- Khi được chuyển vào tế bào vật chủ, chúng sẽ nhân lên cùng với sự nhân lên của tế bào vật chủ, tạo ra vô số các ADN tái tổ hợp.. Tách dòng tế bào chứa ADN tái tổ hợp - Khi chuyển gen,
Trang 1III TẠO GIỐNG BẰNG CÔNG NGHỆ GEN
A KIẾN THỨC LÍ THUYẾT
1 Khái niệm công nghệ gen
- Công nghệ gen là quy trình tạo ra những tế bào hoặc những sinh vật có gen bị biến đổi, có thêm gen mới, từ đó tạo ra cơ thể với những đặc điểm mới Công nghệ gen phổ biến hiện nay là tạo phân tử ADN tái tổ hợp để chuyển gen
- Kĩ thuật chuyển gen là kĩ thuật chuyển một đoạn ADN từ tế bào cho sang tế bào nhận nhờ thể truyền hay súng bắn gen
- Thể truyền (vecto chuyển gen): plasmit của vi khuẩn, thực thể khuẩn lamda (phage); là cấu trúc có khả năng mang ADN ngoại lai và có khả năng tự nhân đôi, tồn tại độc lập trong tế bào và mang được gen cần chuyển
2 Quy trình chuyển gen
a Tạo AND tái tổ hợp
- ADN tái tổ hợp là 1 phân tử ADN được lắp ráp từ các đoạn ADN lấy từ các nguồn khác nhau (gồm thể truyền và gen cần chuyển)
- Các bước chủ yếu:
+ Tách ADN thể truyền (plasmit hoặc thực thể khuẩn) và ADN chứa gen cần chuyển của tế bào cho + Xứ lý ADN cho và ADN của thể truyền bằng cùng 1 loại enzym cắt giới hạn Chúng sẽ tạo nên các đầu dính giống nhau
+ Trộn lẫn ADN đích và thể truyền vừa bị cắt và bổ sung enzym nối ADN ligaza Sự tổ hợp giữa ẠDN đích và ADN thể truyền gọi là ADN tái tổ hợp
Trang 2b Chuyển ADN tái tổ hợp vào tế bào nhận
- Tế bào nhận phổ biến nhất hiện nay đó là vi khuẩn E coli, vì chúng xuất hiện phổ biến, tương đối an toàn và tốc độ sinh sản rất nhanh (khoảng 20 phút sinh ra 1 thế hệ mới)
- Để tăng khả năng xâm nhập của ADN tái tổ hợp vào tế bào nhận, người ta có thể dùng phương pháp biến nạp hay bằng phương pháp tải nạp
+ Phương pháp biến nạp: Dùng dung dịch muối CaCl2 hoặc dùng xung điện cao áp làm giãn màng sinh
chất của tế bào khiến cho ADN tái tổ hợp dễ dàng chui qua màng vào trong tế bào
+ Phương pháp tải nạp: Nếu thể truyền là thực thể khuẩn, chúng mang gen cần chuyển và xâm nhập vào
tế bào vi khuẩn chủ
- Khi được chuyển vào tế bào vật chủ, chúng sẽ nhân lên cùng với sự nhân lên của tế bào vật chủ, tạo ra
vô số các ADN tái tổ hợp
c Tách dòng tế bào chứa ADN tái tổ hợp
- Khi chuyển gen, các tế bào nhận có thể nhận được ADN tái tổ hợp, plasmit chưa tái tổ hợp, hay tế bào không chứa ADN nào Vì vậy, để phân tách các tế bào chứa ADN tái tổ hợp người ta sử dụng các phương pháp khác nhau
- Thông thường, trên plasmit có chứa gen kháng sinh, khi có mặt gen này vi khuẩn có thể sống trong môi trường có kháng sinh, đây là một cách cơ bản để nhận biết dòng vi khuẩn có ADN tái tổ hợp
Ví dụ:
- Tế bào nhận là loài mẫn cảm với chất kháng sinh tetraxilyn Khi plasmit đã được chuyển gen có gen kháng với tetraxilyn vào trong tế bào mẫn cảm, nó sẽ trở nên kháng được thuốc kháng sinh Khi bổ sung
