1、考点考点1 1 基因工程的工具与操作基因工程的工具与操作 1.(2019课标全国,38,15分)基因工程中可以通过PCR技术扩增目的基因。回答下列问题。 (1)基因工程中所用的目的基因可以人工合成,也可以从基因文库中获得。基因文库包括 和 。 (2)生物体细胞内的DNA复制开始时,解开DNA双链的酶是 。在体外利用PCR技术扩增 目的基因时,使反应体系中的模板DNA解链为单链的条件是 。上述两个解链 过程的共同点是破坏了DNA双链分子中的 。 (3)目前在PCR反应中使用Taq酶而不使用大肠杆菌DNA聚合酶的主要原因是 。 答案答案 (1)基因组文库 cDNA文库 (2)解旋酶 加热至9095
2、 氢键 (3)Taq酶热稳定性高,而大肠杆菌DNA聚合酶在高温下会失活 解析解析 本题借助基因工程的相关知识,考查考生对生物学问题进行解释的能力;通过PCR与体内 DNA复制的比较,体现了科学思维素养中的演绎与推理要素。(1)基因文库包括基因组文库和cD- NA文库。(2)体内DNA复制时,需用解旋酶打开氢键以使双链DNA解旋,而PCR扩增目的基因时, 是借助高温加热至9095 使DNA变性解旋。(3)PCR反应体系中进行互补链的合成时,温度需控 制在7075 ,则应使用耐高温的DNA聚合酶,如Taq酶,而不能使用大肠杆菌DNA聚合酶(高温下 会失活)。 易错警示易错警示 PCR过程与细胞内的
3、DNA复制过程的主要区别 (1)PCR过程需要的引物是人工合成的能与DNA母链的一段碱基序列互补配对的一小段(单链) DNA或RNA; (2)PCR过程中DNA的解旋依靠高温而非解旋酶。 2.(2019江苏单科,33节选,6分)如图是某基因工程中构建重组质粒的过程示意图,载体质粒P0具有 四环素抗性基因(tetr)和氨苄青霉素抗性基因(ampr)。请回答下列问题: (1)EcoR 酶切位点为,EcoR 酶切出来的线性载体P1为 末端。 (2)用Taq DNA聚合酶进行PCR扩增获得的目的基因片段,其两端各自带有一个腺嘌呤脱氧核苷 酸。载体P1用酶处理,在两端各添加了一个碱基为 的脱氧核苷酸,形
4、成P2;P2和目的基 因片段在 酶作用下,形成重组质粒P3。 (3)为筛选出含有重组质粒P3的菌落,采用含有不同抗生素的平板进行筛选,得到A、B、C三类菌 落,其生长情况如下表(“+”代表生长,“-”代表不生长)。根据表中结果判断,应选择的菌落是 (填表中字母)类,另外两类菌落质粒导入情况分别是 、 。 GATATC? CTATAG? 平板类型 菌落类型 A B C 无抗生素 + + + 氨苄青霉素 + + - 四环素 + - - 氨苄青霉素+四环素 + - - 答案答案 (1)平 (2)胸腺嘧啶(T) DNA连接 (3)B A类菌落含有P0 C类菌落未转入质粒 解析解析 本题通过基因表达载体
5、的构建和标记基因的作用考查基因工程的操作程序,考查考生的识 记、理解、分析能力。试题通过对基因表达载体构建图示和菌落类型的分析,体现了对科学思维 素养中演绎与推理要素的考查。(1)EcoR从识别序列的中心轴线处切割,所以产生的末端为平 末端。(2)由于载体和目的基因要连接成DNA分子,因此目的基因片段的两端各自带有一个腺嘌 呤脱氧核苷酸时,载体P1的两端应各添加一个胸腺嘧啶脱氧核苷酸。在DNA连接酶的作用下,可 将P2和目的基因连接,形成重组质粒P3。(3)重组质粒P3上有完整的氨苄青霉素基因,所以含有重 组质粒P3的菌落在无抗生素和添加氨苄青霉素的培养基上能生长,而在添加四环素的培养基上不
6、能生长,所以应选择的是B类菌落。A类菌落在添加氨苄青霉素、四环素、氨苄青霉素+四环素的 培养基上均能生长,说明A类菌落导入了P0。C类菌落在添加氨苄青霉素、四环素、氨苄青霉素+ 四环素的培养基上均不能生长,说明C类菌落未导入质粒。 3.(2018课标全国,38,15分)回答下列问题: (1)博耶(H. Boyer)和科恩(S. Cohen)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
