Ôn tập chuyên đề 1 - Chuyên đề học tập Sinh học 12 Chân trời sáng tạo
Hình 1 mô tả quá trình tạo giống ngô chuyển gene Cry mã hoá cho protein a-endotoxin có tác dụng diệt côn trùng gây hại từ vi khuẩn B.thuringiensis.
CH 1
Hình 1 mô tả quá trình tạo giống ngô chuyển gene Cry mã hoá cho protein a-endotoxin có tác dụng diệt côn trùng gây hại từ vi khuẩn B.thuringiensis.
Hãy cho biết:
Để tách DNA từ tế bào vi khuẩn, người ta có thể thực hiện như thế nào?
Để chuyển plasmid tái tổ hợp vào các tế bào thực vật, người ta có thể sử dụng những phương pháp nào?
Bằng cách nào có thể chọn lọc các dòng tế bào thực vật mang gene diệt côn trùng?
Việc tái sinh thành các cây ngô chuyển gene có thể được thực hiện bằng cách nào?
Theo em, việc sử dụng các cây ngô chuyển gene này có ảnh hưởng đến sức
khoẻ con người không? Tại sao?
Phương pháp giải:
Quan sát hình 1
Lời giải chi tiết:
Để tách DNA từ tế bào vi khuẩn, người ta thường thực hiện các bước sau:
- Ly tâm: Tế bào vi khuẩn được ly tâm để tách bỏ phần môi trường nuôi cấy.
- Phá vỡ tế bào: Sử dụng hóa chất (như dung dịch lysis) hoặc nhiệt để phá vỡ màng tế bào và giải phóng DNA.
- Loại bỏ protein và RNA: Thêm enzyme như protease và RNase để tiêu hóa protein và RNA, không để chúng làm ô nhiễm mẫu DNA.
- Tách DNA: Sử dụng dung dịch muối và cồn (ethanol hoặc isopropanol) để tách DNA ra khỏi các thành phần còn lại của tế bào.
Để chuyển plasmid tái tổ hợp vào tế bào thực vật, có thể sử dụng các phương pháp sau:
- Biến nạp gián tiếp thông qua Agrobacterium: Sử dụng vi khuẩn Agrobacterium tumefaciens hoặc Agrobacterium rhizogenes, chứa plasmid Ti (tumor inducing plasmid), để chuyển gen ngoại lai vào tế bào thực vật.
- Biến nạp trực tiếp:
+ Điện tách (Electroporation): Sử dụng xung điện để tạo lỗ tạm thời trên màng tế bào, cho phép plasmid đi vào tế bào.
+ Tiêm trực tiếp (Microinjection): Sử dụng một kim siêu nhỏ để tiêm trực tiếp plasmid vào tế bào.
+ Sử dụng muối CaCl2: Phương pháp này làm dãn màng sinh chất của tế bào, giúp plasmid chui qua màng vào trong tế bào.
Để chọn lọc các dòng tế bào thực vật mang gene diệt côn trùng, người ta có thể sử dụng các phương pháp sau:
- Sử dụng chất chọn lọc: Các tế bào thực vật chuyển gen thường được đưa vào môi trường có chứa chất chọn lọc như một loại thuốc trừ cỏ hoặc kháng sinh. Chỉ những tế bào đã tích hợp thành công gene diệt côn trùng và gene kháng chất chọn lọc mới có khả năng phát triển.
- Phân tích PCR: Sử dụng phương pháp PCR (Polymerase Chain Reaction) để kiểm tra sự hiện diện của gene diệt côn trùng trong DNA của tế bào thực vật.
- Phân tích biểu hiện protein: Kiểm tra sự biểu hiện của protein độc tố trong tế bào thực vật bằng các phương pháp như ELISA (Enzyme-Linked Immunosorbent Assay)
Việc tái sinh cây ngô chuyển gene có thể được thực hiện thông qua các bước sau:
- Nuôi cấy tế bào: Sử dụng tế bào huyền phù của ngô để nuôi cấy trong môi trường đặc biệt, thường là chứa hormone thực vật để kích thích sự phân chia và tái sinh tế bào.
- Tạo sóng siêu âm: Áp dụng sóng siêu âm với tần số cao có thể giúp tăng cường khả năng thâm nhập của ADN vào protoplast.
- Nuôi cấy protoplast: Protoplast sau khi đã nhận ADN sẽ được nuôi cấy để tái sinh thành cây hoàn chỉnh.
- Chọn lọc cây chuyển gene: Sử dụng các phương pháp chọn lọc để xác định những cây đã thành công trong việc tích hợp gene chuyển
Một số nghiên cứu chỉ ra rằng thực phẩm chuyển gene có thể mang lại lợi ích như tăng cường khả năng kháng bệnh của cây trồng và giảm sự phụ thuộc vào thuốc trừ sâu, có thể dẫn đến giảm tiếp xúc với hóa chất độc hại cho con người. Tuy nhiên, cũng có quan ngại về khả năng vô tình đưa những chất gây dị ứng hoặc làm giảm dinh dưỡng vào thực phẩm, cũng như khả năng phát tán gen biến đổi sang các loài thực vật hoang dã.
