1、二 基因工程的基本操作程序(30分钟 100分)一、选择题(共4小题,每小题5分,共20分)1.下列获取目的基因的方法中需要模板链的是()从基因文库中获取目的基因利用PCR技术扩增目的基因反转录法通过DNA合成仪利用化学方法人工合成A.B.C.D.【解析】选D。从基因文库中获取目的基因不需要模板链,错误;利用PCR技术扩增目的基因需要模板链,正确;反转录法合成目的基因需要模板链,正确;通过DNA合成仪利用化学方法人工合成目的基因不需要模板链,错误。【补偿训练】从基因文库中获取目的基因的依据是()A.基因的核苷酸序列B.基因的功能C.基因的转录产物mRNAD.以上都是【解析】选D。基因的核苷酸序
2、列、基因的功能、基因的转录产物mRNA均可作为从基因文库中获取目的基因的依据。2.(2021北京高二检测)科学家将含有人溶菌酶基因的表达载体注射到鸡胚中获得转基因鸡,目的蛋白在输卵管细胞中特异表达,并能在鸡蛋中收集。下列说法错误的是()A.可从cDNA文库获取人溶菌酶基因B.RNA聚合酶识别鸡输卵管细胞特异表达的启动子C.可通过农杆菌转化法将人溶菌酶基因导入鸡胚D.鸡输卵管细胞可将人溶菌酶分泌到细胞外【解析】选C。获取目的基因可通过PCR扩增、人工合成和从基因文库中获取,A正确;启动子是转录的起点,也是RNA聚合酶识别和结合位点,B正确;将目的基因导入动物细胞用显微注射技术,C错误;溶菌酶基因
3、可在鸡输卵管细胞表达,合成的溶菌酶是一种分泌蛋白,可分泌到细胞外,D正确。3.为增强玉米抗旱性,研究者构建含有某微生物抗旱基因E的重组质粒,用农杆菌转化法转入玉米幼胚组织细胞中,获得抗旱的转基因玉米。下列相关叙述不正确的是()A.提取该微生物mRNA反转录为cDNA,通过PCR可获得大量目的基因B.将重组质粒置于经CaCl2处理的农杆菌悬液中,可以获得转化的农杆菌C.用农杆菌转化法将E基因转入玉米幼胚组织细胞需要严格进行无菌操作D.用E蛋白的抗体进行抗原-抗体杂交,可在个体水平检测转基因玉米的抗旱性状【解析】选D。提取mRNA进行反转录后得到的cDNA可以作为PCR的模板,PCR技术体外扩增获
4、得大量目的基因,A正确;用CaCl2处理农杆菌,使其处于易于吸收周围环境中的DNA分子的感受态,有利于目的基因导入受体细胞,B正确;用农杆菌转化法将E基因转入玉米幼胚组织细胞进行植物组织培养时,需要严格无菌操作,保证无菌环境,C正确;用E蛋白的抗体进行抗原-抗体杂交,检测到玉米细胞中具有E蛋白是在分子水平进行的检测,D错误。4.(2020山东等级考)新型冠状病毒的检测方法目前主要有核酸检测法和抗体检测法。下列说法错误的是()A.抗体检测法利用了抗原与抗体特异性结合的原理B.感染早期,会出现能检测出核酸而检测不出抗体的情况C.患者康复后,会出现能检测出抗体而检测不出核酸的情况D.感染该病毒但无症
5、状者,因其体内不能产生抗体不适用抗体检测法检测【解析】选D。抗体检测是根据抗原、抗体能够发生特异性结合产生阳性反应,从而进行判断,A项正确;免疫系统产生抗体需要一定的时间,因此在感染早期,可检测到体内的新型冠状病毒核酸,而不能检测到相应抗体,B项正确;患者康复后,机体体内的新冠病毒已被清除,且体内的抗体会存活一段时间,因此康复后会出现能检测出抗体而检测不出核酸的情况,C项正确;感染该病毒后机体会对该病毒产生免疫反应从而产生抗体,因此可在其体内检测到抗体,其无症状可能是由于体内病毒量小,未出现明显症状,D项错误。二、非选择题(共5小题,共80分)5.(14分)科学家经过长期研究发现了nemuri
6、基因有促进睡眠的功能。nemuri基因编码的NEMURI蛋白由果蝇大脑中的神经元分泌,具有抗菌活性。目前,科学家采用基因工程技术,生产NEMURI蛋白药物。请回答:(1)在获取nemuri基因时,若nemuri基因核苷酸数少,核苷酸序列已知,可以通过_(仪器)用化学方法直接人工合成。(2)若从果蝇的基因文库中获取nemuri基因,构建基因组文库时,需要用到的酶有_;构建cDNA文库时,还需要用到的酶是_。cDNA文库中的基因_(填“含有”或“不含有”)启动子。(3)若用PCR技术扩增nemuri基因,前提是要有一段_序列,以便于研究者根据此序列设计引物。与细胞内DNA复制相比,PCR技术所需要
