基因工程的載體——質(zhì)粒2019版高中生物學(xué)選擇性必修三說，：基因工程中，通常利用質(zhì)粒作為載體：那么，什么是質(zhì)粒？它有什么特點(diǎn)？質(zhì)粒是指存在于細(xì)菌、真菌等微生物細(xì)胞中、獨(dú)立于染色體外、能進(jìn)行自我復(fù)制的遺傳因子。a、可以整合到染色體上，又可以游離于染色體外（附加體）b、質(zhì)粒通常是共價(jià)、閉合、環(huán)狀雙鏈DNA(covalentclosedcircularDNA，簡稱cccDNA)，c、分子大小范圍從lkb左右到1000kb。一、質(zhì)粒的發(fā)現(xiàn)大腸桿菌的F因子是第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)(1946年)的細(xì)菌質(zhì)粒，它的發(fā)現(xiàn)對(duì)細(xì)菌遺傳學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。日本學(xué)者(1957年)報(bào)道了志賀菌(Shigella)中質(zhì)粒介導(dǎo)抗生素抗性的轉(zhuǎn)移現(xiàn)象。在以后的20多年中，陸續(xù)發(fā)現(xiàn)各種細(xì)菌攜帶質(zhì)粒，且它們的表型特征已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了致育性和藥物抗性的范圍。二、質(zhì)粒的命名原則1976年Novick等提出一個(gè)可為質(zhì)粒研究者普遍接受和遵循的命名原則：質(zhì)粒的名稱一般由幾個(gè)英文字母及編號(hào)組成，第一個(gè)字母一律用小寫p表示，后兩個(gè)字母應(yīng)大寫，可以采用發(fā)現(xiàn)者人名、實(shí)驗(yàn)室名稱、表型性狀或其他特征的英文縮寫。2、編號(hào)為阿拉伯?dāng)?shù)字，用于區(qū)分屬于同一類型的不同質(zhì)粒，如pUC18和pUC19,pBR322等。三、質(zhì)粒編碼的遺傳表型大多數(shù)的質(zhì)粒均控制著宿主細(xì)胞的一種或幾種特殊性，即具有一定的表型，質(zhì)粒可依其表型的不同主要?jiǎng)澐譃橐韵聨追N類型:1．致育質(zhì)粒；2．抗藥性質(zhì)粒；3．產(chǎn)生毒素的質(zhì)粒；4．降解質(zhì)粒；5．致病性質(zhì)粒；6．共生固氮質(zhì)粒R質(zhì)粒：這類質(zhì)粒(R質(zhì)粒)能使宿主微生物對(duì)抗生素、化學(xué)藥物或重金屬離子等殺菌劑表現(xiàn)出抗性。產(chǎn)生抗生素或細(xì)菌素的質(zhì)粒產(chǎn)生毒素的質(zhì)粒：降解質(zhì)粒：致病性質(zhì)粒：共生固氮質(zhì)粒：四、質(zhì)粒的消除理化因子消除法質(zhì)粒消除有兩種作用機(jī)制：a.對(duì)質(zhì)粒本身的復(fù)制和分離產(chǎn)生抑制作用，從而在細(xì)菌生長繁殖過程中逐步淘汰b.選擇性抑制帶有質(zhì)粒的菌的生長2.原生質(zhì)體誘導(dǎo)的質(zhì)粒消除五、質(zhì)粒的大小和拷貝數(shù)1.質(zhì)粒大小的測(cè)定與標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)粒電泳比較，酶切分析，電鏡照片推算，序列分析。2.質(zhì)粒的拷貝數(shù)：指每個(gè)細(xì)胞中存在的質(zhì)粒的數(shù)量。質(zhì)粒的拷貝數(shù)與其分子質(zhì)量成反比關(guān)系，分子質(zhì)量大的拷貝數(shù)低，分子質(zhì)量小的拷貝數(shù)高。