聚焦基因工程的应用部分易混点

　　下面结合典型例题，就在教学实践过程中发现的关于基因应用部分内容的几个易混点进行了剖析，期望帮助学生正确区分相关概念，提高对知识的理解。
　　易混点1. 对乳腺(膀胱)反应器与微生物生产基因产品混淆不清。
　　乳腺生物反应器与微生物生产的比较见下表。
　　乳腺生物反应器与微生物生产的比较
　　注：乳腺生物反应器受生物性别和年龄的限制,若从动物尿液中提取目的基因产物则不受性别和年龄限制。
　　例1继哺乳动物乳腺生物反应器研发成功后,膀胱生物反应器的研究也取得了一定进展。最近,科学家培育出一种转基因小鼠,其膀胱上皮细胞可以合成人的生长激素并分泌到尿液中。请回答：
　　（1）将人的生长激素基因导入小鼠受体细胞中,常用方法是。
　　（2）进行基因转移时,通常要将外源基因转入
　　中,原因是。
　　（3）通常采用技术检测外源基因是否插入了小鼠的基因组。
　　（4）在研制膀胱生物反应器时,应使外源基因在小鼠的细胞中特异表达。
　　解析转基因生物反应器是指利用转基因活体动物的某种能够高效表达外源基因的器官或组织来进行工业化生产活性功能蛋白的技术。该技术的第一步就是导入外源基因,对于动物细胞来说,常采用的方法是显微注射法。显微注射法的优点是导入的外源基因片段可长达50 kb,且无需载体,外源基因在宿主染色体上的整合率相对较高。
　　答案（1）显微注射（2）受精卵（或早期胚胎细胞）受精卵（或早期胚胎细胞）具有全能性,可使外源基因在相应组织细胞中表达（3） DNA分子杂交（核酸探针）（4）膀胱上皮
　　易混点2. 对“基因诊断”和“基因治疗”概念及应用辨析不清。
　　（1）基因诊断。
　　基因诊断是用放射性同位素(如32P)、荧光分子等标记的DNA分子做探针,利用DNA分子杂交原理,鉴定被检测标本上的遗传信息,达到检测疾病的目的。
　　（2）基因治疗的原理及实例。
　　① 原理：把健康动物的正常基因导入含有缺陷基因的受体细胞中,存在基因缺陷的病人细胞中既含有缺陷基因,又含有通过基因工程导入的正常基因,在病人体内两种基因都能表达,正常基因的表达产物掩盖了缺陷基因的表达产物,从而治愈了有基因缺陷的疾病。
　　② 镰刀型细胞贫血症基因治疗过程（见下表）。
　　例2 下列关于基因工程应用的叙述,错误的是（）
　　A. 基因治疗需要将正常基因导入有基因缺陷的细胞
　　B. 基因诊断的基本原理是DNA分子杂交
　　C. 一种基因探针只能检测水体中的一种病毒
　　D. 原核基因不能用来进行真核生物的遗传改良
　　解析基因治疗是把正常基因导入病人体内,使该基因的表达产物发挥功能,从而达到治疗疾病的目的。基因诊断是用放射性同位素、荧光分子等标记的DNA分子作探针,利用DNA分子杂交原理,鉴定被检测标本上的遗传信息,达到检测疾病或水体中病毒的目的,因此一种基因探针只能检测相应的遗传信息。在基因工程中,由于DNA分子规则的双螺旋结构在所有DNA分子中相同,因此,可以在任何不同DNA分子之间进行操作。
　　答案D
　　易混点3. 对基因工程与蛋白质工程之间的区别与联系比较模糊。
　　基因工程与蛋白质工程的比较见下表。
　　例3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。下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。综上所述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
　　巩固练习
　　1. 下列有关基因诊断和基因治疗的叙述中，正确的是（）
　　A．基因工程可以直接在细胞内修复有问题的基因
　　B. 用基因替换的方法可以治疗21—三体综合症
　　C．基因治疗就是把缺陷基因诱变成正常基因
　　D．应用基因探针可以检测出苯丙酮尿症
　　2. 下列关于蛋白质工程和基因工程的比较，不合理的是（）