7、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。 答案答案 (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 解析解析 本题主要考查基因工程的相关知识,试题通过三问并列的命题方式考查基因工程的原理与 操作程序,考查考生的识记、理解能力,涉及科学思维素养中的
8、归纳与概括、演绎与推理等要素。 (1)体外重组的质粒可以进入受体细胞,且重组质粒在不同细胞中能正常表达,说明目的基因在不 同细胞中的表达机制相同,生物界共用一套遗传密码。(2)基因工程中,受体细胞为大肠杆菌细胞 时,常用Ca2+处理大肠杆菌,使之处于感受态,即Ca2+参与的转化法。噬菌体DNA与外壳蛋白组装成 完整噬菌体。因噬菌体的宿主是细菌,故只有细菌可作为重组噬菌体的宿主细胞。(3)为防止目的 基因表达的蛋白质被破坏,可选用不能合成蛋白酶的大肠杆菌作为受体细胞,在蛋白质纯化过程中 加入蛋白酶的抑制剂可以保护蛋白质不被水解。 4.(2018课标全国,38,15分)某种荧光蛋白(GFP)在紫外
9、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图,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,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
10、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 解析解析 (1)构建基因表达载体时,使用的限制酶不能破坏融合基因。选用产生不同黏性末端的两种 限制酶,可以防止自身环化,并且保证融合基因和质粒正确连接。(2)在牛的皮肤细胞中观察到绿 色荧光,说明L1基因已经
11、表达,即在该皮肤细胞中完成了转录和翻译过程。(3)培育转基因的克隆 牛需将含目的基因的细胞的细胞核移入牛的去核卵母细胞中。(4)为检测克隆牛的不同组织细胞 中是否含有融合基因,需提取不同组织细胞的核DNA作为PCR模板,用PCR方法进行鉴定。 5.(2017课标全国,38,15分)真核生物基因中通常有内含子,而原核生物基因中没有,原核生物没有 真核生物所具有的切除内含子对应的RNA序列的机制。已知在人体中基因A(有内含子)可以表达 出某种特定蛋白(简称蛋白A)。回答下列问题: (1)某同学从人的基因组文库中获得了基因A,以大肠杆菌作为受体细胞却未得到蛋白A,其原因是 。 (2)若用家蚕作为表达
12、基因A的受体,在噬菌体和昆虫病毒两种载体中,不选用 作为载体, 其原因是 。 (3)若要高效地获得蛋白A,可选用大肠杆菌作为受体。因为与家蚕相比,大肠杆菌具有 (答出两点即可)等优点。 (4)若要检测基因A是否翻译出蛋白A,可用的检测物质是 (填“蛋白A的基 因”或“蛋白A的抗体”)。 (5)艾弗里等人的肺炎双球菌转化实验为证明DNA是遗传物质作出了重要贡献,也可以说是基因 工程的先导,如果说他们的工作为基因工程理论的建立提供了启示,那么,这一启示是 。 答案答案 (1)基因A有内含子,在大肠杆菌中,其初始转录产物中与内含子对应的RNA序列不能被切 除,无法表达出蛋白A (2)噬菌体 噬菌体的