7、的酶是_。(4)构建含有nemuri基因的表达载体是本研究的核心,本研究中构建的基因表达载体,只包含复制原点、启动子、nemuri基因和终止子,原因是_。【解析】(1)基因工程中,若目的基因核苷酸数少,核苷酸序列已知,可以通过DNA合成仪用化学方法直接人工合成。(2)构建基因组文库时,需要用到的酶有限制酶(对DNA进行切割)和DNA连接酶(连接黏性末端或平末端);构建cDNA文库时,提取的mRNA需要在反转录酶的作用下合成DNA,cDNA文库中的基因不含有启动子。(3)若用PCR技术扩增基因,前提是要有一段已知目的基因的核苷酸序列,以便于研究者根据此序列设计引物,用于子链的延伸。PCR需要热稳
8、定DNA聚合酶(Taq酶)的催化。(4)根据题干信息,nemuri基因编码的NEMURI蛋白具有抗菌活性,可作为基因表达载体中的标记基因。答案:(1)DNA合成仪(2)限制酶和DNA连接酶 反转录酶 不含有(3)已知目的(nemuri)基因的核苷酸 热稳定DNA聚合酶(Taq酶)(4)nemuri基因编码的NEMURI蛋白具有抗菌活性,可作为标记基因6.(16分)(2021哈尔滨高二检测)在抵抗新冠病毒疫情蔓延时,快速研制新冠病毒疫苗成为有效遏制疫情的重要手段,基因工程是研制疫苗的手段之一。具体实验思路为通过逆转录获得该病毒表面抗原的基因,再将其插入腺病毒中,做出以腺病毒为载体的重组疫苗。请回
9、答下列问题:(1)首先要通过_技术在体外对获得的目的基因进行扩增。(2)在目的基因导入受体细胞之前需要构建_,此过程所需的工具酶有_。(3)一般会用两种不同的限制酶切割新冠病毒基因和运载体DNA来获得不同的黏性末端,这样做的好处是_。(4)重组疫苗是利用改造后的腺病毒和新冠病毒的S蛋白编码基因拼装得到的腺病毒载体疫苗。疫苗注射入人体后,免疫系统会识别出病毒抗原,产生抗病毒免疫反应。腺病毒作为运载体受到了科学家的青睐,理由是_(写出两点即可)。【解析】(1)通过PCR技术体外扩增目的基因。(2)在目的基因导入受体细胞之前需要使用限制酶和DNA连接酶构建基因表达载体。(3)切割目的基因和运载体使用
10、两种不同的限制酶,其目的是避免目的基因和运载体DNA发生自身环化。(4)腺病毒作为载体应该具备载体的相关条件:有多个限制酶切割位点;能在宿主细胞内稳定存在并大量复制;有标记基因;对受体细胞无毒害作用。答案:(1)PCR(2)基因表达载体 限制酶、DNA连接酶(3)避免目的基因和运载体DNA发生自身环化(4)有多个限制酶切割位点;能在宿主细胞内稳定存在并大量复制;有标记基因;对受体细胞无毒害作用(写出两点即可)7.(16分)(2020山东等级考)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)
11、启动子序列的定点编辑,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
12、中专一性地扩增出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_。【解析】本题主要考查基因工程的知识。(1)将目的基因和质粒构建成重组载体时,需要使用的酶是限制性核酸内切酶和DNA连接酶,将重组载体导入受体细胞内并维持稳定表达的过程称为转化。(2)启动子是RNA聚合酶识别并结合的位点,Wx启动子序列的改变会影响RNA聚合酶与启动子识别和结合,从而影响基因的转录过程。根据题意可知,该基因工程中编辑的是启动子序列,而启动子序列不参与编码直链淀粉的氨基酸,因此3种突变品系中Wx基因控制合成的直链淀粉的氨基酸序列不发生改变。(3)以细
13、胞中的RNA为原料合成cDNA的过程需经逆转录过程,PCR技术能扩增DNA分子中特定片段的目的基因,原因是引物是根据Wx基因的一段已知序列设计合成的,而PCR技术扩增的是处于两种引物之间的DNA序列。(4)根据图示可知,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。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 引物是根据Wx基因的一段已知序列设计合成的(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8
