1、第二节基因工程及其延伸技术应用广泛必备知识基础练1.科学家构建了含有大洋鳕鱼抗冻蛋白基因启动子和大鳞鲑鱼生长激素基因的重组DNA分子,并将其导入了大西洋鲑的细胞中,获得了生长速度加快的转基因大西洋鲑。下列相关叙述正确的是()A.转基因大西洋鲑体内抗冻蛋白明显增加B.构建重组DNA分子需要限制酶和DNA聚合酶C.大鳞鲑鱼生长激素基因不能通过PCR技术扩增获得D.转基因大西洋鲑生长激素含量增加导致生长速度加快答案D解析转基因大西洋鲑体内并没有导入抗冻蛋白基因,只是导入抗冻蛋白基因的启动子,故抗冻蛋白含量不会明显增加,A项错误;构建重组DNA分子需要限制酶和DNA连接酶,B项错误;大鳞鲑鱼生长激素基
2、因能通过PCR技术扩增获得,C项错误;转基因大西洋鲑生长激素含量增加导致生长速度加快,D项正确。2.蜘蛛丝(丝蛋白)被称为“生物钢”,有着超强的抗张强度,可制成防弹背心、降落伞绳等。蜘蛛丝还可被制成人造韧带和人造肌腱。科学家研究出集中生产蜘蛛丝的方法培育转基因羊作为乳腺生物反应器。下列有关乳腺生物反应器的说法,错误的是()A.将蜘蛛丝蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子等结合在一起构建成重组DNA分子B.将含有丝蛋白基因的重组DNA分子导入动物乳腺细胞中,即可获得乳腺生物反应器C.与乳腺生物反应器相比,膀胱生物反应器不受性别等限制,受体来源更广泛D.转基因动物产生的生殖细胞可能含有药用蛋白基因答案B
3、解析该过程需要将蜘蛛丝蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子等结合在一起构建成重组DNA分子,A项正确;将含有丝蛋白基因的重组DNA分子导入动物受精卵中才可获得乳腺生物反应器,B项错误;与乳腺生物反应器(只能选雌性)相比,膀胱生物反应器不受性别等限制,受体来源更广泛,C项正确;转基因动物产生的生殖细胞可能含有药用蛋白基因,D项正确。3.动物基因工程前景广阔,最令人兴奋的是利用基因工程技术可以将哺乳动物改造成为乳腺生物反应器,以生产所需要的药品,如利用转基因动物生产人的生长激素。科学家培养转基因动物成为乳腺生物反应器时,下列说法错误的是()A.利用了基因工程技术B.需要乳腺蛋白基因的启动子C.利用农杆菌
4、转化法将人的生长激素基因导入受精卵中D.受体动物需要进入泌乳期才能成为“批量生产药物的工厂”答案C解析科学家培养转基因动物时利用了基因工程技术,A项正确;构建重组DNA分子时需要将人的生长激素基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控元件重组在一起,B项正确;将目的基因导入动物受精卵,常采用显微注射法,C项错误;由于转入的目的基因只在乳腺中特异性表达,因此受体动物需要进入泌乳期才能大量产生人的生长激素,D项正确。4.科学家将-干扰素基因进行定点突变后导入大肠杆菌表达,使干扰素第17位的半胱氨酸改变成丝氨酸,结果大大提高-干扰素的抗病毒活性,并且提高了储存稳定性。该生物技术为()A.基因工程B.蛋白质工程
5、C.基因突变D.细胞工程答案B解析基因工程是将符合人们要求的目的基因导入适宜的生物体内,使其高效表达,从中提取人们所需的蛋白质,或表现出某种性状,得到的蛋白质产品仍然是天然存在的蛋白质,A项不符合题意;蛋白质工程是对控制蛋白质合成的基因进行改造或合成,从而实现对相应蛋白质的改变,所得到的蛋白质已不是天然存在的蛋白质,B项符合题意;基因突变是指DNA分子中发生碱基对的替换、插入或缺失,引起的基因结构的改变,C项不符合题意;细胞工程是指应用细胞生物学、分子生物学和发育生物学等多学科的原理和方法,通过细胞器、细胞或组织水平上的操作,有目的地获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品的一门综合性的生物工
