DNA聚合酶

答案：B

解析：

本题主要考查基因工程的基本工具以及基本操作步骤。人是真核生物，转录的场所主要在细胞核，大肠杆菌是原核生物，转录的场所在细胞质，所以A错误；DNA连接酶的作用是在基因工程第二步将目的基因与载体连接成重组DNA分子或形成基因表达载体，它能把两个黏性末端经碱基互补配对后留下的缝隙“缝合”，所以B正确；大肠杆菌中没有胰岛素产生，可能是重组质粒虽然导入受体菌，但目的基因未表达，所以C错误；获得目的基因的工具酶只有限制性核酸内切酶，所以D也错误。

例3、请回答基因工程方面的有关问题：

(1)利用PCR技术扩增目的基因，其原理与细胞内DNA复制类似（如下图所示）。图中引物为单链DNA片段，它是子链合成延伸的基础。从理论上推测，第四轮循环产物中含有引物A的DNA片段所占的比例为_______。

(2)设计引物是PCR技术关键步骤之一。某同学设计的两组引物（只标注了部分碱基序列）都不合理（如下图），请分别说明理由。

①第1组：______________________；②第2组：_________________。

(3) PCR反应体系中含有热稳定DNA聚合酶，下面的表达式不能正确反映DNA聚合酶的功能，这是因为____________。

(4)用限制酶EcoRV、Mbol单独或联合切割同一种质粒，得到的DNA片段长度如下图(1 kb即1000个碱基对)，请画出质粒上EcoRV、Mbol的切割位点。

答案：

(1)15/16

(2)①引物I和引物Ⅱ局部发生碱基互补配对而失效

②引物I′自身折叠后会出现局部碱基互补配对而失效

(3)DNA聚合酶只能将单个脱氧核苷酸连续结合到双链DNA片段的引物链上

(4)见下图

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一、选择题

1、下列关于基因工程的叙述中，正确的是（ ）

A．基因工程经常以抗生素抗性基因为目的基因

B．细菌质粒是基因工程常用的运载体

C．通常用一种限制酶处理目的基因的DNA，用另一种限制酶处理运载体DNA

D．为培育抗除草剂的作物新品种，导入抗除草剂基因时只能以受精卵为受体

2、限制酶是一种核酸内切酶，可识别并切割DNA分子上特定的核苷酸序列。下图为四种限制酶BamHI、EcoRI、Hind Ⅲ和BglⅡ的识别序列和切割位点，切割出来的DNA黏性末端可以互补配对的是（ ）

A．BamHⅠ和EcoRⅠ B．BamHⅠ和HindⅢ

C．BamHⅠ和BglⅡ D．EcoRⅠ和HindⅢ

3、科学家通过基因工程的方法，能使马铃薯块茎含有人奶主要蛋白。以下有关该基因工程的叙述错误的是（ ）

A．采用反转录的方法得到的目的基因有内含子

B．基因非编码区对于目的基因在块茎中的表达是不可缺少的

C．马铃薯的叶肉细胞可作为受体细胞

D．用同一种限制酶，分别处理质粒和含目的基因的DNA，可产生相同黏性末端而形成重组DNA分子

4、下列关于基因工程的叙述，正确的是（ ）

A．目的基因和受体细胞均只能来自微生物

B．限制性核酸内切酶和质粒是两类常用的工具酶

C．人胰岛素原基因在大肠杆菌中表达的胰岛素原无生物活性

D．载体上的抗性基因有利于筛选含重组DNA的细胞和促进目的基因的表达

5、基因工程中，需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，限制酶Ⅱ的识别序列和切点是。根据图示判断下列操作正确的是（ ）

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