“文-图”转化在基因工程复习中的应用

栾晓丽

(山东省威海市文登区教育教学研究中心)

新高考模式下选考科目试题难度加大,在考查学生掌握必备知识同时注重对学生关键能力的考查。试题涉及的知识范围跨度大,各章节间的知识联系性强,学生往往不能系统地运用所学知识进行解题;加之学生获取有效信息能力不足,使得试题的作答效果不理想。基于以上问题,笔者建议在复习中对“文-图”转化给予更多的关注。

一、典型高考真题分析示例

2021年山东卷第25题难度系数较大,得分率较低,学生普遍反映读不懂题,无从下手进行作答。试题及“文-图”转化解答过程如下。

【试题】人类γ基因启动子上游的调控序列中含有BCL11A蛋白结合位点,该位点结合BCL11A蛋白后,γ基因的表达被抑制。通过改变该结合位点的序列,解除对γ基因表达的抑制,可对某种地中海贫血症进行基因治疗。科研人员扩增了γ基因上游不同长度的片段,将这些片段分别插入表达载体中进行转化和荧光检测,以确定BCL11A蛋白结合位点的具体位置。相关信息如图1所示。

图1

(1)为将扩增后的产物定向插入载体指导荧光蛋白基因表达, 需在引物末端添加限制酶识别序列。

插入启动子与终止子之间 最好选用两种切割后末端不同的限制酶

据图可知,在F1～F7末端添加的序列所对应的限制酶是SalI,在R末端添加的序列所对应的限制酶是EcoRI。本实验中,从产物扩增到载体构建完成的整个过程共需6种酶。

(2)将构建的载体导入除去BCL11A基因的受体细胞,成功转化后,含F1～F6与R扩增产物的载体

排除BCL11A蛋白与启动子上游序列结合后对基因表达的抑制作用

表达荧光蛋白,受体细胞有荧光,含F7与R扩增产物的受体细胞无荧光。含F7与R扩增产物的受体细胞无荧光的原因是F7与R扩增产物不含完整的启动子,荧光蛋白基因不表达。

(3)向培养液中添加适量的雌激素,含F1～F4与R扩增产物的受体细胞不再有荧光,而含F5～F6与R扩增产物的受体细胞仍有荧光。

若γ基因上游调控序列上与引物序列所对应的位置不含有BCL11A蛋

文-图转化见图2

BCL11A蛋白

白的结合位点序列,据此结果可推测,BCL11A蛋白结合位点位于引物F4与F5在调控序列上所对应序列

结合位点不在F对应的序列上

之间的区段上,理由是根据有无荧光情况判断,F1～F4与R扩增产物上均有结合位点,因此结合位点位于F4所对应调控序列的下游(右侧);F5～F6与R扩增产物上均无结合位点,可知结合位点位于F5所对应调控序列的上游(左侧),所以结合位点位于引物F4与F5在调控序列上所对应序列之间的区段上。

图2

本题涉及的必备知识有构建基因表达载体时限制酶的选择、PCR技术、基因表达载体构建过程中涉及的酶、启动子的作用等。该题无从下手的原因主要是学生的必备知识之间不能建立联系,信息获取能力欠缺。学生在审题时可通过“文—图”转化明确BCL11A蛋白的作用(图3)和通过荧光检测确定BCL11A蛋白的结合位点(图2)。

图3

(1)考查的是构建基因表达载体时限制酶的选择,此题解答除需要掌握限制酶选择的原则外(不破坏目的基因和标记基因),还需要联系基因的结构(确定目的基因插入的方向),启动子、终止子的作用(确定目的基因插入的位置),DNA连接酶的作用前提等相关知识。解题第一步:根据图示终止子的位置确定目的基因应插入荧光蛋白基因的右侧;第二步:根据图示中调控序列及启动子与γ基因的位置关系确定扩增产物的插入方向(F在右,R在左);第三步:荧光蛋白基因中含有EcoRI限制酶识别序列,确定切割载体时不能采用EcoRI,只能采用MunI和XhoI,但由于γ基因上游调控序列及启动子中含有MunI和XhoI识别序列,所以引物修饰时不能选用这两种酶;第四步:根据DNA连接酶作用的前提是连接相同的末端以及XhoI和SalI切割后的末端相同,MunI和EcoRI切割后的末端相同得出在F1～F7末端添加的序列所对应的限制酶是SalI,在R末端添加的序列所对应的限制酶是EcoRI。(2)解答时要分析出图中的有效信息并结合启动子的作用。(3)解题过程中把实验结果的文字描述转化成简单的图示(图2),直观对比两种结果形成的差异(有无F4及F4与F5之间的对应序列),再结合有关信息(γ基因上游调控序列上与引物序列所对应的位置不含有BCL11A蛋白的结合位点序列),确定BCL11A蛋白的结合位点。

二、基因工程高考命题特点

(一)题干信息复杂,文-图结合

学生浏览文字信息的同时将复杂的文字信息转化为直观的简易图或流程图。这样操作一方面可以帮助学生理解题意,另一方面为后面的解题做好铺垫,尤其是原因分析类试题的作答。

(二)强化实验结果分析的考查

近年的生物技术与工程的试题最后一问都是对实验探究能力的考查。题干给出实验的相关结果,要求学生由结果分析结论并阐述原因。这种类型题的解题也离不开“文-图”转化。

三、备考建议

(一)善用思维导图

生物知识零散不系统,学生往往只是死记硬背必备知识,对知识没有理解透彻,同一问题转换一种考查方法后,学生就不能明确答题方向。构建思维导图就是以某一知识点或过程为核心,通过知识的详细剖析,理解与之相关联的抽象知识,从而可以灵活应对各种类型的变相考查。如图4以基因的结构为核心,通过对真核生物基因结构的分析可以明确非编码区发生的碱基替换、增添、缺失属于基因突变,对照着基因的结构对转录、翻译过程进行分析,明确启动子、终止子的作用和基因表达产生的蛋白质中氨基酸序列决定于基因编码区外显子部分对应的碱基序列。从而理解逆转录得到的cDNA中为何没有启动子、终止子、内含子以及基因突变不一定会导致生物性状改变的原因。

图4

(二)采用“文-图”转化解题