Giải Chuyên đề Sinh học 12 Kết nối tri thức bài 3
Bài 3: Công nghệ gene
VnDoc.com xin gửi tới bạn đọc bài viết Giải Chuyên đề Sinh học 12 Kết nối tri thức bài 3: Công nghệ gene để bạn đọc cùng tham khảo. Bài viết hướng dẫn bạn đọc trả lời các câu hỏi trong Chuyên đề Sinh học lớp 12 các trang 19 ...28. Mời các bạn cùng theo dõi bài viết dưới đây.
Mở đầu trang 19 Chuyên đề Sinh 12 Kết nối
Chuyển gene từ loài này sang loài khác nhằm mục đích gì?
Lời giải:
Chuyển gene từ loài này sang loài khác nhằm nhiều mục đích khác nhau như:
- Đối với cây trồng: Chuyển gene nhằm tạo ra cây trồng mang nhiều đặc tính ưu việt khác nhau phù hợp với thị hiếu của con người như cây trồng chống chịu điều kiện bất lợi của môi trường (chịu hạn, chịu lạnh, chịu mặn, chịu nhiệt), cây trồng kháng sâu, cây trồng có gene chín chậm, cây trồng có giá trị dinh dưỡng cao,…
- Đối với tế bào động vật và người: Việc chuyển gene nhằm 2 mục đích chính: (1) Tạo ra các tế bào có gene được chỉnh sửa như thay thế gene bệnh thành gene lành, làm bất hoạt hay hoạt hóa gene rồi đưa trở lại cơ thể như trong liệu pháp gene chữa bệnh di truyền và (2) tạo ra sinh vật chuyển gene hay sinh vật biến đổi gene có các đặc tính mong muốn để nghiên cứu (xác định chức năng gene, nghiên cứu bệnh học, tạo mô hình thử nghiệm thuốc và vaccine,…) hoặc ứng dụng trong thực tế (sản xuất chế phẩm hoặc thuốc sinh học,…).
I. Khái niệm và quy trình công nghệ gene
Dừng lại và suy ngẫm trang 21 Chuyên đề Sinh 12 Kết nối
Hãy vẽ sơ đồ phác thảo ba bước của một quy trình công nghệ gene cơ bản. Lấy ví dụ về nhân dòng và biểu hiện một gene của người (như gene quy định hormone sinh trưởng HGH) trong tế bào vi khuẩn E. coli. Mục đích chuyển gene HGH của người vào tế bào vi khuẩn là gì?
Lời giải:
• Sơ đồ ba bước của quy trình công nghệ gene:
• Ví dụ: Nhân dòng và biểu hiện gene HGH của người trong tế bào E. coli:
- Phân lập gene HGH từ tế bào người:
+ Tách chiết mRNA từ tế bào người.
+ Sử dụng kĩ thuật RT - PCR, dùng cặp mồi đặc hiệu của gene HGH để tạo và nhân bản cDNA.
- Cài cDNA vào plasmid:
+ Xử lí plasmid và cDNA bằng cùng một loại enzyme cắt giới hạn để tạo đầu dính phù hợp.
+ Trộn cDNA với plasmid, bổ sung ligase để gene HGH nối vào plasmid, tạo ra DNA tái tổ hợp.
- Đưa vector vào tế bào nhận:
+ Dung dịch DNA tái tổ hợp được trộn với tế bào E. coli, tạo các điều kiện để DNA tái tổ hợp được biến nạp vào tế bào vi khuẩn.
+ Chọn lọc tế bào chứa DNA tái tổ hợp, tách và nuôi thành dòng tế bào.
• Mục đích chuyển gene HGH của người vào tế bào vi khuẩn là để tạo ra lượng lớn hormone GH phục vụ cho các mục đích khác nhau, ví dụ: tiêm cho người bị lùn bẩm sinh do thiếu GH.
II. Cơ sở của khoa học của chuyển gene
Dừng lại và suy ngẫm 1 trang 23 Chuyên đề Sinh 12 Kết nối
Nêu vai trò của vector trong công nghệ gene
Lời giải:
Vai trò của vector trong công nghệ gene:
- Giúp mang gene đích vào trong tế bào nhận.
