2020版高考生物總復(fù)習(xí)第30講基因工程教案中圖版.docx

第30講基因工程最新考綱近三年考情1.基因工程的誕生()2.基因工程的原理及技術(shù)(含PCR技術(shù))()3.基因工程的應(yīng)用()4.蛋白質(zhì)工程()5.實驗：DNA的粗提取與鑒定2018全國卷(38)、2018全國卷(38)、2017全國卷(37)、2017全國卷(37)、2017全國卷(37)、2016全國卷(40)、2016全國卷(40)考點一基因工程的基本工具及操作過程1.基因工程的基本工具(1)限制酶(2)DNA連接酶作用：將限制酶切割下來的DNA片段拼接成DNA分子。類型常用類型Ecoli DNA連接酶T4 DNA連接酶來源大腸桿菌T4噬菌體功能只“縫合”黏性末端“縫合”黏性末端和平末端結(jié)果恢復(fù)被限制酶切開的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵(3)載體其他載體：噬菌體衍生物、動植物病毒等。載體的作用：攜帶外源DNA片段進(jìn)入受體細(xì)胞。2.基因工程的基本操作程序1.(2018全國卷，38)回答下列問題：(1)博耶(H.Boyer)和科恩(S.Cohen)將非洲爪蟾核糖體蛋白基因與質(zhì)粒重組后導(dǎo)入大腸桿菌細(xì)胞中進(jìn)行了表達(dá)。該研究除證明了質(zhì)?？梢宰鳛檩d體外，還證明了_(答出兩點即可)。(2)體外重組的質(zhì)?？赏ㄟ^Ca2參與的_方法導(dǎo)入大腸桿菌細(xì)胞；而體外重組的噬菌體DNA通常需與_組裝成完整噬菌體后，才能通過侵染的方法將重組的噬菌體DNA導(dǎo)入宿主細(xì)胞。在細(xì)菌、心肌細(xì)胞、葉肉細(xì)胞中，可作為重組噬菌體宿主細(xì)胞的是_。(3)真核生物基因(目的基因)在大腸桿菌細(xì)胞內(nèi)表達(dá)時，表達(dá)出的蛋白質(zhì)可能會被降解。為防止蛋白質(zhì)被降解，在實驗中應(yīng)選用_的大腸桿菌作為受體細(xì)胞，在蛋白質(zhì)純化的過程中應(yīng)添加_的抑制劑。解析(1)兩位科學(xué)家將非洲爪蟾核糖體蛋白基因與質(zhì)粒重組后導(dǎo)入大腸桿菌細(xì)胞中并進(jìn)行了表達(dá)，因此，該研究可以證明：質(zhì)?？梢宰鳛檩d體，真核細(xì)胞的基因在原核細(xì)胞中也可以表達(dá)(不同生物共用一套密碼子)、體外重組的質(zhì)?？梢赃M(jìn)入受體細(xì)胞等。(2)目的基因進(jìn)入受體細(xì)胞內(nèi)，并且在受體細(xì)胞內(nèi)維持穩(wěn)定和表達(dá)的過程稱為轉(zhuǎn)化，將質(zhì)粒導(dǎo)入大腸桿菌時，常用的轉(zhuǎn)化方法是：首先用Ca2處理大腸桿菌細(xì)胞，使其成為感受態(tài)細(xì)胞。噬菌體DNA沒有侵染能力，體外重組的噬菌體DNA通常需與外殼蛋白組裝成完整噬菌體才能完成侵染過程。噬菌體多寄生在細(xì)菌中，但不能寄生在心肌細(xì)胞和葉肉細(xì)胞中。(3)若要使蛋白質(zhì)不被降解，則大腸桿菌體內(nèi)不能存在蛋白酶，因此，實驗中應(yīng)選用蛋白酶缺陷型的大腸桿菌作為受體細(xì)胞。同理，在蛋白質(zhì)純化過程中，也不能使蛋白質(zhì)降解，因此，應(yīng)添加蛋白酶抑制劑。答案(1)體外重組的質(zhì)?？梢赃M(jìn)入受體細(xì)胞；真核生物基因可在原核細(xì)胞中表達(dá)(2)轉(zhuǎn)化外殼蛋白(或答噬菌體蛋白)細(xì)菌(3)蛋白酶缺陷型蛋白酶2.(2019廣東深圳調(diào)研)據(jù)報道，美國科研人員通過基因轉(zhuǎn)移技術(shù)，從根本上治愈了實驗小鼠所患的型糖尿病，這種技術(shù)把選定的X基因輸入胰腺，這些基因隨后得到整合并促使消化系統(tǒng)和其他類型的細(xì)胞制造胰島素，請回答下列問題：(1)在基因工程中，X基因稱為_。利用PCR技術(shù)擴增X基因時，需要在反應(yīng)體系中添加的有機物質(zhì)是_、_、4種脫氧核糖核苷酸和耐熱性的DNA聚合酶，擴增過程在PCR擴增儀中完成。(2)將X基因?qū)胄∈篌w內(nèi)之前，需要操作的核心步驟是_，此步驟最常用的運載工具是_，所需要的酶是限制酶和_。(3)X基因的檢測可從分子水平和個體水平兩方面進(jìn)行，在分子水平上通常采用_技術(shù)檢測X基因是否導(dǎo)入受體細(xì)胞，在個體水平上應(yīng)檢測_。解析(1)根據(jù)題意分析，研究人員通過基因轉(zhuǎn)移技術(shù)，將選定的X基因輸入胰腺，說明X基因是目的基因；利用PCR技術(shù)擴增目的基因時，需要在反應(yīng)體系中添加的有機物質(zhì)有引物、模板DNA、4種脫氧核糖核苷酸等，還需要耐熱的DNA聚合酶。(2)基因工程的核心步驟是基因表達(dá)載體的構(gòu)建，該過程常用的運載體是質(zhì)粒，需要先用限制酶切割目的基因和質(zhì)粒，然后用DNA連接酶將目的基因和質(zhì)粒連接起來。