2023新高考新教材版生物高考第二輪復習-專題27基因工程和生物技術的安全性與倫理問題

2023新高考新教材版生物高考第二輪復習

專題28基因工程和生物技術的安全性與倫理問題

甲組

簡單情境

1.腫瘤細胞耐藥性機制（2022廣州二模,22節(jié)選）腫瘤已成為嚴重危害人類健康的高發(fā)病,主要的治療手

段有化療、放療和手術等，而腫瘤細胞對腫瘤藥物產生耐藥性是化療失敗的主要原因之一,研究表明腫瘤

細胞耐藥性的產生與過量表達的跨膜轉運蛋白BCRP有關,研究人員嘗試建立穩(wěn)定表達BCRP的細胞系。

回答下列問題：

Q）研究人員從人的（填"普通體細胞"或"癌細胞"）中提取出總RNA,逆轉錄后進行

PCR擴增獲得大量BCRP基因。

（2）隨后構建BCRP基因的真核表達載體，研究人員選擇了P質粒作為載體，因為其具有①能被真核細胞

識別的啟動子，作用是；②抗新霉素的標記基因;③多個限制酶切割位點，

作用是.

（3）在不破壞表達載體各功能序列的基礎上,對上述環(huán)狀載體進行酶切得到線性化載體，隨后將其導入受

體細胞，線性化載體可整合到染色體DNA上。聯系所學知識推測進行酶切得到線性化載體的原因

是O

答案Q）癌細胞（2）①RNA聚合酶識別和結合的位點③便于插入外源基因（3）與環(huán)狀載體相比，

線性化載體能更穩(wěn)定地詼并發(fā)揮功能

解析（1）分析題意可知，腫瘤細胞耐藥性的產生與過量表達的跨膜轉運蛋白BCRP有關，故為獲取BCRP

基因，需要從癌細胞中提取出總RNA,逆轉錄后進行PCR擴增。（2）啟動子是RNA聚合酶識別和結合的

位點用于驅動基因的轉錄過程;載體中有多個限制酶切割位點的作用是便于插入外源基因。⑶與環(huán)狀載

體相比，線性化載體能更穩(wěn)定地存在并發(fā)揮功能，故需要酶切得到線性化載體。

第1頁共30頁

復雜情境

2.逆轉錄-熒光PCR技術（2022廣東二模,22改編）如圖所示為RT-PCR（逆轉錄-熒光PCR技術）的原

理:PCR過程中探針和引物一起與模板結合，探針兩側分別帶有熒光基團和淬滅基團（抑制熒光發(fā)出），當

酶催化子鏈延伸至探針處時會水解探針，導致熒光基團與淬滅基團分離而發(fā)出熒光。

-J___i_1WUWUUUU病毒］

I「，HMMcDN\

I

n-TTT

引物米?弓型

熒光基團，淬滅基團

熒光檢測

請回答下列問題：

（DPCR技術的目的是.RT-PCR過程中，需先將RNA逆轉錄成

cDNA,故裝置中需添加的酶有。

（2）對新冠病毒進行檢測時，探針的設計依據是。探針與模板結合發(fā)生在PCR

循環(huán)中的（選填"變性""復性"或"延伸"）階段。

（3）若監(jiān)測系統(tǒng)檢測到熒光信號，則可判定該檢測樣本為陽性，其原理是。

（4）為了在沒有核酸檢測的條件下及早發(fā)現新冠病毒，我國于2022年3月11日推出新冠病毒抗原檢測

試劑盒作為核酸檢測的補充措施，該試劑盒的檢測原理是。

答案（1）大量擴增目的基因片段，用于檢測逆轉錄酶（2）一段已知目的基因的核甘酸序列復性

（3）樣本中的新冠病毒核酸會被探針識別，從而進行快速復制，導致監(jiān)測系統(tǒng)檢測到熒光信號（4）抗原與

抗體的特異性結合

解析（l）PCR技術的目的是大量擴增目的基因片段，用于基因工程或檢測。以RNA為模板逆轉錄成

cDNA,是逆轉錄過程，需要用到逆轉錄酶。（2）探針是可以與模板結合的一小段DNA序列，故設計的碰

是一段已知目的基因的核苗酸序列，變性過程是DNA雙鏈打開的過程,復性時，引物與探針結合到模板

第2頁共30頁

DNA上。（3）根據題意,當酶催化子鏈延伸至探針處時會水解探針，導致熒光基團與淬滅基團分離而發(fā)出

