1、1课时规范练 36 基因工程非选择题1.(2018 全国理综)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 E1E4 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,
2、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。 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解析本题考查基因工程、细胞工程和胚胎工程的相关内容。(1)由题意可知,E1E4 四种限制酶产生的
3、黏性末端各不相同,将甲(L1-GFP)插入质粒时,使用E1 和 E4 两种限制酶进行酶切,既保证了甲的完整,又防止了甲的自身环化,保证了甲与载体的正确连接。(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,则说明该细胞中合成了荧光蛋白,即 L1 基因在牛皮肤细胞中完成了遗传信息的转录和翻译。2(3)为了获得含有甲的牛,可通过体细胞核移植技术、体外培养和胚胎移植来实现。(4)克隆牛的不同组织细胞中的基因选择性表达,转录出的 mRNA 不同,总 RNA 也不同,但不同组织细胞中的核 DNA 相同,因此检测甲是否存在于克隆牛的不同组织细胞中,用 PCR 方法进行鉴定时,应以核
4、 DNA 作为模板。2.P5CS 是植物合成脯氨酸的关键酶,脯氨酸有助于植物抵御干旱。下图是将 P5CS 基因转入烟草细胞获得耐旱烟草植株过程的示意图。请回答下列问题。(1)要将 P5CS 基因成功插入 Ti 质粒中,Ti 质粒的 中应含有Hind、Sal限制酶切割位点。过程需在培养农杆菌的培养基中添加 才能筛选出含 P5CS 基因的 Ti 质粒的农杆菌。 (2)检测 P5CS 基因是否整合到烟草细胞染色体 DNA 上,采用 技术,判断转基因是否成功,可以直接在个体水平上对转基因植物与非转基因植物的 性进行比较。 (3)将转入 P5CS 基因的烟草细胞培育成完整的植株需要用 技术,愈伤组织通过
5、 发育成完整植株,在此过程中,除营养物质外,还必须向培养基中添加 。 答案(1)T-DNA 四环素 (2)DNA 分子杂交 抗旱(耐旱) (3)植物组织培养 再分化(细胞增殖和分化) 植物激素(生长素和细胞分裂素)解析(1)质粒中的 T-DNA 又称为可转移的 DNA,可以将携带的目的基因转移到受体植物细胞的染色体中去,所以该基因工程要成功,最好将目的基因重组到 T-DNA 中;因此 Ti 质粒的 T-DNA 中应含有3Hind、Sal限制酶切割位点。由于重组质粒中含有完整的抗四环素基因,因此过程需在培养农杆菌的培养基中添加四环素才能筛选出含 P5CS 基因的 Ti 质粒的农杆菌。(2)检测目
6、的基因(P5CS 基因)是否整合到烟草细胞染色体 DNA 上,应采用 DNA 分子杂交技术;根据题意,P5CS 是植物合成脯氨酸的关键酶,脯氨酸有助于植物抵御干旱,因此转基因是否成功可以直接在个体水平上对转基因植物与非转基因植物的抗旱性进行比较。(3)将转入目的基因(P5CS 基因)的烟草细胞培育成完整的植株需要用植物组织培养技术,愈伤组织通过再分化成完整植株,此过程除营养物质外还必须向培养基中添加生长素和细胞分裂素。3.(2017 全国理综)几丁质是许多真菌细胞壁的重要成分,几丁质酶可催化几丁质水解。通过基因工程将几丁质酶基因转入植物体内,可增强其抗真菌病的能力。回答下列问题。(1)在进行基
7、因工程操作时,若要从植物体中提取几丁质酶的 mRNA,常选用嫩叶而不选用老叶作为实验材料,原因是 。提取 RNA 时,提取液中需添加 RNA 酶抑制剂,其目的是 。 (2)以 mRNA 为材料可以获得 cDNA,其原理是 。 (3)若要使目的基因在受体细胞中表达,需要通过质粒载体而不能直接将目的基因导入受体细胞,原因是 (答出两点即可)。 (4)当几丁质酶基因和质粒载体连接时,DNA 连接酶催化形成的化学键是 。 (5)若获得的转基因植株(几丁质酶基因已经整合到植物的基因组中)抗真菌病的能力没有提高,根据中心法则分析,其可能的原因是 。 答案(1)嫩叶组织细胞易破碎 防止 RNA 降解(2)在