Trang 3tetraxilyn vào môi trường nuôi, tất cả các tế bào không chứa ADN tái tổ hợp sẽ bị chết, trong môi trường nuôi lúc này chỉ còn lại các tế bào có chứa ADN tái tổ hợp Dòng tế bào này được nuôi cấy để sản xuất ra sản phẩm mong muốn
3 Thành tựu ứng dụng công nghệ gen
Ứng dụng của công nghệ gen đã tạo ra các sinh vật chuyển gen Sinh vật chuyển gen là các sinh vật được
bổ sung vào bộ gen của mình những gen đã được tái tổ hợp hoặc những gen đã được sửa chữa (sinh vật biến đổi gen) Những sản phẩm tốt của sinh vật biến đổi gen được sử dụng để phục vụ cho cuộc sống của con người
a Tạo giống vi sinh vật
Ngày nay, người ta đã tạo ra được các chủng vi khuẩn cho sản phẩm mong muốn không có trong tự nhiên, bằng cách chuyển một hay một nhóm gen từ tế bào của người hay một đối tượng khác vào tế bào của vi khuẩn
Ví dụ:
- Tạo chủng vi khuẩn E coli sản xuất Insulin chữa bệnh tiểu đường ở người
- Tạo chủng vi khuẩn E coli sản xuất somatostatin: là loại hoocmon đặc biệt có chức năng điều hòa hoocmon sinh trưởng và insulin đi vào máu Cứ 7,5 lít dịch nuôi E coli sẽ thu được 5 miligam somatostatin nguyên chất, nếu muốn thu được lượng này trước đây phải giết chết 500.000 con cừu
- Tạo vacxin viêm gan B để phòng bệnh viêm gan B,…
b Tạo giống thực vật
- Tạo giống bằng công nghệ gen mở ra nhiều ứng dụng mới cho trồng trọt, tạo ra các giống cây trồng quý hiếm; sản xuất các chất bột đường với năng suất cao, sản xuất các loại protein trị liệu, các kháng thể và các chất dẻo Thời gian tạo giống rút ngắn đáng kể
- Đến nay có trên 1200 loài thực vật đã được chuyển gen, trong đó 290 giống cây cải dầu, 133 giống cây khoai tây và nhiều loại khác như cà chua, ngô, đậu nành, củ cải,
- Phương pháp chuyển gen ở thực vật rất đa dạng: chuyển gen bằng plasmit, bằng virut, chuyển gen trực tiếp qua ống phấn, kỹ thuật vi tiêm ở tế bào trần, dùng súng bắn gen,
- Một số thành tựu:
+ Cà chua chuyển gen: giống cà chua chuyển gen có khả hăng sản sinh ra etylen đã được làm bất hoạt,
khiến cho quá trình chín của quả bị chậm lại, nên có thể vận chuyển đi xa mà không bị hỏng, một số cà chua được chuyển gen kháng virut góp phần giảm sử dụng thuốc hóa học diệt côn trùng gây bệnh, hạn chế gây ô nhiễm môi trường
+ Lúa chuỵển gen tổng hợp β - caroten: nhờ kỹ thụật chuyển gen tạo nên giống lúa chứa β - caroten hạt
gạo màu vàng mang lại “niềm hy vọng” trong việc bảo vệ khoảng 1-2 triệu bệnh nhân bị các rối loạn do thiếu vitamin A
+ Chuyển gen trừ sâu từ vi khuẩn vào cây bông.
c Tạo giống ở động vật
Trang 4- Sử dụng công nghệ gen để tạo ra các giống vật nuôi mới có năng suất và chất lượng cao hơn về sản phẩm Đặc biệt, tạo ra động vật chuyển gen có thể sản xuất ra thuốc chữa bệnh cho con người
- Các phương pháp chuyển gen ở động vật là: vi tiêm, sử dụng tề bào gốc và dùng tinh trùng như vecto mang gen
- Một số thành tựu:
+ Tạo giống cừu sản xuất protein người: Cừu chuyển gen tổng hợp được protein huyết thanh ở người.
