2019版高考生物大一轮优选：第43讲　基因工程 课时达标43

课时达标第43讲1基因打靶技术是建立在基因同源重组技术以及胚胎干细胞技术的基础上而发展起来的一种分子生物学技术。结合图示回答问题。(注：neor是新霉素抗性基因；tk基因的表达可以使无毒的丙氧鸟苷代谢为毒性物质，导致细胞死亡。)(1)将目的基因和与细胞内靶基因同源的DNA 片段都重组到_载体(或质粒)_上，构建打靶载体(基因表达载体)。(2)打靶载体测序验证正确后，利用_限制_酶将之线性化，以提高重组率。通过_显微注射_技术导入胚胎干细胞，这样打靶载体与细胞内靶基因同源的区段就有几率发生同源重组。(3)为了筛选发生同源重组的细胞，可在培养液中加入_新霉素和丙氧鸟苷_。最后还需要通过_DNA分子杂交_技术鉴定同源重组的细胞(去除靶基因)，将这样的细胞通过_动物细胞(或克隆)_培养后，获得大量打靶成功的细胞。其中，暂时不用的细胞进行液氮或冷冻保存。(4)将打靶成功的细胞注射入小鼠囊胚，移植到同种、_生理状态相同(或经同期发情)_的母鼠体内，一段时间后对受体母鼠进行妊娠检查，确保其生下嵌合小鼠。这种嵌合体小鼠长大后，体内同时存在被“修饰”过的基因和未被“修饰”的基因。如果某些小鼠的_生殖细胞_(填“体细胞”或“生殖细胞”)恰巧被“修饰”过了，则它们的杂交后代中，就可能出现基因完全被“修饰”过的小鼠。解析 (1)构建打靶载体(基因表达载体)，需要将目的基因和与细胞内靶基因同源的DNA片段都重组到载体(或质粒)上。(2)将环状的打靶载体线性化，需利用限制酶进行切割，通过显微注射技术将其导入胚胎干细胞。(3)在同源重组时，tk基因将被切除而丢失，但新霉素抗性基因得以保留且结构完整，所以为了筛选发生同源重组的细胞，可在培养液中加入新霉素和丙氧鸟苷。鉴定去除靶基因的同源重组细胞，可通过DNA分子杂交技术。将这样的细胞通过动物细胞培养后，获得大量打靶成功的细胞。(4)胚胎移植时，需将含有打靶成功细胞的囊胚移植到同种、生理状态相同(或经同期发情)的母鼠体内，一段时间后对受体母鼠进行妊娠检查，确保其生下嵌合小鼠。生殖细胞参与新个体的形成过程，如果某些小鼠的生殖细胞恰巧被“修饰”过了，则它们的杂交后代中，就可能出现基因完全被“修饰”过的小鼠。2家蚕细胞具有高效表达外源基因的能力。将人干扰素基因导入家蚕细胞并大规模培养，可提取干扰素用于制药。(1)进行转基因操作前，需用_胰蛋白(或胶原蛋白)_酶短时处理幼蚕组织，以便获得单个细胞。(2)为使干扰素基因在家蚕细胞中高效表达，需要把来自cDNA文库的干扰素基因片段正确插入表达载体的_启动子_和_终止子_之间。(3)采用PCR技术可验证干扰素基因是否已经导入家蚕细胞。该PCR反应体系的主要成分应该包含：扩增缓冲液(含Mg2)、水、4种脱氧核苷酸、模板DNA、_Taq酶(或热稳定性DNA聚合酶)_和_引物_。(4)利用生物反应器培养家蚕细胞时，贴壁生长的细胞会产生接触抑制。通常将多孔的中空薄壁小玻璃珠放入反应器中，这样可以_增大细胞贴壁生长的附着面积_，增加培养的细胞数量，也有利于空气交换。解析(1)为了使组织分散为单个细胞通常用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理。(2)基因表达载体包括启动子、终止子、目的基因和标记基因。启动子位于目的基因的首端，终止子位于目的基因的尾端。(3)PCR反应体系的主要成分应该包含：扩增缓冲液(含Mg2)、水、4种脱氧核苷酸、模板DNA、Taq酶(热稳定的DNA聚合酶)和引物。(4)利用生物反应器培养家蚕细胞时，贴壁生长的细胞会产生接触抑制。通常将多孔的中空薄壁小玻璃珠放入反应器中，这样可以增大细胞贴壁生长的附着面积，增加培养的细胞数量，也有利于空气交换。3苏云金杆菌(Bt)能产生具有杀虫能力的毒素蛋白。图1是转Bt毒素蛋白基因植物的重组DNA形成过程示意图，图2是毒素蛋白基因进入植物细胞后发生的两种生物大分子合成的过程，据图回答下列问题：(1)将图1 的DNA用Hind、BamH完全酶切后，反应管中有_4_种DNA片段。过程需要用到_DNA连接_酶。(2)假设图1中质粒原来的BamH识别位点的碱基序列变为了另一种限制酶Bcl识别位点的碱基序列，现用Bcl和Hind切割质粒，则图1中的右侧还能选择BamH进行切割来获得所需重组质粒吗？