高中生物一轮复习练习基因工程的基本工具和基本操作程序

基因工程的基本工具和基本操作程序练习一、选择题1.如图表示由不同的限制酶切割而成的DNA末端及相关的酶作用位点。下列叙述错误的是 ()A.甲、乙、丙都属于黏性末端B.甲、乙片段可形成重组DNA分子,但甲、丙不能C.DNA连接酶的作用位点在图乙中b处D.切割甲的限制酶不能识别由甲、乙片段形成的重组DNA分子2.科研人员利用农杆菌转化法将抗病毒蛋白基因C导入番木瓜,培育出转基因抗病毒番木瓜,Ti质粒结构模式图如图所示。下列叙述正确的是 ()A.农杆菌的TDNA与番木瓜基因发生重组B.构建重组质粒需要限制酶和DNA聚合酶C.含重组Ti质粒的农杆菌具有四环素抗性D.转基因抗病毒番木瓜具有卡那霉素抗性3.自然界中很少出现蓝色的花,天然蓝色花产生的主要原因是花瓣细胞的液泡中花青素在碱性条件下显蓝色。我国科学家利用链霉菌的靛蓝合成酶基因(idgS)及其激活基因(sfp)构建基因表达载体(如下图),通过农杆菌转化法导入白玫瑰中,在细胞质基质中形成稳定显色的靛蓝。下列相关叙述错误的是 ()A.上述获得蓝色玫瑰的方案中无须转入能调控液泡pH的基因B.将sfp基因插入Ti质粒时,使用的限制酶是PmeⅠ和BamHⅠC.sfp和idgS基因具有各自的启动子,表达是相互独立进行的D.农杆菌可将Ti质粒上的TDNA整合到白玫瑰染色体DNA上4.科学家将马铃薯胰蛋白酶抑制剂基因PinⅡ导入杨树细胞,培育成了抗虫杨树。如图表示含目的基因的DNA分子和农杆菌质粒,图中AmpR表示氨苄青霉素抗性基因,NeoR表示新霉素抗性基因,箭头表示识别序列完全不同的4种限制酶的酶切位点。下列叙述不正确的是 ()A.目的基因插入质粒的TDNA上,才能整合到受体细胞染色体中B.为使目的基因与质粒高效重组,最好选用EcoRⅠ和PstⅠC.成功导入重组质粒的细胞会表现为不抗氨苄青霉素、抗新霉素D.可用PCR等技术或抗原—抗体杂交技术检测目的基因是否表达5.某实验小组进行“DNA的粗提取与鉴定”实验,如下为实验流程:取材→破碎细胞→获得滤液→去除杂质→进一步提纯→DNA鉴定。相关叙述正确的是()A.取材时可选用猪血、洋葱、香蕉、菜花等富含DNA的材料进行实验B.在液体培养基中培养的大肠杆菌也可作为实验材料C.提纯时在滤液中加入2mol/L的NaCl溶液后会出现白色丝状物DNAD.DNA鉴定时可通过是否加入二苯胺试剂设置对照实验来观察实验现象6.基因工程中需使用特定的限制酶切割基因载体,以便其与目的基因连接形成基因表达载体。研究人员将相同的基因载体分组并进行相应酶切处理(如表所示),其中限制酶H1和H2识别序列不同。各组基因载体经酶切处理后,进行琼脂糖凝胶电泳检测,实验结果如图所示。下列说法错误的是 ()分组相应酶切处理甲限制酶H1乙限制酶H2丙限制酶H1+H2A.该基因载体最有可能为环状DNA分子B.限制酶H1与H2在该载体上都有识别和切割位点C.限制酶H1与H2在该载体上的酶切位点最短相距0.2kbD.限制酶作用于该载体时会直接导致氢键和磷酸二酯键的断裂7.图甲、乙中标注了相关限制酶的酶切位点。下列关于培育转基因大肠杆菌的叙述错误的是 ()A.若想要通过PCR技术获取该目的基因,应该选用引物甲和引物丙B.图中质粒和目的基因构建表达载体,应选用BclⅠ和HindⅢ切割C.若将基因表达载体导入受体细胞中,需选用Ca2+转化法D.在受体细胞中,氨苄青霉素抗性基因和目的基因可同时表达8.A基因中含有两种限制酶BamHⅠ和MspⅠ()的酶切位点,HpaⅡ和MspⅠ酶切位点相同,酶切位点处的胞嘧啶可能被甲基化,HpaⅡ对胞嘧啶甲基化敏感(即不能切割甲基化的酶切位点),而MspⅠ则对胞嘧啶甲基化不敏感。某种小鼠(Aa)有两种表型,用每种表型的A基因分别作了3组的酶切实验:第一组单独使用BamHⅠ,第二组使用BamHⅠ+MspⅠ,第三组使用BamHⅠ+HpaⅡ,每组完全酶切产物(每一个酶切位点均被切割)通过电泳分离并使用探针得到杂交带,如图所示。下列叙述错误的是 ()A.第一组处理后均得到包含探针的8.9kb基因片段B.若表型1中的A基因经过第二组和第三组处理后的酶切结果分别是3.5kb和8.9kb,说明表型1中A基因中的四个MspⅠ酶切位点均被甲基化C.若表型2中A基因的第三组酶切结果介于3.5kb和8.9kb之间,说明A基因中至少有2个HpaⅡ酶切位点被甲基化D.该种小鼠(Aa)有两种表型可能是因为A基因甲基化程度不同影响了基因的表达二、非选择题9.如图A所示,质粒上含有X抗生素抗性基因(XR)和Y抗生素抗性基因(YR),其中XR内部含有限制酶KasⅠ的识别序列,YR内部含有限制酶FseⅠ、HpaⅡ、NaeⅠ、NgoMⅣ的识别序列,五种酶的识别序列如表格所示(↓表示切割位点),且这些识别序列在整个质粒上均仅有一处,目的基因内部不存在这些识别序列。(1)若要将图B所示的目的基因直接插入YR内形成重组质粒,则质粒需用限制酶______切开。将切开的质粒溶液与目的基因溶液混合后连接,一般先用________处理大肠杆菌,再对其进行导入操作。

