2024届人教版高考生物一轮复习基因工程作业含答案

这是一份2024届人教版高考生物一轮复习基因工程作业含答案，共12页。
专题23　基因工程
专题过关检测
非选择题
1.在聚合酶链式反应(PCR)中,除了作为复制对象的长链DNA之外,反应溶液中还添加有作为引物的短单链DNA、dNTP(脱氧核苷三磷酸,N表示任意某一种碱基)和酶。实验时需要使反应溶液的温度周期性地发生变化以完成“变性→复性→延伸”的循环。DNA复性温度与互补碱基对之间的氢键数呈正相关。
(1)PCR过程中添加的酶为　　　　　　　　,作用是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
(2)实验1:在图1的引物1到引物4中,只使用1种作为引物,复性的温度设定为t ℃,PCR后只合成出了与模板DNA 2相同的单链。该实验使用的引物是　　　　。 
实验2:将引物变更为图1中的引物3和引物4,其他条件与实验1相同的情况下进行PCR,双链DNA完全没有被复制,请在图1中,将引物3和引物4与模板链结合的关系绘制出来。

图1
(1) 实验3:对图2中的双链DNA,使用引物5和引物6,将复性的温度设定为t ℃,进行了PCR。结果是双链DNA完全得不到复制。而当设定温度改变后,双链DNA得到了复制。温度改变的大致思路是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

图2
(4)实验4:PCR技术与电泳鉴定结合进行DNA测序。以待测序的DNA链为模板链,使用3'-TATA……ATGCGCA-5'末端结合了高灵敏度检测化合物X的DNA单链序列作为引物,在第1次实验中,用dNTP进行反应。第2次实验,在第1次实验使用上述dNTP的基础上,将反应混合物分为四个试管,分别加入四种双脱氧核苷三磷酸(ddNTP),即在2、3号碳上都脱氧(ddATP、ddCTP、ddTTP、ddGTP,结构见图3),每个试管只加一种。第1次与第2次实验四只试管,在经过相同的温度变化循环后,对反应溶液进行了适当处理,使全部的DNA以单链DNA的形式存在。使用能区分开一个碱基长度差异的凝胶电泳法对含有化合物X的单链DNA进行分析,获得了如图4所示的结果。
①ddNTP一旦参与聚合反应,则DNA单链延伸立即终止,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
②请根据图4写出模板链碱基序列:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
图3　　图4
答案　(1)耐高温的DNA聚合酶(或Taq DNA聚合酶)　将游离的脱氧核苷酸连接到引物的3'端　(2)引物2

(3)适当降低复性温度　(4)①ddNTP的2、3号碳上都脱氧,参与聚合反应后无法与游离脱氧核苷酸形成磷酸二酯键　②5'-TAGCGTAGTA-3'
2.IKK激酶由IKKα、IKKβ和IKKγ三种亚基组成,该酶参与动物体内免疫细胞的分化。临床上发现某重症联合免疫缺陷(SCID)患儿IKKβ基因编码区第1 183位碱基T突变为C,导致IKKβ上第395位酪氨酸被组氨酸代替。为研究该患儿发病机制,研究人员应用大引物PCR定点诱变技术培育出SCID模型小鼠,主要过程如图1、2。
　
图1　定点诱变获得突变基因 图2　模型鼠培育　　　 图3　胸腺淋巴细胞中IKK激酶的三种亚基含量
(1)在PCR体系中,需要加入引物和IKKβ基因外,还需要加入　　　　　　　　　　等。在图1获取突变基因过程中,需要以下3种引物: 
引物A:5'-CCCCAACCGGAAAGTGTCA-3'(下划线字母为突变碱基)
引物B:5'-TAAGCTTCGAACATCCTA-3'(下划线部分为限制酶HindⅢ识别序列)
引物C:5'-GTGAGCTCGCTGCCCCAA-3'(下划线部分为限制酶SacⅠ识别序列)
则PCR1中使用的引物有　　　　,PCR2中使用的引物有　　　　　和图中大引物的　　　　(填“①”或“②”)链。 
(2)图2模型鼠培育过程中杂合模型鼠(F0)的培育涉及了一系列现代生物技术,下表是其中的一些步骤,请根据题意完成表格内容。
过程
实验目的
步骤要点
导入
a.处理突变基因与载体
①　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 
b.构建重组载体
利用DNA连接酶催化突变基因和载体连接
c.导入目的基因
②　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 
发育
d.获取早期胚胎
利用专用培养液培养受精卵,并检测其发育状况
e.代孕获得小鼠
③　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 
f.鉴定、筛选F0小鼠
利用PCR鉴定基因,筛选出杂合鼠F0
(2) 根据图2杂交结果,可以确认突变基因已经较稳定地整合到小鼠细胞的染色体上,在遗传时遵循　　　　定律。研究人员对三种基因型小鼠胸腺淋巴细胞中组成IKK激酶的三种亚基进行提纯和电泳,结果如图3。请依据此结果提出SCID患者免疫缺陷产生的机制:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
答案　(1)Taq DNA聚合酶(耐高温的DNA聚合酶)、4种脱氧核苷酸(、缓冲液、Mg2+)　引物A和引物C　引物B　②　(2)①利用限制酶(SacⅠ、HindⅢ)分别处理突变基因和载体　②利用显微注射法将重组载体注入小鼠受精卵　③利用合适的早期胚胎进行胚胎移植　(3)基因分离　IKKβ基因突变导致IKKβ含量减少,IKK激酶含量降低,含量减少不利于免疫细胞分化
3.某病毒在人体细胞表面蛋白受体由ACE2控制表达,该基因的开放阅读框(mRNA从起始密码子到终止密码子之间的核苷酸序列)cDNA序列大小为2 418 bp(bp表示碱基对),在280 bp和1 070 bp位点分别有一个HindⅢ和XhoⅠ酶切位点(图1)。甲、乙两位同学通过分子生物学方法克隆该基因到pMD18-T载体(图2)中,各自的测序结果如图4,并进一步通过双酶切获得ACE2基因编码序列与pEGFP-N1(图2)载体重组(MCS多酶切位点序列如图3所示)并表达。试分析回答下列问题:

图1　ACE2基因开放阅读框cDNA序列示意图

　　　　　　　　pMD18-T克隆载体结构图 　　　　pEGFP-N1表达载体结构图
图2　pMD18-T载体和pEGFP-N1载体结构图

图3　MCS多酶切位点序列图

图4　ACE2基因插入pMD18-T载体后部分DNA测序结果图
(1)根据图2可知,两种载体都具有的基本结构有　　　　、　　　　和限制酶切割位点。 
(2)ACE2基因与pMD18-T载体构建的重组质粒经转化后,细胞需要在含氨苄青霉素的培养基中筛选的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　。 
(3)甲、乙两位同学均得到ACE2基因的PCR产物与pMD18-T载体构建的重组质粒,针对ACE2基因的部分测序结果如图4,并进一步利用图4中标记的限制酶进行双酶切,获得ACE2基因编码序列,同时用相同限制酶酶切pEGFP-N1载体,然后构建重组质粒。两位同学对获得的重组质粒进行酶切检测:①甲同学只得到空载体;②乙同学在重组质粒中检测到了1 348 bp部分目的基因片段。请对该实验结果进行分析:
①　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。②　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。答案　(1)复制原点(Ori)　标记基因/抗性基因(KanR或AmpR等)　(2)载体上含有氨苄青霉素抗性基因(AmpR)　(3)①甲同学用BglⅡ和BamHⅠ两种限制酶酶切ACE2与pMD18-T载体构建的重组质粒后,5'端均突出-GATC,产生相同的黏性末端,载体pEGFP-N1用BglⅡ和BamHⅠ两种限制酶双酶切后,可以自连,很难在连接体系中与其他DNA片段形成重组质粒　②乙同学用XhoⅠ和BamHⅠ两种限制酶酶切ACE2与pMD18-T载体构建的重组质粒,已知ACE2基因编码序列为2 418 bp,ACE2基因在开放阅读框1 070 bp处还有一个XhoⅠ酶切位点,酶切后便可以得到一个1 348 bp(2 418-1 070=1 348)的大片段与载体pEGFP-N1双酶切后的大片段连接构建重组质粒
4. 糖化酶是将淀粉转化为葡萄糖的酶。大部分野生酵母菌因缺乏糖化酶基因而不能直接利用淀粉。研究人员将经诱变处理获取的黑曲霉菌高产糖化酶基因导入毕赤酵母GS115中,构建能直接利用淀粉的工程菌,该过程所用质粒(仅示部分结构)如图1所示。请回答下列问题。