質(zhì)粒可根據(jù)其拷貝數(shù)分為嚴(yán)謹(jǐn)型質(zhì)粒（Stringentplasmid）和松弛型質(zhì)粒（Relaxedplasmid）。質(zhì)粒在細(xì)胞內(nèi)復(fù)制時(shí)受到控制而與染色體復(fù)制同步進(jìn)行，被稱為嚴(yán)緊型質(zhì)粒。其拷貝數(shù)也低，通常只有1-3個(gè)拷貝。如F質(zhì)粒。另一類質(zhì)粒的復(fù)制與染色體復(fù)制不同步，稱為松馳型質(zhì)粒。通常每個(gè)細(xì)胞含有10-100個(gè)拷貝，屬于高拷貝質(zhì)粒。如分子量小的ColEl質(zhì)粒。六、質(zhì)粒的復(fù)制細(xì)菌質(zhì)粒的復(fù)制起點(diǎn)稱為oriV。幾種常見質(zhì)粒載體所攜帶的復(fù)制子1.質(zhì)粒復(fù)制的方式質(zhì)粒的復(fù)制主要是通過θ型復(fù)制和滾環(huán)復(fù)制兩種方式之一進(jìn)行的，其中以θ型復(fù)制為主。在θ型復(fù)制中，有單向復(fù)制和雙向復(fù)制兩種類型。革蘭氏陰性細(xì)菌中多數(shù)質(zhì)粒是以θ型方式復(fù)制，R1、R100等是單向復(fù)制，F(xiàn)、R6k等是雙向復(fù)制類型。在革蘭氏陽性細(xì)菌中大多數(shù)質(zhì)粒是以滾環(huán)方式復(fù)制。2.復(fù)制起點(diǎn)(ori)區(qū)的功能復(fù)制起點(diǎn)是一段特定的DNA序列，長約幾百堿基對(duì)，在其相關(guān)的調(diào)控元件中含有由質(zhì)?；蛩拗魅旧w編碼的、參與DNA合成起始調(diào)控因子的結(jié)合位點(diǎn)。ori區(qū)域常決定了質(zhì)粒的許多特性，如質(zhì)粒的寄主范圍和質(zhì)粒的拷貝數(shù)。3、質(zhì)粒復(fù)制的調(diào)控質(zhì)粒的復(fù)制過程與細(xì)菌染色體的復(fù)制基本相同，但質(zhì)粒的復(fù)制調(diào)控與染色體的復(fù)制調(diào)控有明顯區(qū)別。目前發(fā)現(xiàn)的質(zhì)粒復(fù)制調(diào)控一般采用直接或間接的負(fù)調(diào)控機(jī)制，負(fù)調(diào)控因子可以使蛋白質(zhì)、RNA或DNA重復(fù)序列。質(zhì)粒復(fù)制調(diào)控大致可分為兩種類型：1.抑制物-靶位調(diào)控2.重復(fù)子-競爭結(jié)合調(diào)控七、質(zhì)粒的穩(wěn)定性(細(xì)胞分裂中的質(zhì)粒分配)要使質(zhì)粒能夠保持穩(wěn)定的遺傳，至少需要滿足下面兩個(gè)方面的條件：1.每個(gè)世代每個(gè)質(zhì)粒平均都必須至少發(fā)生一次復(fù)制；2.當(dāng)細(xì)胞分裂時(shí)，復(fù)制產(chǎn)生的質(zhì)?？截惐仨毱骄峙涞絻蓚€(gè)子細(xì)胞中去。在細(xì)胞分裂過程中，質(zhì)粒分配到子細(xì)胞的途徑可分為：隨機(jī)分配(randomdistribution)：是指在細(xì)胞分裂過程中質(zhì)?？截悢?shù)在兩個(gè)子細(xì)胞之間是隨機(jī)分配的。在一般情況下，通過隨機(jī)分配質(zhì)粒也能夠得到穩(wěn)定的遺傳，但在分裂中也會(huì)出現(xiàn)無質(zhì)粒的子細(xì)胞。主動(dòng)分配(activedistribution：低拷貝質(zhì)粒的穩(wěn)定性是通過質(zhì)粒編碼的基因產(chǎn)物來實(shí)現(xiàn)的，如質(zhì)粒編碼的致死蛋白來抑制不含質(zhì)粒的子細(xì)胞。