2019-2020年高三生物總復習 第46講 基因工程教案.doc

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2019-2020年高三生物總復習 第46講 基因工程教案 【考綱要求】 遺傳的基本規(guī)律 考綱要求 具體內(nèi)容 (1)基因工程的誕生 (2)基因工程的原理及技術 (3)基因工程的應用 I Ⅱ I 實驗內(nèi)容 (1)基因工程的具體操作步驟、過程與方法 (2)從動物組織、植物器官中粗提取DNA的基本操作步 驟與DNA鑒定操作過程 實驗與探 究能力 【考點分析】 考點 試卷類型 越型 基因工程的操作工具 xx全國理綜 選擇題 xx廣東生物 選擇題 xx全國理綜 選擇題 基因工程的操作步驟及應 用選擇題 xx廣東生物 選擇題 xx海南生物 非選擇題 xx山東理綜 非選擇題 xx江蘇生物 非選擇題 xx天津理綜 非選擇題 xx山東理綜 非選擇題 xx海南生物 非選擇題 xx江蘇生物 非選擇題 xx江蘇生物 選擇題 xx安徽生物 選擇題 xx浙江生物 選擇題 xx重慶生物 選擇題 xx上海理綜 選擇題 xx天津生物 非選擇題 xx重慶生物 非選擇題 xx江蘇生物 非選擇題 xx上海生物 非選擇題 【考點預測】 從近幾年的高考試題看，考點主要集中在考查基因工程的基本工具、操作程序、DNA分子的提取與鑒定上?；蚬こ痰墓ぞ吆筒襟E仍是本專題的重點內(nèi)答，今年高考命題可能會從以下幾個方面展開： 1．基因工程的基本工具。 2．基本操作程序的四個步驟。 3．基因工程的應用等知識點。 本專題內(nèi)容側重考查學生現(xiàn)代科學技術方面的知識應用能力，主要要是以填空題的形式呈現(xiàn)。 【知識梳理】 基因工程 1、 概念 2、 誕生歷程 3、 基本工具 4、 操作程序應用 【重點解析】 考點一 基因工程的工具及其操作程序 1．基因工程的基本工具 2．基因工程的基本操作程序 (1)目的基因的獲取 ①從基因文庫中獲取目的基因 優(yōu)點：有了基因文庫，就可以隨時從中提取所需要的目的基因，引入受體細胞使之表達。 ②人工合成目的基因 ③利用PCR技術擴增目的基因 a．PCR：是一項在生物體外復制特定DNA片段的核酸合成技術。PCR擴增是獲取目的基因的一種非常有用的方法，也是進行分子鑒定和檢測的一種很靈敏的方法。 b．目的：通過指數(shù)式擴增獲取大量的目的基因。 (2)基因表達載體的構建 ①目的’：使目的基因在受體細胞中穩(wěn)定存在，并可以遺傳給下一代，并使目的基因能夠表達和發(fā)揮作用。 ②基因表達載體的組成：目的基因+啟動子+終止子+標記基因。 a．啟動子：一段有特殊結構的DNA片段，位于基因的首端。它是RNA聚合酶識別、結合的部位。 b．終止子：一段有特殊結構的DNA短片段，位于基因的尾端。作用是使轉錄過程停止。 C．標記基因：一般為抗生素抗性基因或熒光基因等，其作用是鑒別受體細胞中是否含有目的基因(目的基因是否導人成功)。 ③基因表達載體的構建方法 (3)將目的基因導入受體細胞 ①目的：目的基因進入受體細胞內(nèi)并在受體細胞內(nèi)維持穩(wěn)定和表達的過程。 ②受體細胞種類不同，導入方法不同 ③受體生物不同，所用的受體細胞種類也不相同 a．植物：可以是卵細胞(受精卵)、體細胞(可經(jīng)組織培養(yǎng)成為完整植株)。 b．動物：受精卵(因為體細胞的全能性受到嚴格限制)。 ④轉化實質(zhì)：目的基因整合到受體細胞染色體基因組中。 (4)目的基因的檢測與鑒定 【例l】為擴大可耕地面積，增加糧食產(chǎn)量，黃河三角洲等鹽堿地的開發(fā)利用備受關注。