专题强化训练21-现代生物科技专题

专题强化训练21现代生物科技专题1.(2018·广东汕头毕业班教学质检)下图是绿色荧光蛋白转基因克隆猪的培育过程示意图,请据图同答:(1)分析可知,科学家获取绿色荧光蛋白基因所运用的限制酶是图中所示的。最终获得的绿色荧光蛋白基因的末端类型属于。构建基因表达载体的目的是

,

基因表达载体的组成含有复制原点、目的基因、启动子、。

(2)图示工程中,将重组质粒导入猪胎儿成纤维细胞,常用的方法是。

(3)图示中,作为受体细胞的去核卵母细胞一般处在期,常通过(物理方法)进行激活,使其完成减数分裂和发育进程。

解析:(1)图中所示的限制酶PstⅠ和EcoRⅠ可以切割DNA片段,获取绿色荧光蛋白基因,并且不破坏目的基因。限制酶切割产生的DNA片段末端不平整,即末端为黏性末端。目的基因需要运载体,才能进入受体细胞,并在受体细胞中稳定存在并进行大量克隆和表达,发挥相应的作用。基因表达载体的组成含有复制原点、目的基因、启动子、终止子和标记基因。(2)因受体细胞为动物细胞,常用的方法是显微注射法。(3)受体细胞常选用去核卵(母)细胞的原因:卵(母)细胞大,容易操作;卵(母)细胞质多,营养丰富;含有促使细胞全能性表达的物质。一般取处在MⅡ中(减数第二次分裂中)期的去核卵母细胞作为受体细胞。通过电脉冲(或电刺激)进行激活,使其完成减数分裂和发育进程。答案:(1)PstⅠ和EcoRⅠ黏性末端使目的基因在受体细胞中稳定存在并遗传给下一代,同时使目的基因能够表达和发挥作用终止子和标记基因(2)显微注射法(3)MⅡ中(减数第二次分裂中)电脉冲(或电刺激)2.(2018·广东广州调研)下图表示利用PCR技术检测受检人是否携带HIV(属逆转录病毒)的示意图。请回答:(1)组成HIV的遗传物质的单体是。HIV携带者T细胞的核DNA能指导合成HIV的蛋白质,原因是

。

(2)设计图中所示的引物时,应满足的要求是:①引物自身不能存在互补配对序列,原因是避免引物自身通过折叠形成双链区;②引物之间不能存在,原因是避免两引物结合成双链;

③。

(3)在PCR反应体系中,除具备缓冲液、模板DNA分子和引物外,还应有(选填编号)。

①Taq酶,②dNTP(dCTP、dATP、dGTP和dTTP),③四种碱基,④ATP,⑤氨基酸。(4)利用基因工程方法制备HIV的某蛋白(目的蛋白)时,需使用DNA连接酶来构建基因表达载体。其中既能连接黏性末端又能连接平末端的是DNA连接酶,DNA连接酶催化形成的化学键是。基因表达载体必须有RNA聚合酶识别和结合的部位,该部位称为。

解析:(1)HIV属于RNA病毒,RNA的基本组成单位是核糖核苷酸;T细胞的核DNA能指导合成HIV的蛋白质,说明T细胞的DNA中整合了HIV的RNA逆转录出的DNA,并且能够发生正常的转录、翻译。(2)②为避免两引物结合成双链,两引物之间不能存在碱基互补配对序列;③引物只能和HIV逆转录形成的DNA序列互补配对。(3)PCR反应体系中要包含模板DNA、dNTP(包含dATP、dCTP、dGTP、dTTP)、引物、热稳定DNA聚合酶(Taq酶)。(4)DNA连接酶常见的有E·coliDNA连接酶和T4DNA连接酶,其中既能连接黏性末端又能连接平末端的是T4DNA连接酶;DNA连接酶催化形成的化学键是磷酸二酯键;RNA聚合酶识别和结合的部位是启动子。答案:(1)核糖核苷酸HIV的RNA逆转录出的DNA能整合到T细胞的核DNA中,且能被正常转录翻译(2)②互补配对序列③引物只能和HIV逆转录形成的DNA序列互补配对(3)①②(4)T4磷酸二酯键启动子3.(2018·河南开封一模)Rag2基因缺失小鼠不能产生成熟的淋巴细胞。科研人员利用胚胎干细胞(ES细胞)对Rag2基因缺失小鼠进行基因治疗。其技术流程如图:请回答:(1)该技术流程所涉及的生物工程技术有。

