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1、考點規(guī)范練34　基因工程 1.(2017全國Ⅲ卷)編碼蛋白甲的DNA序列(序列甲)由A、B、C、D、E五個片段組成,編碼蛋白乙和丙的序列由序列甲的部分片段組成,如圖1所示。 圖1 圖2 回答下列問題。 (1)現(xiàn)要通過基因工程的方法獲得蛋白乙,若在啟動子的下游直接接上編碼蛋白乙的DNA序列(TTCGCTTCT……CAGGAAGGA),則所構(gòu)建的表達載體轉(zhuǎn)入宿主細胞后不能翻譯出蛋白乙,原因是?　。? (2)某同學在用PCR技術獲取DNA片段B或D的過程中,在PCR反應體系中加入了DNA聚合酶、引物等,還加入了序列甲作為　　　　,加入了　　　　作為合成DNA的原料。? (3)現(xiàn)

2、通過基因工程的方法獲得了甲、乙、丙三種蛋白,要鑒定這三種蛋白是否具有刺激T淋巴細胞增殖的作用,某同學做了如下實驗:將一定量的含T淋巴細胞的培養(yǎng)液平均分成四組,其中三組分別加入等量的蛋白甲、乙、丙,另一組作為對照,培養(yǎng)并定期檢測T淋巴細胞濃度,結(jié)果如圖2。 ①由圖2 可知:當細胞濃度達到a時,添加蛋白乙的培養(yǎng)液中T淋巴細胞濃度不再增加,此時若要使T淋巴細胞繼續(xù)增殖,可采用的方法是　　　　　　　　　　　　。細胞培養(yǎng)過程中,培養(yǎng)箱中通常要維持一定的CO2濃度,CO2的作用是　　　　　　　　　　　　　　　　　。? ②僅根據(jù)圖1、圖2可知,上述甲、乙、丙三種蛋白中,若缺少　　　(填“A”“B”“C”

3、“D”或“E”)片段所編碼的肽段,會降低其刺激T淋巴細胞增殖的效果。? 答案:(1)編碼乙的DNA序列起始端無ATG,轉(zhuǎn)錄出的mRNA無起始密碼子 (2)模板　dNTP (3)①進行細胞傳代培養(yǎng)　維持培養(yǎng)液的pH?、贑 解析:(1)由基因乙的堿基序列可知,由該序列轉(zhuǎn)錄出的mRNA無起始密碼子,所以在啟動子的下游直接接上編碼蛋白乙的DNA序列后,所構(gòu)建的表達載體轉(zhuǎn)入宿主細胞后不能翻譯出蛋白乙。(2)PCR反應體系中除了加入DNA聚合酶、引物等,還應加入序列甲作為模板,加入四種脫氧核苷酸(dNTP)作為合成DNA的原料。(3)當細胞濃度達到a時,T淋巴細胞的濃度不再增加,是因為出現(xiàn)了接觸抑

4、制現(xiàn)象,所以可以進行細胞傳代培養(yǎng),使T淋巴細胞繼續(xù)增殖;細胞培養(yǎng)過程中,培養(yǎng)箱中通常要維持一定的CO2濃度,CO2的作用是維持培養(yǎng)液中的pH。根據(jù)圖2可知,甲、乙兩組的T淋巴細胞數(shù)量多,丙組的T淋巴細胞數(shù)量少,根據(jù)圖1比較可知,丙組T淋巴細胞少的原因是蛋白丙缺少C片段所編碼的肽段。 2.(2019湖南郴州質(zhì)檢)科研人員從耐鹽植物中獲得了耐鹽基因,利用轉(zhuǎn)基因技術將耐鹽基因轉(zhuǎn)入水稻細胞中培育出了耐鹽水稻新品系。下圖表示構(gòu)建耐鹽基因表達載體的過程。請回答下列問題。 (1)據(jù)圖分析可知,在構(gòu)建的耐鹽基因表達載體中,圖中未標注出的必需元件有耐鹽基因啟動子、　　　　　　　　　　　　,其中啟動子的功