13、宿主是细菌,而不是家蚕 (3)繁殖快、容易培养 (4)蛋白A的抗体 (5)DNA可以从一种生物个体转移到另一种生物个体 解析解析 试题中的“原因是、启示是”等问题内容,体现了对考生科学思维素养中的演绎 与推理要素的考查。(1)真核生物和原核生物的基因结构不同,真核生物的基因中存在内含子等不 能编码蛋白质的序列,原核生物的基因中不存在内含子。真核生物在基因表达时,需要将转录出的 RNA中内含子对应的RNA序列切除后才可进行翻译。从人的基因组文库中获得的基因A中含有 内含子,而作为原核生物的大肠杆菌不能切除内含子对应的RNA序列,故基因A在大肠杆菌中无法 表达出蛋白A。(2)病毒对宿主细胞的侵染具
14、有特异性,噬菌体是专门侵染细菌的病毒,不能侵染家 蚕细胞,故选用可感染家蚕的昆虫病毒作为载体。(3)与真核生物相比,大肠杆菌等原核生物具有 繁殖快、容易培养、遗传物质相对较少等优点,因此在基因工程中常用原核生物作为受体细胞。 (4)检测基因A是否翻译出蛋白A,一般用抗原抗体杂交的方法,即用蛋白A的抗体与从细胞中提 取的蛋白质进行杂交,观察是否出现杂交带。(5)肺炎双球菌转化实验的实质是S型菌的DNA进入 R型菌体内,并可在R型菌体内完成表达,这证明了DNA可以从一种生物个体转移到另一种生物个 体,为基因工程奠定了理论基础。 6.(2017课标全国,38,15分)编码蛋白甲的DNA序列(序列甲)
15、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。 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。 (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
16、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,CO2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
17、代培养 维持培养液的pH C 解析解析 本题借助图示模型考查基因工程技术和动物细胞培养技术的相关知识,考查考生是否具有 针对特定生物学问题,运用模型分析、演绎与推理等科学思维分析图示、展开探讨的能力。(1)由 题干中编码蛋白乙的DNA序列可知,编码乙的DNA序列起始端无ATG,转录出的mRNA上没有起 始密码子AUG。(2)PCR需要的条件包括引物、耐高温的DNA聚合酶、DNA模板、四种游离的 脱氧核苷酸等。(3)动物细胞培养中,细胞具有贴壁生长以及接触抑制的特点,当细胞浓度达到a 时,若要使T淋巴细胞继续增殖,需要在培养基中加入胰蛋白酶(或胶原蛋白酶)处理贴壁生长的细 胞并分瓶进行传代培养;
18、动物细胞培养过程中,需要在培养箱中通入一定浓度的CO2,CO2的作用是 维持培养液的pH。由图2可知,加入蛋白丙刺激T淋巴细胞增殖的效果明显比加入蛋白甲、乙 时低;结合图1中编码蛋白丙与蛋白甲、乙的DNA序列可知,缺少C片段所编码的肽段,会明显降低 蛋白刺激T淋巴细胞增殖的效果。 7.(2016课标全国,40,15分)某一质粒载体如图所示,外源DNA插入Ampr或Tetr中会导致相应的基 因失活(Ampr表示氨苄青霉素抗性基因,Tetr表示四环素抗性基因)。有人将此质粒载体用BamH 酶切后,与用BamH酶切获得的目的基因混合,加入DNA连接酶进行连接反应,用得到的混合物直 接转化大肠杆菌。结
19、果大肠杆菌有的未被转化,有的被转化。被转化的大肠杆菌有三种,分别是含 有环状目的基因、含有质粒载体、含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌。回答下列问题: (1)质粒载体作为基因工程的工具,应具备的基本条件有 (答出两点即可),而 作为基因表达载体,除满足上述基本条件外,还需具有启动子和终止子。 (2)如果用含有氨苄青霉素的培养基进行筛选,在上述四种大肠杆菌细胞中,未被转化的和仅含环 状目的基因的细胞是不能区分的,其原因是 ;并且 和 的细胞也是不能区分的,其原因 是 。在上述筛选的基础上,若要筛选含有插入了目 的基因的重组质粒的大肠杆菌单菌落,还需使用含有 的固体培养基。 (3)基因工程中,