(3)在分子水平上檢測X基因是否導(dǎo)入受體細(xì)胞，可以利用DNA分子雜交技術(shù)；根據(jù)題干信息可知，X基因?qū)胍认偌?xì)胞后，可以治愈實驗小鼠所患的型糖尿病，因此在個體水平上檢測X基因是否導(dǎo)入受體細(xì)胞，應(yīng)該檢測實驗小鼠所患的型糖尿病是否被根治。答案(1)目的基因引物模板DNA(2)基因表達(dá)載體的構(gòu)建質(zhì)粒DNA連接酶(3)DNA分子雜交實驗小鼠所患的型糖尿病是否被根治(1)基因組文庫與cDNA文庫的比較文庫類型cDNA文庫基因組文庫構(gòu)建基因文庫的過程文庫大小小大基因中啟動子無有基因中內(nèi)含子無有基因多少某種生物的部分基因某種生物的全部基因物種間的基因交流可以部分基因可以說明基因文庫的組建過程就應(yīng)用了基因工程的基本操作步驟。從基因文庫中獲取目的基因的優(yōu)點是操作簡便，缺點是工作量大，具有一定的盲目性(2)農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法原理植物受損傷時傷口處分泌物(酚類化合物)可吸引農(nóng)桿菌農(nóng)桿菌中Ti質(zhì)粒上的TDNA可轉(zhuǎn)移至受體細(xì)胞并整合到受體細(xì)胞染色體DNA上(若將目的基因插入到Ti質(zhì)粒的TDNA上，則目的基因?qū)⒈灰黄饚?。(3)受體細(xì)胞的選擇受體細(xì)胞常用植物受精卵或體細(xì)胞(經(jīng)組織培養(yǎng))、動物受精卵(一般不用體細(xì)胞)、微生物(大腸桿菌、酵母菌)等。要合成糖蛋白、有生物活性的胰島素則必須用真核生物酵母菌(需內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體的加工、分泌)；一般不用支原體，原因是它營寄生生活；一定不能用哺乳動物成熟的紅細(xì)胞，原因是它無細(xì)胞核，也沒有核糖體等細(xì)胞器，不能合成蛋白質(zhì)?？键c二基因工程的應(yīng)用及蛋白質(zhì)工程1.基因工程的應(yīng)用(1)動物基因工程：用于提高動物生長速度從而提高產(chǎn)品產(chǎn)量；用于改善畜產(chǎn)品品質(zhì)；用轉(zhuǎn)基因動物生產(chǎn)藥物；用轉(zhuǎn)基因動物作器官移植的供體等。(2)植物基因工程：培育抗蟲轉(zhuǎn)基因植物(如抗蟲棉)、抗病轉(zhuǎn)基因植物(如轉(zhuǎn)基因煙草)和抗逆轉(zhuǎn)基因植物(如抗寒番茄)；利用轉(zhuǎn)基因改良植物的品質(zhì)(如新花色矮牽牛)。2.基因診斷與基因治療(1)基因診斷：又稱為DNA診斷，是采用基因檢測的方法來判斷患者是否出現(xiàn)了基因異常或攜帶病原體。(2)基因治療概念：把正常基因?qū)氩∪梭w內(nèi)，使該基因的表達(dá)產(chǎn)物發(fā)揮功能，從而達(dá)到治療疾病的目的。成果：將腺苷酸脫氨酶基因轉(zhuǎn)入取自患者的淋巴細(xì)胞中，使淋巴細(xì)胞能產(chǎn)生腺苷酸脫氨酶，然后，再將這種淋巴細(xì)胞轉(zhuǎn)入患者體內(nèi)，從而治療復(fù)合型免疫缺陷癥。3.蛋白質(zhì)工程(1)概念(2)基本流程1.科學(xué)家將藥用蛋白基因與乳腺蛋白基因的啟動子等調(diào)控組件重組在一起，通過顯微注射等方法，導(dǎo)入哺乳動物的受精卵中，然后，將受精卵送入母體內(nèi)，使其生長發(fā)育成轉(zhuǎn)基因動物。轉(zhuǎn)基因動物進(jìn)入泌乳斯后，可以通過分泌的乳汁來生產(chǎn)所需要的藥品，因而稱為乳腺生物反應(yīng)器或乳房生物反應(yīng)器。2.用于基因治療的基因有三類。第一類是從健康人體上分離得到的功能正常的基因，用以取代病變基因，或依靠其表達(dá)產(chǎn)物，來彌補病變基因帶來的生理缺陷，如對血友病和地中海貧血病的治療。第二類是反義基因，即通過產(chǎn)生的mRNA分子，與病變基因產(chǎn)生的mRNA進(jìn)行互補，來阻斷非正常蛋白質(zhì)合成。第三類是編碼可以殺死癌變細(xì)胞的蛋白酶基因，又叫做自殺基因。1.(2018海南卷，31)甜蛋白是一種高甜度的特殊蛋白質(zhì)。為了改善黃瓜的品質(zhì)，科學(xué)家采用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法將一種甜蛋白基因成功導(dǎo)入黃瓜細(xì)胞，得到了轉(zhuǎn)基因植株?；卮鹣铝袉栴}：(1)用農(nóng)桿菌感染時，應(yīng)優(yōu)先選用黃瓜(填“受傷的”或“完好的”)葉片與含重組質(zhì)粒的農(nóng)桿菌共培養(yǎng)，選用這種葉片的理由是_。(2)若在轉(zhuǎn)基因黃瓜中檢測到這種甜蛋白，則表明該重組質(zhì)粒中已轉(zhuǎn)移到植物細(xì)胞中且能夠表達(dá)；用該轉(zhuǎn)基因黃瓜的某一植株與一株非轉(zhuǎn)基因植株雜交，發(fā)現(xiàn)子代中含甜蛋白個體數(shù)與不含甜蛋白個體數(shù)之比為11，則說明甜蛋白基因已經(jīng)整合到(填“核基因組”“線粒體基因組”或“葉綠體基因組”)中。(3)假設(shè)某種轉(zhuǎn)基因作物因為受到病毒感染而減產(chǎn)，若要以該轉(zhuǎn)基因作物為材料獲得脫毒苗，應(yīng)選用作為外植體進(jìn)行組織培養(yǎng)。