8、逆转录酶的作用下,以 mRNA 为模板按照碱基互补配对的原则可以合成 cDNA(3)目的基因无复制原点;目的基因无表达所需启动子(4)磷酸二酯键(5)目的基因的转录或翻译异常4解析(1)选取嫩叶为实验材料提取 mRNA 的原因是嫩叶细胞的细胞壁易破碎。提取 RNA 时加入 RNA酶抑制剂的目的是防止 RNA 降解。(2)以 mRNA 为材料获得 cDNA 的过程为逆转录,其原理是在逆转录酶的作用下,以 mRNA 为模板按照碱基互补配对的原则可以合成 cDNA。(3)目的基因无复制原点,无表达所需的启动子、终止子等,其不能在受体细胞内表达,要使目的基因在受体细胞中表达,需要通过含有这些结构的质粒
9、载体将目的基因导入受体细胞。(4)当几丁质酶基因和质粒载体连接时,DNA 连接酶催化形成的化学键是磷酸二酯键。(5)如果目的基因已经整合到植物的基因组中,但植物未表现出相应性状,可能的原因是目的基因未转录,或是转录出的 mRNA 未翻译出相应的几丁质酶。4.(2017 全国理综)编码蛋白甲的 DNA 序列(序列甲)由 A、B、C、D、E 五个片段组成,编码蛋白乙和丙的序列由序列甲的部分片段组成,如图 1 所示。图 1图 2回答下列问题。(1)现要通过基因工程的方法获得蛋白乙,若在启动子的下游直接接上编码蛋白乙的 DNA 序列(TTCGCTTCTCAGGAAGGA),则所构建的表达载体转入宿主细
10、胞后不能翻译出蛋白乙,原因是 。 (2)某同学在用 PCR 技术获取 DNA 片段 B 或 D 的过程中,在 PCR 反应体系中加入了 DNA 聚合酶、引物等,还加入了序列甲作为 ,加入了 作为合成 DNA 的原料。 5(3)现通过基因工程方法获得了甲、乙、丙三种蛋白,要鉴定这三种蛋白是否具有刺激 T 淋巴细胞增殖的作用,某同学做了如下实验:将一定量的含 T 淋巴细胞的培养液平均分成四组,其中三组分别加入等量的蛋白甲、乙、丙,另一组作为对照,培养并定期检测 T 淋巴细胞浓度,结果如图 2。由图 2 可知:当细胞浓度达到 a 时,添加蛋白乙的培养液中 T 淋巴细胞浓度不再增加,此时若要使T 淋巴
11、细胞继续增殖,可采用的方法是 。 细胞培养过程中,培养箱中通常要维持一定的 CO2浓度,CO 2的作用是 。 仅根据图 1、图 2 可知,上述甲、乙、丙三种蛋白中,若缺少 (填“A”“B”“C”“D”或“E”)片段所编码的肽段,则会降低其刺激 T 淋巴细胞增殖的效果。 答案(1)编码乙的 DNA 序列起始端无 ATG,转录出的 mRNA 无起始密码子(2)模板 dNTP(3)进行细胞传代培养 维持培养液的 pH C解析(1)由基因乙的碱基序列可知,由该序列转录出的 mRNA 无起始密码子,所以在启动子的下游直接接上编码蛋白乙的 DNA 序列后,所构建的表达载体转入宿主细胞后不能翻译出蛋白乙。(
12、2)PCR 反应体系中除了加入了 DNA 聚合酶、引物等,还应加入序列甲作为模板,加入四种脱氧核苷酸(dNTP)作为合成 DNA 的原料。(3)当细胞浓度达到 a 时,T 淋巴细胞的浓度不再增加,是因为出现了接触抑制现象,所以可以进行细胞传代培养,使 T 淋巴细胞继续增殖;培养箱中通常要维持一定的 CO2浓度,CO2的作用是维持培养液中的 pH。根据图 2 可知,甲、乙两组的 T 淋巴细胞数量多,丙组的 T 淋巴细胞数量少,根据图 1 比较可知,丙组 T 淋巴细胞少的原因是蛋白丙缺少 C 片段所编码的肽段。5.科学家将鱼抗冻蛋白基因转入番茄,使番茄的耐寒能力大大提高。图一是转基因抗冻番茄培育过
13、程的示意图,图二为质粒限制酶酶切图谱。鱼的抗冻蛋白基因不含图中限制酶识别序列,Amp r为抗氨苄青霉素基因,其中是转基因抗冻番茄培育过程中的相关步骤,、表示相关结构或细胞。请据图作答。图一6图二(1)获取鱼的抗冻蛋白基因的途径主要有 。为了在番茄中获得抗冻蛋白必须将抗冻蛋白基因连接在质粒中的 之后。图中依次表示组织培养过程中番茄组织细胞的 过程。 (2)在构建基因表达载体时,可用一种或者多种限制酶进行切割。该酶的特点是 。在此实例中,应该选用限制酶 切割。 (3)要利用培养基筛选出已导入含鱼的抗冻蛋白基因的番茄细胞,应使基因表达载体中含有 作为标记基因。 (4)研究人员通常采用 法将鱼抗冻蛋白