(2)取导入处理过的大肠杆菌接种到含有抗生素________(填“X”或“Y”)的培养基中培养,培养基________(填“需要”或“不需要”)加入琼脂。从获得的纯培养物中取部分菌体接种到含有抗生素________(填“X”或“Y”)的培养基中,若无菌落生长,可初步确定获得的培养物符合要求;若有菌落生长,原因是____________________。

(3)为鉴定筛选出的菌落中是否含有正确插入目的基因的重组质粒(图C所示),拟设计引物进行PCR鉴定。图C所示为甲、乙、丙3条引物在正确重组质粒中的相应位置,若选择引物________进行PCR,且扩增出了450bp片段,则说明实验成功;若选择引物甲、乙进行PCR,且扩增出了400bp片段,原因是____________。

10.人体内的tPA蛋白能高效降解由纤维蛋白凝聚而成的血栓,是心梗和脑血栓的急救药。通过基因工程技术可以大量制备基因工程药物tPA。(1)研究人员采用PCR技术可以获得大量tPA基因,PCR的原理是____________。此外,大量获得tPA基因的方法还有________________________(答出1种)。

(2)高质量的DNA模板是成功扩增目的基因的前提条件之一,在制备DNA模板时,可以用高温处理的方法去除其中的蛋白质,原因是______________________。

(3)研究表明,为心梗患者注射大量tPA会诱发颅内出血,其原因在于tPA与纤维蛋白结合的特异性不高,若将tPA第84位的半胱氨酸换成丝氨酸,能显著降低出血副作用。据此,先对天然的tPA基因进行序列改造,然后再采取传统的基因工程方法表达该改造后的基因,可制造出性能优异的改良tPA蛋白。(注:如图表示相关的目的基因、载体及限制酶。pCLY11为质粒,新霉素为抗生素)请回答下列问题:①以上制造出性能优异的改良tPA蛋白的过程被称为____________。已知人tPA基因第84位半胱氨酸的模板链碱基序列为ACA,而丝氨酸的密码子为UCU,因此改造后的基因决定第84位丝氨酸的模板链的碱基序列应设计为______。