我國科學家應用耐鹽基因培育出了耐鹽水稻新品系。 (1)獲得耐鹽基因后，構建重組DNA分子所用的限制性核酸內(nèi)切酶作用于圖中的 處，DNA連接酶作用于 處。(填“a”或“b”) (2)將重組DNA分子導入水稻受體細胞的常用方法有農(nóng)桿菌轉化法和 法。 (3)由導入目的基因的水稻細胞培養(yǎng)成植株需要利用 技術，該技術的核心是 和 。 (4)為了確定耐鹽轉基因水稻是否培育成功，既要用放射性同位素標記的 作探針進行分子雜交檢測，又要用 方法從個體水平鑒定水稻植株的耐鹽性。 解析：限制酶可水解DNA分子中特定位點的兩個脫氧核苷酸之間的磷酸二酯鍵，DNA連接酶可催化兩個脫氧核苷酸分子之間磷酸二酯鍵的形成；運用農(nóng)桿菌轉化法、基因槍法或花粉管通道法將目的基因導入受體細胞之后，還需利用植物組織培養(yǎng)技術將受體細胞培養(yǎng)成植株。 答案： (1)a a (2)基因槍(花粉管通道) (3)植物組織培養(yǎng)脫分化(去分化) 再分化 (4)耐鹽基因(目的基因) 一定濃度鹽水澆灌(移栽到鹽堿地中) 考點二、基因工程的應用 1．基因工程的應用 (1)植物基因工程成果 ①抗蟲轉基因植物(抗蟲棉是轉入Bt毒蛋白基因培育的)。 ②抗病轉基因植物(病毒外殼蛋白基因、病毒復制酶基因)。 ③抗逆轉基因植物(生物的抗性基因)。 ④轉基因改良植物(營養(yǎng)價值、實用價值、觀賞價值)。 (2)動物基因工程成果 ①提高動物生長速度(外源生長激素基因)。 ②改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)。 ③轉基因動物生產(chǎn)藥物(牛、山羊等動物乳腺生物反應器中表達出了抗凝血酶、血清白蛋白、生長激素、a一抗胰蛋白酶)。 ④轉基因動物作器官移植的供體(導入調(diào)節(jié)因子抑制抗原決定基因表達或除去抗原決定基因，培育沒有免疫排斥反應的轉基因克隆器官)。 (3)基因工程藥物 ①來源：主要來自轉基因工程菌。 ②成果：細胞因子、抗體、疫苗、激素等。 ③作用：預防和治療人類腫瘤、心血管疾病、遺傳病、各種傳染病、糖尿病、類風濕等疾病。 (4)基因治療 ①概念：是把正?；驅氩∪梭w內(nèi)，使該基因的表達產(chǎn)物發(fā)揮功能，從而達到治療疾病的目的，是目前治療遺傳病最有效的手段。 ②成果：將腺苷酸脫氨酶基因轉入患者淋巴細胞中，治療復合型免疫缺陷癥。 ③方法 a．體外基因治療：先從病人體內(nèi)獲得某種細胞，如T淋巴細胞，進行培養(yǎng)。然后，在體外完成基因轉移，再篩選成功轉移的細胞擴增培養(yǎng)，最后重新輸入患者體內(nèi)。 b．體內(nèi)基因治療：直接向人體組織細胞中轉移基因的治病方法。如1994年美國科學家利用經(jīng)過修飾的腺病毒作載體，成功地將治療遺傳性囊性纖維化病的正?；蜣D入患者肺組織中。 【實戰(zhàn)訓練】 （09安徽卷）1．xx年諾貝爾化學獎授予了“發(fā)現(xiàn)和發(fā)展了水母綠色熒光蛋白“的三位科學家。將綠色熒光蛋白基因的片段與目的基因連接起來組成一個融合基因，再將該融合基因轉入真核生物細胞內(nèi)，表達出的蛋白質(zhì)就會帶有綠色熒光。綠色熒光蛋白在該研究中的主要作用是 A．追蹤目的基因在細胞內(nèi)的復制過程 B．追蹤目的基因插入到染色體上的位置 C．追蹤目的基因編碼的蛋白質(zhì)在細胞內(nèi)的分布 D．