①动物细胞培养②细胞核移植③干细胞④转基因⑤动物细胞融合(2)在步骤①前,应采用

(普遍使用的方法)对卵母细胞进行处理。(3)ES细胞在功能上的特性是,

而且在体外培养的条件下,具有的特点。

(4)上图表示含有Rag2基因的DNA片段,下图表示pZHZ11质粒的结构和部分碱基序列。现有MspⅠ、BamHⅠ、EcoRⅠ、SmaⅠ4种限制酶识别的碱基序列和切割位点分别为C↓CGG、G↓GATCC、G↓AATTC、CCC↓GGG。Rag2基因的获得可以从鼠的胎盘细胞中提取,通过逆转录方法合成含Rag2基因的DNA片段。若将Rag2基因和右图质粒连接形成重组质粒,那么应选用限制酶切割,而后加入DNA连接酶。

(5)步骤③中,需要构建含有Rag2基因的表达载体。可以根据

设计引物,利用PCR技术扩增Rag2基因片段。(6)为检测Rag2基因的表达情况,可提取治疗后小鼠骨髓细胞中的,用抗Rag2蛋白的抗体进行杂交实验。

解析:(1)该技术流程所涉及的生物工程技术有动物细胞培养、细胞核移植和转基因。(2)核移植是将体细胞核移植到去核的卵母细胞中,所以实验前要去除卵母细胞的细胞核,常用方法为显微操作去核法。(3)ES细胞来源于早期胚胎和原始性腺,在功能上的特性是具有发育的全能性,即可以分化为成年动物体内任何一种组织细胞,具有增殖而不分化的特点。(4)要通过转录方法合成含Rag2基因的DNA片段,必须以Rag2基因转录的mRNA为模板,因此可以从鼠的胎盘细胞中提取Rag2基因的mRNA。能够获取目的基因并切开质粒的限制酶有识别序列为GGATCC,只有BamHⅠ的识别序列为GGATCC,因此选用BamHⅠ限制酶切割,而后加入DNA连接酶。(5)步骤③中,需要构建含有Rag2基因的表达载体,可以根据Rag2基因的核苷酸序列设计引物并扩增Rag2基因片段。(6)为检测Rag2基因的表达情况,可采用抗原—抗体杂交法,即提取治疗后的小鼠骨髓细胞的蛋白质(抗原),用抗Rag2蛋白的抗体进行杂交实验。答案:(1)①②④(2)显微操作去核法(3)有发育的全能性,即可以分化为成年动物体内任何一种组织细胞增殖而不分化(4)mRNABamHⅠ(5)Rag2基因的核苷酸序列(6)Rag2蛋白质4.(2018·广东佛山教学质检一)真核生物基因中通常有内含子,而原核生物基因中没有,原核生物没有真核生物所具有的切除内含子对应的RNA序列的机制。有人利用RT—PCR技术(mRNA逆转录为cDNA再进行PCR扩增),获得了牛基因G,导入到大肠杆菌中,成功表达出G蛋白。请回答下列问题:(1)RT—PCR过程需要的酶有。在进行PCR扩增时需要设计种引物,引物在退火过程中与结合。

(2)RT-PCR的产物经过BamHⅠ、EcoRⅠ双酶切后,与经过同样双酶切的PBV载体连接。这步操作程序属于,也是基因工程的核心步骤。与单一酶切相比,双酶切具有的优点是