14、基因导入番茄细胞内。通常采用 技术,在分子水平检测目的基因是否翻译形成了相应的蛋白质。 答案(1)从体细胞中分离和化学方法人工合成 启动子 脱分化、再分化(2)识别特定的 DNA 序列并在特定位点切割 Nde 、BamH (3)抗氨苄青霉素基因(Amp r)(4)农杆菌转化(或基因枪法等) 抗原抗体杂交解析(1)获取目的基因的主要途径有从体细胞中分离和化学方法人工合成;构建基因表达载体时,必须将目的基因插入启动子之后;分析题图可知,图中为脱分化过程,形成愈伤组织,为再分化过程,形成胚状体。(2)限制酶的作用特点是能识别特定的 DNA 序列并在特定位点切割 DNA 分子;分析题图可知,启动子和终
15、止子之间有三个限制酶位点:Nde、Xba、BamH,其中质粒中的 Xba酶切位点有两个,会把终止子切掉,因此不能用 Xba进行切割,而 Nde、BamH的位点都只有一个,因此最好用Nde、BamH两种限制酶进行切割,可以防止目的基因插入时出现反向连接。(3)分析题图,Amp r为抗氨苄青霉素基因,为标记基因,可以用于目的基因的检测与鉴定。7(4)把目的基因导入植物细胞的方法最常见的是农杆菌转化法;检测目的基因是否翻译成蛋白质的方法是抗原抗体杂交技术。6.(2018 天津理综)甲型流感病毒为 RNA 病毒,易引起流感大规模流行。我国科学家在 2017 年发明了一种制备该病毒活疫苗的新方法,主要环
16、节如下。(1)改造病毒的部分基因,使其失去在正常宿主细胞内的增殖能力。以病毒 RNA 为模板,逆转录成对应 DNA 后,利用 技术扩增,并将其中某些基因(不包括表面抗原基因)内个别编码氨基酸的序列替换成编码终止密码子的序列。与改造前的基因相比,改造后的基因表达时不能合成完整长度的 ,因此不能产生子代病毒。将该改造基因、表面抗原等其他基因分别构建重组质粒,并保存。 (2)构建适合改造病毒增殖的转基因宿主细胞。设计合成一种特殊 tRNA 的基因,其产物的反密码子能与(1)中的终止密码子配对结合,并可携带一个非天然氨基酸(Uaa)。将该基因与 连接后导入宿主细胞。提取宿主细胞的 进行分子杂交鉴定,筛
17、选获得成功表达上述tRNA 的转基因宿主细胞。 (3)利用转基因宿主细胞制备疫苗。将(1)中的重组质粒导入(2)中的转基因宿主细胞,并在补加 的培养基中进行培养,则该宿主细胞能利用上述特殊 tRNA,翻译出改造病毒基因的完整蛋白,产生大量子代病毒,用于制备疫苗。 特殊 tRNA 基因转录时,识别其启动子的酶是 (单选)。 A.病毒的 DNA 聚合酶B.宿主的 DNA 聚合酶C.病毒的 RNA 聚合酶D.宿主的 RNA 聚合酶(4)上述子代病毒不能在正常宿主细胞中增殖,没有致病性,因此不经灭活或减毒即可制成疫苗。与不具侵染性的流感病毒灭活疫苗相比,该病毒活疫苗的优势之一是可引起 免疫,增强免疫保
18、护效果。 答案(1)PCR 多肽(或蛋白质) (2)载体 总 RNA (3)非天然氨基酸(Uaa) D (4)细胞解析本题考查基因工程、基因表达、免疫等知识。8(1)利用逆转录得到病毒 DNA 后,可利用 PCR 技术对该 DNA 进行扩增。据题意,改造后的某些基因在表达时会提前终止,不能合成改造前完整长度的多肽或蛋白质。(2)导入宿主细胞的是携带目的基因的载体,故需将该特殊基因与载体连接。该特殊基因的表达产物是携带 Uaa 的 tRNA,故检测该基因是否表达时可提取宿主细胞的总 RNA 进行分子杂交。(3)(1)中改造基因表达时,因终止密码子提前出现,无法合成子代病毒的蛋白质而不能产生子代病毒。经过(2)改造的宿主细胞,在基因表达遇到终止密码子时,因有特殊的携带 Uaa 的 tRNA 与之结合,故可继续完成翻译表达出完整蛋白。可产生子代病毒用于制备疫苗。与正常培养基相比,(3)中所用培养基需补加 Uaa 以完成翻译。特殊 tRNA 基因转录形成 RNA,所需的酶是宿主细胞的 RNA 聚合酶。(4)因正常宿主细胞不含特殊 tRNA基因,也无 Uaa,故子代病毒侵入正常细胞后,无法合成病毒蛋白质,不能表现出致病性。该病毒与不具侵染性的流感疫苗相比,因其还可侵入体细胞,故除引起体液免疫外,还可引起细胞免疫。