5、能是　?　。? (2)據(jù)圖分析可知,在構(gòu)建耐鹽基因表達載體時,需要用　　　　　　　對質(zhì)粒進行切割,從而保證　　　　　　　　　　　　　。? (3)常用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法將耐鹽基因?qū)胨臼荏w細胞,根據(jù)農(nóng)桿菌的感染特點,將耐鹽基因插入T質(zhì)粒的　　　　　　上,經(jīng)過轉(zhuǎn)化作用進入水稻細胞,并將其插入　　　　　　　　　　　　　　上,從而使其遺傳特性得以穩(wěn)定維持和表達。? (4)檢測轉(zhuǎn)基因水稻是否培育成功可使用的最簡便的方法是　　　　　　　　　　　。? 答案:(1)標記基因和終止子　作為RNA聚合酶識別和結(jié)合的部位,能驅(qū)動目的基因轉(zhuǎn)錄 (2)HindⅢ和XbaⅠ　耐鹽基因與質(zhì)粒正確連接 (3)T-DN

6、A　水稻細胞染色體DNA (4)將其種植在鹽堿地上 解析:(1)在構(gòu)建的耐鹽基因表達載體中,題圖中未標注出的必需元件有耐鹽基因啟動子、標記基因和終止子,其中啟動子作為RNA聚合酶識別和結(jié)合的部位,能驅(qū)動目的基因轉(zhuǎn)錄。(2)據(jù)圖分析可知,在構(gòu)建耐鹽基因表達載體時,需要用HindⅢ、XbaⅠ對質(zhì)粒進行切割,由于兩個酶切位點產(chǎn)生的黏性末端不同,可以避免自身環(huán)化,從而保證耐鹽基因與質(zhì)粒正確連接。(3)常用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法將耐鹽基因?qū)胨臼荏w細胞,根據(jù)農(nóng)桿菌的感染特點,將耐鹽基因插入T質(zhì)粒的T-DNA上,T-DNA可以攜帶目的基因轉(zhuǎn)移至受體細胞的染色體DNA上,從而使其遺傳特性得以穩(wěn)定維持和表達。(4

7、)可從分子水平和個體水平檢測轉(zhuǎn)基因水稻是否培育成功,其中最簡便的方法是進行個體水平的檢測,即將轉(zhuǎn)基因水稻種植在鹽堿地上。 3.發(fā)根農(nóng)桿菌Ri質(zhì)粒是一種天然存在的植物遺傳轉(zhuǎn)化系統(tǒng)。Ri質(zhì)粒有3個功能區(qū):①T-DNA區(qū)是Ri質(zhì)粒上唯一整合到植物基因組的DNA片段;②Vir毒性蛋白區(qū)是發(fā)根農(nóng)桿菌實現(xiàn)高效侵染所必需的區(qū)域;③Ori區(qū)即復制起始區(qū)與功能代謝區(qū)。常用的質(zhì)粒載體pCAMBIA1301可以分別在大腸桿菌以及發(fā)根農(nóng)桿菌中進行克隆,不需要依賴于同源序列在發(fā)根農(nóng)桿菌進行整合即可自行復制。部分過程如下圖所示: 回答下列問題。 (1)當發(fā)根農(nóng)桿菌感染植物時,菌體本身不會進入細胞內(nèi),只是　　　　

8、　　　　　　　　片段進入植物細胞中,在植物細胞中進行隨機整合,最終整合至　　　　　　　　　　　　　　　,并利用植物體內(nèi)的酶系統(tǒng)進行轉(zhuǎn)錄和翻譯。? (2)選擇幼嫩的外植體作為受體細胞轉(zhuǎn)化效率遠高于成熟的外植體,可能原因是?　。? (3)限制性內(nèi)切酶能識別圖中LB/RB的酶切位點,其能使　　　　　　　　斷開。? (4)應用過程中,只需要將目的片段插到質(zhì)粒載體pCAMBIA1301中,將構(gòu)建好的質(zhì)粒轉(zhuǎn)入　　　　　　　中,并通過pCAMBIA1301上自身攜帶的　　　　　　　　　對重組DNA進行鑒定和選擇。? (5)發(fā)根農(nóng)桿菌Ri質(zhì)粒作為一種天然存在的植物遺傳轉(zhuǎn)化系統(tǒng),能實現(xiàn)其高效侵染所必需的