(答出两点)。

(3)若要检测基因G是否翻译出蛋白G,可采用的分子水平的检测方法是。有人从牛的基因组文库中获得了基因G,同样以大肠杆菌作为受体细胞却未得到蛋白G,其原因是

。

解析:(1)RT—PCR过程需要的酶有逆转录酶和Taq酶(热稳定的DNA聚合酶)。在进行PCR扩增时需要设计2种引物,引物在退火过程中与模板链相应互补序列结合。(2)RT—PCR的产物经过BamHⅠ、EcoRⅠ双酶切后,与经过同样双酶切的PBV载体连接。这步操作程序属于构建基因表达载体,也是基因工程的核心步骤。与单一酶切相比,双酶切具有的优点是防止目的基因(载体)自身连接,防止目的基因与运载体反向连接。(3)若要检测基因G是否翻译出蛋白G,可采用的分子水平的检测方法是抗原—抗体杂交。有人从牛的基因组文库中获得了基因G,同样以大肠杆菌作为受体细胞却未得到蛋白G,其原因是从基因组文库获取的G基因有内含子,在大肠杆菌中,其转录产物中与内含子对应的RNA序列不能被切除,无法表达出蛋白G。答案:(1)逆转录酶和Taq酶(热稳定的DNA聚合酶)2模板链相应互补序列(2)构建基因表达载体防止目的基因(载体)自身连接,防止目的基因与运载体反向连接(任意两点)(3)抗原—抗体杂交从基因组文库获取的G基因有内含子,在大肠杆菌中,其转录产物中与内含子对应的RNA序列不能被切除,无法表达出蛋白G5.(2018·湖北孝感高三第一次统考)乙肝病毒表面有抗原T1蛋白和T2蛋白,将有关抗原基因导入番茄细胞中,由此可获得用来预防乙肝的一种新型疫苗,为预防乙肝开辟了一条新途径。研究人员用农杆菌转化法培育出转基因番茄,用于生产口服的乙肝病毒疫苗,回答下列问题:(1)在基因工程操作过程中,需要用限制酶和酶构建基因表达载体,基因表达载体要有,以便筛选出含有目的基因的受体细胞。

(2)用转基因番茄生产可口服的乙肝病毒疫苗(含T1蛋白),所用的目的基因是,所用的运载体是土壤农杆菌的。目的基因进入番茄细胞内并在番茄细胞内维持稳定和表达,这个过程称为。

(3)可利用PCR技术扩增目的基因,其前提是,以便根据这一序列合成引物。下列引物(用表示)设计能扩增得到含目的基因(阴影表示)的是。

(4)获得转基因番茄植株后,通过分子检测,已确定该植株所结番茄中含有T2蛋白,此后还需要进行个体生物学水平的鉴定,例如

。

解析:(1)基因表达载体的构建需要用限制酶、DNA连接酶。基因表达载体的组成有:目的基因、启动子、终止子、标记基因,基因表达载体具有标记基因,以便筛选出含有目的基因的受体细胞。(2)由题意知,用转基因番茄生产可口服的乙肝病毒疫苗(含T1蛋白),所用的目的基因是T1蛋白基因,所用的运载体是土壤农杆菌的Ti质粒。目的基因进入受体细胞内,并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程称为转化。(3)利用PCR技术扩增目的基因,其前提是要有一段已知目的基因的核苷酸序列。由图知,设计能扩增得到含目的基因(阴影表示)的是C。(4)目的基因的检测与鉴定,有时还需进行个体生物学水平的鉴定,用转基因番茄产生的T2蛋白对动物进行免疫接种实验。答案:(1)DNA连接标记基因(2)T1蛋白基因Ti质粒转化(3)要有一段已知目的基因的核苷酸序列C(4)用转基因番茄产生的T2蛋白对动物进行免疫接种实验6.(2018·山东潍坊一模)人参是珍贵的药用植物,研究人员运用转基因技术构建乙肝病毒表面抗原(HBsAg)的人参细胞表达系统,为珍贵药用植物与疫苗联合应用开辟了新思路,其构建过程如图所示,图中SmaⅠ、SstⅠ、EcoRⅤ为限制酶。请回答相关问题:(1)②的构建过程除限制酶外还需要酶;想要从②中重新获得HBsAg基因,所用的限制酶不能是EcoRⅤ或SmaⅠ,原因是。