熒光。因此，樣本中有新冠病毒核酸時，能進行快速復制，導致監(jiān)測系統(tǒng)檢測到熒光信號。（4）新冠病毒抗

原檢測試劑盒的檢測原理是抗原與抗體的特異性結合。

復雜陌生情境

3.基因編輯技術（2022韶關二模,22）我國科學家黃三文團隊通過基因編輯技術培育出二■（音體自交系和

雜交優(yōu)勢顯著的雜交馬鈴薯品系“優(yōu)薯1號"，突破了百年來馬鈴薯自交不親和,薯塊只能無性繁殖的

難題。如圖是科學家用CRISPR/Cas9基因編輯技術定點敲除二倍體馬鈴薯的自交不親和基因的示意圖。

a鏈Cas9蛋白

/%//目標DNA

1

"二乙1

識別序列

|昌、向導RNA

|山川川iniimn川in川川川iHiHiiiiiiHiiimiiHHiiimiiiiiimni—口枷:DNA

（1）據圖分析CRISPR/Cas9基因編輯技術能對基因進行定點編輯，其原理是由一條單鏈向導RNA引導

Cas9蛋白到進行切割。已知CRISPR/Cas9僅存在于原核生物中，故需借助

技術才能在馬鈴薯細胞中發(fā)揮作用。Cas9蛋白和向導RNA結合形成的復合物能切割DNA,從功能上

來看該復合物相當于基因工程中的限制酶,CRISPR/Cas9打破了限制酶

的局限性。所以在使用CRISPR/Cas9系統(tǒng)對不同基因進行編輯時，應使用（填"相同"或"不

同"）的向導RNA。

（2）敲除二倍體馬鈴薯的自交不親和基因后可讓該植株自交觀察是否產生種子來檢測其作用效果，這屬

于水平的鑒定。

（3）基因編輯技術比傳統(tǒng)的基因工程技術更準確,目的性更強。通過上述材料，推測利用CRISPR/Cas9基

因編輯技術進行基因敲除的應用價值可能有

________________________（答出一點即可）。

第3頁共30頁

答案（1）一個特定的基因位點轉基因只能識別一種特定的核甘酸序列不同（2）個體生物學

（3）進行基因治療、研究基因功能、構建疾病治療動物模型等

解析（1）據題意可知，向導RNA是一條單鏈RNA,主要功能是與目標DNA（目的基因）上特定堿基序列

互補配對,從而定向引導Cas9蛋白與一個特定的基因位點進行結合，并在該位點切割DNA。因為

CRISPR/Cas9僅存在于原核生物中，而馬鈴薯屬于真核生物,故需借助轉基因技術才能實現基因在不同

生物間的轉移和表達。Cas9和向導RNA結合形成的復合物具有類似限制酶的作用，但限制酶在發(fā)揮作

用時只能識別一種特定的核昔酸序列，而CRISPR/Cas9則打破了這一局限性。CRISPR/Cas9系統(tǒng)具有

定向切除DNA片段的作用因此對不同基因進行編輯時，應使用不同的向導RNA,與相應的目標DNA進

行配對，完成定點切除。（2）敲除二倍體馬鈴薯的自交不親和基因后可讓該植株自交觀察是否產生種子來

檢測其作用效果，這屬于個體生物學水平的鑒定。⑶與傳統(tǒng)的基因工程相比較運用CRISPR/Ca9基因

編輯技術培育轉基因生物,可以更準確地進行目的基因的敲除，且明顯避免了目的基因隨機插入受體細

胞DNA引發(fā)的生物安全性問題,因此該技術有望應用在基因治療、研究基因功能、構建疾病治療動物

模型等方面。

4.基因敲除和基因沉默（2022佛山二模,22）心臟移植是挽救終末期心臟病患者生命唯一有效的手段，然

而心臟移植過程中會發(fā)生缺血再灌注損傷QRI）,可能導致心臟壞死。研究發(fā)現,IRI通過促進Caspase^

等一系列凋亡基因的表達，導致細胞凋亡壞死，最終引起器官損傷。根據Caspase8基因合成的小干擾

RNA（siRNA）可以使Caspase8基因沉默，有效抑制IRI所致的器官損傷。圖是利用豬的心肌細胞開展

siRNA作用研究的示意圖。

Caspnse8iRNA對應的

基因DNA序列

重組質粒誣N.A

pCMV質粒

-?E

第4頁共30頁

回答下列問題:

(1)圖中步驟②構建重組質粒需要使用等工具酶。與直接將siRNA導入豬的心肌

細胞相比，通過重組質粒將siRNA對應的DNA序列導入心肌細胞，其優(yōu)點是

____________________________________________________(答出一點)。

(2)siRNA對應DNA序列在心肌細胞中表達產生的siRNA,與RISC組裝形成基因沉默復合物，通過抑制

基因表達的過程使CaspaseS基因沉默，從而降低IRI引起的細胞凋亡。

(3)研究人員根據Caspase8基因的堿基序列，設計了三種序列分別導入豬的心肌細胞，通過測定靶基因

CaspaseS的mRNA含量來確定最優(yōu)序列。測定mRNA含量時，需提取心肌細胞的總RNA,經過

過程得到cDNA,再進行PCR擴增，測定PCR產物量，結果如圖所示。據此判斷最優(yōu)序列是。

(4)選用豬的心肌細胞作受體細胞是因為豬在基因、解剖結構、生理生化和免疫反應等方面與人類極為

相似。為了解決心臟移植供體短缺問題，許多科學家正在研究用豬心臟代替人的心臟。你認為將豬心臟

移植到人體面臨的最大挑戰(zhàn)是，請說出一種解決這一問題的思

路:O

答案Q)限制酶、DNA連接酶可持續(xù)產生siRNA,使靶基因長時間沉默(或:可以使質粒只在特定的組

織中表達;或:可構建某基因永久沉默的實驗動物模型)(2)翻譯(3)逆轉錄序列2(4)免疫排斥反應

可以利用基因工程技術將豬與免疫排斥有關的抗原基因敲除;轉入一些人類特有蛋白的基因，將豬細胞

偽裝成人的細胞

第5頁共30頁

解析（1）限制酶、DNA連接酶是構建重組質粒需要的工具酶。與直接將siRNA導入豬的心肌細胞相

比，通過重組質粒將siRNA對應的DNA序列導入心肌細胞,siRNA可隨重組質粒增殖而持續(xù)產生，從而

使靶基因長時間沉默。（2）據圖可知，基因沉默復合物作用于Caspase8mRNA,抑制了基因表達的翻譯

過程，使CaspaseS基因沉默。（3）測定mRNA含量時，需提取細胞總RNA,經過逆轉錄過程得到cDNA,

再進行PCR擴增，通過PCR產物的量間接反映細胞中相關基因的mRNA含量。根據圖示可知,在序列2

作用下,Caspase8的mRNA含量最低，表明其抑制效果最好,是最優(yōu)序列。（4）免疫排斥反應是將豬心臟

移植到人體面臨的最大挑戰(zhàn)。利用基因工程技術將豬與免疫排斥有關的抗原基因敲除，或轉入一些人類

特有蛋白的基因,將豬細胞偽裝成人的細胞等可能解決這一問題。

乙組

簡單情境

1.PCR技術改良植物（2022北京順義二模,13）水稻根部一般沒有根瘤菌,在種植時常需要施加氮肥?？?/p>

學家想利用基因工程技術將相關基因導入水稻細胞中，建立水稻"小型化肥廠"，讓水稻直接固氮，減少

使用氮肥的生產成本以及可能造成的環(huán)境污染。下列相關敘述錯誤的是（）

A.用PCR技術可從根瘤菌DNA中獲取固氮基因

B.PCR擴增后的目的基因可直接導入水稻細胞中

C.PCR技術可用于檢測目的基因是否插入水稻基因組中

D.實驗中需將轉基因水稻種植在缺氮培養(yǎng)液中進行篩選

答案BPCR技術的原理是模擬生物體內DNA分子的復制過程,特異性地快速擴增目的基因，故用

PCR技術可從根瘤菌DNA中獲取固氮基因,A正確。PCR擴增后的目的基因需要與載體結合，構建基因

表達載體后再導入水稻細胞中,B錯誤。PCR技術可用于檢測目的基因是否插入水稻基因組中，將PCR

產物進行電泳，若出現雜交帶則證明目的基因成功插入水稻基因組中;反之則沒有成功插入,C正確。具

第6頁共30頁

有固氮基因的水稻根系微生物能利用空氣中的氮氣，培養(yǎng)基中不需要加入氮源，故可用缺氮培養(yǎng)液對轉

基因水稻進行篩選,D正確。

2.基因修飾的異體器官移植(2022北京西城二模,14)科學家嘗試將經過基因修飾的豬心臟移植到人體，

下列敘述錯誤的是()

A.器官移植中的免疫排斥主要是由細胞免疫引起的

B.供體豬需敲除其參與免疫識別的相關基因

C.豬心移植可緩解器官移植中的供體短缺問題

D.由于種間差異，無需擔心供體攜帶的病毒基因

答案D器官移植中的免疫排斥主要是由細胞免疫引起的，在移植過程中應使用藥物抑制T細胞增

殖,A正確;供體豬的心臟屬于異體器官，移植到人體會產生免疫排斥反應，需敲除供體豬參與免疫識別的

相關基因以減少免疫排斥,B正確;豬的器官和人體有很好的免疫兼容性，可安全、成功地移植到人體內，

減少免疫排斥反應的發(fā)生,可緩解器官移植中供體器官短缺的問題,C正確;供體攜帶的病毒基因可能在

受體中表達并發(fā)揮作用，危害受體的健康，因此需要關注供體攜帶的病毒基因,D錯誤。

復雜情境

3.基因編輯(2022北京海淀一模,20)腸道微生物對宿主健康具有重要影響,但目前缺乏對特定菌株進行

基因編輯的有效手段?？蒲腥藛T嘗試使用M13噬菌體作為載體,對大腸桿菌進行基因編輯。

(l)Mi3噬菌體與T2噬菌體相似，能夠侵染大腸桿菌，在侵染過程中，其蛋白質外殼留在菌體外，頭部的—

注入菌體內，指導子代噬菌體的復制增殖。與T2噬菌體不同的是，被MI3噬菌體侵染的大腸桿菌不發(fā)生

裂解。

(2)科研人員將綠色熒光蛋白基因特異性序列(sgfp)、Cas酶基因與利用特定方法得到的M13噬菌體的

環(huán)狀DNA進行重組，構建重組基因編輯質粒(pCG)、如圖L

第7頁共30頁

注：

Ori一復制原點

Cm，—竣節(jié)青霉素抗性基因

Cas一基因編輯酶的基因

sgfp一綠色熒光蛋白基因

特定序列

圖1

①構建pCG需要用到的工具酶有。

②以pCG的綠色熒光蛋白基因特異性序列(sgfp)經過程形成的RNA,會靶向結合綠色熒光蛋

白基因，從而使Cas酶能夠切割綠色熒光蛋白基因。

(3)科研人員將綠色熒光蛋白基因和紅色熒光蛋白基因導入大腸桿菌，獲得GS菌株。先用添加GS菌株

的飼料喂養(yǎng)小鼠，一段時間后，將小鼠分為實驗組和對照組。其中,實驗組小鼠用添加含的M13

噬菌體和的飼料喂養(yǎng)，以篩選獲得腸道微生物被基因編輯的小鼠。本實驗對照組使用的質粒

應當包括圖1中的—.

a.Cmrb.sgfpc.Orid.Cas

(4)為確認Mi3噬菌體作為載體對大腸桿菌進行基因編輯的可行性和特異性，科研人員檢測腸道微生物

的變化，結果如圖2。

OIOIOMO5O1O31O41G,010'KT10s

綠色熒光強度

第8頁共30頁

①圖2中,標號為a、c的區(qū)域分別代表含有紅色熒光的微生物和無熒光的微生物,b區(qū)域代表含有

熒光的微生物。

②圖3-1為實驗組第0天小鼠腸道微生物的熒光情況。請在圖3-2中標注該組小鼠第14天時腸道微

生物的熒光區(qū)域編號。

③圖2表明,實驗中M13噬菌體能.