6、程,D项不符合题意。5.从某海洋动物中获得一基因,其表达产物为一种抗菌性和溶血性均较强的多肽P1。目前在P1的基础上研发抗菌性强但溶血性弱的多肽药物,首先要做的是()A.合成编码目的肽的DNA片段B.构建含目的肽DNA片段的重组DNA分子C.依据P1氨基酸序列设计多条模拟肽D.筛选出具有优良活性的模拟肽作为目的肽答案C解析该题目属于蛋白质工程,已经获得该目的基因片段,不需要合成编码目的肽的DNA片段,A项不符合题意;该过程需要构建含目的肽DNA片段的重组DNA分子,但这不是第一步,B项不符合题意;该蛋白质工程的第一步是根据蛋白质的功能,设计P1氨基酸序列,从而推出其基因序列,C项符合题意;该基
7、因表达产物为一种抗菌性和溶血性均较强的多肽P1,目前在P1的基础上研发抗菌性强但溶血性弱的目的多肽,所以必须对其进行改造,保持其强抗菌性,抑制其溶血性,D项不符合题意。6.下图表示蛋白质工程的操作过程,下列相关说法不正确的是()A.a、b过程分别是转录、翻译B.蛋白质工程中对蛋白质分子结构的了解是非常关键的工作C.蛋白质工程是完全摆脱基因工程技术的一项全新的生物工程技术D.蛋白质工程中可以构建出一种全新的基因答案C解析a过程是以DNA的一条链为模板合成mRNA的转录过程,b过程是以mRNA为模板合成具有一定氨基酸序列的多肽链的翻译过程,A项正确;蛋白质工程是指以蛋白质分子结构规律及其与生物功能
8、的关系作为基础,通过基因改造或基因合成,对现有蛋白质进行改造或制造一种新的蛋白质,以满足人类的生产和生活需求,因此蛋白质工程中对蛋白质分子结构的了解是非常关键的工作,B项正确;蛋白质工程是基因工程的延伸,C项错误;蛋白质工程中,可以根据已经明确的蛋白质的结构构建出一种全新的基因,D项正确。7.下列关于蛋白质工程的应用的说法,不正确的是()A.通过对基因结构的定点突变实现玉米赖氨酸合成的关键酶结构的改变属于蛋白质工程B.将人的胰岛素基因导入大肠杆菌细胞内,使大肠杆菌产生胰岛素的技术属于蛋白质工程C.对蛋白质进行分子设计必须从蛋白质的功能特点入手D.通过对基因结构的改造生产出的自然界中从来不存在的
9、蛋白质种类目前还很少答案B解析蛋白质工程可通过改造基因来实现对蛋白质分子结构的定向改造,使之更加符合人类的需要,故通过对基因结构的定点突变实现玉米赖氨酸合成的关键酶结构的改变属于蛋白质工程,A项正确;将人的胰岛素基因导入大肠杆菌细胞内,使大肠杆菌产生胰岛素的技术属于基因工程,B项错误;蛋白质工程的原理是从预期的蛋白质功能出发,最终找到脱氧核苷酸序列,C项正确;目前,蛋白质工程成功的例子不多,主要是人们对蛋白质的结构了解得还很不够,所以通过对基因结构的改造生产出的自然界中从来不存在的蛋白质种类目前还很少,D项正确。8.动物乳腺生物反应器是一项利用转基因动物的乳腺代替传统的生物发酵,进行大规模生产
10、后可供治疗人类疾病或用于保健的活性蛋白质的现代生物技术。科学家已经在牛和羊等动物的乳腺生物反应器中表达出了抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素等重要药品,其大致过程如下图所示。下列有关说法错误的是()A.通过形成的重组质粒具有人的药用蛋白基因、启动子、终止子和标记基因即可B.通常采用显微注射技术C.在转基因母牛的乳腺细胞中人的药用蛋白基因才会得以表达,因此可以从乳汁中提取药物D.该技术生产药物的优点是产量高、质量好、易提取答案A解析通过形成的重组质粒除具有人的药用蛋白基因、启动子、终止子、标记基因外,还要有复制起点等,A项错误;转基因动物的受体细胞通常是受精卵,采用显微注射技术,B项正确;只有母牛到