请说明理由_能。BamH酶和Bcl酶切割后形成的黏性末端相同_。(3)若上述假设成立，并成功形成重组质粒，则重组质粒(D)A既能被BamH切开也能被Hind切开B能被BamH切开但不能被Hind切开C既不能被BamH切开也不能被Hind切开D能被Hind切开但不能被BamH切开(4)图2中链是_mRNA_。不同组织细胞的相同DNA进行过程时启用的起始点_不完全相同_(填“都相同”“都不同”或“不完全相同”)。其原因是_不同组织细胞中基因会进行选择性表达_。(5)要想检测导入的Bt毒素蛋白基因是否表达，在分子水平上可用_抗原抗体杂交_法进行检测，如果出现杂交带，说明目的基因已经表达蛋白质产品，转基因植物培育成功。解析(1)由于上述两种酶形成的末端不一样，所以被两种不同的限制酶切割之后所形成的片段有4种。(2)Bcl与BamH酶切割后形成的黏性末端一样，故该图1中的右侧还能选择BamH酶进行切割，并能获得所需重组质粒。(3)根据酶切位点和识别的碱基序列可知，重组质粒只能被Hind切开但不能被BamH切开。(4)从图2可知，链是以DNA的一条链作为模板进行转录形成的mRNA分子，不同组织细胞的相同DNA在转录时，如果是相同基因一般转录起点相同，不同的基因转录起点不同。(5)检测目的基因是否在受体细胞内表达的分子水平上的检测是向分泌物中加入抗体，利用抗原抗体杂交法。4如图表示利用基因工程培育抗虫棉的过程，请据图回答下列问题。(1)若限制酶的识别序列和切点是GATC，限制酶的识别序列和切点是GGATCC，那么在过程中，应用限制酶_切割质粒，用限制酶_(或和)_切割抗虫基因。过程在_体外_(填“体内”或“体外”)进行。(2)通过过程得到的大肠杆菌涂布在含有_四环素_的培养基上，若大肠杆菌能够生长说明已导入了普通质粒或重组质粒，反之则说明没有导入。该培养基从功能方面属于_选择_培养基。(3)重组质粒导入大肠杆菌的目的是_大量复制目的基因(抗虫基因)_。(4)过程所用技术称为_植物组织培养_，从遗传学角度来看，根本原因是根细胞具有_发育成完整个体的全部遗传物质_。5许多大肠杆菌的质粒上含有lacZ基因，其编码的产物半乳糖苷酶在Xgal和IPTG存在的条件下，可以产生蓝色沉淀，使菌落呈现蓝色，否则菌落呈现白色。基因工程中常利用该原理从导入质粒的受体细胞中筛选出真正导入重组质粒的细胞，过程如图所示。请据图回答下列问题：(1)基因工程中，构建基因表达载体的目的是_使目的基因在受体细胞中稳定存在，能遗传给后代，并表达和发挥作用_。(2)限制酶EcoR的识别序列和切割位点是GAATTC，Sma的识别序列和切割位点是CCCGGG。图中目的基因被切割下来和质粒连接之前，需在目的基因的右侧连接相应的末端，连接的末端序列是_TTAA_，连接过程中需要的基本工具是_DNA连接酶_。(3)转化过程中，大肠杆菌应先用_Ca2_处理，使其处于能吸收周围DNA的状态。(4)菌落颜色为白色的是_菌落_，原因是_lacZ标记基因区插入外源基因后被破坏，不能表达出半乳糖苷酶，故菌落为白色_。(5)菌落中的目的基因是否表达，可采用的检测办法是_抗原抗体杂交_。解析(1)基因工程中，构建基因表达载体的目的是使目的基因在受体细胞中稳定存在，能遗传给后代，并表达和发挥作用。(2)根据限制酶EcoR和Sma的识别序列、切割位点和图解判断，图中目的基因被切割下来和质粒连接之前，需在目的基因的右侧连接相应的末端，连接的末端序列是TTAA，连接过程中需要的基本工具是DNA连接酶。(3)转化过程中，大肠杆菌应先用Ca2处理，使其处于能吸收周围DNA的状态。(4)由于lacZ标记基因区插入外源基因后被破坏，不能表达出半乳糖苷酶，故菌落为白色菌落。(5)可采用抗原抗体杂交的办法检测菌落中的目的基因是否表达。6在培育转基因植物的研究中，卡那霉素抗性基因(kan)常作为标记基因，只有含卡那霉素抗性基因的细胞才能在卡那霉素培养基上生长。如图为获得抗虫棉的技术流程。请据图回答：(1)基因工程的基本操作程序主要包括四个步骤：目的基因的获取、_基因表达载体的构建_、将目的基因导入受体细胞、_目的基因的检测与鉴定_。(2)A过程需要的酶有_限制酶_和_DNA连接酶_。(3)要把重组质粒导入土壤农杆菌，首先必须用_Ca2_处理土壤农杆菌，使土壤农杆菌转变为_感受_态；然后将_重组质粒和感受态细胞_在缓冲液中混合