答案（l）DNA（2）限制酶和DNA連接酶轉錄（3）pCG竣莘青霉素acd（4）①紅、綠疊加色

②

實驗組：第14大狀態(tài)

③成功地特異性敲除綠色熒光雷白基因

解析（1）T2噬菌體侵染大腸桿菌時,頭部的DNA注入菌體內,而蛋白質外殼留在菌體外。（2）構建重組

基因編輯質粒（pCG）需要DNA連接酶（連接目的基因和載體）和限制酶（切割目的基因和載體）這兩種工

具酶。pCG的綠色熒光蛋白基因特異性序列（sgfp）可經轉錄過程形成RNA。⑶由題圖可知,pCG上的

標記基因為竣莘青霉素抗性基因,因此實驗組小鼠可用添加含pCG的M13噬菌體和竣莘青霉素的飼料

喂養(yǎng)，以篩選獲得腸道微生物被基因編輯的小鼠。根據實驗要遵循單一變量原則，結合pCG的綠色熒光

雷白基因的特異性序列為sgfp,可知本實驗對照組使用的質粒應不含sgfp,即應包括圖1中的Cm、Ori、

Cas。（4）①據圖2可知，橫軸表示綠色熒光強度，縱軸表示紅色熒光強度，則b區(qū)域代表含有紅、綠疊加

色熒光的微生物。②根據圖2可知，實驗組第14天小鼠含有a熒光區(qū)域和c熒光區(qū)域,b熒光區(qū)域消失,

且c熒光區(qū)域大〃環(huán)口第0天小鼠中的幾乎一致，具體標注見答案。③根據圖2,實驗組小鼠出現a熒光區(qū)

域,b熒光區(qū)域消失，而對照組小鼠沒有a熒光區(qū)域,b熒光區(qū)域仍然存在,再結合a熒光區(qū)域代表含有紅

色熒光的微生物,b熒光區(qū)域表示含有紅、綠疊加色熒光的微生物可知,M13噬菌體能成功地特異性敲除

綠色熒光蛋白基因。

第9頁共30頁

4.植原體與“僵尸植物"（2022北京西城二模,19）學習以下材料，回答（1）~（4）題。

植原體與"僵尸植物"

植原體是無細胞壁的原核生物，生活于植物韌皮部篩管細胞中,主要靠葉蟬、飛虱等從韌皮部取食的

昆蟲傳播。植原體能危害上千種植物，棗瘋病、泡桐叢枝病、水稻黃萎病等均是由植原體侵染所致。植

原體病害的顯著特征是被感染植物常出現花變葉（花芽異常發(fā)育成葉狀體）、叢枝癥（芽和枝條過度增殖）

等典型形態(tài)改變，導致植物無法正常生長、繁殖而淪為植原體滋生和蟲媒傳播的溫床。"僵尸植物"就

是用以形容被植原體侵染的植物。

SPL和GATA這兩類蛋白是植物生長發(fā)育的重要調控因子,可抑制植株分枝形成，調節(jié)葉片和花的發(fā)

育。研究發(fā)現植原體效應因子P05能特異識別SPL和GATA并使之降解,導致植物不斷產生葉片和敗

育小枝但不衰老，呈現“僵尸”狀態(tài)。通常情況下，細胞內的一些錯誤折疊蛋白、不再需要的蛋白與泛素

（Ub）結合,這些被Ub標記的蛋白最終被蛋白酶體識別并降解（圖1）,70%的蛋白降解依賴這種泛素化過

程。有意思的是，植原體的P05通過“劫持"蛋白酶體上的泛素受體R10,形成P05-R10-SPL/GATA異

源三聚體,直接介導目標蛋白在蛋白酶體降解（圖2）,該過程并不需要Ub的參與。

植原體也可以侵染葉蟬、飛虱等昆蟲，但對昆蟲宿主一般無害?？茖W家通過比對動、植物體內的R10

序列，發(fā)現二者有個氨基酸的差異，正是這種小小的差異造成并不結合昆蟲的植原體

2P05R10oP05

作用機理的研究為精細調控作物生長、靶向蛋白降解、防治蟲媒病害提供了全新的思路。

第10頁共30頁

(1)植原體細胞生存與增殖必需的結構或物質包括(填選項前字母)，其與"僵尸植物”的種間關

系為.

A.細胞壁B細胞膜C.細胞核

D.核糖體E.核酸F.酶

(2)闡釋植原體通過如何"操縱"植物細胞內的蛋白酶體實現利己不利宿主的機制。

(3)下列哪些實驗可為"僵尸植物"產生機制提供證據.