(4)通常，基因工程操作主要有4個步驟，即目的基因獲取、重組表達(dá)載體的構(gòu)建、將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞、目的基因的檢測與鑒定。因此，基因工程的含義可概括為_。解析(1)當(dāng)植物體受到損傷時，傷口處的細(xì)胞會分泌大量的酚類化合物，吸引農(nóng)桿菌移向這些細(xì)胞，因此用農(nóng)桿菌感染時，優(yōu)先選用黃瓜受傷的葉片。(2)若在轉(zhuǎn)基因黃瓜中檢測到這種甜蛋白，說明目的基因甜蛋白基因在受體細(xì)胞中已經(jīng)完成表達(dá)；若甜蛋白基因整合到線粒體基因組或葉綠體基因組中，在遺傳時遵循母系遺傳，不會出現(xiàn)固定的分離比，所以子代中含甜蛋白個體數(shù)與不含甜蛋白個體數(shù)之比為11，則說明甜蛋白基因已經(jīng)整合到核基因組。(4)基因工程是指按照人們的愿望，進(jìn)行嚴(yán)格的設(shè)計，并通過體外DNA重組和轉(zhuǎn)基因等技術(shù)，賦予生物新的遺傳特性，從而創(chuàng)造出符合人們需要的新生物類型和生物產(chǎn)品。答案(1)受傷的葉片傷口處的細(xì)胞釋放出大量酚類物質(zhì)，可吸引農(nóng)桿菌移向這些細(xì)胞(2)甜蛋白基因核基因組(3)莖尖(4)按照人們的愿望進(jìn)行設(shè)計，并通過體外重組和轉(zhuǎn)基因等技術(shù)，賦予生物新的遺傳特性，創(chuàng)造出符合人們需要的新生物類型2.(2019河南頂級名校聯(lián)考)如圖表示利用乳腺生物反應(yīng)器生產(chǎn)某種動物蛋白的流程示意圖，請分析回答下列問題：(1)該生產(chǎn)流程中應(yīng)用到的現(xiàn)代生物技術(shù)有、(寫出其中兩種)。(2)圖中A、B分別表示、。(3)為提高培育成功率，進(jìn)行過程之前，對早期胚胎的處理是取其部分細(xì)胞用目的基因探針進(jìn)行檢測，對受體動物的處理是用進(jìn)行同期發(fā)情處理。(4)蛋白質(zhì)工程中，要對蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計改造，必須通過基因修飾或基因合成來完成，而不直接改造蛋白質(zhì)，原理是_。解析(1)據(jù)圖分析，涉及的現(xiàn)代生物技術(shù)有蛋白質(zhì)工程、基因工程、早期胚胎培養(yǎng)技術(shù)、胚胎移植技術(shù)等。(2)蛋白質(zhì)工程基本途徑：預(yù)期蛋白質(zhì)功能設(shè)計預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)推測應(yīng)有氨基酸序列找到對應(yīng)的脫氧核苷酸序列(基因)；基因工程技術(shù)的基本步驟：目的基因的獲取基因表達(dá)載體的構(gòu)建將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞目的基因的檢測與鑒定。(3)胚胎移植之前，采用DNA分子雜交技術(shù)對早期胚胎進(jìn)行基因檢測或基因診斷，可提高培育成功率。為提高胚胎移植成功率，該過程可用促性腺激素對受體動物進(jìn)行同期發(fā)情處理。(4)蛋白質(zhì)工程中，要對蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計改造，必須通過基因修飾或基因合成來完成，而不直接改造蛋白質(zhì)，原因是改造后的基因能夠遺傳，且改造基因易于操作。答案(1)蛋白質(zhì)工程基因工程(胚胎移植技術(shù))(任寫兩種)(2)推測應(yīng)有的氨基酸序列基因表達(dá)載體(3)DNA(核酸)分子雜交促性腺激素(4)改造后的基因能夠遺傳，改造基因易于操作蛋白質(zhì)工程與基因工程的比較項目蛋白質(zhì)工程基因工程實質(zhì)定向改造或生產(chǎn)人類所需蛋白質(zhì)定向改造生物的遺傳特性，以獲得人類所需的生物類型或生物產(chǎn)品結(jié)果生產(chǎn)自然界中沒有的蛋白質(zhì)生產(chǎn)自然界中已有的蛋白質(zhì)聯(lián)系蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上延伸出來的第二代基因工程，因為對現(xiàn)有蛋白質(zhì)的改造或制造新的蛋白質(zhì)，必須通過基因修飾或基因合成實現(xiàn)考點三PCR技術(shù)與DNA的粗提取與鑒定1.PCR技術(shù)(2)PCR反應(yīng)過程過程說明圖解變性當(dāng)溫度上升到90 以上時，雙鏈DNA解旋為單鏈復(fù)性溫度下降到50 左右，兩種引物通過堿基互補配對與兩條單鏈DNA結(jié)合延伸72 左右時，TaqDNA聚合酶有最大活性，可使DNA新鏈由5端向3端延伸(3)結(jié)果： 上述三步反應(yīng)完成后，一個DNA分子就變成了兩個DNA分子 ，隨著重復(fù)次數(shù)的增多，DNA分子就以2n的形式增加。