Sản phẩm này được chế biến thành thuốc chống u xơ nang và một số bệnh về đường hô hấp ở người
+ Tạo giống bò chuyển gen: Ở bò, người ta dùng hai cách đưa gen mong muốn vào hợp tử Bò được
chuyển gen sản xuất r - protein của người và gen này được biểu hiện trong tuyến sữa, có thể cho sản phẩm với số lượng lớn Từ sữa có sản phẩm này, qua chế biến sản xuất ra protein C chữa bệnh máu vón cục gây tắc mạch máu ở người
+ Chuyển gen có gen sinh trưởng của chuột cống vào chuột bạch: tạo ra chuột bạch chuyển gen có khối
lượng gấp đôi chuột bạch bình thường cùng lứa
B CÁC DẠNG BÀI TẬP
a KHỞI ĐỘNG: NHẬN BIẾT
Bài 1: Công nghệ gen là quy trình tạo ra:
A Những cơ thể sinh vật có mang gen bị biến đổi hoặc có thêm gen mới
B Những tế bào hoặc sinh vật có gen bị biến đổi hoặc có thêm gen mới
C Những tế bào trên cơ thể sinh vật có gen bị biến đổi hoặc có thêm gen mới
D Những tế bào hoặc sinh vật có gen bị đột biến dạng mất một cặp nucleotit
Bài 2: Thể truyền là một phân tử AND có kích thước
A Nhỏ và có khả năng tự nhân đôi khi tế bào nhân đôi và có thể gắn vào hệ gen của tế bào
B Lớn và có khả năng tự nhân đôi, luôn hoạt động độc lập với ADN ở trong nhân của tế bào
C Nhỏ và có khả năng tự nhân đôi một cách độc lập với hệ gen của tế bào cũng như có thể gắn thêm ADN ngoại lai
D Nhỏ và không có khả năng tự nhân đôi một cách độc lập với hệ gen của tế bào cũng như không thể gắn thêm ADN ngoại lai
Bài 3: Enzym nối sử dụng trong kĩ thuật tạo ADN tái tổ hợp có tên là
A Restrictaza
B Ligaza
C ADN - polimeraza
D ARN - polimeraza
Bài 4: Plasmit là ADN dạng vòng, mạch kép có trong
A Nhân tế bào các loài sinh vật
B Nhân tế bào vi khuẩn
Trang 5C Tế bào chất của vi khuẩn
D Ti thể, lục lạp
Bài 5: Điều nào không đúng khi nói về plasmit
A Chứa các gen tồn tại thành từng cặp alen
B Một phân tử ADN dạng vòng, mạch kép
C Có khả năng tự nhân đôi độc lập với ADN trên nhiễm sắc thể
D Có từ vài cho đến vài chục plasmit trong 1 tế bào
b TĂNG TỐC: THÔNG HIỂU
Bài 1: Khâu đầu tiên trong quy trình chuyển gen là việc tạo ra
A Vecto chuyển gen
B Biến dị tổ hợp
C Gen đột biến
D ADN tái tổ hợp
Bài 2: Kỹ thuật gen là kỹ thuật tác động trên đối tượng nào sau đây?
A ADN
B ARN
C Protein
D Nhiễm sắc thể
Bài 3: Kỹ thuật chuyển gen là kỹ thuật tác động lên vật chất di truyền ở cấp độ
A Phân tử
B Tế bào
C Quần thể
D Cơ thể
Bài 4: Ở cà chua biến đổi gen, quá trình chín của quả bị chậm lại nên có thể vận chuyển đi xa hoặc để lâu
mà không bị hỏng Nguyên nhân của hiện tượng này là
A Gen sản sinh ra etilen đã bị bất hoạt
B Gen sản sinh ra etilen đã được hoạt hóa
C Cà chua này đã được chuyển gen kháng virus