②如图所示,需选用限制酶XmaⅠ和__________切开质粒pCLY11,才能与tPA改良基因高效连接。与单一酶酶切相比,本操作采用的双酶切方法的优点是________________。

③将连接好的DNA分子导入大肠杆菌,含tPA改良基因重组DNA分子的细胞应具有的性状是________。

A.新霉素抗性且呈蓝色B.新霉素敏感且呈蓝色C.新霉素抗性且呈白色D.新霉素敏感且呈白色11.人类γ基因启动子上游的调控序列中含有BCL11A蛋白结合位点,该位点结合BCL11A蛋白后,γ基因的表达被抑制。通过改变该结合位点的序列,解除对γ基因表达的抑制,可对某种地中海贫血症进行基因治疗。科研人员扩增了γ基因上游不同长度的片段,将这些片段分别插入表达载体中进行转化和荧光检测,以确定BCL11A蛋白结合位点的具体位置。相关信息如图所示:(1)为将扩增后的产物定向插入载体指导荧光蛋白基因表达,需在引物末端添加限制酶序列。据图可知,在F1~F7末端添加的序列所对应的限制酶是________,在R末端添加的序列所对应的限制酶是________。本实验中,从产物扩增到载体构建完成的整个过程共需________种酶。

(2)将构建的载体导入除去BCL11A基因的受体细胞,成功转化后,含F1~F6与R扩增产物的载体表达荧光蛋白,受体细胞有荧光,含F7与R扩增产物的受体细胞无荧光。含F7与R扩增产物的受体细胞无荧光的原因是___________________。

(3)向培养液中添加适量的雌激素,含F1~F4与R扩增产物的受体细胞不再有荧光,而F5~F6与R扩增的受体细胞仍有荧光。若γ基因上游调控序列上与引物序列所对应的位置不含有BCL11A蛋白的结合位点序列,据此结果可推测,BCL11A蛋白结合位点位于________________________,理由是_____________________。