PCR的反應(yīng)過程都是在PCR擴增儀中完成的。2.DNA的粗提取與鑒定(1)實驗原理(2)操作流程1.(2018經(jīng)典高考)為生產(chǎn)具有特定性能的淀粉酶，研究人員從某種海洋細(xì)菌中克隆了淀粉酶基因(1 656個堿基對)，利用基因工程大量制備淀粉酶，實驗流程如圖。請回答下列問題：(1)利用PCR技術(shù)擴增淀粉酶基因前，需先獲得細(xì)菌的_。(2)為了便于擴增的DNA片段與表達(dá)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(shè)計加入不同的限制性酶切位點，主要目的是_。(3)進(jìn)行擴增時，反應(yīng)的溫度和時間需根據(jù)具體情況進(jìn)行設(shè)定，下列選項中的設(shè)定與引物有關(guān)，的設(shè)定與擴增片段的長度有關(guān)。(填序號)變性溫度退火溫度延伸溫度變性時間退火時間延伸時間(4)如圖表示篩選獲得的工程菌中編碼淀粉酶的mRNA的部分堿基序列：5U3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(yù)測虛線框后的第一個密碼子最多有種。(5)獲得工程菌表達(dá)的淀粉酶后，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)果如表所示：緩沖液50 (mmolL1)Na2HPO4KH2PO450 (mmolL1)TrisHCl50 (mmolL1)GlyNaOHpH6.06.57.07.57.58.08.59.09.09.510.010.5酶相對活性%25.440.249.863.270.195.599.585.368.163.741.520.8根據(jù)上述實驗結(jié)果，初步判斷該淀粉酶活性最高的條件為_。解析(1)利用PCR技術(shù)擴增淀粉酶基因前，需先獲得細(xì)菌的基因組DNA。(2)構(gòu)建重組DNA分子時，需用限制性核酸內(nèi)切酶處理目的基因和載體，故需要在引物的5端添加限制性酶切位點，且常在兩條引物上設(shè)計添加不同的限制性酶切位點，這樣可以使DNA片段按照一定方向插入表達(dá)載體，防止目的基因或載體自身的黏性末端之間相互連接以及目的基因與載體反向連接。(3)利用PCR技術(shù)進(jìn)行擴增時，退火溫度的設(shè)定是成敗的關(guān)鍵，退火溫度過高會使引物無法與模板的堿基配對，所以退火溫度的設(shè)定與引物有關(guān)；延伸時間的設(shè)定與擴增片段的長度有關(guān)。(4)密碼子由mRNA上相鄰的3個堿基組成，所以該片段的24個堿基包含8個密碼子。該片段后面的第一個堿基為U，所以后面的密碼子最多可能有4416(種)，根據(jù)題干信息及題中給出的mRNA序列可知，虛線框后第一個密碼子不可能是終止密碼子，所以實際最多有13種密碼子。(5)由表格數(shù)據(jù)可知，該淀粉酶活性最高的條件是pH為8.5，緩沖液為50 mmol/L TrisHCl。答案(1)基因組DNA(2)5使DNA片段能定向插入表達(dá)載體，減少自連(3)(4)813(5)pH為8.5，緩沖液為50 mmoL/L TrisHCl2.(2019漢中市質(zhì)檢)回答下列有關(guān)PCR過程的問題：(1)PCR的每次循環(huán)可以分為三步。假設(shè)在PCR反應(yīng)中，只有一個DNA片段作為模板，請計算在5次循環(huán)后，反應(yīng)物中大約有個這樣的DNA片段。(2)請用簡圖表示出一個DNA片段在PCR反應(yīng)中第二輪的產(chǎn)物。(3)簡述PCR技術(shù)的主要應(yīng)用(要求3項以上)。_。解析(1)DNA復(fù)制時兩條鏈均作為模板，進(jìn)行半保留復(fù)制，所以復(fù)制5次后得到的子代DNA分子數(shù)為2532。(2)新合成的DNA鏈帶有引物，而最初的模板DNA的兩條鏈不帶有引物。(3)PCR技術(shù)可以對DNA分子進(jìn)行擴增，所以可用于遺傳疾病的診斷、刑偵破案、古生物學(xué)、基因克隆和DNA序列測定等方面。答案(1)變性、復(fù)性和延伸32(2)如圖所示(3)遺傳疾病的診斷、刑偵破案、古生物學(xué)、基因克隆和DNA序列測定(其中3項即可)澄清易錯易混強化科學(xué)思維易錯易混易錯點1目的基因的插入不是“隨意”的點撥目的基因的插入位點不是隨意的：基因表達(dá)需要啟動子與終止子的調(diào)控，所以目的基因應(yīng)插入到啟動子與終止子之間的部位，若目的基因插入到啟動子內(nèi)部，啟動子將失去原功能。易錯點2啟動子起始密碼子，終止子終止密碼子，對標(biāo)記基因的作用不明確點撥(1)啟動子：一段有特殊結(jié)構(gòu)的DNA片段，位于基因的首端。它是RNA聚合酶識別、結(jié)合的部位。(2)終止子：一段有特殊結(jié)構(gòu)的DNA片段，位于基因的尾端。作用是使轉(zhuǎn)錄過程停止。(3)起始密碼子和終止密碼子位于mRNA上，分別控制翻譯過程的啟動和終止。(4)標(biāo)記基因：一般為抗生素抗性基因或熒光基因等，其作用是鑒別受體細(xì)胞中是否含有目的基因(目的基因是否導(dǎo)入成功)，從而將含目的基因的細(xì)胞篩選出來。