高考生物（山东专用）复习专题22基因工程练习含答案

这是一份高考生物（山东专用）复习专题22基因工程练习含答案，共35页。试卷主要包含了14 ml/L等内容，欢迎下载使用。
考点1 重组DNA技术的基本工具
1.(2023新课标,6,6分)某同学拟用限制酶(酶1、酶2、酶3和酶4)、DNA连接酶为工具,将目的基因(两端含相应限制酶的识别序列和切割位点)和质粒进行切割、连接,以构建重组表达载体。限制酶的切割位点如图所示。
下列重组表达载体构建方案合理且效率最高的是( )
A.质粒和目的基因都用酶3切割,用E.cli DNA连接酶连接
B.质粒用酶3切割、目的基因用酶1切割,用T4 DNA连接酶连接
C.质粒和目的基因都用酶1和酶2切割,用T4 DNA连接酶连接
D.质粒和目的基因都用酶2和酶4切割,用E.cli DNA连接酶连接
答案 C
2.(2021湖北,7,2分)限制性内切酶EcRⅠ识别并切割双链DNA,用EcRⅠ完全酶切果蝇基因组DNA,理论上得到DNA片段的平均长度(碱基对)约为( )
A.6 B.250 C.4 000 D.24 000
答案 C
3.(2021全国乙,38,15分)用DNA重组技术可以赋予生物以新的遗传特性,创造出更符合人类需要的生物产品。在此过程中需要使用多种工具酶,其中4种限制性核酸内切酶的切割位点如图所示。
回答下列问题:
(1)常用的DNA连接酶有E.cli DNA连接酶和T4 DNA连接酶。上图中 酶切割后的DNA片段可以用E.cli DNA连接酶连接。上图中 酶切割后的DNA片段可以用T4 DNA连接酶连接。
(2)DNA连接酶催化目的基因片段与质粒载体片段之间形成的化学键是 。
(3)DNA重组技术中所用的质粒载体具有一些特征。如质粒DNA分子上有复制原点,可以保证质粒在受体细胞中能 ;质粒DNA分子上有 ,便于外源DNA插入;质粒DNA分子上有标记基因(如某种抗生素抗性基因),利用抗生素可筛选出含质粒载体的宿主细胞,方法是
。
(4)表达载体含有启动子,启动子是指
。
答案 (1)EcRⅠ、PstⅠ EcRⅠ、SmaⅠ、PstⅠ、EcRⅤ (2)磷酸二酯键 (3)自我复制 限制酶切割位点 将待筛选的宿主细胞接种到含该抗生素的培养基中,能够生长的是含有质粒载体的宿主细胞 (4)RNA聚合酶识别、结合并启动转录的DNA片段
考点2 DNA的粗提取与鉴定、DNA片段的扩增与电泳鉴定
4.(2022山东,13,2分)关于“DNA的粗提取与鉴定”实验,下列说法错误的是( )
A.过滤液沉淀过程在4 ℃冰箱中进行是为了防止DNA降解
B.离心研磨液是为了加速DNA的沉淀
C.在一定温度下,DNA遇二苯胺试剂呈现蓝色
D.粗提取的DNA中可能含有蛋白质
答案 B
5.【新思维】(2021山东,13,2分)粗提取DNA时,向鸡血细胞液中加入一定量的蒸馏水并搅拌,过滤后所得滤液进行下列处理后再进行过滤,在得到的滤液中加入特定试剂后容易提取出DNA相对含量较高的白色丝状物的处理方式是( )
A.加入适量的木瓜蛋白酶
B.37~40 ℃的水浴箱中保温10~15分钟
C.加入与滤液体积相等的、体积分数为95%的冷却的酒精
D.加入NaCl调节浓度至2 ml/L→过滤→调节滤液中NaCl浓度至0.14 ml/L
答案 A
6.(2023福建,4,2分)关于“DNA片段的扩增及电泳鉴定”(实验Ⅰ)和“DNA的粗提取与鉴定”(实验Ⅱ)的实验操作,下列相关叙述正确的是( )
A.实验Ⅰ中,PCR实验所需的移液器、枪头、蒸馏水等必须进行高压灭菌处理
B.实验Ⅰ中,将扩增得到的PCR产物进行凝胶电泳,加样前应先接通电源
C.实验Ⅱ中,取洋葱研磨液的上清液,加入等体积冷酒精后析出粗提取的DNA
D.实验Ⅱ中,将白色丝状物直接加入二苯胺试剂中并进行沸水浴,用于鉴定DNA
答案 C