11、达泌乳期,乳腺细胞才会表达相应的药用蛋白基因,乳汁中含有药物,C项正确;从乳汁里提取药物,优点突出,使动物本身成为“批量生产药物的工厂”,D项正确。9.在某些深海鱼中发现的抗冻蛋白基因afp对提高农作物的抗寒能力有较好的应用价值。下图所示获得转基因莴苣的技术流程,请据图回答下列问题。(1)获取目的基因的主要途径包括通过构建基因文库来获取目的基因和。(2)如果受体细胞C1是土壤农杆菌,则将目的基因导入它的上,使目的基因进入受体细胞C2,并将其插入受体细胞C2中的上,使目的基因的遗传特性得以稳定维持和表达,形成转基因莴苣。经过程获得的转基因莴苣中的目的基因是否表达,在分子水平上可用法进行检测。(3
12、)基因工程的应用除了以上之外还有很多,如用转基因动物作器官移植的供体,其主要优点是避免反应。答案(1)利用PCR获取和扩增目的基因、用化学合成法合成目的基因(2)Ti质粒的T-DNA染色体DNA抗原-抗体杂交(3)免疫排斥解析(2)将目的基因导入植物受体细胞最常用的方法是农杆菌转化法,将目的基因导入农杆菌的Ti质粒的T-DNA上,使目的基因进入受体细胞C2,并将其整合到受体细胞C2中的染色体DNA上,使目的基因的遗传特性得以稳定维持和表达,形成转基因莴苣。检测目的基因是否翻译成蛋白质,方法是从转基因生物中提取蛋白质,用相应的抗体进行抗原-抗体杂交。关键能力提升练10.环境雌激素(EEs)影响动
13、物和人类的性腺发育。斑马鱼在EEs的诱导下,会表达出卵黄蛋白原(vtg)。已知绿色荧光蛋白(GFP)基因能使斑马鱼发光,欲获得能检测水中是否含有EEs的转基因斑马鱼,下列操作合理的是()A.将vtg基因的启动子与GFP基因重组B.将EEs基因的启动子与GFP基因重组C.将GFP基因的启动子与GFP基因重组D.将GFP基因的启动子与vtg基因重组答案A解析EEs能诱导斑马鱼表达出卵黄蛋白原(vtg),绿色荧光蛋白(GFP)基因能使斑马鱼发光,重组DNA分子的组成包括启动子、目的基因、标记基因和终止子等,因此,欲获得能检测水中是否含有EEs的转基因斑马鱼,需要将vtg基因的启动子与GFP基因重组。
14、11.人体缺乏维生素A就容易导致出现夜盲症、营养不良等症状,甚至能够威胁到生命,而-胡萝卜素可以在人体内转化成维生素A。科学家尝试通过转基因技术生产富含胡萝卜素的大米。八氢番茄红素合酶(其基因用psy表示)和胡萝卜素脱饱和酶(其基因用crtl表示)参与-胡萝卜素的合成。根据以上信息,下列分析正确的是()A.重组质粒中的目的基因含有psy基因和crtl基因B.构建重组质粒需要限制酶、DNA连接酶和核酸酶C.可通过显微注射法将目的基因导入水稻受体细胞D.PCR既可扩增特定基因,也可检测目的基因表达答案A解析根据八氢番茄红素合酶和胡萝卜素脱饱和酶参与-胡萝卜素的合成可知,重组质粒中的目的基因含有ps
15、y基因和crtl基因,A项正确;构建重组质粒需要限制酶、DNA连接酶,不需要核酸酶,B项错误;可通过农杆菌转化法将目的基因导入水稻受体细胞,C项错误;PCR可扩增特定基因,但要检测目的基因是否表达应该用抗原-抗体杂交法,D项错误。12.地中海贫血症是一种遗传性溶血性贫血症。有一对表型正常的夫妇,他们以前生育过-地中海贫血症儿子,患儿的-珠蛋白结构异常,在一岁时死去。现在妻子又怀孕了,于是进行了产前诊断,诊断时用限制酶Pst酶切后电泳结果如图1所示,图2为-珠蛋白基因及其侧翼序列的Pst酶切位点。下列叙述错误的是()A.该遗传病的遗传方式属于常染色体隐性遗传,且人群中男女的发病率相等B.孕妇体内
16、的胎儿虽然含有致病基因,但是生下来并不会患该病C.正常的-珠蛋白基因长度为4.4 kb,突变后的致病基因长度为3.7 kbD.-珠蛋白基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物的性状答案C解析正常夫妇生育患病儿子,说明该病为隐性遗传病,儿子患病母亲正常,与性别无关,该病为常染色体遗传病,常染色体遗传病男女发病率相等,A项正确;由电泳结果可知,待测胎儿含有致病基因,其电泳结果与表型正常的父母一样为杂合子,与患儿不一致,因此待测胎儿生下来并不会患该病,B项正确;由图可知,两个Pst的酶切位点之间分别是4.4 kb和3.7 kb,正常的-珠蛋白基因和突变后的致病基因位于酶切位点内部,因此两个基因的长度分别