9、區(qū)域——Vir毒性蛋白區(qū)至關重要。據(jù)此推斷Vir毒性蛋白區(qū)的具體作用是???　。? 答案:(1)Ri質(zhì)粒中的T-DNA　受體(植物)細胞的染色體DNA上(受體細胞的基因組上) (2)幼嫩植物細胞具有旺盛的分裂能力,并且植物細胞處于分裂期時更利于與外源DNA整合 (3)(兩個核苷酸之間的)磷酸二酯鍵 (4)發(fā)根農(nóng)桿菌(感受態(tài)細胞)　(潮霉素)抗性(標記)基因 (5)輔助轉(zhuǎn)移,將目的基因與Ri質(zhì)粒的T-DNA區(qū)一同導入受體植物細胞中 4.人血清白蛋白(HSA)具有重要的醫(yī)用價值,原來只能從人血漿中提取。下圖是以基因工程技術獲取重組HSA(rHSA)的兩條途徑。 (1)為獲取HSA

10、基因,首先需采集人的血液,提取　　　　　　合成總cDNA,然后以cDNA為模板,使用PCR技術擴增HSA基因。下圖中箭頭表示一條引物結(jié)合模板的位置及擴增方向,請用箭頭在方框內(nèi)標出另一條引物的位置及擴增方向。? (2)啟動子通常具有物種及組織特異性,構(gòu)建在水稻胚乳細胞內(nèi)特異表達rHSA的載體,需要選擇的啟動子是　　　　(填寫字母,單選)。? A.人血細胞啟動子　　　　B.水稻胚乳細胞啟動子 C.大腸桿菌啟動子 D.農(nóng)桿菌啟動子 (3)利用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化水稻受體細胞的過程中,需添加酚類物質(zhì),其目的是?　。? (4)人體合成的初始HSA多肽,需要經(jīng)過膜系統(tǒng)加工形成正確空間結(jié)構(gòu)才有活性。與途

11、徑Ⅱ相比,選擇途徑Ⅰ獲取rHSA的優(yōu)勢是?　。? (5)為證明rHSA具有醫(yī)用價值,須確認rHSA與　　　　　　的生物學功能一致。? 答案:(1)總RNA(或mRNA) (2)B (3)吸引農(nóng)桿菌移向水稻受體細胞,有利于目的基因成功轉(zhuǎn)化 (4)水稻是真核生物,具有膜系統(tǒng),能對初始rHSA多肽進行高效加工 (5)HSA 解析:(1)目的基因的獲取途徑之一是逆轉(zhuǎn)錄法,即以RNA為模板合成目的基因,故需要提取相關的RNA。PCR技術利用的是DNA復制的原理,由于DNA分子的兩條鏈是反向平行的,而DNA的合成方向總是從子鏈的5'端向3'端延伸,故另一條子鏈的擴增方向相反。(2)啟動子

12、通常具有物種及組織特異性,要構(gòu)建在水稻胚乳細胞內(nèi)特異表達rHSA的載體,需選擇水稻胚乳細胞啟動子。(3)利用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化水稻受體細胞時,由于酚類物質(zhì)能夠吸引農(nóng)桿菌移向水稻受體細胞,有利于目的基因成功轉(zhuǎn)化,故需添加酚類物質(zhì)。(4)由于真核細胞中具有膜系統(tǒng),途徑Ⅰ中的水稻胚乳細胞能對初始rHSA多肽進行加工,使rHSA具有生物學活性。(5)由題意知,要制備有醫(yī)用價值的rHSA,需要rHSA與HSA的生物學功能一致。 5.(2018江蘇卷)為生產(chǎn)具有特定性能的α-淀粉酶,研究人員從某種海洋細菌中克隆了α-淀粉酶基因(1 656個堿基對),利用基因工程大量制備α-淀粉酶,實驗流程見右圖。請回答下列問題

13、。 (1)利用PCR技術擴增α-淀粉酶基因前,需先獲得細菌的　　　　　　　。? (2)為了便于擴增的DNA片段與表達載體連接,需在引物的　　　　　　端加上限制性酶切位點,且常在兩條引物上設計加入不同的限制性酶切位點,主要目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。? (3)進行擴增時,反應的溫度和時間需根據(jù)具體情況進行設定,下列選項中　　　　　　的設定與引物有關,　　　　　　的設定與擴增片段的長度有關。(填序號)? ①變性溫度　②復性溫度?、垩由鞙囟取、茏冃詴r間?、輳托詴r間　⑥延伸時間 (4)下圖表示篩選獲得的工程菌中編碼α-淀粉酶的mRNA 的部分堿基序列: 5'-