D Cà chua này là thể đột biến
Bài 5: Nhận định nào sau đây là đúng
A Việc cắt phân tử ADN trong kĩ thuật chuyển gen nhờ enzym ligaza
B Việc nối các đoạn ADN trong kĩ thuật tạo ADN tái tổ hợp do enzym restrictaza
C Vecto chuyển gen được dùng là plasmit cũng có thể là thể thực khuẩn
D Vecto chuyển gen là phân tử ADN tồn tại độc lập trong tế bào nhưng không có khả năng tự nhân đôi
Bài 6: Trong kĩ thuật chuyển gen, tế bào nhận được sử dụng phổ biến là vi khuẩn E coli vì chúng
A Có tốc độ sinh sản nhanh
Trang 6B Thích nghi cao với môi trường
C Dễ phát sinh biến dị
D Có cấu tạo cơ thể đơn giản
c BỨT PHÁ: VẬN DỤNG
Bài 1: Đối tượng vi sinh vật đựợc sử dụng phổ biến tạo ra các sản phẩm sinh học trong công nghệ gen là
A Virut
B Vi khuẩn
C Thực khuẩn
D Nấm
Bài 2: Trong kĩ thuật chuyển gen vào tế bào vi khuẩn, thể truyền plasmit cần phải mang gen đánh dấu
A Vì plasmit phải có các gen này để có thể nhận ADN ngoại lại
B Để chuyển ADN tái tổ hợp vào tế bào nhận được dễ dàng
C Để giúp cho enzym restrictaza cắt đúng vị trí trên plasmit
D Để có thể biết được các tế bào có ADN tái tổ hợp
Bài 3: Phương pháp biến nạp là phương pháp ADN tái tổ hợp vào tế bào nhận bằng cách
A Dùng xung điện kích thích làm co màng sinh chất của tế bào
B Dùng muối CaCl2 làm dãn màng sinh chất của tế bào
C Dùng thực khuẩn Lamda làm thể xâm nhập
D Dùng hoocmon kích thích làm dãn màng sinh chất của tế bào
Bài 4: Trong kĩ thuật chuyển gen, phân tử ADN tái tổ hợp được tạo như thế nào
A ADN plasmit sau khi được nối thêm vào một đoạn ADN của tế bào cho
B ADN của tế bào cho sau khi được nối vào một đoạn ADN của tề bào nhận
C ADN của tế bào nhận sau khi được nối vào một đoạn ADN củá tế bào cho
D ADN plasmit sau khi được nối thêm vào một đoạn ADN của tế bào nhận
Bài 5: Thành tựu nào sau đây không được tạo ra từ ứng dụng công nghệ gen?
A Vi khuẩn E coli sản xuất hoocmon soma-tostatin
B Lúa chuyển gen tổng hợp β - caroten
C Ngô DT6 có năng suất cao, hàm lượng protein cao
D Cừu chuyển gen tổng hợp protein huyết thanh của người
Bài 6: Thành tựu nào sau đây không phải là do công nghệ gen?
A Tạo ra cây bông mang gen kháng được thuốc trừ sâu
B Tạo ra cừu Đôly
C Tạo giống cà chua có gen sản sinh etilen bị bất hoạt, làm quả chậm chín
D Tạo vi khuẩn E coli sản xuất insulin chữa bệnh đái tháo đường ở người
Bài 7: Để xác định dòng tế bào đã nhận được ADN tái tổ hợp, các nhà khoa học
Trang 7A Chọn thể truyền có gen đột biến
B Chọn thể truyền có kích thước lớn
C Quan sát tế bào dưới kính hiển vi
D Chọn thể truyền có các gen đánh dấu
Bài 8: ADN nhiễm sắc thể và ADN plasmit có chung đặc điểm nào sau đây?