20、某些噬菌体经改造后可以作为载体,其DNA复制所需的原料来自 。 答案答案 (1)能自我复制、具有标记基因 (2)二者均不含有氨苄青霉素抗性基因,在该培养基上均不生长 含有质粒载体 含有插入了目的 基因的重组质粒(或答含有重组质粒) 二者均含有氨苄青霉素抗性基因,在该培养基上均能生长 四环素 (3)受体细胞 解析解析 (1)质粒作为载体应具备的基本条件有:能自我复制、具有标记基因、含有一至多个限制酶 切割位点等。(2)由题意可知,未被转化的和仅含环状目的基因的细胞中均不含有氨苄青霉素抗性 基因,所以在含有氨苄青霉素的培养基上均不能生长。质粒载体上含有氨苄青霉素抗性基因和四 环素抗性基因,插入了目
21、的基因的重组质粒中仅含有氨苄青霉素抗性基因,所以含有质粒载体和含 有插入了目的基因的重组质粒的细胞均能在含有氨苄青霉素的培养基上生长,但前者可以在含有 四环素的培养基上生长而后者不能,所以可用含有四环素的培养基,筛选出含有插入了目的基因的 重组质粒的大肠杆菌。(3)噬菌体属于病毒,病毒增殖过程中所需的原料、酶等均来自受体细胞。 8.(2016课标全国,40,15分)图(a)中的三个DNA片段上依次表示出了EcoR、BamH和Sau3A 三种限制性内切酶的识别序列与切割位点,图(b)为某种表达载体的示意图(载体上的EcoR、 Sau3A的切点是唯一的)。 图(a) 图(b) 根据基因工程的有关知
22、识,回答下列问题: (1)经BamH酶切后得到的目的基因可以与上述表达载体被 酶切后的产物连接,理由是 。 (2)若某人利用图(b)所示的表达载体获得了甲、乙、丙三种含有目的基因的重组子,如图(c)所 示。这三种重组子中,不能在宿主细胞中表达目的基因产物的有 ,不能表达的原因是 。 图(c) (3)DNA连接酶是将两个DNA片段连接起来的酶,常见的有 和 ,其中 既能连接黏性末端又能连接平末端的是 。 答案答案 (1)Sau3A 两种酶切割后产生的片段具有相同的黏性末端(每空2分,共4分) (2)甲和丙(2分) 甲中目的基因插入在启动子的上游,丙中目的基因插入在终止子的下游,二者的 目的基因均
23、不能被转录(3分,其他合理答案可酌情给分) (3)E coliDNA连接酶 T4DNA连接酶 T4DNA连接酶(每空2分,共6分,其他合理答案可酌情给分) 解析解析 (1)分析图(a)可知,限制酶Sau3A与BamH切割DNA后形成的黏性末端相同,故经这两种 酶切割得到的产物可以用DNA连接酶进行连接。(2)构建基因表达载体时,为保证目的基因能在 宿主细胞中成功表达,目的基因应插入在启动子和终止子之间,据此可判断甲、丙均不符合要求, 目的基因均不能表达。(3)常见的DNA连接酶有E coliDNA连接酶和T4DNA连接酶,其中T4DNA连 接酶既能连接黏性末端又能连接平末端。 9.(2019天
24、津理综,9,12分)B基因存在于水稻基因组中,其仅在体细胞(2n)和精子中正常表达,但在卵 细胞中不转录。为研究B基因表达对卵细胞的影响,设计了如图实验。 据图回答: (1)B基因在水稻卵细胞中不转录,推测其可能的原因是卵细胞中 (单选)。 A.含B基因的染色体缺失 B.DNA聚合酶失活 C.B基因发生基因突变 D.B基因的启动子无法启动转录 以下为教师用书专用 (2)从水稻体细胞或 中提取总RNA,构建 文库,进而获得B基因编码蛋白的序列。 将该序列与Luc基因(表达的荧光素酶能催化荧光素产生荧光)连接成融合基因(表达的蛋白质能保 留两种蛋白质各自的功能),然后构建重组表达载体。 (3)在过