另外，質(zhì)粒結(jié)構(gòu)中還存在編碼主動(dòng)分配體系的par區(qū)。par區(qū)叫做分配區(qū)(partitionregion)或分配座位(partitionlocus)：是指在細(xì)胞分裂過程中使質(zhì)?？截悢?shù)均等的分配到子細(xì)胞中的質(zhì)粒DNA序列。質(zhì)粒的復(fù)制與分配是分開獨(dú)立進(jìn)行的，而且par區(qū)還會(huì)使無親緣關(guān)系的其他質(zhì)粒保持穩(wěn)定。細(xì)菌質(zhì)粒DNA的分配模型圖：八、質(zhì)粒的轉(zhuǎn)移性質(zhì)粒分為轉(zhuǎn)移性和非轉(zhuǎn)移性兩大類型質(zhì)粒轉(zhuǎn)移性：是指質(zhì)粒能自動(dòng)地從一個(gè)細(xì)胞轉(zhuǎn)移到另一個(gè)細(xì)胞，甚至還能帶動(dòng)供體細(xì)胞的染色體DNA向受體細(xì)胞轉(zhuǎn)移，這類質(zhì)粒常常被叫做自主轉(zhuǎn)移質(zhì)粒(self-transmissibleplasmid)。質(zhì)粒在細(xì)菌間的轉(zhuǎn)移，需要供體和受體細(xì)胞間的直接接觸才能進(jìn)行，即接合作用(conjugation)，這類質(zhì)粒又被稱接合質(zhì)粒(conjugativeplasmid)。有些質(zhì)粒雖然不能自主轉(zhuǎn)移，但能被其他一些自主轉(zhuǎn)移質(zhì)粒所轉(zhuǎn)移，這類質(zhì)粒又被叫做可移動(dòng)質(zhì)粒(mobilizableplasmid)。1.自主轉(zhuǎn)移質(zhì)粒的特點(diǎn)已知大腸桿菌的F質(zhì)粒、R1、R100、ColV、Collb-P9、R6k、RP4等均屬于自主轉(zhuǎn)移質(zhì)粒，它們是低拷貝的大質(zhì)粒，其中較小的R6k質(zhì)粒也有38kb。許多G-細(xì)菌中的自主轉(zhuǎn)移質(zhì)粒需要大于30kb的DNA來編碼與接合轉(zhuǎn)移有關(guān)的蛋白質(zhì)，如F質(zhì)粒的轉(zhuǎn)移操縱子(tra)就包含23個(gè)基因，大小為33kb。tra基因和oriT在質(zhì)粒自主轉(zhuǎn)移過程中起著重要作用，所以大多數(shù)自主轉(zhuǎn)移質(zhì)粒都有tra基因和oriT位點(diǎn)。2.可轉(zhuǎn)移質(zhì)粒的特點(diǎn)G+細(xì)菌如鏈霉菌中的自主轉(zhuǎn)移質(zhì)粒，除SCPl是巨大質(zhì)粒外，很多都是10kb左右的小質(zhì)粒，而與轉(zhuǎn)移有關(guān)的區(qū)域只有2kb左右。自主轉(zhuǎn)移質(zhì)粒的大小差異可能是因?yàn)樗鼈兊霓D(zhuǎn)移機(jī)制不同，G+細(xì)菌中質(zhì)粒的轉(zhuǎn)移不需要性菌毛，因此質(zhì)粒的容量就較小。廣寄主范圍質(zhì)粒載體通過雙親雜交和三親雜交方法進(jìn)行轉(zhuǎn)移。自然質(zhì)粒不顯張力或不穩(wěn)定；拷貝數(shù)低；有助于減少DNA分子間重組；保證文庫轉(zhuǎn)化子生長平衡；減小對(duì)受體菌的毒副作用。因此要加以改造：例1、質(zhì)粒是基因工程最常用的載體，下列關(guān)于質(zhì)粒的說法正確的是（） A． 質(zhì)粒在宿主細(xì)胞內(nèi)都要整合到染色體DNA上 B． 質(zhì)粒是獨(dú)立于細(xì)菌擬核DNA之外的小型細(xì)胞器 C． 基因工程操作中的質(zhì)粒一般都是經(jīng)過人工改造的 D． 質(zhì)粒上堿基之間數(shù)量存在A+G=U+C

