1、1课时训练 35 基因工程1.(2018 浙江名校新高考研究联盟第一次联考)回答与基因工程和动物克隆有关的问题。(1)以人基因组 DNA 为模板,采用 扩增人胰岛素原基因,然后将其与含有标记基因的载体用相同的 切割之后,用 DNA 连接酶将目的基因和载体连接在一起形成重组 DNA 分子。 (2)若要利用转基因动物的乳腺来生产人胰岛素,则可将重组 DNA 分子用 的方法导入动物的受精卵中,受精卵在体外培养到 阶段,再移植到代孕母亲的 着床,并继续生长发育。也可以将重组 DNA 先导入动物的体细胞中,再通过标记基因的表现来筛选出含有人胰岛素原基因的体细胞,然后在一定物质的介导下使其与去核卵细胞进行
2、 形成一个重建的“合子”,经过胚激活、胚胎培养和胚胎移植后得到转基因动物。 (3)相比细菌基因工程,以转基因动物的乳腺作为反应器来生产人胰岛素的优点是 。 答案 (1)PCR 技术 限制性核酸内切酶 (2)显微注射 早期胚胎或早期囊胚 子宫 细胞融合(或融合) (3)乳腺细胞可以将无生物活性的胰岛素原蛋白加工成有生物活性的胰岛素解析 (1)已知序列情况下可用 PCR 技术扩增目的基因。形成重组 DNA 分子要用同种限制性内切酶切割载体与目的基因。(2)基因工程中,受体细胞是动物细胞时一般用显微注射法导入受精卵,体外培养至早期胚胎阶段再进行移植到代孕母亲子宫中继续生长。还可进行核移植。(3)由于
3、细菌是原核生物,没有内质网等细胞器,相比细菌基因工程,以转基因动物的乳腺作为反应器来生产人胰岛素的优点是乳腺细胞可以将无生物活性的胰岛素原蛋白加工成有生物活性的胰岛素。2.基因工程基本操作流程如图,请据图分析回答问题。(1)图中 X 是 ,在目的基因与载体 DNA 的两端形成 后,才能在 DNA 连接酶的催化下形成 X。 (2)在上述基因工程的操作过程中,与碱基互补配对无关的步骤有 (A. B. C. D.)。(3)若要培育能生产彩色羊毛的转基因羊,则一般用 作受体细胞。 (4)在培育抗枯萎病的金茶花时,离体金茶花叶组织经 形成愈伤组织,再通过 培养得到单细胞,将外源基因导入其中,经筛选培养形
4、成抗枯萎病植株。该过程中用到的植物细胞工程技术是 。 答案 (1)重组 DNA 分子 相同的粘性末端 (2)C (3)受精卵(4)脱分化 液体悬浮 植物组织培养2解析 (1)图中 X 为重组 DNA 分子,目的基因与载体 DNA 两端形成相同粘性末端后,才能连接起来。(2)是将目的基因导入基因工程中,受体细胞,不涉及碱基互补配对。(3)动物基因工程一般用受精卵作为受体细胞。(4)植物组织培养中植物组织要经过脱分化和再分化两个阶段。3.科研人员拟将已知的花色基因(目的基因)转入矮牵牛的核基因组中,培育具有新花色的矮牵牛。请回答下列问题。(1)为了获得大量的目的基因,可将目的基因与含有抗生素抗性基
5、因的质粒 DNA 连接形成重组 DNA,再与经 (A.氯化钙 B.氯化钠 C.蔗糖 D.葡萄糖)处理的大肠杆菌液混合,使重组 DNA 进入大肠杆菌。 (2)从扩大培养的大肠杆菌中提取含有目的基因的 DNA 后,用 分别切割含目的基因的 DNA 和农杆菌的 Ti 质粒,然后用 DNA 连接酶连接,形成重组 DNA 分子。 (3)取田间矮牵牛的幼嫩叶片,经自来水冲洗后,先用 70% 浸泡,再用 5%次氯酸钠浸泡,最后用 清洗,作为转基因的受体材料。 (4)将消毒后的矮牵牛叶片剪成小片,在含有目的基因的农杆菌溶液中浸泡后,取出并转移至加有适当配比生长调节剂的 MS 培养基(含蔗糖、琼脂和抗生素,下同