(2)将重组质粒转入农杆菌常用处理细胞;要使目的基因成功整合到人参细胞的染色体上,该过程所采用的质粒应含有。

(3)分析图可知,②中应含有的标记基因是;过程⑤的目的是

。

(4)该疫苗进入机体后可刺激机体产生能与乙肝病毒特异性结合的,同时还能产生使机体长期对乙肝病毒具有免疫力。

解析:(1)图示②表示基因表达载体,其构建过程先要用同种限制性核酸内切酶切割含有目的基因的外源DNA分子和质粒,再用DNA连接酶将目的基因和载体连接起来形成重组质粒。限制酶EcoRⅤ和SmaⅠ切割DNA后产生的是平末端,两平末端与目的基因连接后形成的重组质粒中不再存在这种限制酶的识别序列,因此所用的限制酶不能是EcoRⅤ或SmaⅠ。(2)将重组质粒导入微生物常用感受态细胞法,即用CaCl2处理微生物细胞,使之成为感受态细胞,最终借助农杆菌的T-DNA将目的基因整合到人参细胞的染色体DNA上。(3)图中⑤过程在含有卡那霉素的培养基上培养,说明构建的重组质粒上含有的标记基因是卡那霉素抗性基因。过程⑤的目的是筛选出含有HBsAg基因的人参细胞。(4)该疫苗进入机体后可刺激机体产生能与乙肝病毒特异性结合的抗体,同时还能产生记忆细胞使机体保持长期对乙肝病毒的免疫力。答案:(1)DNA连接两平末端连接后的重组序列不能再被EcoRⅤ和SmaⅠ识别(重组质粒无这两种限制酶的识别序列)(2)钙离子(Ca2+)T-DNA(3)氨苄青霉素抗性基因筛选出含有HBsAg基因的人参细胞(4)抗体记忆细胞7.(2018·济南一模)大量的科学研究已经证明,VP40蛋白基因的基因突变或者VP40蛋白的缺失会终止埃博拉病毒的侵染行为,因此制备针对VP40蛋白的抗体可能是战胜埃博拉病毒的新途径。请据图回答:(1)过程①中选用两种限制酶切割,使目的基因的两端获得不同的黏性末端,这样处理的目的是

。

(2)图中过程②需要用处理大肠杆菌。在基因表达载体中,VP40蛋白基因的首端必须含有,其作用是能够被识别和结合,从而保证③顺利完成。

(3)为检测VP40基因是否成功表达,可以采用技术。VP40蛋白抗体能够战胜埃博拉病毒的原因是

。

解析:(1)过程①中选用两种限制酶切割目的基因和质粒,可以使得目的基因和质粒都露出两种不同的黏性末端,可以防止目的基因环化、目的基因与质粒错误连接等。(2)②表示将重组质粒导入大肠杆菌,需要用钙离子处理大肠杆菌,使得大肠杆菌成为感受态细胞;基因表达载体中,目的基因的首端必须含有启动子,是RNA聚合酶的识别位点,启动转录过程。(3)VP40基因成功表达的产物是VP40蛋白,可以用抗原—抗体杂交进行检测;VP40蛋白抗体与VP40蛋白结合,阻止了埃博拉病毒侵染细胞。答案:(1)防止目的基因环化(防止目的基因与质粒错误连接)(2)Ca2+(CaCl2)启动子RNA聚合酶(3)抗原—抗体杂交VP40蛋白抗体与VP40蛋白结合,阻止了埃博拉病毒侵染细胞8.(2018·湖南常德一模)真核生物基因中通常含有内含子,而原核生物基因中没有,原核生物没有真核生物所具有的切除内含子对应的RNA序列的机制。下图表示从基因文库提取胰岛素基因的过程。回答下列问题:(1)从基因结构分析,与基因组文库中的基因相比,cDNA文库中获得的目的基因少了

等结构(至少写两个)。(2)将获得的胰岛素基因导入受体菌内,并在受体菌内维持稳定和表达的过程,在基因工程中称为。

(3)过程⑤需将纤维素膜上的细菌裂解,释放出,再用32P标记的作为探针进行杂交。依据杂交结果,应选取培养基上(填字母)菌落继续培养,才能获得含有胰岛素基因的受体菌。