7.(2023辽宁,19,3分)(不定项)基质金属蛋白酶MMP2和MMP9是癌细胞转移的关键酶。MMP2和MMP9可以降解明胶,明胶可被某染液染成蓝色,因此可以利用含有明胶的凝胶电泳检测这两种酶在不同条件下的活性。据图分析,下列叙述正确的是( )
A.SDS可以提高MMP2和MMP9活性
B.10 ℃保温降低了MMP2和MMP9活性
C.缓冲液用于维持MMP2和MMP9活性
D.MMP2和MMP9降解明胶不具有专一性
答案 B
8.【新思维】(2022辽宁,12,2分)抗虫和耐除草剂玉米双抗12-5是我国自主研发的转基因品种。为给监管转基因生物安全提供依据,采用PCR方法进行目的基因监测,反应程序如图所示。下列叙述正确的是( )
A.预变性过程可促进模板DNA边解旋边复制
B.后延伸过程可使目的基因的扩增更加充分
C.延伸过程无需引物参与即可完成半保留复制
D.转基因品种经检测含有目的基因后即可上市
答案 B
考点3 基因工程的基本操作程序
9.(2023湖北,4,2分)用氨苄青霉素抗性基因(AmpR)、四环素抗性基因(TetR)作为标记基因构建的质粒如图所示。用含有目的基因的DNA片段和用不同限制酶酶切后的质粒,构建基因表达载体(重组质粒),并转化到受体菌中。下列叙述错误的是( )
A.若用Hind Ⅲ酶切,目的基因转录的产物可能不同
B.若用PvuⅠ酶切,在含Tet(四环素)培养基中的菌落,不一定含有目的基因
C.若用SphⅠ酶切,可通过DNA凝胶电泳技术鉴定重组质粒构建成功与否
D.若用SphⅠ酶切,携带目的基因的受体菌在含Amp(氨苄青霉素)和Tet的培养基中能形成菌落
答案 D
10.(2021湖北,16,2分)某实验利用PCR技术获取目的基因,实验结果显示除目的基因条带(引物与模板完全配对)外,还有2条非特异条带(引物和模板不完全配对)。为了减少反应中非特异条带的产生,以下措施中有效的是( )
A.增加模板DNA的量
B.延长热变性的时间
C.延长延伸的时间
D.提高复性的温度
答案 D
11.【新思维】(2023山东,25,10分)科研人员构建了可表达J-V5融合蛋白的重组质粒并进行了检测,该质粒的部分结构如图甲所示。其中V5编码序列表达标签短肽V5。
(1)与图甲中启动子结合的酶是 。除图甲中标出的结构外,作为载体,质粒还需具备的结构有 (答出2个结构即可)。
(2)构建重组质粒后,为了确定J基因连接到质粒中且插入方向正确,需进行PCR检测,若仅用一对引物,应选择图甲中的引物 。已知J基因转录的模板链位于b链,由此可知引物F1与图甲中J基因的 (填“a链”或“b链”)相应部分的序列相同。
(3)重组质粒在受体细胞内正确表达后,用抗J蛋白抗体和抗V5抗体分别检测相应蛋白是否表达以及表达水平,结果如图乙所示。其中,出现条带1证明细胞内表达了 ,条带2所检出的蛋白 (填“是”或“不是”)由重组质粒上的J基因表达的。
答案 (1)RNA聚合酶 标记基因、复制原点(或限制性酶切位点) (2)F2和R1(或“F1和R2”) a链 (3)J-V5融合蛋白 不是
12.【新思维】(2022山东,25,2分)某种类型的白血病由蛋白P引发,蛋白UBC可使P被蛋白酶识别并降解,药物A可通过影响这一过程对该病起到治疗作用。为探索药物A治疗该病的机理,需构建重组载体以获得融合蛋白FLAG-P和FLAG-PΔ。PΔ是缺失特定氨基酸序列的P,FLAG是一种短肽,连接在P或PΔ的氨基端,使融合蛋白能与含有FLAG抗体的介质结合,但不影响P或PΔ的功能。
(1)为构建重组载体,需先设计引物,通过PCR特异性扩增P基因。用于扩增P基因的引物需满足的条件是 。为使PCR产物能被限制酶切割,需在引物上添加相应的限制酶识别序列,该限制酶识别序列应添加在引物的 (填“3'端”或“5'端”)。
(2)PCR扩增得到的P基因经酶切连接插入载体后,与编码FLAG的序列形成一个融合基因,如图甲所示,其中“ATGTGCA”为P基因编码链起始序列。将该重组载体导入细胞后,融合基因转录出的mRNA序列正确,翻译出的融合蛋白中FLAG的氨基酸序列正确,但P基因对应的氨基酸序列与P不同。据图甲分析,出现该问题的原因是