6、)上,使叶小片先经脱分化形成 ,再将其转移至另一培养基中诱导形成芽,芽切割后转移到 (A.LB 培养基 B.MS 培养基+适宜浓度 NAA C.MS 培养基+适宜浓度 BA D.NAA/BA 小于 1 的 MS 培养基)上生根,形成完整植株。 (5)为判断本研究是否达到预期目的,可比较转基因植株和非转基因植株的 性状。 答案 (1)A (2)限制性核酸内切酶 (3)乙醇 无菌水 (4)愈伤组织 B (5)花色解析 (1)氯化钙处理大肠杆菌可增加其细胞壁的通透性,有利于大肠杆菌对重组 DNA 分子的吸收。(2)限制性核酸内切酶能够识别 DNA 分子中特定的核苷酸序列,并在其中的特定位点进行切割,
7、使DNA 分子断裂形成粘性末端,用相同的限制性核酸内切酶对含目的基因的 DNA 和 Ti 质粒进行切割,可得到相同的粘性末端,然后用 DNA 连接酶连接,即形成重组 DNA 分子。(3)利用乙醇和次氯酸钠浸泡叶片是为了消除杂菌的干扰,而无菌水是用来洗净表面残留的消毒液,避免影响实验结果。(4)离体培养的植物组织经适宜条件诱导会脱分化形成愈伤组织,然后在相应条件的诱导下会再分化,生出茎、根,长成试管苗;LB 培养基是培养细菌的,MS 培养基才是植物组织培养使用的,NAA 为生长素类似物,BA 为细胞分裂素类似物,当生长素浓度大于细胞分裂素浓度时,促进生根。(5)转入花色基因是为了让矮牵牛产生新的
8、花色,因此比较转基因植株和非转基因植株的花色,即可知实验是否达到目的。4.基因敲除是针对某个序列已知但功能未知的基因,改变其基因结构,令该基因功能丧失,从而对生物体造成影响,进而推测出该基因功能的一门技术。以下是制备 APOE 基因敲除小鼠的常规过程。(Neor基因是新霉素抗性基因;APOE 是指载脂蛋白 E,参与脂质白的代谢与转化)3(1)为了获得 APOE 基因,可以用 或者 PCR 扩增。过程中所需的工具酶有 。Neo r基因除了破坏 APOE 基因外,还具有的作用最可能是 。 (2)培养小鼠胚胎干细胞时,首先要在培养皿底部制备饲养层,用于饲养层的细胞一般是 。经过克隆以后的细胞的后裔细
9、胞群称为纯系,细胞纯系的特点是 ,从而便于研究。 (3)纯合的 APOE 基因敲除小鼠 (填“能”或“不能”)表达 APOE,与正常小鼠相比表现出 性状。 答案 (1)化学方法合成 限制性核酸内切酶和 DNA 连接酶作为标记基因,用于筛选(2)胚胎成纤维细胞 遗传性状均一,表现的性状相似(3)不能 脂蛋白的代谢和转化异常解析 (1)分析题意可知,APOE 基因序列已知,因此可采用 PCR 扩增或化学方法合成。过程表示构建重组 DNA 分子,需要的工具酶有限制性核酸内切酶和 DNA 连接酶。由图示可知,Neo r基因正好整合到 APOE 基因序列上,破坏了该基因,即相当于将 APOE 基因进行了
