高届高中生物一轮复习资料课时强化训练第39讲 基因工程.docx

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高届高中生物一轮复习资料课时强化训练第39讲基因工程

第39讲　基因工程

测控导航表

知识点

题号

1.基因工程的基本工具

1

2.基因工程的基本操作程序及应用

3,4,7

3.PCR技术

2

4.蛋白质工程

6

5.综合考查

5,8

1.（2019·山西太原月考）根据基因工程的有关知识,回答下列问题:

（1）限制性核酸内切酶切割DNA分子后产生的片段,其末端类型有

　　　　　　　和　　　　　　　。

（2）质粒运载体用EcoRⅠ切割后产生的片段如下:

为使运载体与目的基因相连,含有目的基因的DNA除可用EcoRⅠ切割外,还可用另一种限制性核酸内切酶切割,该酶必须具有的特点是

 　　　　　　　　　　　　。

（3）按其来源不同,基因工程中所使用的DNA连接酶有两类,即　　　　　　DNA连接酶和　　　　　DNA连接酶。

（4）反转录作用的模板是　　　　　　　　　　,产物是　　　　　　　　　。

若要在体外获得大量反转录产物,常采用　　　　　　　　技术。

（5）基因工程中除质粒外,　　　　　　　　　和　　　　　　　也可作为运载体。

（6）若用重组质粒转化大肠杆菌,一般情况下,不能直接用未处理的大肠杆菌作为受体细胞,原因是 　。

解析:

（1）限制性核酸内切酶可以将DNA分子切成两种类型的末端,平末端和黏性末端。

（2）为使两种不同酶切割之后能够相连接,所产生的黏性末端必须

相同。

（3）E.coliDNA连接酶可以连接黏性末端,T4DNA连接酶可以连接两种末端。

（4）反转录是以mRNA为模板逆转录先合成单链DNA,再合成双链DNA,常利用PCR技术进行大量扩增。

（5）基因工程中可以选用质粒、λ噬菌体的衍生物及动植物病毒做

载体。

（6）当受体细胞是细菌时,为了增大导入的成功率,常用Ca2+处理,得到感受态细胞,此时细胞壁和细胞膜的通透性增大,容易吸收重组质粒。

答案:

（1）平末端　黏性末端

（2）切割产生的DNA片段末端与EcoRⅠ切割产生的相同

（3）T4　E.coli

（4）mRNA　单链DNA　PCR（多聚酶链式反应）

（5）动植物病毒　λ噬菌体的衍生物

（6）未处理的大肠杆菌吸收质粒（外源DNA）的能力极弱

2.（2018·湖北武汉调研）含有限制酶的细胞中通常还具有相应的甲基化酶,这两种酶对DNA分子有相同的作用序列,但具有不同的催化功能。

甲基化酶可以对DNA序列进行修饰,使限制酶不能对这一序列进行识别和切割。

回答下列问题:

（1）目前,基因工程中使用的限制酶主要是从　　　　　生物中分离纯化获得的。

构建“基因组文库”和“DNA文库”的过程中需要使用DNA连接酶的是　　　　　　　　　　　　（填“基因组文库”“DNA文库”或“基因组文库和cDNA文库”）。

（2）含有某种限制酶的细胞,可以利用限制酶切割外源DNA,但不破坏细胞自身的DNA,其原因可能有①　　　　　　　　　　　　　　;②　 　　　　　　　　　　　　。

（3）利用PCR扩增目的基因的过程由高温变性（90～95℃）、低温复性（55～60℃）、适温延伸（70～75℃）三个步骤构成一个循环,为使得DNA聚合酶能够重复利用,选用的酶应在　　　　　℃处理后仍然具备催化活性。

（4）在PCR扩增目的基因时,为实现序列中的腺嘌呤被放射性同位素标记,反应体系中添加的原料应包括碱基已被标记的　　　　　（填“腺嘌呤核糖核苷酸”“dATP”或“ATP”）。

解析:

（1）限制酶主要是从原核生物中分离纯化出来的。

两者的构建过程中均将目的基因与载体连接后导入受体菌群,因此均需用到DNA连接酶。

（2）限制酶不切割原核细胞自身的DNA的原因在于细胞自身的DNA分子没有该限制酶的识别序列;甲基化酶对细胞自身的DNA分子进行了修饰。

（3）PCR扩增目的基因时需要耐高温的TaqDNA聚合酶,因此选用的酶应在90～95（或95）℃处理后仍然具备催化活性。

（4）PCR扩增目的基因时,所需原料为四种dNTP,由此可知反应体系中添加的原料应包括碱基已被标记的dATP。

答案:

（1）原核　基因组文库和cDNA文库

（2）①细胞自身的DNA分子没有该限制酶的识别序列　②甲基化酶对细胞自身的DNA分子进行了修饰

（3）90～95（或95）

（4）dATP

3.（2018·全国Ⅰ卷）回答下列问题:

（1）博耶（H.Boyer）和科恩（S.Coben）将非洲爪蟾核糖体蛋白基因与质粒重组后导入大肠杆菌细胞中进行了表达。

该研究除证明了质粒可以作为载体外,还证明了  　　　　　　　　　　　（答出两点即可）。

（2）体外重组的质粒可通过Ca2+参与的　　　　　方法导入大肠杆菌细胞;而体外重组的噬菌体DNA通常需与　　　　　组装成完整噬菌体后,才能通过侵染的方法将重组的噬菌体DNA导入宿主细胞,在细菌、心肌细胞、叶肉细胞中,可作为重组噬菌体宿主细胞的是　　　　。

（3）真核生物基因（目的基因）在大肠杆菌细胞内表达时,表达出的蛋白质可能会被降解。

为防止蛋白质被降解,在实验中应选用　　　　　　　的大肠杆菌作为受体细胞,在蛋白质纯化的过程中应添加　　　　　的抑制剂。

解析:

（1）将非洲爪蟾核糖体蛋白基因与质粒重组后导入大肠杆菌中,该过程利用的技术是基因工程。

该研究除了证明质粒可作为载体外,还证明了体外重组的质粒可以进入受体细胞,真核生物基因可在原核细胞中表达等。

（2）重组质粒导入大肠杆菌细胞可采用Ca2+参与的转化方法;体外重组噬菌体要通过将体外重组的噬菌体DNA和外壳蛋白（或噬菌体蛋白）进行组装获得;因为噬菌体是专门寄生在细菌中的病毒,所以宿主细胞选用细菌。

（3）为防止蛋白质被降解,在实验中应选用蛋白酶缺陷型的大肠杆菌作为受体细胞;在蛋白质纯化过程中,为防止目的蛋白质被降解,需要添加蛋白酶的抑制剂。

答案:

（1）体外重组的质粒可以进入受体细胞;真核生物基因可在原核细胞中表达

（2）转化　外壳蛋白（或答噬菌体蛋白）　细菌

（3）蛋白酶缺陷型　蛋白酶

4.（2018·全国Ⅱ卷）某种荧光蛋白（GFP）在紫外光或蓝光激发下会发出绿色荧光,这一特性可用于检测细胞中目的基因的表达,某科研团队将某种病毒的外壳蛋白（L1）基因连接在GFP基因的5'末端,获得了L1

GFP融合基因（简称为甲）,并将其插入质粒P0,构建了真核表达载体P1,其部分结构和酶切位点的示意图如下,图中E1～E4四种限制酶产生的黏性末端各不相同。

回答下列问题:

（1）据图推断,该团队在将甲插入质粒P0时,使用了两种限制酶,这两种酶是　　　　　　。

使用这两种酶进行酶切是为了保证　　　　　　,也是为了保证　 　　　　。

（2）将P1转入体外培养的牛皮肤细胞后,若在该细胞中观察到了绿色荧光,则说明L1基因在牛的皮肤细胞中完成了　　　　和　　　　过程。

（3）为了获得含有甲的牛,该团队需要做的工作包括:

将能够产生绿色荧光细胞的　　　　移入牛的　　　　　　　　　中、体外培养、胚胎移植等。

（4）为了检测甲是否存在于克隆牛的不同组织细胞中,某同学用PCR方法进行鉴定,在鉴定时应分别以该牛不同组织细胞中的　　　　（填“mRNA”“总RNA”或“核DNA”）作为PCR模板。

解析:

（1）由题意可知,L1基因和GFP基因合成了L1

GFP融合基因（简称为甲）,题图中显示了四个酶切位点,当将L1

GFP融合基因插入质粒P0时,可用E1和E4限制酶进行酶切,用这两种酶进行酶切不会破坏甲的完整性,同时能保证甲按照正确的方向与载体连接。

（2）若在牛皮肤细胞中观察到了绿色荧光,则说明L1

GFP融合基因得到表达,即目的基因在受体细胞中通过转录和翻译合成了荧光蛋白。

（3）为了获得含有甲的牛,可将含有目的基因的细胞的细胞核移入牛的去核卵母细胞中,然后进行体外培养、胚胎移植等。

（4）利用PCR技术扩增目的基因,可以检测目的基因是否存在。

PCR扩增的模板是DNA。

答案:

（1）E1和E4　甲的完整　甲与载体正确连接

（2）转录　翻译

（3）细胞核　去核卵母细胞

（4）核DNA

5.（2018·山东德州一模）S多肽是构成乙肝病毒的主要成分,现利用基因工程制造乙肝疫苗。

回答下列问题:

（1）利用PCR技术扩增S基因前,需根据S基因的核苷酸序列设计　　　　　种引物,进行PCR时需加热至90～95℃然后冷却至55～60℃,此操作的目的是　 　　　　　　　　　　　　。

（2）将S基因插入Ti质粒中（如图所示）构建基因表达载体时,需要在S基因前后两端分别引入　　　　　　　　　的酶切位点,目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（答出一点即可）。

（3）用分子杂交技术检测S基因是否转录出mRNA的具体操作过程是

 　　　　　　　　　　　　,若　　　　　　　　　　　　　　,则表明转录出了mRNA。

（4）乙肝疫苗的接种需要在一定时期内间隔注射3次,其目的是使机体产生更多的　。

解析:

（1）利用PCR技术扩增S基因前,需根据S基因的核苷酸序列设计2种引物。

PCR技术扩增目的基因的过程包括高温变性、低温复性、中温延伸等,因此加热至90～95℃的目的使DNA解链,冷却至55～

60℃的目的使引物结合到互补DNA链上。

（2）通常用一种限制酶切割目的基因和载体时,由于切割后产生相同的末端,目的基因易发生自身环化,因此为防止S基因的自身环化、防止S基因的反向连接,图示中分别引入XbaⅠ和SacⅠ的酶切位点。

（3）用分子杂交技术检测S基因是否转录出mRNA的具体操作过程是从受体细胞中提取mRNA,用标记的S基因作探针,与mRNA杂交,若出现基因探针与mRNA的杂交带,说明已经转录出了mRNA。

（4）乙肝疫苗的接种需要在一定时期内间隔注射3次,其目的是使机体产生更多的抗体和记忆细胞。

答案:

（1）2（两）　使DNA解链,然后使引物结合到互补DNA链上

（2）XbaⅠ和SacⅠ　防止目的基因（S基因）自身环化、防止目的基因（S基因）反向连接

（3）从受体细胞中提取mRNA,用标记的S基因作探针,与mRNA杂交　显示出杂交带

（4）抗体和记忆（B）细胞

6.（2018·广东东莞二模）香港大学的研究人员将某印度芥菜的HMGS基因编码的蛋白质的第359位氨基酸“丝氨酸”替换成“丙氨酸”后形成s359a蛋白,通过一定的方法获得新HMGS基因,然后将其导入番茄细胞,获得类胡萝卜素增加111%的转基因番茄,该番茄具有强抗氧化性。

请回答下列问题:

（1）请按照蛋白质工程的原理写出获得新HMGS基因的基本途径:

 　。

（2）下图的4种质粒中,E表示EcoRⅠ的切割位点,将这些质粒用EcoRⅠ充分切割后,产生的线性双链DNA片段的种类分别为　　　　　　个,接着将新HMGS基因分别与这4组酶切产物、DNA连接酶在适宜环境下混合,编号为1、2、3、4组,结果发现除第　　　　组外,其余3组都有含新HMCS基因的基因表达载体（重组质粒）出现。

基因表达载体的组成除目的基因和标记基因外,还包括　　　　　　　　　　及复制原点。

（3）若质粒3是农杆菌的Ti质粒,则图示E所处的位置在Ti质粒上的　　　　　,将含新HMGS基因的重组Ti质粒的农杆菌导入番茄细胞,成功获得含新HMGS基因的转基因番茄,将其果实色素提取法分离后,用　　　　　法分离,可发现滤纸条上　　　　　　　（填颜色）的条带比第4组的宽。