(4)经过目的基因的检测和表达,从大肠杆菌中获得的“胰岛素”未能达到期待的生物活性,导致这种差异的原因可能是。

(5)与从基因组文库获取目的基因相比,图示方法获得的目的基因在受体菌中更容易表达,原因是

。

解析:(1)cDNA文库是由mRNA经逆转录而来,成熟的mRNA已经切除了内含子对应的碱基序列,且mRNA不含有启动子、终止子对应的碱基序列,因此cDNA文库中获得的目的基因少了启动子、终止子、内含子等结构。(2)将获得的胰岛素基因导入受体菌内,并在受体菌内维持稳定和表达的过程,在基因工程中称为转化。(3)过程⑤用32P标记的目的基因(或胰岛素基因)单链作为探针检测受体菌中是否含有目的基因,首先需将纤维素膜上的细菌裂解,释放出DNA。培养基上a菌落对应位置出现杂交带,说明a菌落是由含有胰岛素基因的受体菌形成的。(4)大肠杆菌中没有内质网、高尔基体等细胞器,无法对核糖体合成的肽链进行有效的折叠、加工,所以从大肠杆菌中获得的“胰岛素”未能达到期待的生物活性。(5)cDNA文库中获得的目的基因没有内含子,转录出的RNA不需要经过加工,可直接作为合成蛋白质的模板,所以在受体菌中更容易表达。答案:(1)启动子、终止子、内含子(2)转化(3)DNA目的基因(或胰岛素基因)a(4)受体菌中基因表达获得的蛋白质未加工(5)cDNA中不含有内含子,转录出的RNA不需要经过加工,可直接作为合成蛋白质的模板9.(2018·福建毕业班综合质检)苜蓿是目前我国种植最广的豆科牧草,但是病菌往往威胁着苜蓿的生长。为提高产量,研究人员将溶菌酶基因(LYZ基因)和绿色荧光蛋白基因(GFP基因)连接为LYZ-GFP基因,利用农杆菌转化法将其导入苜蓿细胞中,并通过组织培养成功获得了抗病植株。图1表示Ti质粒,其中Vir区的基因产物是T-DNA转移的必备条件;图2表示含有LYZ-GFP基因的DNA片段。图中箭头表示相关限制酶的酶切位点。回答下列问题:(1)构建含有LYZ-GFP基因的重组质粒时,应选用限制酶进行切割,原因是

。

(2)据图分析,在培育转基因苜蓿植株过程中,应选择LYZ-GFP基因中的GFP基因为标记基因,而不选择质粒中原有的卡那霉素抗性基因为标记基因,这种做法的优点是

。

(3)在组织培养过程中,对愈伤组织进行显微检测,若,则表明细胞中GFP基因存在并表达。

(4)选择含有GFP基因的愈伤组织为材料,用PCR技术扩增并检测LYZ基因,需选用一段

合成引物,该过程所用到的酶必须具有的特性。

(5)对该苜蓿植株进行病菌接种实验,通过观察其抗病程度可以进行个体生物学水平的鉴定,原因是

。

解析:(1)据图2可知,构建含有LYZ-GFP基因的重组质粒时,含有LYZ-GFP基因的片段有三个酶切位点,基因两侧没有相同限制酶,应该使用双酶切法,限制酶Ⅲ为必选。根据图1结合农杆菌转化法的原理,所用限制酶切割位点必须在T-DNA片段上,选择限制酶Ⅰ虽然会切断Ti质粒本身的标记基因(四环素抗性基因),但是GFP基因、卡那霉素抗性基因都可以作为标记基因。所以应选择限制酶Ⅰ和Ⅲ。限制酶Ⅱ会破坏质粒中的Vir区的基因,不可选用。(2)据图1可知,若LYZ-GFP基因在T-DNA片段上,就能整合到苜蓿细胞染色体的DNA上,便于追踪检测LYZ基因的表达情况,这是选用GFP基因为标记基因的优点。而卡那霉素抗性基因不在T-DNA片段上,不能整合到苜蓿细胞染色体的DNA上,所以相对不宜选用。(3)GFP基因的表达产物是绿色荧光蛋白,对愈伤组织进行显微检测时,若观察到绿色荧光,则表明细胞中的GFP基因存在并表达。(4)进行PCR技术扩增并检测LYZ基因的前提,要有一段已知的LYZ基因的核苷酸序列以便合成引物。PCR扩增过程使用的DNA聚合酶具有