追蹤目的基因編碼的蛋白質(zhì)的空間結構 答案：C 解析：將綠色熒光蛋白基因的片段與目的基因連接起來組成一個融合基因，將該融合基因轉入真核生物細胞內(nèi)，表達出的蛋白質(zhì)帶有綠色熒光，從而可以追蹤目的基因編碼的蛋白質(zhì)在細胞內(nèi)的分布。故C正確。 （09浙江卷）2．下列關于基因工程的敘述，錯誤的是 A．目的基因和受體細胞均可來自動、植物或微生物 B．限制性核酸內(nèi)切酶和DNA連接酶是兩類常用的工具酶 C．人胰島素原基因在大腸桿菌中表達的胰島素原無生物活性 D．載體上的抗性基因有利于篩選含重組DNA的細胞和促進目的基因的表達 答案：D 解析：基因工程中目的基因和受體細胞均可來自動、植物或微生物；常用的工具酶是限制性核酸內(nèi)切酶和DNA連接酶；人胰島素原基因在大腸桿菌中表達的胰島素原無生物活性，只有經(jīng)過一定的物質(zhì)激活以后，才有生物活性。載體上的抗性基因主要是有利于篩選含重組DNA的細胞，不能促進目的基因的表達。所以D錯誤。 （09重慶卷）3.下表有關基因表達的選項中，不可能的是 基因 表達的細胞 表達產(chǎn)物 A 細菌抗蟲蛋白基因 抗蟲棉葉肉細胞 細菌抗蟲蛋白 B 人酪氨酸酶基因 正常人皮膚細胞 人酪氨酸酶 C 動物胰島素基因 大腸桿菌工程菌細胞 動物胰島素 D 兔血紅蛋白基因 兔成熟紅細胞 兔血紅蛋白 答案：D 解析：抗蟲棉葉肉細胞中存在細菌抗蟲蛋白基因，細菌抗蟲蛋白基因能夠表達產(chǎn)生細菌抗蟲蛋白；正常人皮膚細胞中含有人酪氨酸酶基因，人酪氨酸酶基因能夠表達產(chǎn)生人酪氨酸酶；大腸桿菌工程菌細胞存在動物胰島素基因，動物胰島素基因能夠表達產(chǎn)生動物胰島素；兔成熟紅細胞中無細胞核，所以無兔血紅蛋白基因不能表達產(chǎn)生兔血紅蛋白。此題為容易題，識記理解類。 （09上海理綜卷）4．科學家運用基因工程技術將人胰島素基因與大腸桿菌的質(zhì)粒DNA分子重組，并且在大腸桿菌體內(nèi)獲得成功表達。圖示a處為胰島素基因與大腸桿菌質(zhì)粒DNA結合的位置，它們彼此能結合的依據(jù)是 A．基因自由組合定律 B．半保留復制原則 C．基因分離定律 D．堿基互補配對原則 答案：D 解析：本題考查基因工程的相關知識，重組質(zhì)粒依據(jù)的是粘性末端的堿基互補配對原則。 （09天津卷）5．（30分）水稻種子中70％的磷以植酸形式存在。植酸易同鐵、鈣等金屬離子或蛋白質(zhì)結合排出體外，是多種動物的抗營養(yǎng)因子，同時，排出的大量磷進入水體易引起水華。 （1）磷元素除了形成植酸外，還可以出現(xiàn)在下列_____________分子或結構中（多選）。 A.核糖 B.ATP C.核糖體 D.核膜 （2）種植蘆葦能有效抑制水華的發(fā)生，表明蘆葦與引起水華的藻類關系是_____________。 （3）植酸酶可降解植酸，在谷物類飼料中添加植酸酶可提高飼料的_____________ 利用率。 （4）酵母菌中植酸的活性較高。下圖是從不同類型酵母菌的發(fā)酵液中提取植酸酶的工藝流程。 據(jù)圖回答： ①植酸酶________________（Ⅰ/Ⅱ）屬于分泌蛋白。 ②若植酸酶Ⅰ和Ⅱ的肽鏈組成不同，其差異體現(xiàn)在______________________。 ③提純的植酸酶需做活性條件測定。右圖為測定結果。 圖中的自變量可為____________________________(答一種)； 因變量可以通過測定______________________來表示。 （5）為從根本上解決水稻中的高植酸問題，可將植酸酶基因導入水稻，培育低植酸轉基因水稻品種。下圖是獲取植酸酶基因的流程。 據(jù)圖回答： ①圖中基因組文庫____________（小于/等于/大于）cDNA文庫。 ②B過程需要的酶是______________；A、C過程中_____________（可以/不可以）使用同一種探針篩選含目的基因的菌株。 ③目的基因Ⅰ和Ⅱ除從構建的文庫中分離外，還可以分別利用圖中___________。和_____________為模板直接進行PCR擴增，該過程中所用酶的顯著特點是_________________________。 （6）已獲得的轉植酸酶基因水稻品系植酸含量低，但易感病，下圖為選育低植酸抗病水稻品種的過程。圖中兩對相對性形狀分別由兩對基因控制，并獨立遺傳。 采用上圖育種過程，需從_______________代開始篩選，經(jīng)篩選淘汰后，在選留的植株中低植酸抗病純合體所占的比例是______________。選留植株多代自交，經(jīng)篩選可獲得低植酸抗病性狀穩(wěn)定的品性。 答案： （1）BCD （2）競爭關系 （3）營養(yǎng)成分 （4）①I ②氨基酸的種類、數(shù)量和排列順序不同 ③溫度（或PH） 單位時間內(nèi)植酸的降解量（或植酸降解產(chǎn)物的生成量） （5）①大于 ②逆轉錄酶 可以 ③DNA cDNA耐高溫 （6）F2 1/9 解析：本題考查物質(zhì)的元素組成、生物的種間關系、蛋白質(zhì)、酶、基因工程、遺傳定律的相關知識，涉及的知識點較多，綜合性很強。（1）只有核糖中不含磷元素，ATP（磷酸基團）、核糖體（含RNA）、核膜（含磷脂）中均含有磷元素。（2）蘆葦能抑制水華的發(fā)生，表明蘆葦與水華的藻類關系是競爭。（3）植酸易同鐵、鈣等金屬離子或蛋白質(zhì)結合排出體外，是多種動物的抗營養(yǎng)因子，而植酸酶可降解植酸，因此在谷物類飼料中添加植酸酶可提高飼料的營養(yǎng)成分的利用率。（4）分析圖可知，植酸酶Ⅱ需要經(jīng)過兩次離心，因此植酸酶Ⅰ屬于分泌蛋白。若植酸酶Ⅰ和Ⅱ的肽鏈組成不同，其差異體現(xiàn)在氨基酸的種類、數(shù)量和排列順序的不同。從圖的可看出，自變量可為溫度或pH，因變量可以通過測定單位時間內(nèi)植酸的降解量或植酸降解量產(chǎn)物的生成量來表示。（5）分析獲取植酸酶基因的流程圖可知，圖中基因組文庫大于cDNA文庫。B過程需要的酶應該是逆轉錄酶，因為A、C過程都能獲得含目的基因的菌株，所以可以使用同一種探針進行篩選。目的基因Ⅰ和Ⅱ除從構建的文庫中分離外，還可以分別利用圖中DNA和cDNA為模板直接進行PCR擴增，該過程中所用酶的顯著特點是耐高溫。（6）根據(jù)上圖育種過程，所需性狀在F2代中才開始出現(xiàn)，所以應從F2代開始篩選。從圖中可以看出，低植酸抗病是雙顯性（在F2中占9/16），經(jīng)篩選淘汰后，在選留的植株中純合體所占的比例是1/9。 （09重慶卷）6.（16分）小鼠基因敲除技術獲得xx年諾貝爾獎，該技術采用基因工程、細胞工程、雜交等手段使小鼠體內(nèi)的某一基因失去功能，以研究基因在生物個體發(fā)育和病理過程中的作用。例如現(xiàn)有基因型為BB的小鼠，要敲除基因B，可先用體外合成的突變基因b取代正?；駼，使BB細胞改變?yōu)锽b細胞，最終培育成為基因敲除小鼠。 （1）基因敲除過程中外源基因是否導入受體細胞，可利用重組質(zhì)粒上的 檢測。如果被敲除的是小鼠抑癌基因，則可能導致細胞內(nèi)的 被激活，使小鼠細胞發(fā)生癌變。 （2）通過基因敲除，得到一只AABb小鼠。假設棕毛基因A、白毛基因a、褐齒基因B和黃齒基因b均位于常染色體上，現(xiàn)要得到白毛黃齒新類型小鼠，用來與AABb小鼠雜交的純合親本的基因型是 ，雜交子代的基因型是 。