25、程、转化筛选时,过程 中T-DNA整合到受体细胞染色体DNA上,过程 在培养基中应加入卡那霉素。 (4)获得转基因植株过程中,以下鉴定筛选方式正确的是 (多选)。 A.将随机断裂的B基因片段制备成探针进行DNA分子杂交 B.以Luc基因为模板设计探针进行DNA分子杂交 C.以B基因编码蛋白的序列为模板设计探针与从卵细胞提取的mRNA杂交 D.检测加入荧光素的卵细胞中是否发出荧光 (5)从转基因植株未成熟种子中分离出胚,观察到细胞内仅含一个染色体组,判定该胚是由未受精 的卵细胞发育形成的,而一般情况下水稻卵细胞在未受精时不进行发育,由此表明 。 答案答案 (共12分)(1)D (2)精子 cDN
26、A (3) (4)BCD (5)B基因表达能使卵细胞不经受 精直接发育成胚 解析解析 本题借助基因工程相关知识,考查运用所学知识对某些生物学问题进行推理、解释,并作出 合理判断或得出正确结论的能力;试题通过B基因表达对卵细胞的影响体现了对科学思维素养中 的演绎与推理要素的考查。(1)B基因的启动子无法启动转录,会导致B基因在水稻卵细胞中不转 录。(2)利用水稻体细胞或精子中提取的总RNA,经逆转录法构建的基因文库为cDNA文库。(3)过 程需将基因表达载体导入农杆菌,所以可在培养基中加入卡那霉素以筛选成功导入了基因表达 载体的农杆菌。过程农杆菌感染水稻愈伤组织,农杆菌Ti质粒的T-DNA可整合
27、到受体细胞染色 体DNA上。(4)水稻细胞中本来就有B基因,正常植株也会出现杂交带,故A错误;B、D选项是检测 Luc基因及其产物,B、D正确;C选项检测对象是卵细胞中mRNA,正常水稻植株卵细胞中无B基因 的mRNA,C正确。(5)一般情况下,水稻卵细胞在未受精时不能发育成胚,而转基因植株未受精的卵 细胞能发育成胚,说明B基因表达能使卵细胞不经受精直接发育成胚。 10.(2018江苏单科,32,8分)为生产具有特定性能的-淀粉酶,研究人员从某种海洋细菌中克隆了- 淀粉酶基因(1 656个碱基对),利用基因工程大量制备-淀粉酶,实验流程见图。请回答下列问题: (1)利用PCR技术扩增-淀粉酶基
28、因前,需先获得细菌的 。 (2)为了便于扩增的DNA片段与表达载体连接,需在引物的 端加上限制性酶切位点,且常 在两条引物上设计加入不同的限制性酶切位点,主要目的是 。 (3)进行扩增时,反应的温度和时间需根据具体情况进行设定,下列选项中 的设定与引物有 关, 的设定与扩增片段的长度有关。(填序号) 变性温度 退火温度 延伸温度 变性时间 退火时间 延伸时间 (4)如图表示筛选获得的工程菌中编码-淀粉酶的mRNA的部分碱基序列: 5-AUGCCAUCAACAAAUACUAACACUU-3 图中虚线框内mRNA片段包含 个密码子,如虚线框后的序列未知,预测虚线框后的第一个 密码子最多有 种。 (
29、5)获得工程菌表达的-淀粉酶后,为探究影响酶活性的因素,以浓度为1%的可溶性淀粉为底物测 定酶活性,结果如表: 根据上述实验结果,初步判断该-淀粉酶活性最高的条件为 。 缓冲液 50 mmol/L Na2HPO4 -KH2PO4 50 mmol/L Tris-HCl 50 mmol/L Gly-NaOH pH 6.0 6.5 7.0 7.5 7.5 8.0 8.5 9.0 9.0 9.5 10.0 10.5 酶相对 活性% 25.4 40.2 49.8 63.2 70.1 95.5 99.5 85.3 68.1 63.7 41.5 20.8 答案答案 (8分)(1)基因组DNA (2)5 使D
30、NA片段能定向插入表达载体,减少自连 (3) (4) 8 13 (5)pH为8.5,缓冲液为50 mmol/L Tirs-HCl 解析解析 本题主要考查PCR技术、密码子分析、外界因素对酶活性的影响等知识,考查考生识记知 识、理解图示、分析判断的能力。试题中的图示、表格分析,体现了对考生科学思维素养中的演 绎与推理要素、科学探究素养中的结果分析要素的考查。(1)由题干信息可知某种海洋细菌含有 -淀粉酶基因,因此在扩增-淀粉酶基因前需先从细菌中提取细菌的基因组DNA。(2)引物的作用 是引导子链的延伸,将脱氧核苷酸连接到引物上时,是与引物的3端相连的,由此确定需在引物的5 端加上限制性酶切位点。