解析:

（1）蛋白质工程的原理为从预期的蛋白质功能出发→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到相对应的脱氧核苷酸序列（基因）,由此可写出获得新HMGS基因的基本途径:

从s359a蛋白的功能出发→设计s359a蛋白的结构→将HMGS蛋白的第359位丝氨酸替换成丙氨酸→找到并改造HMGS基因的脱氧核苷酸序列。

（2）图中质粒1、2、3、4的切割位点分别为3、2、1、0,用EcoRⅠ充分切割后,产生的线性双链DNA片段的种类分别为3、2、1、0。

第4组无EcoRⅠ切割位点,因此无法构建基因表达载体。

基因表达载体的组成包括目的基因、标记基因、启动子、终止子以及复制原点。

（3）Ti质粒上的T

DNA可将目的基因转移到受体细胞且整合到受体细胞染色体的DNA上。

色素的提取方法为纸层析法。

新HMGS基因导入番茄细胞,获得类胡萝卜素增加,因此滤纸条上橙黄色和黄色的条带比第4组的宽。

答案:

（1）从s359a蛋白的功能出发→设计s359a蛋白的结构→将HMGS蛋白的第359位丝氨酸替换成丙氨酸→找到并改造HMGS基因的脱氧核苷酸序列（或者从预期的蛋白质功能出发→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到相对应的脱氧核苷酸序列（基因））

（2）3、2、1、0　4　启动子和终止子

（3）T

DNA　纸层析　橙黄色和黄色

7.（2018·贵州模拟）人抗凝血酶Ⅲ是人体血液中一种重要的抗凝血因子,具有抑制血液中凝血酶活性的作用,利用人工合成的人抗凝血酶Ⅲ对治疗抗凝血酶缺失症有显著效果。

下图表示利用乳腺生物反应器生产人抗凝血酶Ⅲ的过程。

回答下列问题:

（1）乳腺生物反应器是指将目的基因与　　　　　　　的启动子等调控组件重组在一起,通过显微注射导入哺乳动物受精卵,最终获得转基因动物。

转基因动物进入哺乳期后,可以通过分泌乳汁来生产所需要的药品。

若将上述过程中受体细胞改为大肠杆菌,生产出来的人抗凝血酶Ⅲ往往不具有生物活性,原因是　 　。

（2）人抗凝血酶Ⅲ基因导入受精卵需要“分子运输车”（载体）。

“分子运输车”应具备的条件是  

　　　　　　　　　　　　。

（3）完成过程②所需的技术是　　　　　　　　　;早期胚胎能够在代孕羊体内存活的原因是　 　　　　　　　　　　　。

（4）为了能从乳汁中分离出人抗凝血酶Ⅲ,需要对转基因羊进行性别鉴定,在胚胎移植前,最好取囊胚中　　　　的细胞进行性别鉴定。

转基因羊只有乳腺细胞分泌的乳汁中含有人抗凝血酶Ⅲ,其根本原因是　 　。

解析:

（1）该过程中目的基因是人抗凝血酶Ⅲ基因,利用基因工程技术最终通过分泌乳汁来生产所需要的人抗凝血酶,因此应该将该目的基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控组件重组在一起。

若将受体细胞改为大肠杆菌,由于大肠杆菌没有内质网和高尔基体,不能对蛋白质进行加工和修饰,因此生产出来的人抗凝血酶Ⅲ往往不具有生物活性。

（2）基因工程中,作为运输目的基因的载体必须具备的条件有:

自我复制的能力、有一个或多个限制酶的切割位点、带有标记基因、分子大小适宜等。

（3）过程②表示早期胚胎培养技术;由于受体细胞对外来胚胎一般不发生免疫排斥,因此早期胚胎能够在代孕羊体内存活。

（4）用囊胚期胚胎进行性别鉴定时,可用分割针分割部分滋养层细胞进行性别鉴定;由于人抗凝血酶Ⅲ基因只能在乳腺细胞中选择性表达,所以转基因羊只有乳腺细胞分泌的乳汁中含有人抗凝血酶Ⅲ。