易錯點3切取目的基因與切取載體時并非“只能”使用“同一種酶”點撥(1)在獲取目的基因和切割載體時通常用同種限制酶，以獲得相同的黏性末端。但如果用兩種不同限制酶切割后形成的黏性末端相同時，在DNA連接酶的作用下目的基因與載體也可以連接起來。(2)為了防止載體或目的基因的黏性末端自己連接即所謂“環(huán)化”，可用不同的限制酶分別處理目的基因和載體，使目的基因兩側(cè)及載體上具有兩個不同的黏性末端。規(guī)范答題下表中列出了幾種限制性核酸內(nèi)切酶識別序列及其切割位點，圖1、圖2中箭頭表示相關(guān)限制性核酸內(nèi)切酶的酶切位點。請回答下列問題：限制酶BamH HindEcoRSma識別序列及切割位點(1)組建理想的載體需要對天然的質(zhì)粒進(jìn)行改造，人工改造質(zhì)粒時，要使目的基因能成功表達(dá)，還應(yīng)插入。若對圖中質(zhì)粒進(jìn)行改造，插入的Sma酶切位點越多，質(zhì)粒的熱穩(wěn)定性越低還是越高？_。(2)用圖中的質(zhì)粒和外源DNA構(gòu)建重組質(zhì)粒，能否使用Sma 切割？為什么？_。(3)構(gòu)建重組質(zhì)粒時能否使用BamH和Hind 兩種限制酶同時處理質(zhì)粒、外源DNA？，理由是_。(4)重組質(zhì)粒中抗生素抗性基因的作用是為了_。答卷采樣錯因分析考慮問題不全面，沒有認(rèn)真分析題中的圖示質(zhì)粒。正確答案：啟動子和終止子思維定勢，理解錯誤，誤認(rèn)為構(gòu)建重組質(zhì)粒時只能使用同一種限制酶切割。正確答案：能，可以阻止質(zhì)粒和含目的基因的外源DNA片段自身環(huán)化隨堂真題&預(yù)測1.(2017全國卷，38)幾丁質(zhì)是許多真菌細(xì)胞壁的重要成分，幾丁質(zhì)酶可催化幾丁質(zhì)水解。通過基因工程將幾丁質(zhì)酶基因轉(zhuǎn)入植物體內(nèi)，可增強其抗真菌病的能力?；卮鹣铝袉栴}：(1)在進(jìn)行基因工程操作時，若要從植物體中提取幾丁質(zhì)酶的mRNA，常選用嫩葉而不選用老葉作為實驗材料，原因是_。提取RNA時，提取液中需添加RNA酶抑制劑，其目的是_。(2)以mRNA為材料可以獲得cDNA，其原理是_。(3)若要使目的基因在受體細(xì)胞中表達(dá)，需要通過質(zhì)粒載體而不能直接將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞，原因是_(答出兩點即可)。(4)當(dāng)幾丁質(zhì)酶基因和質(zhì)粒載體連接時，DNA連接酶催化形成的化學(xué)鍵是_。(5)若獲得的轉(zhuǎn)基因植株(幾丁質(zhì)酶基因已經(jīng)整合到植物的基因組中)抗真菌病的能力沒有提高，根據(jù)中心法則分析，其可能的原因是_。解析(1)在進(jìn)行基因工程操作時，若要從植物體中提取幾丁質(zhì)酶的mRNA，常選用嫩葉而不選用老葉作為實驗材料，原因是相對于老葉而言嫩葉組織細(xì)胞更容易被破碎。提出RNA時，提取液中需添加RNA酶抑制劑，其目的是防止RNA降解。(2)以mRNA為材料獲得cDNA的原理是在逆轉(zhuǎn)錄酶的作用下，以mRNA為模板按照堿基互補配對的原則可以合成cDNA。(3)若要使目的基因在受體細(xì)胞中表達(dá)，需要通過質(zhì)粒載體而不能直接將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞，原因是目的基因無復(fù)制原點且目的基因無表達(dá)所需啟動子。(4)DNA連接酶催化形成的化學(xué)鍵是磷酸二酯鍵。(5)若獲得的轉(zhuǎn)基因植株不具備所期望的性狀表現(xiàn)，根據(jù)中心法則分析，其可能的原因是目的基因的轉(zhuǎn)錄或翻譯異常。答案(1)嫩葉組織細(xì)胞易破碎防止RNA降解(2)在逆轉(zhuǎn)錄酶的作用下，以mRNA為模板按照堿基互補配對的原則可以合成cDNA(3)目的基因無復(fù)制原點；目的基因無表達(dá)所需啟動子(4)磷酸二酯鍵(5)目的基因的轉(zhuǎn)錄或翻譯異常2.(2020高考預(yù)測)口蹄疫是由口蹄疫病毒引起的一種偶蹄動物傳染病，目前常用接種弱毒疫苗的方法預(yù)防。疫苗的主要成分是該病毒的一種結(jié)構(gòu)蛋白VPI。科學(xué)家嘗試?yán)棉D(zhuǎn)基因番茄來生產(chǎn)口蹄疫疫苗，過程如下圖所示。請據(jù)圖回答。(1)口蹄疫病毒的VPI蛋白進(jìn)入動物體內(nèi)，能引起機體產(chǎn)生特異性免疫反應(yīng)。VPI蛋白在免疫中稱為。(2)口蹄疫病毒的遺傳物質(zhì)為RNA，要獲得VPI基因可用的方法合成DNA，再用限制性核酸內(nèi)切酶將VPI基因片段切下。(3)下圖中將VPI基因插入質(zhì)粒，可以只用EcoR酶同時切割質(zhì)粒和VPI基因，也可以使用BamH 和Hind兩種限制酶同時酶切質(zhì)粒和VPI基因，后一個方法的優(yōu)點在于可以防止。(4)構(gòu)建重組質(zhì)粒，不能使用Sma酶切割，原因是_。