17、小于4.4 kb和3.7 kb,C项错误;由题“患儿的-珠蛋白结构异常致死”可知,-珠蛋白基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物的性状,D项正确。13.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DNA分子,技术路线如下。据图回答下列问题。(1)为使人胰岛素在乳酸菌中高效表达,需改造其编码序列。下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,转录形成的mRNA中,该段序列所对应的片
18、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DNA分子中,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DNA分子,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。答案(1)6(2)ABCD(3)3(4)核糖体、细胞质基质、细胞膜、
19、细胞壁解析(1)密码子为mRNA上三个相邻的碱基,对应DNA编码序列上三个相邻的碱基。由图可以看出,与改造前的单链相比,改造后的单链的第6、15、16、18、21、24、30位(从左往右数)的碱基发生了改变,相应发生碱基替换的密码子分别为第2、5、6、7、8、10个(从左往右数,其中第6个密码子改变了两个碱基),共6个。(2)要确保等比例表达A、B肽链,控制合成两条肽链的DNA只有一个终止子序列,且转录形成的mRNA只能有一个终止密码子。为了保证生成的人胰岛素的正常功能,引入的短肽不能改变A链氨基酸序列,不能改变原人胰岛素抗原性。(3)由图可以看出,重组DNA分子中有两个Sac识别序列、一个X
20、ba识别序列,Sac和Xba在该环状DNA分子上有3个酶切位点,用这两种酶充分酶切重组DNA分子后可得到3种DNA片段。(4)乳酸菌为原核生物,细胞内无内质网和高尔基体。结合题意推测,信号肽在核糖体上合成后,经过细胞质基质到达细胞膜,出细胞膜后分布在细胞壁上。14.“基因剪刀手”杨璐菡扫除了猪器官用于人体移植的最大障碍,其研究成果使得美国科学杂志打破惯例提前发表科研成果,该技术将为全球上百万病人带来希望。从2014年起,杨璐菡作为异种器官移植课题的带头人,带领10个人的科研团队利用新发明的“基因剪刀”技术,敲除猪基因组中可能的致病基因。“基因敲除”技术的主要过程示意图如下:请根据题述内容回答下
21、列问题。(1)“基因敲除”技术的原理是,将neor基因插入到靶基因过程中使用的工具酶是和。(2)将突变基因DNA导入胚胎干细胞之前要,该操作的目的是,该步骤中常用不同的限制酶进行切割,这样做的优点在于可以防止。(3)要获得一只含失活靶基因的小鼠,则选择的受体细胞应是,图中的neor基因的作用是。(4)用于器官移植的猪最终需要完成基因改造及PERV(猪内源性逆转录病毒)的删除等工作,改造过的猪胚胎可植入母猪体内,胚胎在母猪体内存活的原因是。答案(1)基因重组限制酶DNA连接酶(2)构建重组DNA分子使目的基因在受体细胞中稳定存在并表达质粒和含目的基因的外源DNA片段自身环化和反向连接(3)受精卵
