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转基因技术与食品安全
第19讲
自主复习3min
学情检测.(2018·海南，31—节选)甜蛋白是一种高甜度的特殊蛋白质。为了改善黄瓜的品质，科学家采用农杆菌转化法将一种甜蛋白基因成功导入黄瓜细胞，得到了转基因植株。回答下列问题：
解析　通常，基因工程操作主要有4个步骤，即目的基因获取、重组表达载体的构建、将目的基因导入受体细胞、目的基因的检测与鉴定。因此，基因工程的含义可概括为按照人们的愿望进行设计，并通过体外DNA重组和转基因等技术，赋予生物新的遗传特性，创造出符合人们需要的新生物类型。
(4)通常，基因工程操作主要有4个步骤，即目的基因获取、重组表达载体的构建、将目的基因导入受体细胞、目的基因的检测与鉴定。因此，基因工程的含义可概括为____________________________________________________
______________________________________________________________。
按照人们的愿望进行设计，并通过体外DNA重组和转基因等技术，赋予生物新的遗传特性，创造出符合人们需要的新生物类型
(1)供体：提供 。
(2)操作环境： 。
(3)操作水平： 水平。
(4)原理： 。
(5)受体：表达目的基因。
(6)本质：性状在 体内的表达。
(7)优点：克服 的障碍，定向改造生物的 。
目的基因
体外
分子
基因重组
受体
远缘杂交不亲和
遗传性状
一、基础梳理
1.概念
一、基础梳理
2.工具
(1)限制性核酸内切酶
(2)DNA连接酶
(3)运载体
一、基础梳理
2.工具 (1)限制性核酸内切酶
【判断】限制酶能识别和切割RNA(　　)
×
①作用：识别双链DNA分子上特定的
并切开特定部位的两个核苷酸之间的___________。
核苷酸序列
磷酸二酯键
EcoRⅠ限制酶识别的碱基序列是GAATTC，切割位点在G和A之间；
SmaⅠ限制酶识别的碱基序列是CCCGGG，切割位点在C和G之间。
②结果：产生 或平末端。
黏性末端
【判断】a酶与b酶识别切割的序列不同体现了酶的专一性（ ）
a酶b酶切割产生的黏性末端相同，但两者识别切割的脱氧核苷酸序列（回文序列）不同，说明两种酶底物不同，体现了酶的专一性，正确。
限制酶是一类酶，其中的每种酶都具有专一性
典例分析. 若质粒DNA分子的切割末端为 则与之连接的目的基因切割末端应为_____________；
一、基础梳理
2.工具(2)DNA连接酶
①作用：将限制酶切割下来的DNA片段 。
拼接成新的DNA分子
②DNA连接酶和限制酶的关系
典例分析1.如图为DNA分子在不同酶的作用下所发生的变化，下面选项中能依次表示限制酶、DNA聚合酶、DNA连接酶、解旋酶作用顺序的是
A.①②③④ B.①②④③ C.①④②③ D.①④③②
答案：C 限制酶可在特定位点对DNA分子进行切割；DNA聚合酶在DNA分子复制时将脱氧核苷酸连接成脱氧核苷酸链；DNA连接酶可将限制酶切开的磷酸二酯键连接在一起；解旋酶的作用是将DNA双链解开螺旋，为复制或转录提供模板。
名称 作用部位 作用结果
限制酶 磷酸二酯键 将DNA切成两个片段
DNA连接酶 磷酸二酯键 将两个DNA片段连接为一个DNA分子
DNA聚合酶 磷酸二酯键 将单个脱氧核苷酸依次连接到单链末端
DNA (水解)酶 磷酸二酯键 将DNA片段水解为单个脱氧核苷酸
解旋酶 碱基对之间的氢键 将双链DNA分子局部解旋为单链
①种类： 、λ噬菌体的衍生物、动植物病毒等。
【判断】运载体=质粒（ ）
×
知识链接：质粒，一种裸露的、结构简单、独立于真核细胞细胞核或原核细胞拟核DNA之外，并有自我复制能力的环状双链DNA分子。
一、基础梳理
质粒
2.工具 (3)运载体
②作用：将携带的目的基因导入受体细胞中，使之稳定存在并表达
①对受体细胞无害，不影响受体细胞正常的生命活动；
②具有自我复制能力，或能整合到受体细胞的染色体DNA上，随染色体DNA的复制而同步复制；
③具有一个至多个限制酶切点，以便目的基因可以插入到载体中；
④带有特殊的标记基因，如抗生素抗性基因，以便于对外源基因是否导入进行检测；
⑤载体DNA分子大小适合，以便于提取和进行体外操作。
一、基础梳理
天然的质粒一般不完全具备上述条件，往往需进行人工改造后才能用于基因工程操作。
2.工具 (3)运载体③特点
【小结】载体上标记基因的作用
载体上的标记基因一般是一些抗生素的抗性基因。
目的基因要转入的受体细胞没有抵抗相关抗生素的能力。当含有抗生素抗性基因的载体进入受体细胞后，抗性基因在受体细胞内表达，使受体细胞能够抵抗相应抗生素，所以在受体细胞的培养体系中加入该种抗生素就可以只保留转入载体的受体细胞，原理如下图所示：
供重组DNA的鉴定和选择
易混辨析　运载体和膜载体
基因工程中的运载体与细胞膜上物质运输的载体不同。
基因工程中的载体是质粒或动植物病毒等，能将目的基因导入受体细胞内；
膜载体是蛋白质，与细胞膜的选择透过性有关。
提取
目的基因
目的基因
与运载体结合
将目的基因