限制酶BamHHind EcoRSma識別序列及切割位點 GGATCCCCTAGG AAGCTTTTCGAA GAATTCCTTAAG CCCGGGGGGCCC(5)若對上圖中質(zhì)粒進(jìn)行改造，插入的Sma酶切位點越多，質(zhì)粒的熱穩(wěn)定性如何變化，為什么？_。(6)番茄組織細(xì)胞具有性，因此，可以利用植物組織培養(yǎng)技術(shù)將導(dǎo)入目的基因的番茄組織細(xì)胞培育成完整植株。(7)如何檢測目的基因是否成功導(dǎo)入番茄？_。答案(1)抗原(2)逆轉(zhuǎn)錄(反轉(zhuǎn)錄)(3)自身環(huán)化(及反向連接)(4)如果使用Sma酶切割，將會破壞質(zhì)粒的抗性基因(標(biāo)記基因)，同時也會破壞目的基因片段(5)Sma識別的DNA序列只有G和C，而G和C之間可以形成三個氫鍵，A和T之間可以形成二個氫鍵，所以Sma酶切位點越多，熱穩(wěn)定性就越高(6)全能(7)DNA分子雜交課后強化訓(xùn)練 (時間：35分鐘)1.(2019湖北七市教科研協(xié)作體模擬)基因工程是從分子水平對基因進(jìn)行操作，從而實現(xiàn)人們定向改造生物，得到人們所需要的生物性狀或生物產(chǎn)品的技術(shù)。目的基因的獲取是基因工程的第一步，常見的方法是構(gòu)建基因組文庫。請分析并回答下列問題：(1)構(gòu)建基因組文庫的一般步驟：提取某種生物體內(nèi)的_，用適當(dāng)?shù)南拗泼柑幚?，得到一定范圍大小的DNA片段；DNA片段分別與載體結(jié)合，得到重組載體；將重組載體導(dǎo)入的群體中儲存，基因組文庫構(gòu)建完成。(2)與基因組文庫相比，cDNA文庫的基因數(shù)相對要少。其原因是_。(3)載體與DNA片段結(jié)合前，需要使用同種的限制酶處理。其目的是_。(4)受體菌被導(dǎo)入重組DNA分子之前，常用處理，提高導(dǎo)入的成功率。解析(1)構(gòu)建基因組文庫的一般步驟為：提取某種生物體內(nèi)的全部DNA或全部基因，用適當(dāng)?shù)南拗泼柑幚恚玫揭欢ǚ秶笮〉腄NA片段；DNA片段分別與載體結(jié)合，得到重組載體：重組載體導(dǎo)入受體菌的群體中儲存，基因組文庫構(gòu)建完成。(2)cDNA文庫只能收集到某生物發(fā)育到某時期已發(fā)生轉(zhuǎn)錄的基因，而基因組文庫能收集到該生物的全部基因，因此與基因組文庫相比，cDNA文庫的基因數(shù)相對要少。(3)載體與DNA片段結(jié)合前，需要使用同種的限制酶處理，以獲得與DNA片段相同的黏性末端。(4)將重組DNA導(dǎo)入受體菌群之前，常用鈣離子處理，以提高導(dǎo)入的成功率。答案(1)全部DNA或全部基因受體菌(2)cDNA文庫只能收集到某生物發(fā)育到某時期已發(fā)生轉(zhuǎn)錄的基因.而基因組文庫能收集到該生物的全部基因(3)獲得與DNA片段相同的黏性末端(4)Ca22.(2019山西太原模擬)基因療法所涉及的基因工程技術(shù)主要有三種，包括病毒載體導(dǎo)入、基因(編輯)和細(xì)胞改造。請回答：(1)第一種是將通過載體送入目標(biāo)細(xì)胞讓其發(fā)揮作用。該技術(shù)用來傳遞基因的載體多是病毒類載體，因為它們能。經(jīng)過基因改造后，這些作為載體的病毒具有的特點。(2)第二種是直接通過基因(編輯)技術(shù)修復(fù)目標(biāo)細(xì)胞的。基因(編輯)技術(shù)可以達(dá)到添加基因、消除基因或者的效果。(3)第三種則是從患者體內(nèi)提取細(xì)胞在體外進(jìn)行修改然后再重新輸回患者體內(nèi)發(fā)揮作用。例如，對造血干細(xì)胞進(jìn)行基因工程改造讓其制造內(nèi)源性的凝血因子，從理論上說能持續(xù)緩解血友病癥狀，而不需使用治療?；蛑委熯M(jìn)入了一個兼具安全性和有效性的時代。但你認(rèn)為這個領(lǐng)域中的問題是_。解析(1)將目的基因通過載體送入目標(biāo)細(xì)胞讓其發(fā)揮作用是基因工程中最常用的技術(shù)手段，該技術(shù)常用病毒類載體傳遞基因.主要是因為某些病毒能將基因整合進(jìn)宿主細(xì)胞的DNA分子，這些作為載體的病毒和轉(zhuǎn)入的目的基因?qū)λ拗骷?xì)胞無毒性。(2)直接通過基因(編輯)技術(shù)修復(fù)目標(biāo)細(xì)胞的缺陷基因，可以達(dá)到添加基因、消除基因或者矯正缺陷基因的效果，這是我們常用的基因治療技術(shù)。(3)對造血干細(xì)胞進(jìn)行基因工程改造讓其制造內(nèi)源性的凝血因子，從理論上說能持續(xù)緩解血友病癥狀，而不需輸凝血酶或輸血小板或輸凝血因子治療。在目前階段，基因治療這個領(lǐng)域中關(guān)鍵需要考慮的是載體的遺傳毒性、基因編輯的脫靶效應(yīng)、基因遞送和編輯的效率低等問題。答案(1)目的基因?qū)⒒蛘线M(jìn)宿主的DNA分子將目的基因轉(zhuǎn)移到宿主細(xì)胞中且無毒性(或載體無法增殖或無感染性)(2)缺陷基因矯正缺陷基因(3)輸凝血酶(或輸血小板或輸凝血因子)載體的遺傳毒性(或者基因編輯的脫靶效應(yīng)或者基因遞送和編輯的效率低)3.