1、专题十七 基因工程与细胞工程1基因工程又称基因拼接技术和DNA重组技术，是以分子遗传学为理论基础，以分子生物学和微生物学的现代方法为手段。如图是基因工程示意图，回答下列问题：(1)通过PCR技术进行目的基因扩增时，要有一段已知目的基因的核苷酸序列为前提，其作用是_。(2)人工合成的目的基因必须拼接_后才可能在宿主细胞中得以表达。进行过程时，需要的基本工具是_。(3)图中已转化的宿主细胞指的是_。若图中宿主细胞为动物细胞，过程在操作时需采用_(填仪器名称)进行显微注射；若图中宿主细胞为大肠杆菌，一般情况下过程不能直接用未处理的大肠杆菌作为受体细胞，原因是_。(4)艾弗里等人的工作是基因工程的先导
2、，艾弗里等人通过不同类型肺炎双球菌的转化实验证明了_(答出两点)。解析：(1)通过PCR技术进行目的基因扩增时，耐高温的DNA聚合酶只能从引物的末端连接单个脱氧核苷酸，故需要有一段已知目的基因的核苷酸序列以便合成引物。(2)目的基因是编码蛋白质的序列或调控因子，不包含非编码序列的转录调控因子，故人工合成的目的基因必须拼接启动子、终止子后，才可能在宿主细胞中得以表达。过程为基因表达载体的构建，需要将切割好的目的基因和质粒连接，故进行过程时，需要的基本工具是DNA连接酶。(3)图中已转化的宿主细胞指的是已导入目的基因并且目的基因能稳定遗传和表达的细胞。若图中宿主细胞为动物细胞，常用显微注射法将目的
3、基因导入动物细胞，故过程在操作时需采用显微注射仪进行显微注射；若图中受体细胞是大肠杆菌(微生物)，由于未处理的大肠杆菌吸收质粒(外源DNA)的能力弱，则需要用钙离子处理大肠杆菌，使之成为感受态细胞。(4)艾弗里等人的工作是基因工程的先导，艾弗里等人通过肺炎双球菌转化实验，该实验中S型肺炎双球菌的DNA能使R型活菌转化为S型活菌，说明S型肺炎双球菌的DNA能进入R型活菌，并使其发生稳定性转化，证明了生物的遗传物质是DNA，DNA可以从一种生物个体转移到另一种生物个体。答案：(1)合成引物(2)启动子、终止子DNA连接酶(3)已导入目的基因并且目的基因能稳定遗传和表达的细胞显微注射仪未处理的大肠杆
4、菌吸收质粒(外源DNA)的能力弱(4)生物的遗传物质是DNA，DNA可以从一种生物个体转移到另一种生物个体2CRISPR/Cas 9系统基因编辑是一种对靶向基因进行特定DNA修饰的技术，其原理是由一个向导RNA(sgRNA)分子引导Cas 9蛋白到一个特定的基因位点进行切割。受此机制启发，科学家们通过设计sgRNA中碱基的识别序列，即可人为选择DNA上的任一目标位点进行切割(如图)。(1)从CRISPR/Cas9系统作用示意图看，能够行使特异性识别DNA序列并切割特定位点功能的分子是_，其类似于基因工程中的_的作用。(2)CCR5基因是人体的正常基因，其编码的细胞膜通道蛋白CCR5是HIV入侵
5、T淋巴细胞的主要辅助受体之一。科研人员依据_的部分序列设计sgRNA序列，导入骨髓_细胞中，构建sgRNACas9复合体，以实现对CCR5基因的定向切割，变异的CCR5蛋白无法装配到细胞膜上，即可有效阻止HIV侵染新分化生成的T淋巴细胞。试分析与上述过程最接近的现代生物科技是_。(3)CRISRP/Cas9基因编辑技术有时存在编辑对象出错而造成脱靶，实验发现sgRNA的序列越短脱靶率越高。试分析脱靶最可能的原因是_。(4)通过上述介绍，CRISPR/Cas9系统的基因编辑技术在_(至少答出两点)等方面有广阔的应用前景。解析：(1)由题干信息“向导RNA能识别并结合特定的DNA序列，从而引导Ca
6、s9蛋白结合到相应位置并剪切DNA”，说明能够行使特异性识别DNA序列并切割特定位点功能的分子是向导RNA(sgRNA)分子和Cas9蛋白，功能类似于基因工程中的限制酶。(2)根据题意，可利用Cas9酶对CCR5基因进行编辑，因此sgRNA序列需要与CCR5基因上部分碱基互补配对，从而精准定位到CCR5基因进行编辑，故设计sgRNA序列时需要根据CCR5基因的核苷酸序列，导入骨髓造血干细胞中，构建sgRNACas9复合体，以实现对CCR5基因的定向切割。CRISPR/Cas9基因编辑技术是一种精准改变目标DNA序列的技术，与其比较接近的是蛋白质工程。(3)CRISRP/Cas9基因编辑技术有时
7、存在编辑对象出错而造成脱靶，其原因是其他DNA序列也含有与向导RNA互补的序列，造成向导RNA错误结合而出现脱靶现象。(4)基于CRISPR/Cas9系统的基因编辑技术在基因治疗、基因水平进行动植物的育种、研究基因的功能等方面有广阔的应用前景。答案：(1)向导RNA(sgRNA)分子和Cas9蛋白限制酶(2)CCR5基因造血干蛋白质工程(3)其他DNA序列也含有与向导RNA(sgRNA)互补配对的序列，造成向导RNA(sgRNA)错误结合而脱靶(4)基因治疗、动植物育种(基因水平)、研究基因功能3人绒毛膜促性腺激素(HCG)是妊娠后胎盘滋养层细胞分泌的一种糖蛋白，制备抗HCG单克隆抗体可用于检