10、敲除,利于对 APOE 基因功能进行研究。Neo r基因为新霉素抗性基因,其还具有标记基因的作用,用于筛选。(2)培养胚胎干细胞时,为防止胚胎干细胞分化,一般会在培养皿底部铺一层胚胎成纤维细胞。将细胞进行纯化、克隆培养后,所得细胞来自相同细胞,因此细胞的遗传性状均一,表现的性状相似。(3)由于 Neor基因整合部位在 APOE 基因上,相当于敲除了 APOE 基因,因此纯合的 APOE 基因敲除小鼠不能表达相应产物,APOE 基因参与脂蛋白的代谢与转化,故与正常小鼠相比,基因敲除小鼠表现出脂蛋白的代谢与转化异常。5.下图为科学家利用转基因技术培育抗虫番茄植株的过程示意图,请回答以下问题。(1)
11、图中所选的 Ti 质粒中往往需含有 (A.抗虫 B.胰岛素 C.抗生素抗性 D.抗冻)基因,以利于重组质粒的筛选。A 过程中常用的酶有 。 (2)获取序列未知的抗虫基因的方法是从 中提取。 (3)B 过程中常用氯化钙处理,其目的是 。 (4)E 过程需要借助 技术,在含有营养物质、 等成分的培养基中,番茄细胞经过脱分化形成 ,该细胞具有细胞质丰富、 (A.液泡大、细胞核大 B.液泡大、细胞核小 C.液泡大、细胞核小 D.液泡小、细胞核小)等特征。 答案 (1)C 限制性核酸内切酶和 DNA 连接酶(2)基因文库(3)增加细胞壁的通透性(4)植物组织培养 植物激素 愈伤组织 B解析 (1)质粒作
12、为基因工程的载体时,往往需要含有抗生素抗性基因作为标记基因,有利于重组质粒的筛选。A 过程是基因表达载体的构建,操作时首先用限制酶切割载体和外源 DNA 分子,然后用 DNA连接酶将目的基因与载体连接形成重组 DNA 分子。4(2)获取序列未知的抗虫基因时,应该从基因文库中提取。(3)B 过程中常用氯化钙处理农杆菌细胞,其目的是增加农杆菌细胞细胞壁的通透性,使其成为易于吸收周围环境中 DNA 分子的感受态细胞。(4)E 过程中将导入目的基因的番茄细胞培育成转基因植株需要借助植物组织培养技术。在含有营养物质、植物激素(细胞分裂素和生长素)等成分的培养基中,番茄细胞经过脱分化形成愈伤组织,愈伤组织
13、细胞具有细胞质丰富、液泡小、细胞核大等特征。6.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,可以在相对寒冷的环境中生长。质粒上有 Pst、Sma、Hind 、Alu等四种限制性核酸内切酶的切割位点,如图是转基因抗冻番茄培育过程的示意图(Amp r为氨苄青霉素抗性基因),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。请据图回答下列问题。(1)在构建重组 DNA 时,可用一种或多种限制性核酸内切酶进行切割,为了避免目的基因和载体在酶切后产生的末端发生任意连接,在此实验中应该选用限制性核酸内切酶 分别对 、 进行切割,切割后产生的 DNA 片段分别为 、 种。 (2)
14、培养基中的氨苄青霉素会抑制番茄愈伤组织细胞的生长,要利用该培养基筛选已导入鱼的抗冻蛋白基因的番茄细胞,应使重组 DNA 中含有 作为标记基因。 (3)研究人员通常采用 法将鱼抗冻蛋白基因导入番茄细胞内。 答案 (1)Pst 、Sma 含鱼抗冻蛋白基因的 DNA 质粒 42 (2)氨苄青霉素抗性基因 (3)农杆菌转化解析 (1)在构建基因表达载体时,如果目的基因和载体用同一种限制酶切割,产生的粘性末端相同,将会发生任意连接,可选用不同的限制酶分别对目的基因和载体切割,以产生不同的粘性末端,故应选用 Pst和 Sma对含鱼抗冻蛋白基因的 DNA 和质粒进行切割,Pst和 Sma在鱼抗冻蛋白基因的