答案:

（1）乳腺蛋白基因　大肠杆菌不含内质网和高尔基体,不能对蛋白质进行加工和修饰

（2）自我复制的能力;有一个或多个限制酶的切割位点;带有标记基因;分子大小适宜

（3）早期胚胎培养　受体对外来胚胎一般不发生免疫排斥

（4）滋养层　人抗凝血酶Ⅲ基因只能在乳腺细胞中选择性表达（或基因的选择性表达）

8.（2018·福建质检）苜蓿是目前我国种植最广的豆科牧草,但是病菌往往威胁着苜蓿的生长。

为提高产量,研究人员将溶菌酶基因（LYZ基因）和绿色荧光蛋白基因（GFP基因）连接为LYZ—GFP基因,利用农杆菌转化法将其导入苜蓿细胞中,并通过组织培养成功获得了抗病植株。

图1表示Ti质粒,其中Vir区的基因产物是T

DNA转移的必备条件;图2表示含有LYZ—GFP基因的DNA片段。

图中箭头表示相关限制酶的酶切位点。

回答下列问题:

（1）构建含有LYZ—GFP基因的重组质粒时,应选用限制酶　　　　　进行切割,原因是　  

　。

（2）据图分析,在培育转基因苜蓿植株过程中,应选择LYZ—GFP基因中的GFP基因为标记基因,而不选择质粒中原有的卡那霉素抗性基因为标记基因,这种做法的优点是 　。

（3）在组织培养过程中,对愈伤组织进行显微检测,若　　　　　　,则表明细胞中GFP基因存在并表达。

（4）选择含有GFP基因的愈伤组织为材料,用PCR技术扩增并检测LYZ基因,需选用一段　　　　　　　　　　　　　合成引物,该过程所用到的酶必须具有　　　　　的特性。

（5）对该苜蓿植株进行病菌接种实验,通过观察其抗病程度可以进行个体生物学水平的鉴定,原因是 　。

解析:

（1）构建含有LYZ—GFP基因的重组质粒时,含有LYZ—GFP基因的片段有三个酶切位点,基因两侧没有相同限制酶,应该使用双酶切法,限制酶Ⅲ为必选。

根据图1结合农杆菌转化法的原理,所用限制酶切割位点必须在T

DNA片段上,限制酶Ⅰ虽然会切断Ti质粒本身的四环素抗性基因,但是GFP基因、卡那霉素抗性基因都可以作为标记基因。

所以应选择限制酶Ⅰ和Ⅲ。

限制酶Ⅱ会破坏质粒中的Vir区的基因,不可选用。

（2）若LYZ—GFP基因在T

DNA片段上,就能整合到苜蓿细胞染色体的DNA上,便于追踪检测LYZ基因的表达情况,这是选用GFP基因为标记基因的优点。

而卡那霉素抗性基因不在T

DNA片段上,不能整合到苜蓿细胞染色体的DNA上,所以相对不宜选用。

（3）GFP基因的表达产物是绿色荧光蛋白,对愈伤组织进行显微检测时,若观察到绿色荧光,则表明细胞中的GFP基因存在并表达。

（4）进行PCR技术扩增并检测LYZ基因的前提,要有一段已知的LYZ基因的核苷酸序列以便合成引物。

PCR扩增过程使用的DNA聚合酶具有耐高温或热稳定的特性。

（5）LYZ基因能够表达出溶菌酶,溶菌酶是免疫活性物质,能够杀灭病菌。

因此转基因成功的苜蓿植株会表现出抗病特性。

答案:

（1）Ⅰ和Ⅲ（对Ti质粒和含有LYZ—GFP基因的片段）　选择限制酶Ⅰ和限制酶Ⅲ能获取LYZ—GFP基因,不会破坏质粒中的Vir区的基因,使目的基因的插入位点位于T

DNA片段上

（2）LYZ—GFP基因在T

DNA片段上,能整合到苜蓿细胞染色体的DNA上,便于追踪检测LYZ基因的表达情况

（3）观察到绿色荧光

（4）LYZ基因的核苷酸序列　耐高温（或“热稳定”）

（5）LYZ基因能够表达出溶菌酶,溶菌酶能够杀灭病菌,表现出抗病

特性