(2018河南洛陽尖子生第一次聯(lián)考)蘇云金桿菌是一種對昆蟲有致病作用的細(xì)菌，其殺蟲活性物質(zhì)主要是一類伴孢晶體蛋白。某種蘇云金桿菌產(chǎn)生的伴孢晶體蛋白含兩條肽鏈，共由126個氨基酸組成，經(jīng)昆蟲腸液消化成毒性肽。我國農(nóng)科院采用逆轉(zhuǎn)錄PCR技術(shù)獲取大量伴孢晶體蛋白基因，然后將目的基因通過載體導(dǎo)入到植物體內(nèi)，培育出抗蟲農(nóng)作物。請回答下列問題：(1)PCR技術(shù)擴增目的基因，每一循環(huán)包括變性、三步，一個目的基因通過PCR技術(shù)擴增，循環(huán)n次，共需要對引物。(2)若要使目的基因在受體細(xì)胞中表達(dá)，需要通過載體而不能直接將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞，原因是_(答出兩點即可)。(3)下圖表示蘇云金桿菌中質(zhì)粒和目的基因所在的DNA中相關(guān)的限制酶的切割位點，在基因工程實際操作中，一般應(yīng)選用酶切質(zhì)粒和含目的基因的外源DNA，這樣可以避免，并且便于后期篩選。(4)如果將伴孢晶體蛋白基因?qū)攵扼w植物，常用的方法是。(5)種植上述轉(zhuǎn)基因植物，它所攜帶的目的基因有可能通過花粉傳遞給近緣物種，造成“基因污染”。如果把目的基因?qū)肴~綠體DNA中，就可以避免上述“基因污染”，因為葉綠體基因的遺傳屬于，目的基因不會通過花粉傳遞給下一代。解析(1)在利用PCR技術(shù)擴增目的基因過程中，每一次循環(huán)都包括變性、復(fù)性和延伸過程。每一次擴增一個基因需要1對引物，因此循環(huán)n次需要引物2n1對。(2)基因表達(dá)載體包括復(fù)制原點、啟動子、終止子等結(jié)構(gòu)。通過逆轉(zhuǎn)錄得到的目的基因沒有這些結(jié)構(gòu)。(3)根據(jù)題圖可知，在質(zhì)粒和目的基因的兩側(cè)，都有Pst 和Hind 酶的識別序列，并且使用這兩種酶能保證質(zhì)粒中至少有一個標(biāo)記基因能夠正常表達(dá)，便于后期篩選，且可以使目的基因或質(zhì)粒被這兩種酶切割后產(chǎn)生的黏性末端不同，避免發(fā)生自身環(huán)化。(4)將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞的常用方法是農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法。(5)葉綠體中基因的遺傳屬于細(xì)胞質(zhì)遺傳。答案(1)復(fù)性延伸2n1(2)該目的基因無復(fù)制原點、無啟動子(3)Pst 和Hind 目的基因和質(zhì)粒在酶切后產(chǎn)生的片段發(fā)生自身環(huán)化或任意連接(4)農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法(5)細(xì)胞質(zhì)遺傳4.(2018遼寧省五校協(xié)作體聯(lián)考)白細(xì)胞介素是一類淋巴因子。研究人員將人白細(xì)胞介素的基因?qū)氲浇湍讣?xì)胞中，使其分泌出有活性的白細(xì)胞介素。(1)為增加白細(xì)胞介素基因的數(shù)量，可使用技術(shù)，但前提是必須知道基因的部分序列，目的是_。(2)在重組載體導(dǎo)入酵母菌細(xì)胞之前，需用處理酵母菌，白細(xì)胞介素基因進(jìn)入酵母菌細(xì)胞內(nèi)，并且在其細(xì)胞內(nèi)維持穩(wěn)定和表達(dá)的過程，稱為。在表達(dá)過程中，啟動子需與識別和結(jié)合，從而驅(qū)動轉(zhuǎn)錄過程。(3)在體液免疫過程中，白細(xì)胞介素是由細(xì)胞分泌的，為了能成功表達(dá)出白細(xì)胞介素，不使用細(xì)菌，而使用酵母細(xì)胞作為受體細(xì)胞，可能原因是_。(4)在分泌型表達(dá)載體和白細(xì)胞介素基因所在的DNA分子上均有多個限制酶的酶切位點，圖示過程獲得有效表達(dá)的重組載體使用了EcoR 和EcoR52兩種限制酶，與使用單一的限制酶相比，其優(yōu)點是_。解析(1)基因工程中，擴增目的基因利用的是PCR技術(shù)，但前提是要有一段已知目的基因的核苷酸序列，以便設(shè)計引物。(2)在重組載體導(dǎo)入酵母菌細(xì)胞之前，需用Ca2處理酵母菌，使酵母菌細(xì)胞處于感受態(tài)，白細(xì)胞介素基因進(jìn)入酵母菌細(xì)胞內(nèi)，并且在其細(xì)胞內(nèi)維持穩(wěn)定和表達(dá)的過程稱為轉(zhuǎn)化。在表達(dá)過程中，啟動子需與RNA聚合酶識別和結(jié)合，從而驅(qū)動轉(zhuǎn)錄過程。(3)在體液免疫過程中，白細(xì)胞介素是由T淋巴細(xì)胞分泌的；由于細(xì)菌屬于原核生物，細(xì)胞中無內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體等加工白細(xì)胞介素的細(xì)胞器，因此為了能成功表達(dá)出白細(xì)胞介素，不使用細(xì)菌，而使用酵母細(xì)胞作為受體細(xì)胞。