解析：

1、基因工程至少需要三種工具：限制性核酸內(nèi)切酶（限制酶）、DNA連接酶、運(yùn)載體，其中限制酶和DNA連接酶是基因工程的工具酶．

2、基因工程常用的運(yùn)載體：質(zhì)粒、噬菌體的衍生物、動(dòng)植物病毒．其中質(zhì)粒是一種裸露的、結(jié)構(gòu)簡單、獨(dú)立于細(xì)菌擬核DNA之外并具有自我復(fù)制能力的雙鏈環(huán)狀DNA分子．A、基因工程中選用質(zhì)粒作為運(yùn)載體是因?yàn)橘|(zhì)粒能進(jìn)行獨(dú)立和穩(wěn)定的DNA自我復(fù)制，A錯(cuò)誤；B、質(zhì)粒是獨(dú)立于細(xì)菌擬核DNA之外的小型環(huán)狀DNA，不是細(xì)胞器，B錯(cuò)誤；C、基因工程操作中的質(zhì)粒一般都是經(jīng)過人工改造的，C正確；D、質(zhì)粒不含尿嘧啶U，D錯(cuò)誤．故選：C．例2、農(nóng)桿菌中的Ti質(zhì)粒是植物基因工程中常用的載體，下列有關(guān)敘述正確的是（）A.

Ti質(zhì)粒是能夠自主復(fù)制的單鏈DNAB.

Ti質(zhì)粒要有限制酶的識(shí)別位點(diǎn)和標(biāo)記基因C.

目的基因應(yīng)插入T-DNA片段外，以防止破壞T-DNAD.

Ti質(zhì)粒上的基因可全部整合到受體細(xì)胞染色體上解析：本題考查基因工程的相關(guān)知識(shí)，要求考生識(shí)記基因工程的概念、原理及操作步驟，掌握各操作步驟中需要注意的細(xì)節(jié)，再結(jié)合所學(xué)的知識(shí)準(zhǔn)確答題。農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法（約80%的轉(zhuǎn)基因植物都是用這種方法獲得的）

①農(nóng)桿菌特點(diǎn)：易感染雙子葉植物和裸子植物，對(duì)單子葉植物沒有感染力；Ti質(zhì)粒的T-DNA可轉(zhuǎn)移至受體細(xì)胞，并整合到受體細(xì)胞的染色體上。

②原理：農(nóng)桿菌中的Ti質(zhì)粒上的T-DNA可轉(zhuǎn)移至受體細(xì)胞，并且整合到受體細(xì)胞染色體的DNA上。根據(jù)農(nóng)桿菌的這一特點(diǎn)，如果將目的基因插入到Ti質(zhì)粒的T-DNA上，通過農(nóng)桿菌的轉(zhuǎn)化作用，就可以把目的基因整合到植物細(xì)胞中染色體的DNA上。

③轉(zhuǎn)化：目的基因插入Ti質(zhì)粒的T-DNA上→導(dǎo)入農(nóng)桿菌→導(dǎo)入植物細(xì)胞→目的基因整合到植物細(xì)胞染色體上→目的基因的遺