　　A．基因工程原则上只能生产自然界已存在的蛋白质，而蛋白质工程可以对现有蛋白质进行改造，从而制造一种新的蛋白质
　　B．蛋白质工程是在基因工程的基础上发展起来的，蛋白质工程最终还是要通过基因修饰或基因合成来完成
　　C．当得到可以在-70℃保存半年的干扰素后，在相关酶、原料氨基酸和适宜的温度、pH条件下，干扰素可以大量自我合成
　　D．基因工程和蛋白质工程产生的变异都是可遗传的
　　3. 利用动物乳腺生产产品的技术称为动物乳腺反应器技术。2005年山东省青岛“崂山奶山羊乳腺生物反应器的研制”项目通过鉴定，该项目生产的药用蛋白具有表达效率高、成本低、安全性高、易于分离纯化的优点，可产生乙肝表面抗原及抗凝血酶Ⅲ等医药产品，造福人类健康。下图为利用生物技术获得生物这一新品种和抗虫棉的过程，据图回答：
　　（1）在基因工程中，A表示，如果直接从苏云金杆菌中获得抗虫基因，①过程使用的酶区别于其他酶的特点是，
　　B表示。
　　（2）在研究过程中，研究人员首先从相关基因组中获取了目的基因，并采用技术对目的基因进行了扩增，然后将目的基因与质粒等载体组合形成了重组载体。在重组载体的构建过程中需要的工具酶有。
　　（3）基因表达载体的构建是基因工程的核心，一个完整的基因表达载体至少包括哪些部分?
　　。
　　（4）将目的基因导入受体细胞的过程中，在③过程中一般是采用方法，在②过程中一般采用方法，受体细胞一般是。
　　（5）由于转基因表达产物存在于山羊的乳汁中，检测其体内是否出现药用蛋白，在分子水平上的检测方法及结果是什么?
　　。
　　（6）要确定目的基因（抗虫基因）导入棉花细胞后，是否能稳定遗传并表达，需进行检测和鉴定工作，请写出在个体水平上的鉴定过程：
　　。
　　4. 下图是培育表达人乳铁蛋白的乳腺生物反应器的技术路线。图中tat2表示四环素抗性基因，amp2表示氨苯青霉素抗性基因，BamHⅠ、HindⅡ、SmaⅠ直线所示为三种限制酶的酶切位点。
　　据图回答：
　　（1）图中将人乳铁蛋白基因插入载体，需用
　　限制酶同时酶切载体和人乳铁蛋白基因。筛选含有重组载体的大肠杆菌首先需要在含
　　的培养基上进行。
　　（2）能使人乳铁蛋白基因在乳腺细胞中特异性表达的调控序列是（）
　　A．启动子 B. tat2
　　C. 复制原点 D. amp2
　　（3）过程①可采用的操作方法是（）
　　A. 农杆菌转化 B. 大肠杆菌转化
　　C. 显微注射 D. 细胞融合
　　（4）过程②采用的生物技术是。
　　（5）对早期胚胎进行切割，经过程②可获得多个新个体。这利用了细胞的性。
　　（6）为检测人乳铁蛋白是否成功表达，可采用
　　的技术是（）
　　A. 核酸分子杂交 B. 基因序列分析
　　C. 抗原-抗体杂交 D. PCR
　　答案 1. D 2. C
　　3. （1）目的基因一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并且在特定的位点上切割DNA分子重组DNA
　　（2） PCR（聚合酶链式反应）限制酶、DNA连接酶
　　（3）一个完整的基因表达载体至少包括目的基因、启动子、终止子、标记基因等部分
　　（4）农杆菌转化显微注射技术受精卵
　　（5）从转基因羊的乳汁中提取蛋白质，用相应的抗体进行抗原—抗体杂交。如果出现杂交带，表明奶牛中出现了抗原蛋白；如果不出现杂交带，表明奶牛中未出现抗原蛋白
　　（6）让害虫吞食转基因棉花的叶子，观察害虫的存活情况，以确定其是否具有抗虫性状
　　4. （1） HindⅡ和BamHⅠ 氨苄青霉素
　　（2） A （3） C （4）胚胎移植技术（5）全能（6） C
　　注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文

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