Ôn tập chuyên đề 1 - Chuyên đề học tập Sinh học 12 Chân trời sáng tạo

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?

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.

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.