(1)为获得糖化酶高产菌株,研究人员将经诱变处理后的黑曲霉菌接种到淀粉含量
　　　　(填“高”或“低”)的培养基上,恒温培养适宜时间后滴加碘液,挑选出透明圈直径
　　　　(填“较大”或“较小”)的菌株,再进行复筛以及稳定性遗传实验。 
(2)为获取和扩增高产糖化酶基因,研究人员提取出糖化酶高产菌株的基因组,并根据高产糖化酶基因的部分核苷酸序列设计　　　　进行PCR扩增。PCR每次循环都包括变性、　　　　和延伸三步,在循环前常要进行一次94 ℃、5 min预变性,其目的是　　　　　　　　　　　　。 
(3)构建高产糖化酶基因表达载体时,用限制酶EcoRⅠ和NotⅠ切割质粒pPIC9K,37 ℃、15 min后需将温度升高至65 ℃并保温20 min,目的是使　　　　　　　,从而终止酶切反应。图2是高产糖化酶基因示意图(仅示部分碱基),为使其能正确插入表达载体并成功表达,则图中A处的碱基序列应为　　　　。 

(4)毕赤酵母GS115是一种组氨酸营养缺陷型微生物,自身不能合成生长必需的组氨酸,并且对氨苄青霉素和卡那霉素均不敏感,因此可利用　　　　　　　的基础培养基筛选导入高产糖化酶基因表达载体的毕赤酵母GS115(重组细胞),再将重组细胞转接至以甲醇为唯一碳源的培养液中进行发酵产酶性能测定。上述过程中,甲醇除作为碳源、提供能量外,还具有　　　　　　　　　　　　　　的作用。 
(5)为进一步揭示黑曲霉菌高产糖化酶基因突变的分子机制,研究人员将高产糖化酶基因上游表达调控序列与野生糖化酶基因同一区段的序列进行对比分析,具体差异如图3,据此推测,糖化酶基因突变可能是该序列发生了碱基(对)的　　　　　　所致。 

答案　(1)高　较大　(2)特异性引物　复性　增加模板DNA彻底变性的概率(使模板DNA充分变性)　(3)限制酶失活　5'—GCGGCCGC—3'　(4)不含组氨酸　诱导PAOX1启动,使高产糖化酶基因大量表达　(5)缺失和替换
5. 酵母双杂交技术是筛选能与已知蛋白互作的蛋白质的方法,其主要原理如图1。黄瓜花叶病毒(CMV)可侵染200多种植物,病毒的外壳蛋白(CMV CP)直接参与病毒的细胞间转移、症状表现等。研究人员利用酵母双杂交技术,从CMV感染的番茄叶片cDNA文库中筛选出CMV CP互作蛋白基因,图2为构建CMV CP诱饵载体(能表达出BD-CP融合蛋白)的流程。请据图回答下列问题。



(1)图1中,获得BD-X蛋白的关键是将相应序列连接形成融合基因,融合基因的获得过程属于　　　　(变异类型)。X与Y的结合能使转录因子的BD和AD同时结合到启动子上,进而招募酶X催化LacZ基因的转录,酶X是　　　　　　。 
(2)图2中,过程①提取总RNA时选择有明显感染症状叶片的原因是  　。 
过程②中通常利用RT-PCR技术获得cDNA,上述技术中不同循环次数的扩增产物电泳结果如图3,则最适宜的循环次数是　　　　次,依据是　。 
(3)图2过程③构建诱饵载体时,为保证CP cDNA能定向插入指定位置,需要在过程②设计PCR引物时,  　。 
用获得的诱饵载体先转化大肠杆菌,再用　　　　法将菌液接种到含　　　　的选择培养基上,挑取阳性单菌落细胞进行测序,确认插入的基因序列是否正确。 
(4)获得CMV CP诱饵载体转化的酵母菌后,研究人员进一步开展CMV CP互作蛋白的筛选研究,其主要实验流程:构建感染CMV的番茄cDNA文库→构建一系列靶蛋白载体→　　　　　　　　　　　　　　→接种培养,获取呈　　　　色的菌落细胞→筛选、鉴定互作蛋白。 
答案　(1)基因突变　RNA聚合酶　(2)有明显感染症状的叶片细胞中含有大量CMV,有丰富的CP基因　18　2号条带比1号条带宽,而3号条带较弥散(或2号条带明亮、整齐)　(3)在两种引物的5'端分别添加BamHⅠ和EcoRⅠ识别序列　稀释涂布平板　卡那霉素　(4)分别将靶蛋白载体导入诱饵载体转化后的酵母　蓝
6. 通常真核细胞翻译的起始必须依赖于mRNA的5'端帽子结构,而内部核糖体进入位点(IRES)则是位于mRNA内部的核糖体识别、结合序列,IRES使翻译可以从mRNA内部开始。人溶菌酶和人乳铁蛋白是人乳中重要的抗菌蛋白,科研人员构建人溶菌酶基因(hLYZ)和人乳铁蛋白基因(hLTF)双基因表达载体,并获得转基因牛胚胎。如图表示双基因表达载体的主要构建过程,请回答下列问题。