15、DNA 上共有 3 个酶切位点,切割后产生 4 个 DNA 片段,而环状质粒上有 2 个酶切位点,切割后产生2 个 DNA 片段。(2)具有氨苄青霉素抗性基因的细胞能在含氨苄青霉素的培养基中生长,故中应含有氨苄青霉素抗性基因作为标记基因。(3)将目的基因导入植物细胞的常用方法是农杆菌转化法。7.农业科技工作者在烟草中找到了一抗病基因,现拟采用基因工程技术将该基因转入棉花,培育抗病棉花品系。请回答下列问题。(1)要获得该抗病基因,可采用 、 等方法。为了能把该抗病基因转入到棉花细胞中,常用的载体是 。 (2)要使载体与该抗病基因连接,首先应使用 进行切割。假如载体被切割后,得到的分子末端序列为
16、AATTCG,则能与该载体连接的抗病基因分子末端是 。 5A.GCTTAA B.TAATCCC.CTTTAG D.AAATCT(3)切割完成后,使用 DNA 连接酶将载体与该抗病基因连接,连接后得到的 DNA 分子称为 。 (4)再将连接得到的 DNA 分子导入农杆菌,然后用该农杆菌去感染棉花细胞,利用植物细胞具有 性的原理进行植物组织培养,从培养出的植株中筛选出抗病的棉花。 (5)该抗病基因在棉花细胞中表达的产物是 。 A.淀粉 B.脂类C.蛋白质 D.核酸(6)已知 BamH与 Bgl的识别序列及切割位点如下图所示,用这两种酶和 DNA 连接酶对一段含有数个 BamH和 Bgl识别序列的
17、DNA 分子进行反复的切割、连接操作,若干循环后 序列明显增多。 A.GGATCTCCTAGA B.AGATCCTCTAGGC.AGATCTTCTAGA D.GGATCCCCTAGGE.GGATCTCCTAGA和AGATCCTCTAGG答案 (1)从基因文库中获取 化学方法合成 Ti 质粒(2)限制性内切酶(限制酶) A(3)重组 DNA 分子(4)全能(5)C(6)E解析 (1)抗病基因属于目的基因,获取目的基因的方法通常有三种:从基因文库中获取、从细胞中直接分离获得、化学方法合成。将目的基因导入植物细胞常采用农杆菌转化法,即借助农杆菌中的 Ti质粒。(2)构建基因表达载体时,需先用限制酶切
18、割载体和含有目的基因的外源 DNA 分子。含有相同粘性末端或粘性末端互补的 DNA 分子片段才能在 DNA 连接酶的作用下连接起来,若载体被切割后,得到的分子末端序列为 AATTC6G,则能与该载体连接的抗病基因分子末端是GCTTAA。(3)切割完成后,需用 DNA 连接酶将载体与抗病基因连接形成重组 DNA 分子。(4)采用农杆菌转化法将目的基因导入受体细胞,即将连接得到的 DNA 分子导入农杆菌,然后用该农杆菌去感染棉花细胞,进而将目的基因导入受体细胞。根据植物细胞全能性原理,采用植物组织培养技术将受体细胞培养成转基因植株,最后筛选出抗病的棉花。(5)基因表达包括转录和翻译,因此该抗病基因在棉花细胞中表达的产物是蛋白质。(6)由题图和题意可知,BamH切割后形成的粘性末端是ATCTAG 和 GATCTA,Bgl切割后形成的粘性末端是GCCTAG 和 GATCCG。由于两种限制酶切割形成的粘性末端互补,因此粘性末端的连接方式有四种:两种自身粘性末端连接、两种粘性末端互连。两种自身粘性末端连接形成的序列仍然可以被这两种限制酶切割,而两种粘性末端互连形成的序列这两种限制酶无法再识别切割,因此若干循环之后两种粘性末端互连形成的序列明显增多。