讓F1代中雙雜合基因型的雌雄小鼠相互交配，子代中帶有b基因個體的概率是 。不帶B基因個體的概率是 。 （3）在上述F1代中只考慮齒色這對性狀，假設這對性狀的遺傳屬X染色體伴性遺傳，則表現(xiàn)黃齒個體的性別是 ，這一代中具有這種性別的個體基因是 。 答案： （1）標記基因；原癌基因 （2）aaBB；AaBb；12/16（3/4）；4/16（1/4） （3）雄性（♂）；XBY、XbY 解析： （1）作為質(zhì)粒的一個條件之一就是要具有標記基因，以檢測外源基因是否導入受體細胞。 癌變的產(chǎn)生就是原癌基因由抑制態(tài)變激活態(tài)。 （2）根據(jù)題意AABb基因敲除小鼠的表現(xiàn)型是棕毛褐齒，現(xiàn)要得到白毛黃齒新類型小鼠（aabb），應選取用與AABb小鼠雜交的純合親本的基因型是，用圖解表示： 親本：AABb　　X　――― 　　　 子代：aabb 則此親本必含有a基因，而又是純合的基因型只能為aabb或aaBB，而aabb是要培育的新品種不可能有，所以只用選用基因型為aaBB的親本， 親本：AABb　　X　aaBB 　　　 子一代：1/2AaBb　 1/2 AaBB F1代中雙雜合基因型AaBb的雌雄小鼠相互交配即自交,由于是常染色體遺傳,即Bb自交后代的基因型及比例為:1/4BB、2/4Bb、1/4bb，帶有b基因個體的概率是3/4，不帶B基因個體的概率是1/4。（只考慮B和b這一對基因的計算，用基因分離定律） 也可兩對同時計算用自由組合定律，AaBb自交得1/4AAX1/4BB、1/4AAX2/4Bb、1/4AAX１/4bb、2/4AaX1/4BB、2/4AaX2/4Bb、24AaX１/4bb、1/4aaX1/4BB、1/4aaX2/4Bb、1/4aaX１/4bb、可得帶有b基因個體的概率是12/16，不帶B基因個體的概率是4/16。 （3）假設齒色性狀的遺傳屬X染色體伴性遺傳，則親本都為褐齒，基因型為XBXb　和　XＢY，則F1代的基因型為XBXb、XＢXＢ、XBＹ、XbY，其中XbY為黃齒是雄性個體，雄性個體基因還有XBＹ?！　? 此題考查學生對兩大遺傳定律的理解與掌握情況及基因工程的有關知識?！　　? （09江蘇卷）7．（7分）蘇云金桿菌（Bt）能產(chǎn)生具有殺蟲能力的毒素蛋白。下圖是轉Bt毒素蛋白基因植物的培育過程示意圖（為抗氨芐青霉素基因），據(jù)圖回答下列問題。 （1）將圖中①的DNA用HindⅢ、BamHⅠ完全酶切后，反應管中有 種DNA片段。 （2）圖中②表示 HindⅢ與BamHⅠ酶切、DNA連接酶連接的過程，此過程可獲得 種重組質(zhì)粒；如果換用Bst l與BamHⅠ酶切，目的基因與質(zhì)粒連接后可獲得 種重組質(zhì)粒。 （3）目的基因插入質(zhì)粒后，不能影響質(zhì)粒的 。 （4）圖中③的Ti質(zhì)粒調(diào)控合成的vir蛋白，可以協(xié)助帶有目的基因的T—DNA導人植物細胞，并防止植物細胞中 對T—DNA的降解。 （5）已知轉基因植物中毒素蛋白只結合某些昆蟲腸上皮細胞表面的特異受體，使細胞膜穿孔，腸細胞裂解，昆蟲死亡。而該毒素蛋白對人類的風險相對較小，原因是人類腸上皮細胞 。 （6）生產(chǎn)上常將上述轉基因作物與非轉基因作物混合播種，其目的是降低害蟲種群中的 基因頻率的增長速率。 答案： （1）4 （2）2 1 （3）復制 （4）DNA水解酶 （5）表面無相應的特異性受體 （6）抗性 解析：本題考查基因工程的相關知識。（1）由于上述兩種酶形成的末端不一樣，所以被兩種不同的限制酶切割之后所形成的片段有AA、AB、BA、BB四種切法形成的四種片段。