A.將P05基因導入擬南芥，觀察植株的形態(tài)變化

B.用蛋白酶體抑制劑處理被植原體侵染的擬南芥，檢測SPL和GATA的含量

C.敲除擬南芥的R10基因，再用植原體侵染，檢測SPL和GATA的含量

D.用P05基因敲除的植原體侵染擬南芥，觀察植株表型變化

(4)綜合本文信息，利用現代生物技術設計預防棗瘋病發(fā)生的基本操作程序。

答案⑴BDEF寄生(2)①P05識別并結合SPL和GATA,直接介導代謝所需正常蛋白在蛋白酶體

的降解，導致花變葉、分枝的形成,植物不能繁殖，同時為植原體提供更多營養(yǎng);②植物衰老延遲，增加昆蟲

取食的次數，有利于植原體通過昆蟲傳播;③P05"劫持"蛋白酶體上的R10,使得被泛素標記的、本該降

解的蛋白依然存在，影響植物正常生長發(fā)育。(3)ABCD(4)定點突變或基因編輯植物R10基因，使其

編碼的兩個特殊的氨基酸序列突變成動物R10上對應編碼的氨基酸序列(獲取動物的R10基因)—構建

含突變R10基因的表達載體-導入棗樹細胞，進行組織培養(yǎng)一檢測和鑒定再生棗樹中的突變R10基因

(植原體侵染并觀察棗樹表型變化)

解析Q)根據材料可知，植原體是無細胞壁的原核生物，則其也沒有細胞核，故選BDEF;植原體生活于植

物韌皮部篩管細胞中，與“僵尸植物”的種間關系屬于寄生。⑵①由材料信息"植原體的P05通過劫

持’……直接介導目標蛋白在蛋白酶體降解"和"植原體效應因子P05能特異識別SPL和GATA并使

之降解，導致植物不斷產生葉片和敗育小枝但不衰老"可知,P05能特異性識別并結合SPL和GATA,直

第11頁共30頁

接介導目標蛋白在蛋白酶體降解，導致植物不斷產生葉片和敗育4或，不能分化成花,從而不能繁殖，這樣

就可為植原體提供更多營養(yǎng)。②植物延遲衰老，可以增加昆蟲取食次數，有利于植原體通過昆蟲的傳播進

行繁衍。③P05"劫持"蛋白酶體上的泛素受體R10,使得被泛素標記的需要降解的蛋白質依然存在，影

響植物正常生長發(fā)育。⑶由材料可知，效應因子P05的作用與SPL和GATA有關，且能"劫持"蛋白酶

體上的泛素受體R10,從而影響植物生長及葉片和花的發(fā)育，可知ABCD都合理。（4）植原體也可以侵染

葉蟬、飛虱等昆蟲，但對昆蟲宿主一般無害，原因是動植物的R10序列有2個氨基酸的差異，這種差異造

成P05并不結合昆蟲的R10。因此可以利用現代生物技術改造植物的R10基因,具體方法為定點突變

或基因編輯植物R10基因，使其編碼的兩個特殊的氨基酸序列突變成動物R10上對應編碼的氨基酸序

列（獲取動物的R10基因）-構建含突變R10基因的表達載體-導入棗樹細胞，進行組織培養(yǎng)一檢測和鑒

定再生棗樹中的突變R10基因（植原體侵染并觀察棗樹表型變化）。

丙組

簡單情境

1.靶向基因敲除技術（2022南京三模,13）如圖是一種靶向基因敲除技術即TALEN技術。該技術的敲除工

具是由DNA識別域TALE和非特異性內切核酸酶FoKI兩個部分組成的蛋白質。TALE的二連氨基酸

（字母N、I、G、H、D分別代表一種氨基酸）與四種堿基（A、G、C、T）有恒定的對應關系。FoKI是一

種形成二聚體后具有內切核酸酶活性的蛋白單體。下列相關敘述錯誤的是（）

TALE-白左臂

|N|H|N|N|NNH|N|N|N|N|V-------：~X

5,西剛GININNIIdW-oKI』3,

3,I靶基因左側序列I2I靶基因右側序列I5,

N\IIII\IINH

(；I1)(；1)\\I1)