8、测早孕。图甲是抗HCG单克隆抗体的制备流程示意图，其中X、Y表示细胞，af表示操作过程。图乙是医学上定量检测抗原的双抗体夹心法原理示意图，需先将抗体固定并与受检抗原结合形成复合物，再加酶标抗体和底物，加入酶反应的底物后，底物被酶催化成为有色产物，产物的量与标本中受检抗原的量直接相关，根据颜色的深浅进行定性或定量分析。由于酶的催化效率很高，间接地放大了免疫反应的结果，从而使测定方法达到很高的敏感度。回答下列问题。(1)a过程中培养的Y细胞是_，b过程中常用_、_、_等方法诱导细胞融合，d所示操作的目的是_。(2)e过程培养的细胞，首先应保证其处于_的环境，其次还需要提供充足的营养等条件，其中加动
9、物血清的目的是_。(3)用双抗体夹心法检测抗原数量，酶标抗体的作用是_和_。若现有三种抗HCG单克隆抗体，分别记为A、B、C。为检测它们之中哪两种适合用于双抗体夹心法，科研人员需要进行_组实验，检测并比较各组实验的产物量，以便得出结论。解析：(1)根据图示可知，从小鼠体内提取的X为经过免疫的浆细胞，则Y为骨髓瘤细胞，诱导二者融合形成杂交瘤细胞常用灭活的病毒、聚乙二醇、电激等方法。融合后的细胞需要经过c过程的初次筛选和d过程的抗体检测和克隆化培养，故d所示操作的目的是获得能分泌特定抗体的杂交瘤细胞。(2)e过程为体外培养动物细胞，首先应保证其处于无菌、无毒的环境，其次还需要提供充足的营养等条件，
10、其中加动物血清的目的是补充配制的培养基中缺乏的营养成分及一些激素等促进细胞生长的物质。(3)酶标抗体的作用是与待测抗原结合；酶能催化检测底物反应，可通过测定酶反应的产物量来判断待测抗原量。研究人员获得三种抗HCG单克隆抗体，分别记为A、B、C，为检测它们之中哪两种适合用于双抗体夹心法，科研人员需要进行6组实验，分别是AA、BB、CC、AB、AC、BC，检测并比较各组实验的产物量。答案：(1)骨髓瘤细胞灭活的病毒聚乙二醇电激获得能分泌特定抗体的杂交瘤细胞(2)无菌、无毒补充配制的培养基中缺乏的营养成分及一些激素等促进细胞生长的物质(3)与待测抗原结合催化检测底物反应64经过世界各国科学家的漫长探
11、索，植物细胞工程技术已进入高速发展阶段，动物细胞工程技术已成为生物科学领域一颗十分耀眼的明珠。请回答下列相关问题：(1)植物组织培养过程中，由于培养细胞处于_状态，因此容易受到培养条件和外界影响而发生突变。若对愈伤组织进行物理或化学诱变处理，促使其发生突变，再通过_形成植株，从中筛选出抗病、高产优质的突变体，就可以培育成新品种。(2)用植物体细胞杂交技术培育番茄马铃薯，就是将这两种植物的体细胞，在一定条件下_。这项研究虽然没有地上长番茄，地下结马铃薯，但是在_上取得了重大突破。(3)一种由正常体细胞经人工逆转后形成的多能干细胞iPSC经基因修饰后分化成特定的T淋巴细胞。体外培养iPSC过程中，
12、通常需要在培养基中添加_等天然成分。(4)制备抗人绒毛膜促性腺激素的单克隆抗体过程中，需要用特定的选择培养基筛选出杂交瘤细胞，该细胞的特点是_，对杂交瘤细胞还需进行_培养，并用_对其进行专一抗体检测，经多次筛选获得足够数量的所需细胞进行体内或体外培养。解析：(1)植物组织培养过程中，由于培养细胞处于分生状态，因此容易受到培养条件和外界影响而发生突变。若对愈伤组织进行物理或化学诱变处理，促使其发生突变，再通过诱导分化形成植株，从中筛选出抗病、高产优质的突变体，就可以培育成新品种。(2)植物体细胞杂交技术能在一定条件下将两种植物细胞融合形成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新的植物体。这项技术在克服不同生物远缘杂交不亲和的障碍上取得了重大突破。 (3)动物细胞培养过程中，通常需要在培养基中添加血清(浆)等天然成分。 (4)杂交瘤细胞的特点是既能迅速大量繁殖，又能产生专一(特异性)抗体，对杂交瘤细胞还需进行克隆化培养，并用人绒毛膜促性腺激素对其进行专一抗体检测，经多次筛选获得足够数量的所需细胞进行体内或体外培养。答案：(1)分生诱导分化(2)融合形成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新的植物体克服不同生物远缘杂交不亲和的障碍 (3)血清(浆)(4)既能迅速大量繁殖，又能产生专一(特异性)抗体克隆化人绒毛膜促性腺激素