A Nằm trong nhân tế bào
B Có cấu trúc xoắn vòng
C Có khả năng tự nhân đôi
D Có số lượng nucleotit như nhau
Bài 9: Đặc điểm quan trọng nhất của plasmit mà người ta chọn nó làm vật thể truyền gen là
A Chứa gen mang thông tin di truyền quy định một số tính trạng nào đó
B Chỉ tồn tại trong tế bào chất của vi khuẩn
C ADN plasmit tự nhân đôi độc lập với ADN của nhiễm sắc thể
D ADN có số lượng cặp nucleotit ít
Bài 10: Người ta dùng kỹ thuật chuyển gen để chuyển gen kháng thuốc kháng sinh tetraxilin vào vi khuẩn
E coli không mang gen kháng thuốc kháng sinh Để xác định đúng dòng vi khuẩn mang ADN tái tổ hợp mong muốn, người ta đem nuôi các dòng vi khuẩn này trong một môi trường có nồng độ tetraxilin thích hợp Dòng vi khuẩn mang ADN tái tổ hợp mong muốn sẽ:
A Tồn tại một thời gian nhưng không sinh trưởng và phát triển
B Sinh trưởng và phát triển bình thường khi thêm vào môi trường một loại thuốc kháng sinh khác
C Sinh trưởng và phát triển bình thường
D Bị tiêu diệt hoàn toàn
d VỀ ĐÍCH: VẬN DỤNG CAO
Bài 1: Các bước tiến hành trong kĩ thuật chuyển gen theo trình tự là
A Tạo ADN tái tổ hợp đưa ADN tái tổ hợp vào tế bào nhận phân lập dòng tế bào chứa ADN tái tổ hợp
B Tách gen và thể truyền và nối tạo ADN tái tổ hợp, đưa ADN tái tổ hợp vào tế bào nhận
C Tạo ADN tái tổ hợp phân lập dòng ADN tái tổ hợp đưa ADN tái tổ hợp vào tế bào nhận
D Phân lập dòng tế bào chứa ADN tái tổ hợp, tạo ADN tái tổ hợp, chuyển ADN tái tổ hợp vào tế bào nhận
Bài 2: Những thành tựu nào sau đầy là thành tựu của công nghệ gen?
(1) Tạo giống bông kháng sâu bệnh
(2) Sản xuất các loại thuốc trừ sâu hóa học diệt trừ sâu bọ gây hại
(3) Giống cà chua có gen sản sinh etilen bất hoạt
(4) Chuột nhắt mang gen tăng trưởng của chuột cống
(5) Cừu Đôly
Trang 8(6) Dê sản xuất ra tơ nhện trong sữa
(7) Tạo giống cừu có gen protein huyết tương người
A 1, 4, 6, 7
B 1, 3, 4, 6, 7
C 1, 4, 5, 7
D 1, 2, 4, 5, 7
Bài 3: Cho các dòng sau
(1) Cắt ADN của tế bào cho và mở plasmit bằng enzym đặc hiệu
(2) Tách ADN ra khỏi tế bào cho và tách plasmit từ tế bào vi khuẩn
(3) Chuyển ADN tái tổ hợp vào tế bào nhận
(4) Nối đoạn ADN của tế bào cho vào plasmit
(5) Phân lập dòng tế bào chứa ADN tái tổ hợp mang gen mong muốn
Trình tự các bước trong kĩ thuật di truyền là:
A 2 4 1 3 5
B 1 2 4 3 5
C 5 1 4 2 3
D 2 1 4 3 5
Bài 4: Cho các thành tựu sau
(1) Tạo chủng vi khủẩn E coli sản xuất Insulin của người
(2) Tạo giống dâu tằm tam bội có năng suất tăng cao hơn so với dạng lưỡng bội bình thường (3) Tạo ra giống bông và đậu tương mang gen kháng thuốc diệt cỏ của thuốc lá cảnh Petunia (4) Tạo ra giống dưa hấu tam bội không hạt, hàm lượng đường cao
(5) Tạo giống cừu mà trong sữa có chứa protein của người
(6) Tạo giống cà chua có gen làm chín quả bị bất hoạt
(7) Tạo giống lúa “gạo vàng” có khả năng tổng hợp β - caroten trong hạt
Có bao nhiêu thành tựu là của công nghệ gen
A 2
B 3
C 5
D 6
Bài 5: Cho các thành tựu sau
(1) Tạo giống lúa gạo vàng, có khả năng tổng hợp β - caroten trong hạt
(2) Tạo ra giống cà chua có gen làm chín, bị bất hoạt
(3) Tạo ra giống cây trồng lưỡng bội có kiểu gen đồng hợp tử về tất cả các gen