31、常在两条引物上加入不同的限制性酶切位点的主要目的是使DNA片段 能定向插入表达载体,防止自身相连。(3)进行PCR扩增时,退火的温度与引物长短和碱基种类有 关。延伸时间长短的设定与扩增片段的长度有关。(4)密码子是指mRNA上决定一个氨基酸的三 个相邻的碱基,该mRNA上5端为AUG(起始密码子),因此可依据三个碱基是一个密码子来分析图 中虚线框中的碱基,可得出共有8个密码子。由于虚线框后的第一个密码子的第一个碱基已经固 定为U,因此还有2个碱基未知,共可能有的种数为44=16,又因为UAG、UGA、UAA为终止密码 子,因此决定氨基酸的密码子最多有13种。(5)据表格数据可知:-淀粉酶在pH
32、为8.5、缓冲液为50 mmol/L Tris-HCl的条件下相对活性为99.5%,初步判断此条件下酶活性最高。 考点考点2 2 基因工程的应用与蛋白质工程基因工程的应用与蛋白质工程 1.(2020浙江7月选考,24,2分)下列关于基因工程的叙述,正确的是( ) A.若受体大肠杆菌含有构建重组质粒时用到的限制性核酸内切酶,则一定有利于该重组质粒进入 受体并保持结构稳定 B.抗除草剂基因转入某抗盐植物获得2个稳定遗传转基因品系,抗性鉴定为抗除草剂抗盐和抗除 草剂不抗盐。表明一定是抗盐性的改变与抗除草剂基因的转入无关 C.抗除草剂基因转入某植物获得转基因植株,其DNA检测均含目的基因,抗性鉴定为抗
33、除草剂和 不抗除草剂。表明一定是前者表达了抗性蛋白而后者只表达抗性基因RNA D.已知不同分子量DNA可分开成不同条带,相同分子量的为一条带。用某种限制性核酸内切酶完 全酶切环状质粒后,出现3条带。表明该质粒上一定至少有3个被该酶切开的位置 答案答案 D 若受体大肠杆菌含有构建重组质粒时用到的限制酶,该酶会破坏重组质粒的结构,不利 于重组质粒在受体中保持结构稳定,A错误;抗除草剂基因转入某抗盐植物获得的2个稳定遗传品 系中有抗除草剂不抗盐的品系,抗盐性的改变可能与抗除草剂基因的转入有关,B错误;在DNA检 测均含目的基因的条件下,抗性鉴定为抗除草剂说明目的基因完成了表达,抗性鉴定为不抗除草剂
34、说明目的基因可能完成了转录而没有翻译成蛋白质,还有可能是目的基因没有转录,C错误;因为质 粒为环形,用某限制酶完全酶切后出现3条带,说明酶切后的产物中有3种不同分子量的DNA,可以 推测出质粒上至少有3个位置被该酶切开,D正确。 2.(2020课标全国,38,15分)W是一种具有特定功能的人体蛋白质。某研究小组拟仿照制备乳腺 生物反应器的研究思路,制备一种膀胱生物反应器来获得W,基本过程如图所示。 回答下列问题: (1)步骤中需要使用的工具酶有 。步骤和所代表的操作分别 是 和 。步骤称为 。 (2)与乳腺生物反应器相比,用膀胱生物反应器生产W的优势在于不受转基因动物的 (答出2点即可)的限制
35、。 (3)一般来说,在同一动物个体中,乳腺上皮细胞与膀胱上皮细胞的细胞核中染色体DNA所含的遗 传信息 (填“相同”或“不同”),原因是 。 (4)从上述流程可知,制备生物反应器涉及胚胎工程,胚胎工程中所用到的主要技术有 (答出2点即可)。 答案答案 (1)限制性核酸内切酶、DNA连接酶 显微注射 体外培养 胚胎移植 (2)性别、年龄 (3)相同 两种上皮细胞都是体细胞,且来源于同一个受精卵 (4)体外受精、胚胎移植 解析解析 此题主要考查胚胎工程和基因工程。(1)在基因表达载体的构建过程中需要使用限制性核 酸内切酶切割W基因和载体,同时需要DNA连接酶进行连接。将重组表达载体导入受精卵常用显