导入受体细胞
目的基因的
检测与鉴定
一、基础梳理
3.步骤
(1)目的基因的获取
①目的基因：主要是指 的基因。
②获取目的基因的方法
a.直接分离法：从自然界已有的物种中分离
b.人工合成：
若基因比较小，核苷酸序列又已知，可以通过__________用化学方法直接人工合成；
以RNA为模板，在 的作用下人工合成。
编码蛋白质
DNA合成仪
逆转录酶
一、基础梳理
同种限制酶
3.步骤
(2)目的基因与运载体结合——核心步骤
【语言表达】用同一种限制酶处理目的基因
和运载体，可以获得相同的黏性末端，
便于构建基因表达载体。
【思考】为什么要用同种限制酶处理？
DNA连接
【思考】使用DNA连接酶后可以形成几种DNA？
3种。目的基因与目的基因相连，质粒与质粒相连，质粒与目的基因相连（重组质粒）
根据目的基因两端的限制酶切点确定限制酶的种类。
(1)应选择切点位于目的基因两端的限制酶，
如图甲可选择 。
(2)不能选择切点位于目的基因内部的限制
酶，如图甲不能选择 。
(3)为避免目的基因和质粒的自身环化和随意连接，也可使用不同的限制酶切割目的基因和质粒，如图甲也可选择用 两种限制酶(但要确保质粒上也有这两种酶的切点)
(4)切割质粒的限制酶不能同时切开质粒上的所有标记基因，至少要保留一个标记基因，以用于重组DNA的鉴定和选择，如图乙中的质粒不能使用 切割。
科学思维
2、限制酶的选择方法
二、重难点突破
PstⅠ
SmaⅠ
PstⅠ和EcoRⅠ
SmaⅠ
典例分析1.右图是利用基因工程技术生产可食用疫苗的部分过程，其中PstⅠ、SmaⅠ、EcoRⅠ、ApaⅠ为四种限制性核酸内切酶。下列有关说法中正确的是
A.图示过程是基因工程的核心步骤，
所需的限制性核酸内切酶均来自原核生物
B.图示中构建基因表达载体时，需要用到一种限制性核酸内切酶
C.一种限制性核酸内切酶只能识别一种特定的核糖核苷酸序列
D.抗卡那霉素基因的存在有利于将含有抗原基因的细胞筛选出来
图示表示基因表达载体的构建过程，这是基因工程的核心步骤，所需的限制性核酸内切酶一般来自原核生物，A错误；此表达载体构建时需要用到EcoRⅠ、PstⅠ限制性核酸内切酶，B错误；限制酶具有特异性，即一种限制性核酸内切酶只能识别一种特定的脱氧核苷酸序列并在特定的位点切割，C错误；抗卡那霉素基因作为标记基因，主要作用是筛选含有目的基因的受体细胞，D正确。
生物种类 植物 动物 微生物
常用方法 农杆菌转化法 显微注射技术 感受态细胞法
受体细胞 ______________ _______ _________
转化过程 将目的基因插入到Ti质粒的T- DNA上→农杆菌→导入植物细胞→整合到受体细胞染色体的DNA上→表达 将含有目的基因的表达载体提纯→取卵(受精卵)→显微注射→受精卵发育→获得具有新性状的动物 Ca2＋处理细胞→感受态细胞→重组表达载体DNA分子与感受态细胞混合→感受态细胞吸收DNA分子
(3)将目的基因导入受体细胞
体细胞或受精卵
受精卵
原核细胞
一、基础梳理
3.步骤
（4）目的基因的检测与鉴定
4.步骤
原则上只能生产自然界中已存在的蛋白质。
启动子≠起始密码子，终止子≠终止密码子
(1)启动子：一段有特殊结构的DNA片段，位于基因的首端。它是RNA聚合酶识别、结合的部位。
(2)终止子：一段有特殊结构的DNA短片段，位于基因的尾端。作用是使转录过程停止。
(3)起始密码子和终止密码子位于mRNA上，分别控制翻译过程的启动和终止。
小贴士
(1)植物基因工程：
培育抗虫转基因植物、抗病转基因植物和 转基因植物；利用转基因改良植物的 。
(2)动物基因工程：
用于提高动物 从而提高产品产量；用于改善畜产品品质；用转基因动物生产 ；用转基因动物作器官移植的 等。
抗逆
品质
生长速度
药物
供体
一、基础梳理
5.应用
与基因工程有关的7点提示
(1)限制性核酸内切酶和DNA连接酶的作用部位都是脱氧核苷酸之间形成的磷酸二酯键(不是氢键)，只是一个切开，一个连接。
(2)要想从DNA上切下某个基因(保证基因的完整性)，应切2个切口，产生4个黏性末端。
(3)第一步和第二步需要限制酶，且要求用同种酶，目的是产生相同的黏性末端。
(4)构建基因表达载体是基因工程的核心步骤，是成功的关键。
(5)对基因操作是否成功不但要在分子水平上鉴定还要在个体水平上鉴定，如抗虫棉不仅能产生毒蛋白，而且必须“抗虫”。
(6)目的基因指要表达的基因，标记基因指运载体上用于鉴定、筛选的基因。
(7)目的基因表达的标志：通过转录、翻译产生相应的蛋白质(可用抗原—抗体杂交法确认是否产生相应蛋白质)。
生物
类型
生物
产品
人们的愿望
转基因
遗传
性状
原理 操作过程 进展
基因 治疗 _________ 利用________导入有基因缺陷的细胞中，以表达出正常性状来治疗(疾病) 临床
实验
基因 诊断 ____________ 制作特定________与病人样品DNA混合，分析杂交带情况 临床
应用
【辨析】基因治疗与基因诊断
基因表达
正常基因
碱基互补配对
DNA探针

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