“文-圖”轉化在基因工程復習中的應用

欒曉麗

(山東省威海市文登區教育教學研究中心)

新高考模式下選考科目試題難度加大,在考查學生掌握必備知識同時注重對學生關鍵能力的考查。試題涉及的知識范圍跨度大,各章節間的知識聯系性強,學生往往不能系統地運用所學知識進行解題;加之學生獲取有效信息能力不足,使得試題的作答效果不理想?；谝陨蠁栴},筆者建議在復習中對“文-圖”轉化給予更多的關注。

一、典型高考真題分析示例

2021年山東卷第25題難度系數較大,得分率較低,學生普遍反映讀不懂題,無從下手進行作答。試題及“文-圖”轉化解答過程如下。

【試題】人類γ基因啟動子上游的調控序列中含有BCL11A蛋白結合位點,該位點結合BCL11A蛋白后,γ基因的表達被抑制。通過改變該結合位點的序列,解除對γ基因表達的抑制,可對某種地中海貧血癥進行基因治療?？蒲腥藛T擴增了γ基因上游不同長度的片段,將這些片段分別插入表達載體中進行轉化和熒光檢測,以確定BCL11A蛋白結合位點的具體位置。相關信息如圖1所示。

圖1

(1)為將擴增后的產物定向插入載體指導熒光蛋白基因表達, 需在引物末端添加限制酶識別序列。

插入啟動子與終止子之間 最好選用兩種切割后末端不同的限制酶

據圖可知,在F1～F7末端添加的序列所對應的限制酶是SalI,在R末端添加的序列所對應的限制酶是EcoRI。本實驗中,從產物擴增到載體構建完成的整個過程共需6種酶。

(2)將構建的載體導入除去BCL11A基因的受體細胞,成功轉化后,含F1～F6與R擴增產物的載體

排除BCL11A蛋白與啟動子上游序列結合后對基因表達的抑制作用

表達熒光蛋白,受體細胞有熒光,含F7與R擴增產物的受體細胞無熒光。含F7與R擴增產物的受體細胞無熒光的原因是F7與R擴增產物不含完整的啟動子,熒光蛋白基因不表達。

(3)向培養液中添加適量的雌激素,含F1～F4與R擴增產物的受體細胞不再有熒光,而含F5～F6與R擴增產物的受體細胞仍有熒光。

若γ基因上游調控序列上與引物序列所對應的位置不含有BCL11A蛋

文-圖轉化見圖2

BCL11A蛋白

白的結合位點序列,據此結果可推測,BCL11A蛋白結合位點位于引物F4與F5在調控序列上所對應序列

結合位點不在F對應的序列上

之間的區段上,理由是根據有無熒光情況判斷,F1～F4與R擴增產物上均有結合位點,因此結合位點位于F4所對應調控序列的下游(右側);F5～F6與R擴增產物上均無結合位點,可知結合位點位于F5所對應調控序列的上游(左側),所以結合位點位于引物F4與F5在調控序列上所對應序列之間的區段上。

圖2

本題涉及的必備知識有構建基因表達載體時限制酶的選擇、PCR技術、基因表達載體構建過程中涉及的酶、啟動子的作用等。該題無從下手的原因主要是學生的必備知識之間不能建立聯系,信息獲取能力欠缺。學生在審題時可通過“文—圖”轉化明確BCL11A蛋白的作用(圖3)和通過熒光檢測確定BCL11A蛋白的結合位點(圖2)。

圖3

(1)考查的是構建基因表達載體時限制酶的選擇,此題解答除需要掌握限制酶選擇的原則外(不破壞目的基因和標記基因),還需要聯系基因的結構(確定目的基因插入的方向),啟動子、終止子的作用(確定目的基因插入的位置),DNA連接酶的作用前提等相關知識。解題第一步:根據圖示終止子的位置確定目的基因應插入熒光蛋白基因的右側;第二步:根據圖示中調控序列及啟動子與γ基因的位置關系確定擴增產物的插入方向(F在右,R在左);第三步:熒光蛋白基因中含有EcoRI限制酶識別序列,確定切割載體時不能采用EcoRI,只能采用MunI和XhoI,但由于γ基因上游調控序列及啟動子中含有MunI和XhoI識別序列,所以引物修飾時不能選用這兩種酶;第四步:根據DNA連接酶作用的前提是連接相同的末端以及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末端添加的序列所對應的限制酶是SalI,在R末端添加的序列所對應的限制酶是EcoRI。(2)解答時要分析出圖中的有效信息并結合啟動子的作用。(3)解題過程中把實驗結果的文字描述轉化成簡單的圖示(圖2),直觀對比兩種結果形成的差異(有無F4及F4與F5之間的對應序列),再結合有關信息(γ基因上游調控序列上與引物序列所對應的位置不含有BCL11A蛋白的結合位點序列),確定BCL11A蛋白的結合位點。

二、基因工程高考命題特點

(一)題干信息復雜,文-圖結合

學生瀏覽文字信息的同時將復雜的文字信息轉化為直觀的簡易圖或流程圖。這樣操作一方面可以幫助學生理解題意,另一方面為后面的解題做好鋪墊,尤其是原因分析類試題的作答。

(二)強化實驗結果分析的考查

近年的生物技術與工程的試題最后一問都是對實驗探究能力的考查。題干給出實驗的相關結果,要求學生由結果分析結論并闡述原因。這種類型題的解題也離不開“文-圖”轉化。

三、備考建議

(一)善用思維導圖

生物知識零散不系統,學生往往只是死記硬背必備知識,對知識沒有理解透徹,同一問題轉換一種考查方法后,學生就不能明確答題方向。構建思維導圖就是以某一知識點或過程為核心,通過知識的詳細剖析,理解與之相關聯的抽象知識,從而可以靈活應對各種類型的變相考查。如圖4以基因的結構為核心,通過對真核生物基因結構的分析可以明確非編碼區發生的堿基替換、增添、缺失屬于基因突變,對照著基因的結構對轉錄、翻譯過程進行分析,明確啟動子、終止子的作用和基因表達產生的蛋白質中氨基酸序列決定于基因編碼區外顯子部分對應的堿基序列。從而理解逆轉錄得到的cDNA中為何沒有啟動子、終止子、內含子以及基因突變不一定會導致生物性狀改變的原因。

圖4

(二)采用“文-圖”轉化解題