22、获得失活的靶基因(4)受体对移入子宫的外来胚胎不发生免疫排斥反应解析(1)由图可知,“基因敲除”技术的实质就是使靶基因失活,方法是靶基因和neor基因的拼接,所以原理是基因重组,该技术使用的工具酶是限制酶和DNA连接酶。(2)依据基因工程的操作程序,将突变基因DNA导入胚胎干细胞之前要进行重组DNA分子的构建,从而有利于目的基因在受体细胞中稳定存在并表达。用同一种限制酶剪切DNA片段,片段两端的黏性末端相同,这样会导致被剪切片段发生自身环化和反向连接。(3)培育转基因动物,由于体细胞体外培养不能发育成个体,受体细胞一般用受精卵,neor基因的作用是使靶基因失活。(4)胚胎工程中外来胚胎可以在受
23、体子宫存活的基础是子宫不对外来胚胎产生免疫排斥反应,这也是改造过的猪胚胎可植入母猪后在体内存活的原因。15.19世纪末,巴斯德开创了第一次疫苗革命,其特点是接种灭活或减毒的病原微生物。20世纪70年代开始,现代生物技术的迅猛发展开创了第二次疫苗革命,使疫苗的研制进入分子水平。图1是通过基因工程制备乙型肝炎表面抗原(HbsAg)从而获得乙肝疫苗的过程。图1在图1步骤和中,需要用合适的限制酶切割乙肝表面抗原基因和质粒。现将乙肝表面抗原基因及质粒的部分限制酶的识别序列及位置表示为图2。质粒中的启动子是质粒中基因得以正常表达所必需的部分。Lac Z基因合成某种酶,该酶能将无色染料X-gal变成蓝色,最
24、终能在含无色染料X-gal的培养基上将含该基因的菌落染成蓝色。限制酶EcoRBclBamHHind识别序列及切割位点图2(1)为了避免自身环化及便于筛选,切割质粒选用的限制酶是,切割乙肝表面抗原基因选用的限制酶是。(2)为筛选含有乙肝表面抗原的大肠杆菌细胞,需要将导入操作之后的大肠杆菌接种到含的固体牛肉膏蛋白胨培养基上,挑选的菌落纯化培养。(3)下列有关限制酶的叙述,正确的是()A.限制酶催化的反应类型是氧化分解反应B.限制酶破坏的是氢键C.一种限制酶只能识别双链DNA中某种特定的脱氧核苷酸序列D.EcoR与Hind相比较,EcoR酶切后的DNA片段较容易分离(4)在图1步骤中,使用的基因工程
25、工具酶是。在一个乙肝表面抗原基因与一个质粒重组的过程中(图1步骤),游离的磷酸基团数目减少个。(5)通过基因工程生产的疫苗与灭活或减毒的病原微生物的疫苗,在安全性方面的比较结果及理由是:。答案(1)BamH和Hind Bcl和Hind (2)氨苄青霉素和无色染料X-gal未被染成蓝色(3)CD(4)DNA连接酶4(5)通过基因工程生产的疫苗更安全,因为疫苗成分中只含病毒蛋白,不含病毒核酸,不会出现病毒侵染的情况解析(1)目的基因中含有限制酶EcoR的切割位点,因此不能用该酶切割外源DNA分子,切割乙肝表面抗原基因选用的限制酶是Bcl和Hind 。用限制酶Bcl切割质粒会破坏启动子,同时为了避免
26、自身环化及便于筛选,切割质粒选用的限制酶是BamH和Hind(Bcl和BamH切割产生的黏性末端相同)。(2)构建重组质粒时使用了限制酶Hind ,导致Lac Z基因被破坏(导入重组质粒的大肠杆菌不能合成某种酶,不能使无色染料X-gal变成蓝色),但没有破坏氨苄青霉素抗性基因(导入重组质粒的大肠杆菌能抗氨苄青霉素)。为筛选含有乙肝表面抗原的大肠杆菌细胞,需要将导入操作之后的大肠杆菌接种到含氨苄青霉素和无色染料X-gal的固体牛肉膏蛋白胨培养基上,挑选未被染成蓝色的菌落纯化培养。(3)限制酶催化的反应类型是水解反应,A项错误;限制酶破坏的是磷酸二酯键,B项错误;一种限制酶只能识别双链DNA中某种特定的脱氧核苷酸序列,C项正确;C-G含量越高,DNA分子越稳定,因此EcoR与Hind相比较,EcoR酶切后的DNA片段较容易分离,D项正确。(4)图1步骤表示重组质粒的构建过程,该过程需要DNA连接酶。在一个乙肝表面抗原基因(含有2个游离的磷酸基团)与一个质粒(含有2个游离的磷酸基团)重组的过程中(图1的步骤),游离的磷酸基团数目减少4个。(5)通过基因工程生产的疫苗比灭活或减毒的病原微生物的疫苗更安全,因为疫苗成分中只含病毒蛋白,不含病毒核酸,不会出现病毒侵染的情况。11