答案:1.C。甲、乙的黏性末端相同,因此可在DNA连接酶的作用下形成重组DNA分子,但甲、丙的黏性末端不同,它们之间不能形成重组DNA分子,A、B正确;DNA连接酶将两个DNA片段连接为一个DNA分子,作用部位是磷酸二酯键,即图乙中a处,C错误;切割甲的限制酶的识别序列为GAATTC∥CTTAAG,而甲、乙片段形成的重组DNA分子序列为GAATTG∥CTTAAC,因此切割甲的限制酶不能识别由甲、乙片段形成的重组DNA分子,D正确。2.A。基因工程基本原理为基因重组,番木瓜基因插入农杆菌T—DNA发生了基因重组,A正确;构建重组质粒需要限制酶和DNA连接酶,B错误;抗病毒蛋白基因C的插入位点位于四环素抗性基因内部,插入抗病毒蛋白基因C后,重组Ti质粒的四环素抗性基因被破坏,含重组Ti质粒的农杆菌不具有四环素抗性,C错误;Ti质粒含有卡那霉素抗性基因但并未转化到番木瓜中,故转基因抗病毒番木瓜不具有卡那霉素抗性,D错误。3.B。靛蓝在细胞质基质中能够稳定显色,不受pH的影响,故本题方案中无须转入能调控液泡pH的基因,A正确;将sfp基因插入Ti质粒时若使用的限制酶是PmeⅠ和BamHⅠ,则会将终止子一同切除,故只能用BamHⅠ,B错误;sfp和idgS基因具有各自的启动子,表达是相互独立进行的,C正确;将目的基因导入植物细胞可采用农杆菌转化法,故农杆菌可将Ti质粒上的TDNA整合到白玫瑰染色体DNA上,D正确。4.D。农杆菌中的Ti质粒上的TDNA可转移至受体细胞,并且整合到受体细胞染色体的DNA上,根据这一特点,将目的基因插入质粒的TDNA上,才能整合到受体细胞染色体中,A正确;应选用EcoRⅠ和PstⅠ切割质粒,保证目的基因正向连接到载体,氨苄青霉素抗性基因会被破坏,故成功导入重组质粒的细胞会表现为不抗氨苄青霉素、抗新霉素,B、C正确;检测目的基因是否表达应检测是否成功产生蛋白质,可用抗原—抗体杂交技术,D错误。5.B。哺乳动物成熟的红细胞中没有细胞核和细胞器,因此不能采用猪血来提取DNA,A错误;在液体培养基中培养的大肠杆菌也可作为实验材料,大肠杆菌是细菌,含有拟核和质粒,DNA含量也较多,适合提取DNA,B正确;DNA在0.14mol/L的NaCl中溶解度最小,在2mol/L的NaCl中溶解度最大,因此在2mol/L的NaCl溶液中,不会析出白色丝状物(DNA),C错误;DNA鉴定时可通过是否加入DNA设置对照实验来观察实验现象,D错误。6.D。由图可知,当仅用一种限制酶切割载体时,仅产生一种长度的DNA片段,因此该载体最有可能为环状DNA分子,A正确;当用一种限制酶切割载体时,产生的DNA片段等长,而用两种限制酶同时切割时,产生两种长度的DNA片段,所以两种限制酶在该载体上都有酶切位点,B正确;用两种限制酶同时切割载体时,产生0.6kb和0.2kb两种长度的DNA片段,所以两种限制酶的酶切位点最短相距0.2kb,C正确;限制酶切割载体时直接破坏的是作用位点上两个脱氧核糖核苷酸间的磷酸二酯键,D错误。7.D。通过PCR技术获取目的基因时,两种引物分别和目的基因的两条单链结合,并沿相反的方向合成子链,故选用引物甲和引物丙,A正确;由图甲可知,选用BamHⅠ会破坏两种抗性基因,结合图乙可确定应选择BclⅠ和HindⅢ切割,B正确;将目的基因导入大肠杆菌常采用Ca2+转化法,C正确;构建重组质粒时目的基因插入氨苄青霉素抗性基因中,故氨苄青霉素抗性基因被破坏不能表达,D错误。8.C。HpaⅡ和MspⅠ酶切位点相同,HpaⅡ对胞嘧啶甲基化敏感,而MspⅠ对胞嘧啶甲基化不敏感。若能被MspⅠ酶切,不能被HpaⅡ酶切,说明酶切位点的胞嘧啶被甲基化。根据图示可知,若用BamHⅠ酶切A基因,则可得到8.9kb基因片段,此段包含了探针结合位点,A正确;MspⅠ对甲基化不敏感,第二组用BamHⅠ+MspⅠ酶切A基因可得到3.5kb片段,而第三组使用BamHⅠ+HpaⅡ酶切,只得到8.9kb片段,说明MspⅠ酶切位点都被甲基化,不能被HpaⅡ酶切,B正确;若表型2中A基因第三组酶切结果介于3.5kb和8.9kb之间,说明A基因至少有1个HpaⅡ酶切位点被甲基化,C错误;基因中碱基的甲基化会影响基因的表达,所以小鼠(Aa)有两种表型可能是因为A基因甲基化程度不同影响了基因的表达,D正确。