(4) Tạo ra giống cừu sản sinh protein huyết thanh của người trong sữa
(5) Tạo giống dưa hấu đa bội
Trang 9Có bao nhiều thành tựu là ứng dụng của công nghệ gen
A 1
B 2
C 3
D 4
HƯỚNG DẪN GIẢI – ĐÁP ÁN
A KHỞI ĐỘNG: NHẬN BIẾT
Bài 1: Chọn đáp án B
Bài 2: Chọn đáp án C
Bài 3: Chọn đáp án B
Bài 4: Chọn đáp án C
Bài 5: Chọn đáp án A
B TĂNG TỐC: THÔNG HIỂU
Bài 1: Chọn đáp án D
Bài 2: Chọn đáp án A
Bài 3: Chọn đáp án A
Bài 4: Chọn đáp án A
Bài 5: Chọn đáp án C
Bài 6: Chọn đáp án A
C BỨT PHÁ – VẬN DỤNG
Bài 1: Giải: Chọn đáp án B
Ở vi sinh vật, đối tượng được sử dụng phổ biến nhất chính là vi khuẩn
Bài 2: Giải: Chọn đáp án D
Thể truyền plasmit cần phải mang gen đánh dấu để có thể nhận biết được các tế bào có chứa ADN tái tổ hợp, vì khi chuyển gen các tế bào nhận có thể nhận được ADN tái tổ hợp, plasmit chưa tái tổ hợp, hay tế bào không chứa ADN nào
Bài 3: Giải: Chọn đáp án B
Có 2 phương pháp dùng để chuyển ADN tái tổ hợp vào tế bào nhận:
+ Phương pháp biến nạp: đối với thể truyền là plasmit, dùng dung dịch muối CaCl2 hoặc dùng xung
điện cao áp làm giãn màng sinh chất của tế bào khiến cho ADN tái tổ hợp dễ dàng chui qua màng vào trong tế bào
+ Phương pháp tải nạp: Nếu thể truyền là thực thể khuẩn, chúng mang gen cần chuyển và xâm nhập vào
tế bào vi khuẩn chủ
Bài 4: Giải: Chọn đáp án A
ADN tái tổ hợp là phân từ ADN nối giữa ADN của plasmit và ADN của tế bào cho
Trang 10Bài 5: Giải: Chọn đáp án C
Giống ngô DT6 có năng suất cao, hàm lượng protein cao là ứng dụng của phương pháp chọn giống bằng phương pháp gây đột biến
Bài 6: Giải: Chọn đáp án B
Cừu Đôly là ứng dụng của công nghệ tế bào, cụ thể là nhân bản vô tính ở động vật
Bài 7: Giải: Chọn đáp án D
Để nhận biết các tế bào nhận có chứa ADN tái tổ hợp, người ta thường dùng thể truyền có gen đánh dấu; thông thường trên plasmit có chứa gen kháng sinh, đây là một cách cơ bản để nhận biết dòng vi khuẩn có chứa ADN tái tổ hợp
Bài 8: Giải: Chọn đáp án C
Đặc điểm chung của hai loại ADN này đều có khả năng nhân đôi
Ta xét các đáp án khác
A: Sai ADN của nhiễm sắc thể nằm trong nhân (hoặc vùng nhân), ADN của plasmit nằm trong tế bào chất của vi khuẩn
B: Sai ADN của nhiễm sắc thể có cấu trúc xoắn kép, thẳng; còn ADN của plasmit là ADN dạng vòng, xoắn kép
D: Sai Số lượng Nu ở mỗi loài là khác nhau, tùy từng loài
Bài 9: Giải: Chọn đáp án C
Đặc điểm của thể truyền cần có là:
+ Có khả năng mang ADN ngoại lai, gen cần chuyển
+ Có khả năng tự nhân đôi, tồn tại độc lập trong tế bào
Trong đó có khả năng tự nhân đôi độc lập là yếu tố quan trọng nhất
Bài 10: Giải: Chọn đáp án C
Vì vi khuẩn có mang gen kháng thuốc nên khi ở trong môi trường có tetraxilin thì loại vi khuẩn này vẫn
có thể sinh trưởng và phát triển bình thường
D VỀ ĐÍCH: VẬN DỤNG CAO
Bài 1: Giải: Chọn đáp án A
Quy trình chuyển gen gồm các bước sau:
+ Tạo ADN tái tổ hợp
+ Chuyển ADN vào tế bào nhận
+ Tách dòng tế bào chứa ADN tái tổ hợp
Bài 2: Giải: Chọn đáp án B
Ta xét các thành tựu:
(1) Đây là ứng dụng của công nghệ gen
(2) Sản xuất thuốc trừ sầu hóa học là sản xuất công nghiệp, không phải là thành tựu của công nghệ gen