- Giúp gene đích có thể tồn tại, nhân đôi, phiên mã và dịch mã bình thường trong tế bào nhận.
- Các vector khác nhau được sử dụng với các mục đích khác nhau: Có loại dùng để chuyển gene với mục đích nhân dòng gene, tạo ra nhiều bản sao của gene trong tế bào, mỗi dòng tế bào chứa một loại gene dùng để nghiên cứu giải trình tự gene và các mục đích khác. Có loại vector chuyên dùng để chuyển gene nhằm tạo ra được nhiều sản phẩm của gene nhất có thể. Một số vector như retrovirus có thể sử dụng trong liệu pháp gene, thay gene gây bệnh ở người bằng gene lành.
Dừng lại và suy ngẫm 2 trang 23 Chuyên đề Sinh 12 Kết nối
Tại sao vector cần có ba thành phần (thuộc tính phân tử): trình tự khởi đầu tái bản, gene chỉ thị chọn lọc và vị trí nhân dòng?
Lời giải:
Vector cần có ba thành phần (thuộc tính phân tử): trình tự khởi đầu tái bản, gene chỉ thị chọn lọc và vị trí nhân dòng vì:
- Trình tự khởi đầu tái bản là cần thiết để các enzyme của tế bào có thể nhận ra và tái bản DNA tái tổ hợp, nhờ đó gene đích được nhân lên cùng với sự nhân lên của tế bào nhận, tránh trường hợp gene đích bị mất đi khi tế bào nhận phân chia.
- Gene chỉ thị hay còn gọi là gene thông báo có các sản phẩm dễ nhận biết nhằm giúp sàng lọc các tế bào nhận có mang vector tái tổ hợp. Gene chỉ thị thường là gene kháng thuốc kháng sinh hoặc gene có sản phẩm có thể dễ nhận biết thông qua màu sắc khi sản phẩm của gene được nhuộm bởi thuốc nhuộm đặc hiệu. Mỗi vector cần phải có hai gene chỉ thị, một gene có vị trí để cài gene chuyển, gene còn lại thường là gene kháng kháng sinh dùng để nhận biết tế bào chuyển gene.
- Vị trí nhân dòng là vị trí nhận biết của enzyme cắt giới hạn để có thể cắt vector và gắn gene chuyển vào đó. Vị trí này thường nằm trong vùng mã hóa của một gene.
- Các vector là plasmid, ngoài các trình tự nucleotide nói trên còn phải chứa gene điều hòa để điều hòa sự hoạt động của gene chuyển mà nó mang.
III. Chuyển gene ở thực vật và động vật
Dừng lại và suy ngẫm 1 trang 27 Chuyên đề Sinh 12 Kết nối
Vì sao phải sử dụng vector khi chuyển gene từ tế bào này sang tế bào khác?
Lời giải:
Phải sử dụng vector khi chuyển gene từ tế bào này sang tế bào khác vì:
- Nếu không dùng vector để chuyển gene mà để gene tự biến nạp vào tế bào thì gene chuyển sẽ dễ bị các enzyme của tế bào phân hủy khi chúng nhận ra đó là DNA ngoại lai. Gene chuyển nếu không bị phân giải trong tế bào thì cũng không thể tự tái bản thành nhiều bản sao nếu không được tích hợp vào hệ gene của tế bào chủ.
- Vector giúp đưa gene ngoại lai vào tế bào nhận và đảm bảo gene chuyển không bị loại thải bởi hệ thống bảo vệ của tế bào. Đồng thời, vector cũng đảm bảo cho gene chuyển được nhân lên và biểu hiện trong tế bào nhận.
Dừng lại và suy ngẫm 2 trang 27 Chuyên đề Sinh 12 Kết nối
Hãy sưu tầm các tài liệu về vi khuẩn chuyển gene có khả năng làm sạch các chất gây ô nhiễm môi trường như dầu mỏ, túi nylon,...
