精析核心考点 突破基因工程

谭家学

基因工程的工具

例1 下列关于各种酶作用的叙述，不正确的是（ ）

A.DNA连接酶能使不同脱氧核苷酸的磷酸与脱氧核糖连接

B.RNA聚合酶能与基因的特定位点结合，催化遗传信息的转录

C.一种限制性核酸内切酶能识别多种核苷酸序列，切割出多种目的基因

D.DNA聚合酶能将单个的脱氧核苷酸连接成DNA的一条链

解析 限制性核酸内切酶具有特异性，一种限制酶只能识别一种核苷酸序列，并在特定的位点切割。DNA连接酶和DNA聚合酶连接的都是磷酸二脂键，前者作用的是DNA片段，后者作用的是单个的脱氧核苷酸；RNA聚合酶是将单个的核糖核苷酸连接成长链，与基因的特定位点结合进行转录。

答案 C

点拨 限制性核酸内切酶、DNA连接酶、DNA聚合酶作用于①部位，DNA解旋酶作用于②部位。氢键的断裂和重新合成均与限制性核酸内切酶、DNA连接酶无关。在基因工程中氢键的断裂是通过升高温度来实现的，氢键的重新合成是通过降低温度来实现的。

[—A—G—C—A—T—A—

—T—C— G—T—A—T—][②][①]

作为载体的条件：能自我复制、有一个至多个限制酶切割位点、具有特殊的标记基因。常用的有质粒、λ噬菌体衍生物、动植物病毒等。

基因工程的基本操作程序及应用

例2 许多大肠杆菌的质粒上含有lacZ基因，其编码的产物β-半乳糖苷酶在X-gal和IPTG存在下，可以产生蓝色沉淀，使菌落呈现蓝色，否则菌落呈现白色。基因工程中常利用该原理从导入质粒的受体细胞中筛选出真正导入重组质粒的细胞，过程如图所示。请据图回答：

（1）基因工程中，构建基因表达载体的目的是 。

（2）限制酶EcoRⅠ的识别序列和切割位点是-G↓AATTC-，SmaⅠ的识别序列和切割位点是-CCC↓GGG-。图中目的基因被切割下来和质粒连接之前，需在目的基因的右侧连接相应的末端，连接的末端序列是 ，连接过程中需要的基本工具是 。

（3）转化过程中，大肠杆菌应先用 处理，使其处于能吸收周围DNA的状态。

（4）菌落颜色为白色的是 ，原因是 。

（5）菌落③中的目的基因是否表达，可采用的检测办法是 。

解析 （1）基因工程中，构建基因表达载体的目的是使目的基因在受体细胞中稳定存在，能遗传给后代，并表达和发挥作用。（2）根据限制酶EcoRⅠ和SmaⅠ的识别序列、切割位点和图解判断，图中目的基因被切割下来和质粒连接之前，需在目的基因的右侧连接相应的末端，连接的末端序列是-TTAA，连接过程中需要的基本工具是DNA连接酶。（3）转化过程中，大肠杆菌应先用Ca2+处理，使其处于能吸收周围DNA的状态。（4）由于lacZ标记基因区插入外源基因后被破坏，不能表达出β-半乳糖苷酶，故菌落③为白色菌落。（5）可采用抗原-抗体杂交的办法检测菌落③中的目的基因是否表达。

答案 （1）使目的基因在受体细胞中稳定存在，能遗传给后代，并表达和发挥作用 （2）-TTAA DNA连接酶 （3）Ca2+ （4）菌落③ lacZ标记基因区插入外源基因后被破坏，不能表达出β-半乳糖苷酶，故菌落为白色 （5）抗原—抗体杂交

点拨 基因工程的基本操作程序如下：

目的基因的获取。①从基因文库中获取；②利用PCR技术扩增；③人工合成。

基因表达载体的构建。基因表达载体的组成包括启动子、终止子、标记基因、目的基因。使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传给下一代，且目的基因能够表达和发挥作用。

蛋白质工程

例3 蛋白质工程被称为第二代基因工程，目前已成为研究蛋白质结构和功能的重要手段。如图为蛋白工程的流程图（自右向左），请据图回答以下问题：

[转录][①][②][翻译][折叠][蛋白质工程流程图][预期功能][生物功能][氨基酸序

列多肽链][蛋白质三

维结构][基因

DNA][mRNA]

（1）与基因工程相比较，蛋白质工程产物具备的特点是 。

（2）图中的步骤①和②分别为 、分子设计。

（3）由图可知，要改造蛋白质结构，最终是通过改造基因来实现的。原因是 。

（4）从以上流程图可以看出，蛋白质工程是以 为基础并延伸出来的包含多学科的综合科技工程领域，

解析 （1）蛋白质工程可以生产出自然界中不存在的新蛋白质。（2）①处应是DNA合成。（3）因为改造基因操作更容易，且改造后可以遗传。（4）蛋白质工程是以基因工程为基础延伸出来的第二代基因工程，包含多学科的综合科技工程领域。

答案 （1）可生产出自然界不存在的蛋白质 （2）DNA合成 （3）改造基因操作更容易，且改造后可以遗传 （4）基因

点拨 蛋白质工程最终还是回到基因工程上来，因为蛋白质的合成由基因控制，所以说蛋白质工程是在基因工程的基础上延伸出的第二代基因工程。两者的操作核心都是基因，但是一个操作起点是目的基因，一个操作起点是预期蛋白质功能。基因工程通过定向改造生物的遗传特性，以获得人类需要的生物类型和生物产品；蛋白质工程通过定向改造生物的遗传特性来生产人类需要的蛋白质（基因的异体表达）。

[练习]

普通番茄细胞中含多聚半乳糖醛酸酶基因（用A表示），控制细胞产生多聚半乳糖醛酸酶，该酶能破坏细胞壁，使番茄易软化，不耐储藏。抗多聚半乳糖醛酸酶基因可以使番茄不再产生多聚半乳糖醛酸酶，从而使番茄长时间抗软化，容易储存和运输。下图是通过基因工程培育抗软化耐储藏番茄的过程及原理。请分析回答下列问题：

（1）普通番茄（AA）也可以通过 育种的方法，最终获得基因型为aa（不能合成多聚半乳糖醛酸酶）的抗软化、耐储存的番茄。

（2）利用基因工程将目的基因导入植物细胞，目前采用最多的方法是 ，该方法中用到的目的基因载体是 ，目的基因需插入到该基因载体的 上。

（3）将抗多聚半乳糖醛酸酶基因导入番茄细胞所需要的工具酶有 。

（4）图1中获得导入抗多聚半乳糖醛酸酶基因的番茄细胞，需要经过 技术获得转基因番茄，这个过程需要在 条件下进行，细胞先经脱分化形成 ，再形成丛芽和根。

（5）根据图2分析抗多聚半乳糖醛酸酶基因能使番茄抗软化的原理是两个基因分别转录出的mRNA ，从而阻断了 过程。