(1)IRES的基本单位是　　　　,翻译时核糖体在mRNA上的移动方向是　　　　(填5'→3'或3'→5')。与两个基因直接连接形成融合基因相比,两个基因之间插入IRES序列的意义是　。 
(2)为实现hLTF与IRES序列的连接,在PCR扩增基因片段时通常在引物的5'端添加特定的限制酶识别序列,而不在3'端添加的原因是　。 
(3)过程①中,用　　　　　　　　切割质粒a、b后,再用　　　　(方法)分离,收集质粒a的hLTF片段,与质粒b的大片段连接,获得重组质粒1。 
(4)过程②中,用BamHⅠ分别处理重组质粒1和质粒c,再连接形成的重组质粒不止一种,这是因为  　。 
用BamHⅠ对重组质粒2进行酶切,获得的DNA片段大小为　　　　　　　　。 
(5)科研人员以包含重组质粒2的脂质体转染牛乳腺上皮细胞时,在细胞培养液中加入一定浓度的新霉素的主要目的是  　。 
选择乳腺上皮细胞作为受体细胞便于检测　　　　　　　　　　　　　　　　。 
(6)研究人员试图以转hLYZ与hLTF的奶牛乳腺上皮细胞作为供体细胞,培养转基因克隆胚胎,在此过程中主要涉及的现代生物技术有 
　　　　(写2个即可)。 
答案　(1)核糖核苷酸　5'→3'　便于得到两种具有功能的蛋白质(一种mRNA可翻译形成两种蛋白质)
(2)使引物的3'端与模板链严格互补配对,保证子链的延伸　(3)XbaⅠ和NheⅠ　电泳法　(4)目的基因与质粒c存在正反连接、目的基因多拷贝与质粒c连接等　3.2 kb和8.2 kb　(5)便于筛选导入重组质粒2的牛乳腺上皮细胞　目的基因(hLYZ和hLTF)能否表达　(6)体细胞核移植技术、早期胚胎培养技术(动物细胞培养技术、卵母细胞采集与培养技术)
7. Cre/loxP重组酶系统是对转基因受体细胞DNA上的特定序列进行定点切割和重新连接,从而在基因或染色体水平上对生物基因进行遗传改造的一种技术。请回答下列问题:


(1)loxP具有方向性,结构如图1所示,其中决定方向的序列是　　　　(填序号)。 
(2)Cre酶能催化如图2所示的反应,随机识别DNA分子上同向排列的两个相同的loxP序列,并在图1的②中特定位点切断DNA双链,切口被重新连接后,保留片段　　　　,从而实现目标基因的敲除。若经Cre酶作用使得两个loxP位点间的序列发生反转,其原因可能是　　　　　　　　　　　　　。 
(3)Cre/loxP重组酶系统可以调控基因的表达,在目的基因　　　(填“上游”或“下游”)插入一个带有loxP位点的编码终止密码子的序列,在Cre酶存在的情况下,目的基因　　　(填“表达”或“不表达”)。 
(4)抗虫烟草的制备过程中,通常用　　　　　法将重组质粒导入烟草细胞,导入成功后,标记基因如抗除草剂基因可用Cre/loxP重组酶系统将其　　　　　　　,其继续留在烟草体内可能会将抗除草剂基因转移到杂草中,造成基因污染。 
(5)GUS基因编码的酶可将无色底物生成蓝色产物,GFP基因会产生绿色荧光蛋白,配合Cre/loxP重组酶系统来研究发育生物学的问题。

①构建基因表达载体时,可用　　　　　　酶将loxP序列、GUS基因及GFP基因连接,接上35S启动子之后可在组织中检测出蓝色区而无绿色荧光区(如图3所示),这是由于　　　　基因自身无启动子而无法表达。 
②Cre基因经38 ℃热处理后可被激活表达,在此前提下组织中可检测出绿色荧光区,据此分析绿色荧光区形成的原因是　　　　　　　　　　　　　　,采用　　　　　　等手段可以扩大组织中绿色荧光区的面积。 
答案　(1)②　(2)2　两个loxP序列方向相反　(3)上游　表达　(4)农杆菌转化　敲除　(5)①限制酶和DNA连接　GFP　②Cre酶能(特异性识别并)切割loxP序列,使GFP基因得以表达　延长热处理时间