→ Tóm lại, việc sử dụng cây ngô chuyển gene có thể có cả lợi ích và rủi ro tiềm ẩn. Việc đánh giá chính xác ảnh hưởng đến sức khỏe con người đòi hỏi sự nghiên cứu khoa học kỹ lưỡng và cân nhắc từ nhiều khía cạnh khác nhau.
CH 2
Trong khoa học hình sự, sau khi các mẫu tỉnh dịch, máu,... được thu nhận từ hiện trường vụ án, người ta đã tiến hành tách chiết các đoạn DNA nhỏ chứa các trình tự lập lại kế tiếp (STR). Sau đó, các đoạn STR được nhân dòng bằng phương pháp Real time RT-PCR, rồi các sản phẩm PCR được phân tích trên gel điện di. Khi tiến hành so sánh mẫu DNA với những người bị tình nghi, các nhà pháp y có thể tìm ra được thủ phạm. Quá trình tách chiết các đoạn DNA được thực hiện dựa trên nguyên lí nào? Vẽ sơ đồ minh hoạ.
Phương pháp giải:
Lý thuyết quá trình tách chiết DNA
Lời giải chi tiết:
Nguyên lí cơ bản:
- Phá màng tế bào và màng nhân: Sử dụng dung dịch chất tẩy như SDS (sodium dodecyl sulfate) và enzyme như proteinase để phá vỡ màng tế bào và màng nhân, giải phóng DNA ra khỏi tế bào.
- Loại bỏ protein: Sử dụng hỗn hợp Phenol/Chloroform để tách DNA ra khỏi protein. Phenol-Chloroform không tan trong nước nhưng có khả năng làm biến tính protein, khiến protein tủa lại và DNA vẫn tan trong nước1.
- Tủa nucleic acid: Sử dụng Ethanol hoặc Isopropanol để tủa DNA trong dung dịch. Sau đó ly tâm để thu cặn DNA, rửa trong Ethanol 70% để làm sạch mẫu, và cuối cùng huyền dịch hóa cặn DNA trong đệm.
Sơ đồ:
CH 3
Một nhà khoa học tiến hành thiết kế vector pUC19 có nguồn gốc từ vi khuẩn E.coli bằng cách chèn một đoạn polylinker vào gene Lac Z mã hóa cho enzyme beta-galactosidase trên plasmid (Hình 2).
Nhà khoa học này chèn đoạn polylinker vào gene Lac Z nhằm mục đích gì?
Phương pháp giải:
Quan sát hình 2
Lời giải chi tiết:
Nhà khoa học chèn đoạn polylinker vào gene Lac Z trên vector pUC19 với mục đích tạo ra một điểm chèn đa nối cho việc cắt và nối các đoạn DNA ngoại lai. Điều này cho phép sử dụng phương pháp sàng lọc màu xanh/trắng để phân biệt các vi khuẩn chứa plasmid tái tổ hợp:
- Vi khuẩn không chứa plasmid tái tổ hợp: Sẽ biểu hiện enzyme beta-galactosidase, chuyển hóa X-Gal thành sản phẩm màu xanh.
- Vi khuẩn chứa plasmid tái tổ hợp: Gene Lac Z bị gián đoạn bởi đoạn DNA ngoại lai, không sản xuất enzyme beta-galactosidase, không chuyển hóa X-Gal, tạo khuẩn lạc không màu hoặc màu trắng.
CH 4
Enzyme beta-galactosidase có khả năng chuyển hoá X~Ga (5-bromo-4-chloro-3-indolyl-beta-galactopyranoside), một hợp chất nhân tạo không màu) thành một hợp chất có màu xanh, đặc tính này được sử dụng để chọn lọc dòng vi khuẩn chứa plasmid tái tổ hợp dựa vào quan sát khuẩn lạc trong môi trường chứa thuốc kháng sinh ampicillin (Hình 3). Bằng cách nào để xác định được dòng vi khuẩn mang plasmid tái tổ hợp khi quan sát khuẩn lạc?
Phương pháp giải:
Quan sát hình 3.
Lời giải chi tiết:
Để xác định dòng vi khuẩn mang plasmid tái tổ hợp, người ta thường sử dụng phương pháp sàng lọc màu xanh/trắng. Khi vi khuẩn được nuôi cấy trên môi trường chứa X-Gal và thuốc kháng sinh ampicillin:
- Vi khuẩn không mang plasmid tái tổ hợp: Sẽ phát triển và tạo ra enzyme beta-galactosidase từ gene lac Z+, chuyển hóa X-Gal thành sản phẩm màu xanh, tạo khuẩn lạc màu xanh.
- Vi khuẩn mang plasmid tái tổ hợp: Gene lac Z+ bị gián đoạn do chèn đoạn DNA ngoại lai, không sản xuất được enzyme beta-galactosidase, không chuyển hóa X-Gal, tạo khuẩn lạc không màu hoặc màu trắng.
→ Như vậy, việc quan sát màu sắc của khuẩn lạc trên đĩa Petri sẽ giúp xác định được dòng vi khuẩn chứa plasmid tái tổ hợp. Khuẩn lạc màu trắng chứng tỏ chứa plasmid tái tổ hợp, trong khi khuẩn lạc màu xanh không chứa plasmid tái tổ hợp. Đây là một phương pháp hiệu quả và phổ biến trong công nghệ gen.