36、 微注射法,从受精卵到早期胚胎需要进行体外培养,将获得的早期胚胎通过胚胎移植移至代孕母体 体内。(2)乳腺生物反应器和膀胱生物反应器都属于动物反应器。前者受动物性别(只能是雌性) 和年龄(哺乳期)限制,后者不受动物性别和年龄限制。(3)题述两种上皮细胞都是体细胞,且来源于 同一个受精卵,所以其细胞核中染色体DNA所含遗传信息相同。(4)胚胎工程中所用到的技术主 要有体外受精、胚胎移植。 3.(2020山东,25,11分)水稻胚乳中含直链淀粉和支链淀粉,直链淀粉所占比例越小糯性越强。科研 人员将能表达出基因编辑系统的DNA序列转入水稻,实现了对直链淀粉合成酶基因(Wx基因)启动 子序列的定点编辑
37、,从而获得了3个突变品系。 (1)将能表达出基因编辑系统的DNA序列插入Ti质粒构建重组载体时,所需的酶是 ,重组载体进入水稻细胞并在细胞内维持稳定和表达的过程称为 。 (2)根据启动子的作用推测,Wx基因启动子序列的改变影响了 ,从而改变了Wx基因的转录水平。与野生型水稻相比,3个突变品系中Wx基因控制合成的直 链淀粉合成酶的氨基酸序列 (填:“发生”或“不发生”)改变,原因是 。 (3)为检测启动子变化对Wx基因表达的影响,科研人员需要检测Wx基因转录产生的mRNA(Wx mRNA)的量。检测时分别提取各品系胚乳中的总RNA,经 过程获得总cDNA。通过 PCR技术可在总cDNA中专一性地
38、扩增出Wx基因的cDNA,原因是 。 (4)各品系Wx mRNA量的检测结果如图所示,据图推测糯性最强的品系为 ,原因是 。 答案答案 (1)限制性核酸内切酶和DNA连接酶 转化 (2)RNA聚合酶与启动子的识别和结合 不发生 编码直链淀粉合成酶的碱基序列中不含启动子 (3)逆转录(或:反转录) 引物是根据Wx基因的一段已知序列设计合成的(或:引物能与Wx基因的 cDNA特异性结合) (4)品系3 品系3的Wx mRNA最少,控制合成的直链淀粉合成酶最少,直链淀粉合成量最少,糯性最强 解析解析 (1)构建重组载体所需的工具酶是限制性核酸内切酶和DNA连接酶,重组载体进入受体细 胞并在细胞内维持
39、稳定和表达的过程称为转化。(2)启动子是RNA聚合酶识别和结合的部位,可 驱动基因转录出mRNA,若启动子序列改变,将会影响RNA聚合酶与启动子的识别和结合,从而影 响基因的转录;由题意知,3个突变品系发生改变的是Wx基因的启动子,而启动子位于基因的非编 码区,编码直链淀粉合成酶的碱基序列(即编码区)中不含启动子,故3个突变品系合成的直链淀粉 合成酶的氨基酸序列不发生改变,只是Wx基因的表达水平发生了改变。(3)检测时分别提取各品 系胚乳中的总RNA,经逆转录过程获得总cDNA。利用cDNA进行PCR扩增前需根据Wx基因的一 段已知序列设计特定引物,从而专一性地扩增出Wx基因的cDNA。(4)
40、水稻胚乳中含直链淀粉和支 链淀粉,由于直链淀粉所占比例越小糯性越强,所以Wx基因表达量最少即Wx mRNA量最少的品系 糯性最强,故品系3糯性最强。 4.(2020天津,16,10分)型糖尿病是因免疫系统将自身胰岛素作为抗原识别而引起的自身免疫 病。小肠黏膜长期少量吸收胰岛素抗原,能诱导免疫系统识别该抗原后应答减弱,从而缓解症状。 科研人员利用型糖尿病模型小鼠进行动物实验,使乳酸菌在小鼠肠道内持续产生人胰岛素抗原, 为此构建重组表达载体,技术路线如下。 据图回答: (1)为使人胰岛素在乳酸菌中高效表达,需改造其编码序列。如图是改造前后人胰岛素B链编码序 列的起始30个核苷酸序列。据图分析,转录