Lời giải:
Một số vi khuẩn chuyển gene có khả năng làm sạch các chất gây ô nhiễm môi trường như dầu mỏ, túi nylon,...:
- Chủng Pseudomonas florescens HK44 xử lí ô nhiễm dầu.
- Chủng Pseudomonas K-62 xử lí ô nhiễm thuỷ ngân.
- Chủng Vibrio natriegens cải biến để xử lí nhựa PET trong điều kiện mặn.
Luyện tập và vận dụng 1 trang 28 Chuyên đề Sinh 12 Kết nối
Việc sử dụng cây GMO và động vật chuyển gene trong thực tiễn có thể mang lại các lợi ích và rủi ro gì so với các cây trồng và vật nuôi truyền thống?
Lời giải:
- Lợi ích:
+ Tăng năng suất cây trồng.
+ Tăng giá trị dinh dưỡng của nông sản.
+ Giảm chi phí sản xuất, giảm giá thành sản phẩm.
+ Giảm sử dụng thuốc trừ sâu hóa học,...
- Rủi ro:
+ Thực phẩm GMO có thể có hại cho sức khoẻ của người dùng: có thể gây dị ứng, góp phần vào sự phát triển bệnh ung thư, làm tăng khả năng kháng thuốc kháng sinh, giảm hiệu quả điều trị bệnh,...
+ Gene từ GMO có thể được chuyển vào các sinh vật khác, ảnh hưởng đến hệ sinh thái. Ví dụ, gene kháng thuốc diệt cỏ từ ngô có thể chuyển sang cỏ thông qua lai xa,...
+ Phá vỡ quy tắc tiến hóa của sinh vật: Sự hình thành các tính trạng ở các loài trải qua quá trình tiến hóa lâu dài. Việc chuyển gene từ loài này sang loài khác một cách nhanh chóng làm phá vỡ quy luật tiến hóa đó, tạo ra loài có ưu thế vượt trội, gây nguy hiểm cho các loài khác.
Luyện tập và vận dụng 2 trang 28 Chuyên đề Sinh 12 Kết nối
Tại sao độc tố Bt có nguồn gốc vi khuẩn Baccillus thurigiensis được cây GMO tạo ra làm chết côn trùng (sâu bệnh) khi chúng ăn phải nhưng lại không gây độc cho chính vi khuẩn và cây GMO?
Lời giải:
Độc tố Bt được tổng hợp ở dạng tinh thể, không hoạt động trong tế bào vi khuẩn và cây GMO. Nó chỉ được hoạt hóa khi đi vào ống tiêu hóa của một số loại côn trùng. Chính vì vậy, nó gây độc cho côn trùng ăn nó nhưng an toàn cho vi khuẩn và cây GMO.
Luyện tập và vận dụng 3 trang 28 Chuyên đề Sinh 12 Kết nối
Dựa vào kiến thức đã học, hãy trình bày quy trình các bước cần phải làm để tạo ra được vi khuẩn chuyển gene có thể sản sinh ra hormone sinh trưởng của người (HGH).
Lời giải:
Quy trình các bước cần phải làm để tạo ra được vi khuẩn chuyển gene có thể sản sinh ra hormone sinh trưởng của người (HGH):
- Phân lập gene HGH từ tế bào người:
+ Tách chiết mRNA từ tế bào người.
+ Sử dụng kĩ thuật RT - PCR, dùng cặp mồi đặc hiệu của gene HGH để tạo và nhân bản cDNA.
- Cài cDNA vào plasmid:
+ Xử lí plasmid và cDNA bằng cùng một loại enzyme cắt giới hạn để tạo đầu dính phù hợp.
+ Trộn cDNA với plasmid, bổ sung ligase để gene HGH nối vào plasmid, tạo ra DNA tái tổ hợp.
- Đưa vector vào tế bào nhận:
+ Dung dịch DNA tái tổ hợp được trộn với tế bào E. coli, tạo các điều kiện để DNA tái tổ hợp được biến nạp vào tế bào vi khuẩn.
+ Chọn lọc tế bào chứa DNA tái tổ hợp, tách và nuôi thành dòng tế bào, thu protein HGH.