（A表示HindⅢ，B表示BamHⅠ）（2）同時被兩種限制酶切割有兩種不同的目的基因，即AB和BA，所以重組質(zhì)粒有兩種。Bst l與BamHⅠ酶切割的末端一樣，所以同時用這兩種限制酶切割只能形成一種目的基因，所以只能形成一種重組質(zhì)粒。（3）質(zhì)粒要進行復制才能更多的表達出產(chǎn)物，所以重組之后要能復制。（4）酶具有專一性，對T—DNA的降解酶為DNA水解酶。（5）生物的細胞表面的受體具有特異性，人類腸上皮細胞沒有昆蟲腸上皮細胞表面的特異受體。所以該毒素蛋白對人類的風險相對較?。?）自然選擇是普遍存在的，純種種植自然選擇會使害蟲抗性基因頻率快速增長。所以混合種植降低害蟲的抗性基因頻率的增長速率。 （09上海卷）8.（9分）人體細胞內(nèi)含有抑制癌癥發(fā)生的P53基因，生物技術可對此類基因的變化進行檢測。 （1）目的基因的獲取方法通常包括________和________。 （2）上圖表示從正常人和患者體內(nèi)獲取的P53基因的部分區(qū)域。與正常人相比，患者在該區(qū)域的堿基會發(fā)生改變，在上圖中用方框圈出發(fā)生改編的堿基對，這種變異被稱為________。 （3）已知限制酶E識別序列為CCGG,若用限制酶E分別完全切割正常人和患者的P53基因部分區(qū)域（見上圖），那么正常人的會被切成________個片段，而患者的則被切割成長度為________對堿基和________對堿基的兩種片段。 （4）如果某人的P53基因部分區(qū)域經(jīng)限制酶E完全切割后，共出現(xiàn)170、220、290和460堿基對的四種片段，那么該人的基因型是________（以P+表示正常基因，Pn表示異常基因）。 答案： （1）從細胞中分離 通過化學方法人工合成 （2）見下圖 基因堿基對的替換（基因突變） （3）3 460 220 （4） 解析：本題主要考查基因工程相關知識。 （1）目的基因的獲取方法有直接分離和化學方法人工合成兩種； （2）仔細對比正常人與患者的基因序列可知是CG堿基對變?yōu)榱薚A堿基對，這種變化屬于基因突變； （3）正常人P53基因終于兩個限制酶E的識別序列，完全切割后可產(chǎn)生三個片段，患者P53基因中有一個限制酶E的識別序列發(fā)生突變，且突變點位于識別位點內(nèi)，這樣患者就只有一個限制酶E的識別序列，切割后產(chǎn)生兩個片段，分別為290+170=460對堿基，220對堿基； （4）正常人經(jīng)限制酶E完全切割后產(chǎn)生三個片段，290對堿基、170對堿基和220對堿基，患者產(chǎn)生兩個片段460對堿基和220對堿基，則該人的基因型應為P+P-。 【名師點撥】 DNA聚合酶和DNA連接酶的比較 比較項目 DNA聚合酶 DNA連接酶 形成磷酸二酯鍵的方式 只能將單個脫氧核苷酸連接起來，形成磷酸二酯鍵 是在兩個DNA片段之間形成磷酸二酯鍵，不是在單個脫氧核苷酸與DNA片段之間形成磷酸二酯鍵 不 同 點 是否需要模板 以一條DNA鏈為模板，將單個核苷酸通過磷酸二酯鍵形成一條與模板鏈互補的DNA鏈 是將DNA雙鏈上的兩個缺VI同時連接起來，因此DNA連接酶不需要模板 是否參與基因工程 沒有參與 在基因工程中，DNA連接酶可以作為連接運載體和目的基因的“針線” ①兩者化學本質(zhì)都是蛋白質(zhì)。 ②兩者均屬于酶，具有酶的基本屬性和特點。 相 同 點 ③兩者都能形成磷酸二酯鍵，即在相鄰核苷酸的3位碳原子的羥基與5位碳原子上所連接的磷酸基團的羥基之間形成。 ④兩者均參與DNA的復制、逆轉錄等過程。