TALE:白右臂

A.單獨使用FoKI對基因的切割敲除具有隨機性

B.TALE蛋白的合成通常涉及PCR技術和蛋白質工程

C.二連氨基酸能與四種含氮堿基發(fā)生恒定的堿基互補配對

D.TALE蛋白左右臂的二連氨基酸序列的設計磁靶基因堿基序列

答案C根據題干信息分析,FoKI是一種非特異性內切核酸酶，若單獨使用FoKI對基因的切割敲除

具有隨機性,A正確;分析題圖可以看出TALE蛋白左右臂中間有FoKI結合的部位，因此完整的TALE

蛋白的合成通常涉及PCR技術和蛋白質工程,B正確;根據題干信息分析,TALE的二連氨基酸與四種堿

基有恒定的對應關系，但不能說二連氨基酸能與四種含氮堿基發(fā)生恒定的堿基互補配對,C錯誤:由于

TALE的二連氨基酸與四種堿基有恒定的對應關系，因此TALE蛋白左右臂的二連氨基酸序列的設計可

依據靶基因堿基序列,D正確。

第12頁共30頁

2.甲醇酵母菌（2022揚州中學3月月考,13）甲醇酵母菌是基因工程中常用的受體菌,它可以高效表達外源

蛋白,但自身蛋白分泌到培養(yǎng)基的較少。研究人員將人的膠原蛋白基因導入甲醇酵母中并成功表達。下

列有關敘述錯誤的是（）

A.用兩種酶切割目的基因和質粒，可防止目的基因反向連接和質粒的自身環(huán)化

B.常用顯微注射法將膠原蛋白基因導入甲醇酵母中

C.與大腸桿菌相比.甲醇酵母作受體菌所表達出的膠原雷白與人體產生的膠原蛋白結構更相近

D.與其他酵母菌相比,甲醇酵母作受體菌便于表達出的膠原蛋白的分離與純化

答案B用兩種酶切割目的基因和質粒，可以防止目的基因的反向連接和質粒的自身環(huán)化,A正確:常用

制備感受態(tài)細胞的方法，將目的基因導入微生物細胞,B錯誤;與大腸桿菌作受體相比，甲醇酵母為真核生

物，其表達出的膠原蛋白可經過內質網和高爾基體的加工，與人體產生的膠原雷白結構更相近,C正確;與

其他酵母菌相比.甲醇酵母可以高效表達外源蛋白，但自身蛋白分泌到培養(yǎng)基的較少.便于目的蛋白的分

離與純化,D正確。

復雜情境

3.Cre/loxP重組酶系統(tǒng)（2022泰州泰興中學4月考,24）Cre/loxP重組酶系統(tǒng)是對轉基因受體細胞DNA上

的特定序列進行定點切割和重新連接，從而在基因或染色體水平上對生物基因進行遺傳改造的一種技術。

請回答下列問題：

,一,—、@

51—ATAACHTCCTATA—ATGTATGC—TATACGAAOTAT—3（

3'—TATTCAACCATAT—TACATACCTTATCCTTCAATA—5'

圖I

（DloxP具有方向性，結構如圖1所示，其中決定方向的序列是（填序號）。

（2）Cre酶能催化如圖2所示的反應，隨機識別DNA分子上同向排列的兩個相同的loxP序列,并在圖1的

②中特定位點切斷DNA雙鏈，切口被重新連接后，保留片段，從而實現目標基因的敲除。若經

Cre酶作用使得兩個loxP位點間的序列發(fā)生反轉,其原因可能是o

（3）Cre/loxP重組酶系統(tǒng)可以調控基因的表達，在目的基因（填"上游"或"下游"）插入一個帶有

loxP位點的編碼終止密碼子的序列，在Cre酶存在的情況下，目的基因（填"表達"或"不表

達"）。

（4）抗蟲煙草的制備過程中.通常用法將重組質粒導入煙草細胞，導入成功后，標記基因如抗除草

劑基因可用Cre/loxP重組酶系統(tǒng)將其，其繼續(xù)留在煙草體內可能會將抗除草劑基因轉移

到雜草中，造成基因污染。

（5）GUS基因編碼的酶可將無色底物生成藍色產物,GFP基因會產生綠色熒光蛋白酒己合Cre/loxP重組酶

系統(tǒng)來研究發(fā)育生物學的問題。

35SloxPOUSloxPGFP

圖3

第13頁共30頁

①構建基因表達載體時，可用酶將loxP序列、GUS基因及GFP基因連接，接上35S啟動子

之后可在組織中檢測出藍色區(qū)而無綠色熒光區(qū)（如圖3所示），這是由于基因自身無啟動子而無

法表達。

②Cre基因經38℃熱處理后可被激活表達，在此前提下組織中可檢測出綠色熒光區(qū)，據此分析綠色熒光

區(qū)形成的原因是，采用等手段可以擴大組織中綠色熒

光區(qū)的面積。

答案⑴②（2）2兩個loxP序列方向相反（3）上游表達（4）農桿菌轉化敲除（5）①限制酶和

DNA連接GFP②Cre酶能（特異性識別并）切割loxP序列，使GFP基因得以表達延長熱處理時間

解析（1）由圖1可知，決定方向的是序列②。（2）Cre酶識別兩個相同的loxP序列,從而實現對目標基因

的敲除，片段1自身環(huán)化且?guī)в写贸?因此應保留片段2。若兩個loxP位點間的序列發(fā)生反轉，則

可能是兩個loxP序列方向相反。（3）Cre/loxP重組酶系統(tǒng)可以調控基因的表達，在目的基因上游插入帶有

loxP位點的編碼終止密碼子的序列,Cre酶會切開loxP位點，使編碼終止密碼子的序列不發(fā)揮作用.因此

目的基因表達。（4）將目的基因導入植物細胞通常采用農桿菌轉化法.導入成功后，可用Cre/loxP重組酶系

統(tǒng)將抗除草劑基因敲除,其繼續(xù)留在煙草體內可能會轉移到雜草中.造成基因污染。（5）①構建基因表達載

體時,可用限制酶和DNA連接酶處理相關基因，使loxP序列、GUS基因及GFP基因連接，接上35S啟動

子之后可在組織中檢測出藍色區(qū)而無綠色熒光區(qū)，是因為GFP基因自身無啟動子不能表達。②Cre基因

經過熱處理后被激活表達,Cre酶切割了loxP序列，使GFP基因得以表達，最終出現綠色熒光區(qū).延長熱處

理的時間使Cre基因充分表達，可以擴大綠色熒光區(qū)面積。

4.實時熒光RT-PCR技術（2022江蘇新高考基地4月聯考,6）實時熒光RT-PCR技術（RT-qPCR）利用熒光

標記探針對擴增產物量進行實時跟蹤,再根據擴增曲線計算出起始模板量.即樣本病毒載量。如圖是利用

RT-qPCR進行新型冠狀病毒（SARS-CoV-2）載量測定的主要過程。請據圖回答:

樣本采集及

病毒滅活處理

步驟1：熒夢測/

病毒

RNA①白葡K、RNA/片中帶啾

提取酶抑制劑）7六反?譬尤

步驟3：

---------3,病毒RNA'qPCR

酶X、引物、

步驟2：②酶N、引物、自

-dNTP等③.1NTP,熒光

病毒513探針等

cDNA延伸|勿引物M

合血RO

RNA-DNAR

雜交分子

⑴過程①中,RNA提取裂解液可同時滅活病毒，原因是。采集到的樣本

要迅速進行病毒滅活處理，其目的是oRNA酶抑制劑的作用

是O

⑵過程②中加入的酶N是.根據圖示保證病毒核酸檢測準確的關鍵

是O

（3）在進行新冠病毒核酸檢測時，通常以病毒的ORFlab基因為檢測的目標基因,是因為ORFlab基因具有

的特點。檢測試劑中還加有“陽性對照"和“陰性對照"，陰性對照的主要作用

是O

（4）如表是SARS-CoV-2核酸檢測時PCR儀參數設定要求：

步驟溫度時間循環(huán)

a.病毒cDNA合成500C15min1

第14頁共30頁

b.預變性95℃5min1

c.變性95℃5s

d.?60℃40s45

①步驟a的反應時間要足夠長，其目的是。

②步驟d主要包括PCR過程的階段。

（5）臨床上K各癥狀及影像學結果高度疑似、核酸多次檢測為“陰性"的現象稱為檢測結果"假陰性"，

導致"假陰性"結果可能是由于（填序號）

①檢測者處于感染初期②檢測者感染時間較長③樣本采集位置不規(guī)范④樣品稀釋度不足⑤病

毒出現變異

答案（1）蛋白酶K能催化病毒蛋白質水解提高樣本轉運和檢測階段的安全性防止樣本RNA水解，

影響檢測結果的準確性⑵逆轉錄酶設計引物和探針的特異性⑶特異性強、基因結構相對穩(wěn)定（變

異?。┡懦驒z測過程、試劑等因素引起的假陽性（4）①保證樣本中病毒RNA均能逆轉錄形成cDNA

②退火（或復性）、延伸（5）①②③⑤

解析（1）分析題圖，過程①中,RNA提取裂解液含有的蛋白酶K可水解病毒蛋白質，起到滅活病毒的作用。

采樣后迅速進行病毒滅活，可以防止樣本在運輸和檢測階段造成病毒泄漏，以提高樣本轉運和檢測階段

的安全性。RNA酶能催化RNA水解,RNA提取裂解液中的RNA酶抑制劑可以防止病毒RNA被水解，

進而影響檢測結果的準確性。⑵過程②為逆轉錄，需要逆轉錄酶催化，說明加入的酶N是逆轉錄酶。采

用實時熒光PCR技術檢測病毒核酸.其關鍵是設計新冠病毒基因的特異性引物和依據檢測的基因內部

特異序列設計特異性探針。⑶在進行新冠病毒核酸檢測時，選擇檢測的目標基因應具有特異性強、基因

結構相對穩(wěn)定（變異?。┑奶攸c。設置"陰性對照”的目的是排除因檢測過程、檢測試劑等因素引起的假

陽性。（4）①表格中步驟a為逆轉錄，該步驟反應時間要足夠長，其目的是使病毒RNA均能逆轉錄形成

cDNAo②步驟d是實時熒光PCR中變性后的兩個步驟:退火（或稱復性）和延伸。⑸檢測者處于感染初

期,其樣本中病毒載量少，由于檢測的靈敏度限制，可能使檢測結果出現假陰性,①符合題意:檢測者感染時

間較長，由于自身免疫,可能使樣本中病毒載量很低，進而導致檢測結果出現假陰性,②符合題意;樣本采集

位置不規(guī)范、樣品稀釋度過高等可造成樣品中病毒載量低，進而導致檢測結果出現假陰性，③符合題意，④

與題意不符;若病毒發(fā)生了變異，可能會使試劑中引物不能跟模板結合，不能獲得PCR產物,也會使檢測結

果出現假陰性，⑤符合題意。

丁組

復雜情境

1.剔除標記基因（2022濟寧二模,20）（不定項）如圖是基因工程育種過程中剔除轉基因植物標記基因的一

種策略，下列敘述正確的是（）

第15頁共30頁

雜交分離

農桿菌2

GOI-.目的基因

SMC：標記基因

A.圖中的兩個質粒,都帶有T-DNA序列

B.該方法可以將標記基因和目的基因轉移到同源染色體上

C.獲得的無篩選標記轉基因植株發(fā)生了染色體結構變異

D.除去轉化植株的標記基因必須經過有性繁殖階段的基因重組

答案ABD圖中的兩個質粒均為農桿菌的Ti質粒都帶有T-DNA序列,A正確;T-DNA序列可以將目

的基因整合到宿主細胞的染色體上，對Ti質粒進行改造，可以將標記基因和目的基因轉移到同源染色體

上,B正確;經過雜交過程，獲得了無篩選標記的轉基因植株，該過程中發(fā)生了基因重組（非同源染色體的自

由組合）,C錯誤;結合圖示可知，經過有性繁殖階段的基因重組除去了轉化植株的標記基因.D正確。