(4)圖示過程獲得有效表達(dá)的重組載體使用了EcoR 和EcoR52兩種限制酶，與使用單一的限制酶相比，其優(yōu)點是能防止目的基因、表達(dá)載體發(fā)生自身環(huán)化或者目的基因反向接入分泌型表達(dá)載體中。答案(1)PCR設(shè)計引物(2)Ca2轉(zhuǎn)化RNA聚合酶(3)T淋巴細(xì)菌細(xì)胞中無內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體等加工白細(xì)胞介素的細(xì)胞器(4)能防止目的基因、表達(dá)載體發(fā)生自身環(huán)化或者目的基因反向接入分泌型表達(dá)載體中5.(2019河南天一大聯(lián)考)煙草具有較高的經(jīng)濟價值，但易遭受病蟲害。為獲得抗蟲的煙草植株，可將抗蟲基因?qū)霟煵菁?xì)胞。請回答下列問題：(1)農(nóng)桿菌的Ti質(zhì)粒上的TDNA具有的特點。將抗蟲基因插入TDNA上，導(dǎo)入用處理過的農(nóng)桿菌，篩選成功后讓其侵染能分泌化合物的煙草細(xì)胞，在該化合物的誘導(dǎo)下，Ti質(zhì)粒上的TDNA依次穿過農(nóng)桿菌的細(xì)胞壁、細(xì)胞膜，以及煙草細(xì)胞的、細(xì)胞膜、核膜進(jìn)入煙草的細(xì)胞核中，最后再通過技術(shù)獲得轉(zhuǎn)基因煙草植株。該技術(shù)是否成功還需要進(jìn)行檢測與鑒定，個體水平上的鑒定方法是。(2)上述方法雖比較經(jīng)濟，但是會存在安全性問題，如將抗蟲基因?qū)氲綗煵菁?xì)胞核的染色體DNA上，則抗蟲基因會隨(填“花粉”或“卵細(xì)胞”)擴散傳播，容易產(chǎn)生基因污染，故可以通過基因槍法將打入煙草細(xì)胞葉綠體以實現(xiàn)轉(zhuǎn)化。同時還應(yīng)注意，目的基因需導(dǎo)入植物細(xì)胞葉綠體的非基因序列中，目的是_。解析(1)農(nóng)桿菌的Ti質(zhì)粒上的TDNA具有可轉(zhuǎn)移至受體細(xì)胞并且能整合到受體細(xì)胞的染色體DNA上的特點。農(nóng)桿菌是細(xì)菌，將重組Ti質(zhì)粒轉(zhuǎn)入農(nóng)桿菌之前需將其用Ca2(CaCl2)處理使之成為能吸收環(huán)境中DNA分子的感受態(tài)細(xì)胞。受傷的煙草細(xì)胞會分泌酚類化合物吸引農(nóng)桿菌移向這些細(xì)胞。在該化合物的誘導(dǎo)下，Ti質(zhì)粒上的TDNA依次穿過農(nóng)桿菌細(xì)胞壁、細(xì)胞膜，以及煙草細(xì)胞的細(xì)胞壁、細(xì)胞膜、核膜進(jìn)入煙草的細(xì)胞核中，最后再通過植物組織培養(yǎng)技術(shù)獲得轉(zhuǎn)基因煙草植株。該技術(shù)是否成功還需要進(jìn)行檢測與鑒定，在個體水平上的鑒定方法是通過抗蟲接種實驗以確定煙草植株是否具有抗蟲特性及抗性的程度。(2)上述方法是將抗蟲基因?qū)霟煵菁?xì)胞核的染色體DNA上，雖然比較經(jīng)濟，但抗蟲基因會隨花粉擴散傳播從而產(chǎn)生基因污染，而存在安全性問題。因此，可通過基因槍法將抗蟲基因表達(dá)載體打入煙草細(xì)胞葉綠體以實現(xiàn)轉(zhuǎn)化。同時還應(yīng)注意，目的基因需導(dǎo)入植物細(xì)胞的葉綠體的非基因序列中，目的是避免葉綠體內(nèi)源(或自身)基因表達(dá)異常，影響煙草(葉綠體)的正常生理功能。答案(1)可轉(zhuǎn)移至受體細(xì)胞并且能整合到煙草細(xì)胞染色體的DNA上Ca2(或CaCl2)酚類細(xì)胞壁植物組織培養(yǎng)抗蟲接種實驗(2)花粉抗蟲基因表達(dá)載體(或“基因表達(dá)載體”)避免葉綠體內(nèi)源(或自身)基因表達(dá)異常，影響煙草(葉綠體)的正常生理功能6.(2019河南省普通高中畢業(yè)班適應(yīng)性考試)某質(zhì)粒上有Sal 、Hind 、BamH 三種限制酶切割位點，同時還含有抗四環(huán)素基因和抗氨芐青霉素基因。利用此質(zhì)粒獲得轉(zhuǎn)基因抗鹽煙草的過程，如下圖所示。請回答下列問題：(1)將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞，采用最多的方法是農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法。其中用到的質(zhì)粒是；該質(zhì)粒含有一段特殊的DNA片段，稱為。該方法中農(nóng)桿菌的作用是_。(2)在構(gòu)建重組質(zhì)粒時，和只用一種酶切割目的基因的兩端及質(zhì)粒相比，選用Hind 和Sal 兩種酶的好處是_。(3)含有目的基因的農(nóng)桿菌可根據(jù)標(biāo)記基因進(jìn)行篩選。若農(nóng)桿菌在含有氨芐青霉素和四環(huán)素的培養(yǎng)基上都可以生長繁殖，農(nóng)桿菌中是否已含有目的基因？(填“是”或“否”)。為什么？_。(4)將已經(jīng)轉(zhuǎn)化的農(nóng)