9.(1)NgoMⅣCa2+(2)X需要Y质粒重新环化或质粒间发生自身环化,使得大肠杆菌同时具备基因XR和YR(3)甲和丙目的基因反向连接解析(1)由目的基因形成的黏性末端可知,只有NgoMⅣ酶切后的黏性末端为5'GGCC,可以与目的基因形成的黏性末端互补配对,因此若要将图B所示的目的基因直接插入YR内形成重组质粒,则质粒需用限制酶NgoMⅣ切开,将切开的质粒溶液与目的基因溶液混合后连接,一般先用Ca2+处理大肠杆菌,使其处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态,再对其进行导入操作。(2)质粒中的X抗生素抗性基因未破坏,Y抗生素抗性基因由于插入目的基因而被破坏,因此取导入处理过的大肠杆菌接种到含有抗生素X的培养基中培养,为获得纯种,应在固体培养基上培养,因此培养基需要加入琼脂。Y抗生素抗性基因(YR)由于插入目的基因而被破坏,因此取部分菌体接种到含有抗生素Y的培养基中,若无菌落生长,可初步确定获得的培养物符合要求;若有菌落生长,说明质粒重新环化或质粒间发生自身环化,使得大肠杆菌同时具备基因XR和YR。(3)由图C可知,若要扩增出450bp片段,且含有目的基因,只能选择引物甲和丙进行PCR。由“扩增出了400bp片段”,即引物甲右侧部分+目的基因,可能是目的基因反向连接,如下图:10.(1)DNA半保留复制(化学方法)人工合成、从基因文库中获取(2)蛋白质在高温条件下会变性失活,而DNA虽然在高温时会变性,但在低温时又会复性(3)①蛋白质工程AGA②BglⅡ防止质粒载体(和目的基因)自身环化③C解析(1)PCR的原理是DNA半保留复制。对于基因比较小,核苷酸序列已知的基因,也可以使用DNA合成仪用化学方法直接人工合成,此外还可从基因文库中直接获取。(2)根据蛋白质在高温条件下会变性失活,而DNA虽然在高温时会变性,但在低温时又会复性的特征。(3)①改良tPA蛋白需要对天然的tPA基因进行序列改造,然后用改造的基因作为目的基因进行表达,从而实现对天然蛋白质的改造。题中性能优异的改良tPA蛋白的过程被称为蛋白质工程。已知人tPA基因第84位半胱氨酸的模板链碱基序列为ACA,而丝氨酸的密码子为UCU,根据碱基互补配对原则可推测,改造后的基因中决定第84位丝氨酸的模板链的碱基序列应设计为AGA。②目的基因两端的黏性末端图中已经给出,观察各限制酶的识别序列可知,限制酶XmaⅠ和BglⅡ切割产生的黏性末端能与目的基因的黏性末端碱基互补,要想把目的基因与质粒pCLY11(载体)拼接起来需要得到相同的黏性末端,因此质粒pCLY11(载体)也需要限制酶XmaⅠ和BglⅡ切割;这里用两种不同的限制酶可以保证目的基因和质粒的正向连接,同时也可避免目的基因和质粒的自身环化。③结合图示可知,限制酶XmaⅠ和BglⅡ会破坏质粒pCLY11上的lacZ,但不会破坏neor(新霉素抗性基因),导入重组质粒的大肠杆菌具有新霉素抗性,但由于lacZ基因被破坏,因而菌落呈现白色,而导入pCLY11质粒的大肠杆菌,既有新霉素抗性,且lacZ基因也能正常表达,因而菌落呈现蓝色。当然这里作为受体细胞的大肠杆菌应该不具有pCLY11质粒,据此可将成功导入目的基因的大肠杆菌筛选出来。11.(1)SalⅠEcoRⅠ6(2)F7与R扩增产物不含完整的启动子,荧光蛋白基因不表达(3)引物F4与F5在调控序列上所对应序列之间的区段上根据有无荧光情况判断,F1~F4与R扩增产物上均有结合位点,因此结合位点位于F4所对应调控序列的下游(右侧);F5~F6与R扩增产物上均无结合位点,可知结合位点位于F5所对应调控序列的上游(左侧),所以结合位点位于引物F4与F5在调控序列上所对应序列之间的区段上解析(1)据题意可知,需要将扩增后的产物定向插入载体并指导荧光蛋白基因的表达,则含有启动子P的扩增后的产物读取方向与荧光蛋白基因的读取方向一致,故扩增后的产物中的R端与荧光蛋白基因中限制酶MunⅠ识别序列端结合,才能保证扩增后的产物定向插入载体并指导荧光蛋白基因的表达。要做到定向插入,需要引物末端两端添加限制酶的识别序列,且被限制酶识别并切割后,两端的黏性末端不能相同;