知識歸納農桿菌中的Ti質粒上的T-DNA（可轉移的DNA）可轉移至受體細胞，并且整合到受體細胞的

染色體DNA上。將目的基因插入Ti質粒的T-DNA上，可通過農桿菌的轉化作用，使目的基因進入植物

細胞，并將其插入植物細胞的染色體DNA上。

2.用引物檢測個體的基因組成（2022泰安二模15）用農桿菌侵染水稻（二倍體）細胞.獲得1條染色體上R

基因被插入T-DNA的個體TO。T-DNA插入基因的位置如圖1所示。T0自交得T1.同時用Pl、P2、P3

為引物檢測T1個體的基因組成情況，如圖2所示。（圖1箭頭方向為引物所在子鏈的延伸方向;R基因被

T-DNA插入后，用Pl、P2為引物無法完成PCR）。下列說法錯誤的是（）

T-DNAP3

第16頁共30頁

P1+P2

P2+P3

圖2

A.該實驗中所用的Pl、P2、P3三種引物均為單鏈DNA

B.R基因被T-DNA插入后可能會導致基因無法表達相應蛋白

C.用Pl、P2引物進行PCR得到產物的個體均為R基因純合子

D.W、H、M個體的比例不為1：2：1,可能是因為調查的樣本數量較小

答案C引物一般為單鏈DNA分子,A正確;R基因被T-DNA插入后,R基因被破壞，所以可能無法表達

相應蛋白,B正確;R基因被T-DNA插入后，用Pl、P2為引物無法完成PCR,用Pl、P2引物進行PCR得

到產物的個體不可能是R基因純合子,C錯誤;TO為雜合子啟交后代W、H、M個體的比例理論上為

1：2：1,圖中W、H、M個體的比例不為1：2：1,可能是因為調查的樣本數量較小，誤差較大所致,D正

確。

3多基因表達載體（2022濟寧二模,6）OsGLOl、氏CAT、EcGCL和TSR四個基因分別編碼四種不同的酶,

研究人員將這些基因分別與葉綠體轉運肽（引導合成的蛋白質進入葉綠體）基因連接，構建多基因表達載

體（載體中部分序列如圖所示），利用農桿菌轉化法轉化棉花，在棉花葉綠體內構建了一條新的代謝途徑，

提高了棉花的產量。下列敘述正確的是（）

潮霉素抗卡那霉素

性基因EcCATOsGLOl&CC7,*7SA抗性基因

L------------------------T-DNA------------------------J

注：6啟動子。終止子的葉綠體轉運肽

A.四個基因都在棉花葉綠體內進行轉錄、翻譯

B.OsGLOl.EcCAT基因轉錄時以DNA的同一條單鏈為模板

C應選用含卡那霉素的培養(yǎng)基篩選被農桿菌轉化的棉花細胞

D.可用抗原一抗體雜交技術檢測四種酶在轉基因棉花中的表達情況

第17頁共30頁

答案D利用農桿菌轉化法轉化棉花，可使目的基因插入棉花細胞的染色體DNA上，所以與葉綠體轉

運肽基因連接的四個基因，在棉花細胞核內進行轉錄，在核糖體上進行翻譯,之后在葉綠體轉運肽的引導

下進入葉綠體,A錯誤:在同一個T-DNA中OsGLOl基因和EcCAT基因的啟動子啟動轉錄的方向不同，

因此OsGLOl、EcCAT基因轉錄時不是以DNA的同一條單鏈為模板的.B錯誤:只有Ti質粒的T-DNA

能轉移到受體細胞的染色體DNA上，卡那霉素抗性基因不在T-DNA中,而潮霉素抗性基因在T-DNA中.

應選用含潮霉素的培養(yǎng)基篩選被農桿菌轉化的棉花細胞,C錯誤:可用抗原一抗體雜交技術檢測四種酶

在轉基因棉花中的表達量情況,D正確。

名師點睛RNA聚合酶只能從啟動子部位與基因結合,且只與基因①NA）的3,端結合，因此轉錄形成

mRNA時只能由5,端向3,端延伸，且mRNA的延伸方向與模板鏈的方向相反。

復雜陌生情境

4.亞洲棉光籽性狀遺傳機制（2022濟寧二模,25）亞洲棉的光籽（突變體無短絨）和毛籽（野生型有短絨）是一

對相對性狀，中國農業(yè)科學院棉花研究所對亞洲棉光籽性狀遺傳機制進行了研究，發(fā)現突變體光籽表型

的出現與8號染色體上DNA片段發(fā)生突變有關，研究者提取突變體和野生型的8號染色體的DNA進行

PCR,產物擴增后電泳結果如圖：

4k

11

880kb至903kb區(qū)間

注：1代表擴增的區(qū)間.

引物1引物2引物3引物4引物5引物6引物7引物8

其左側數字為引物對編號；

□□□□□□□□□□口口□□□□

口代表點樣處，每對引物

■對應的電泳結果左為野生

■■■■

n■■■型，右為突變體。

□■■口幽

BD■

（1）據圖分析，該PCR過程是根據野生型毛籽棉的DNA序列設計連續(xù)的重

疊引物對。電泳結果表明相對分子質量較大的擴增產物與點樣處的距離較（選填"大"或"小