41、形成的mRNA中,该段序列所对应的片段内存在碱基替 换的密码子数有 个。 (2)在人胰岛素A、B肽链编码序列间引入一段短肽编码序列,确保等比例表达A、B肽链。下列有 关分析正确的是 (多选)。 A.引入短肽编码序列不能含终止子序列 B.引入短肽编码序列不能含终止密码子编码序列 C.引入短肽不能改变A链氨基酸序列 D.引入短肽不能改变原人胰岛素抗原性 (3)在重组表达载体中,Sac和Xba限制酶仅有图示的酶切位点。用这两种酶充分酶切重组表达 载体,可形成 种DNA片段。 (4)检测转化的乳酸菌发现,信号肽-重组人胰岛素分布在细胞壁上。由此推测,信号肽的合成和运 输所经历的细胞结构依次是 。 (5
42、)用转化的乳酸菌饲喂型糖尿病模型小鼠一段时间后,小鼠体内出现人胰岛素抗原,能够特异 性识别它的免疫细胞有 (多选)。 A.B细胞 B.T细胞 C.吞噬细胞 D.浆细胞 答案答案 (共10分)(1)6 (2)ABCD (3)3 (4)核糖体、细胞质基质、细胞膜、细胞壁 (5)AB 解析解析 (1) 据表及题图分析可知,转录形成的mRNA中,该段序列所对应的片段内共6个密码子发生了碱基替 换。(2)对人胰岛素A、B肽链编码序列间引入一段短肽编码序列后不应破坏其正常功能,若引入 的短肽编码序列含有终止子序列,则会导致DNA转录提前结束,形成的mRNA过短,翻译成的多肽 链将不完整而失效,A正确;如果
43、引入的短肽编码序列含有终止密码子编码序列,则该mRNA的翻译 过程将提前结束,氨基酸数目减少从而导致蛋白质失效,B正确;由题干分析可知,加入短肽编码序 改造前 单链 TTT GTG AAC CAA CAC CTG TGC GGC TCA CAC 改造后 单链 TTT GTC AAC CAA CAT TTA TGT GGA TCA CAT 对应 密码 子改变 对应 密码 子改变 对应 密码 子改变 对应 密码 子改变 对应 密码 子改变 对应 密码 子改变 列的目的是使A、B肽链等比例表达,不能改变A、B肽链的氨基酸序列,更不能改变原人胰岛素的 抗原性,C、D正确。(3)由重组表达载体图像分析可
44、知,该环形DNA上有两个Sac酶切位点和一 个Xba酶切位点,则用这两种酶充分酶切重组表达载体后将产生三个短链(注意线形的DNA双链 被限制酶充分酶切三个相应位点之后将形成4个DNA片段,而一个环形质粒被限制酶充分酶切三 个相应的位点之后将形成3个DNA片段)。(4)由于乳酸菌为原核生物,没有细胞核且只有核糖体一 种细胞器,再结合题意,所形成的蛋白质最终分布在细胞壁上,故综合分析可知,蛋白质在核糖体上 合成,经细胞质基质后,先到达细胞膜再分布到细胞壁上。(5)根据免疫调节基础知识判断,能特异 性识别抗原的细胞有B细胞、T细胞、效应T细胞、记忆细胞;吞噬细胞只有识别抗原的能力,但并 不具有特异性
45、识别抗原的能力;浆细胞没有识别抗原的能力,其分泌的抗体虽然有特异性识别抗 原的能力,但是抗体是蛋白质,其不属于细胞结构。综合分析A、B选项正确。 5.(2017课标全国,38,15分)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
46、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 。 答案答案 (1)嫩叶组织细胞易破碎 防止RNA降解 (2)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;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 解析解析 (1)从植物体中提取mRNA需要破碎组织细胞,嫩叶比老叶的组织细胞易破碎,mRNA提取效 率高。由于植物组织中存在的RNA酶能将RNA分解,因此实验过程中要添加RNA酶抑制剂以降 低RNA酶的活性,保护提取的RNA不被分解。(2)cDNA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合