14、.(16分)(2021荆州高二检测)引起人类肺炎的某冠状病毒(nCoV)是一种单链RNA病毒,其跨膜表面糖蛋白(GP)是该病毒侵染宿主细胞的关键蛋白,科学家欲利用大肠杆菌作为受体菌批量生产GP以制备相关疫苗,已知Tetr为四环素抗性基因,LacZ基因的表达产物能使白色的大肠杆菌菌落变成蓝色。如图为部分流程示意图,已知EcoR的识别序列为(1)为了判断是否感染nCoV,利用探针对疑似患者进行核酸检测,要在短时间内大量快速生产探针可利用_技术实现。从nCoV基因组中分离出的nCoV-GP基因不能直接与质粒重组,其原因是_。(2)过程用到的酶为_。经过程得到的GP编码序列片段也不能直接与EcoR切割
15、后的质粒连接,需要在该片段两端加上_序列后才能连接。a.AATTb.AATTc.TTAAd.TTAA(3)过程除了得到重组质粒外,还可能得到两种片段大小不一的产物,因此为筛选导入重组质粒的大肠杆菌,应在培养基中加入_,筛选_(填“蓝色”或“白色”)菌落。(4)为检测大肠杆菌是否表达出目标产物,可对大肠杆菌的总蛋白质进行提取,并通过_技术进行检测。【解析】(1)要在短时间内大量快速扩增探针,可用PCR技术;因nCoV的基因为单链RNA,不能直接与DNA相连,故从nCoV基因组中分离出的nCoV-GP基因不能直接与质粒重组。(2)过程是由nCoV(单链RNA)到nCoV-GP基因(DNA)的过程,
16、故为逆转录过程,用到的酶为逆转录酶。据图可知,EcoR酶切后的黏性末端暴露出的碱基为-AATT,故过程得到的GP编码序列片段两端需要分别加上AATT和TTAA序列后才能与质粒连接。(3)过程为形成重组质粒的过程,除能得到重组质粒(质粒-GP编码序列片段)外,还有质粒-质粒、GP编码片段-GP编码片段两种片段大小不一的产物;据图可知,质粒上LacZ基因会被EcoR破坏,质粒上有四环素抗性基因,故为筛选导入重组质粒的大肠杆菌,可在培养基中加入四环素,则在该种培养基上,含重组质粒(质粒-GP编码序列片段)的大肠杆菌可以存活;又因重组质粒的LacZ基因被破坏,故其不能变成蓝色,为白色,故筛选出白色菌落
17、即可。(4)基因的表达产物通常为蛋白质,为检测大肠杆菌是否表达出目标产物,可用抗原-抗体杂交技术进行检测,若出现杂交带,则证明表达成功。答案:(1)PCR nCoV的基因为单链RNA,不能直接与DNA相连(2)逆转录酶 a、d(3)四环素 白色(4)抗原-抗体杂交9.(18分)(2021南京高二检测)乙烯具有促进果实成熟的作用,ACC氧化酶和ACC合成酶是番茄细胞合成乙烯的两个关键酶。利用反义基因技术(原理如图1),可以抑制这两个基因的表达,从而使番茄具有耐储存、宜运输的优点。图2为融合ACC氧化酶基因和ACC合成酶基因的反义表达载体的结构示意图。(1)图2中的2A11为特异性启动子,则2A1
18、1应在番茄的_中表达。(2)从番茄成熟果实中提取_为模板,利用_法合成ACC氧化酶基因和ACC合成酶基因,以进行拼接构成融合基因并扩增。(3)合成出的ACC氧化酶基因两端分别含限制酶BamH和Xba的酶切位点,ACC合成酶基因两端含Sac和Xba的酶切位点,用限制酶_对上述两个基因进行酶切,再利用_将其串联成融合基因,相应的Ti质粒应用限制酶_进行切割,确保融合基因能够插入载体中。(4)在检测番茄细胞中是否存在反义融合基因时,_(填“能”或“不能”)用放射性物质标记的ACC氧化(合成)酶基因片段做探针进行检测,理由是_。【解析】(1)乙烯具有促进果实成熟的作用,因此图2中的2A11为特异性启动
19、子,则2A11应在番茄的果实中表达。(2)从番茄成熟果实中提取RNA为模板,利用反转录法合成ACC氧化酶基因和ACC合成酶基因,以进行拼接构成融合基因并扩增。(3)合成出的ACC氧化酶基因两端分别含限制酶BamH和Xba的酶切位点,ACC合成酶基因两端含Sac和Xba的酶切位点,要将两个基因融合,需用同一种限制酶即Xba酶对上述两个基因进行酶切,再用DNA连接酶串联成融合基因,这样融合基因上有三个限制酶切位点:BamH、Xba、Sac,其中限制酶BamH、Sac分别位于融合基因的两端,因此相应的Ti质粒应用限制酶BamH 和Sac 进行切割,确保融合基因能够插入载体中。(4)在检测番茄细胞中是否存在反义融合基因时,因为番茄细胞内本来存在ACC合成酶基因,能与ACC合成酶基因探针发生分子杂交,所以不能用放射性物质标记的ACC氧化(合成)酶基因片段做探针进行检测。答案:(1)果实(2)RNA 反转录(逆转录)(3)Xba DNA连接酶 BamH 和Sac(4)不能 番茄细胞内本来存在ACC合成酶基因,能与ACC合成酶基因探针发生分子杂交