14、AUGCCAUCAACAAAUACUAACACUU……-3' 圖中虛線框內(nèi)mRNA片段包含　　　　　個密碼子,如虛線框后的序列未知,預測虛線框后的第一個密碼子最多有　　　　　種。? (5)獲得工程菌表達的α-淀粉酶后,為探究影響酶活性的因素,以濃度為1%的可溶性淀粉為底物測定酶活性,結(jié)果如下: 緩沖液 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 酶相對 活

15、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 根據(jù)上述實驗結(jié)果,初步判斷該α-淀粉酶活性最高的條件為?　　　　　　。? 答案:(1)基因組DNA　(2)5'　使DNA片段能定向插入表達載體,減少自連　(3)②　⑥　(4)8　13　(5)pH為8.5,緩沖液為50 mmol/L Tris-HCl 解析:(1)從海洋細菌中利用PCR技術擴增α-淀粉酶基因,首先要獲得細菌的基因組DNA,再利用引物來獲取α-淀粉酶基因。(2)由于PCR技術合成子鏈的方向是5'→3',引物是與子鏈連接的DNA單

16、鏈或RNA鏈,所以應在引物的5'端加上限制性酶切位點。為保證DNA片段能定向插入表達載體中,避免DNA片段和載體自身環(huán)化以及DNA片段和表達載體任意拼接,常在兩條引物上設計不同的限制性酶切位點。(3)引物與模板鏈結(jié)合屬于復性,所以復性溫度的設定與引物有關,擴增片段屬于延伸,擴增片段的長度與延伸的時間有關。(4)密碼子是指mRNA上3個相連的堿基,虛線框內(nèi)有24個堿基,共構(gòu)成8個密碼子。虛線框后第一個密碼子的第一個堿基是U,共可構(gòu)成的密碼子種類有4×4=16(種),又因圖中堿基序列僅是編碼α-淀粉酶的mRNA的一部分,此密碼子不可能是終止密碼子(3種,UAA、UAG、UGA),所以虛線框后的第一

17、個密碼子最多有13種。(5)根據(jù)表格數(shù)據(jù)可知,α-淀粉酶活性最高時的條件是pH為8.5,緩沖液為50mmol/LTris-HCl。 6.大豆花葉病毒(RNA病毒)是世界性大豆病害,是造成大豆減產(chǎn)的重要原因。某科研小組制備了大豆花葉病毒的空衣殼蛋白(CP蛋白),生產(chǎn)過程大致如下,請回答問題。 (1)圖中的①是指　　　　　。? (2)過程Ⅱ中應用的酶是　　　　　　　　　　　　。此過程中先要在大豆花葉病毒的基因文庫中查找　　　　　　　　　　　　　　　　的核苷酸序列,以便合成特異性引物。? (3)在上述生產(chǎn)流程中,　　　(填序號)是基因工程生產(chǎn)CP衣殼蛋白的核心步驟。為檢測樣液中是否含有有

18、效成分,在過程Ⅶ中可使用　　　　　　　　　　　　　進行檢測。? 答案:(1)RNA　 (2)Taq DNA聚合酶　CP蛋白基因(控制CP蛋白合成的RNA片段) (3)Ⅲ　CP蛋白的抗體 解析:(1)因為通過Ⅰ獲得的是cDNA,所以①是RNA,過程Ⅰ是逆轉(zhuǎn)錄。(2)過程Ⅱ是PCR擴增,在該技術中需要用到耐高溫的TaqDNA聚合酶。在該過程中,需要先知道目的基因,即CP蛋白基因的核苷酸序列,才能合成特異性引物。(3)在基因工程中基因表達載體的構(gòu)建是核心,即步驟Ⅲ是核心步驟。為了檢測樣液中是否含有有效成分,在過程Ⅶ中可以用抗原—抗體雜交,即使用CP蛋白的抗體進行檢測。如果出現(xiàn)了雜交帶,則說明含有有效成分。 6