。修改扩增P基因时使用的带有EcRⅠ识别序列的引物来解决该问题,具体修改方案是 。
图甲
(3)融合蛋白表达成功后,将FLAG-P、FLAG-PΔ、药物A和UBC按照图乙中的组合方式分成5组。各组样品混匀后分别流经含FLAG抗体的介质,分离出与介质结合的物质并用UBC抗体检测,检测结果如图丙所示。已知FLAG-P和FLAG-PΔ不能降解UBC,由①②③组结果的差异推测,药物A的作用是 ;由②④组或③⑤组的差异推测,PΔ中缺失的特定序列的作用是 。
(4)根据以上结果推测,药物A治疗该病的机理是
。
答案 (1)能与P基因母链的一段碱基序列互补配对、短单链核酸(2分) 5'端(2分) (2)P基因编码链的第一个碱基与EcRⅠ识别序列的最后两个碱基编码一个氨基酸,导致mRNA的密码子被错位读取(2分) 在引物中的EcRⅠ识别序列3'端添加1个碱基(2分) (3)增强FLAG-P与UBC的结合(1分) 参与P与UBC的结合(1分) (4)药物A通过增强P与UBC结合促进P降解(2分)
13.【新思维】(2021山东,25,12分)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识别序列。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要 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,而含F5~F6与R扩增产物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)SalⅠ(2分) EcRⅠ(2分) 6(3分) (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(2分) (3)引物F4与F5在调控序列上所对应序列之间的区段上(1分) 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(2分)
14.(2023全国乙,38,15分)GFP是水母体内存在的能发绿色荧光的一种蛋白。科研人员以GFP基因为材料,利用基因工程技术获得了能发其他颜色荧光的蛋白,丰富了荧光蛋白的颜色种类。回答下列问题。
(1)构建突变基因文库。科研人员将GFP基因的不同突变基因分别插入载体,并转入大肠杆菌制备出GFP基因的突变基因文库。通常,基因文库是指 。
(2)构建目的基因表达载体。科研人员从构建的GFP突变基因文库中提取目的基因(均为突变基因)构建表达载体,其模式图如下所示(箭头为GFP突变基因的转录方向)。图中①为 ;②为 ,其作用是 ;图中氨苄青霉素抗性基因是一种标记基因,其作用是 。
(3)目的基因的表达。科研人员将构建好的表达载体导入大肠杆菌中进行表达,发现大肠杆菌有的发绿色荧光,有的发黄色荧光,有的不发荧光。请从密码子特点的角度分析,发绿色荧光的可能原因是 (答出1点即可)。
(4)新蛋白与突变基因的关联性分析。将上述发黄色荧光的大肠杆菌分离纯化后,对其所含的GFP突变基因进行测序,发现其碱基序列与GFP基因的不同,将该GFP突变基因命名为YFP基因(黄色荧光蛋白基因)。若要通过基因工程的方法探究YFP基因能否在真核细胞中表达,实验思路是 。
答案 (1)将含有某种生物不同基因的许多DNA片段,导入受体菌的群体中储存,各个受体菌分别含有这种生物的不同的基因 (2)终止子 启动子 RNA聚合酶识别和结合的部位,驱动基因转录出mRNA 将含有目的基因的细胞筛选出来 (3)密码子的简并性 (4)获取YFP基因并构建表达载体,并将其导入真核细胞,检验其能否发出黄色荧光
15.(2023河北,22,15分)单细胞硅藻具有生产生物柴油的潜在价值。研究者将硅藻脂质合成相关的苹果酸酶(ME)基因构建到超表达载体,转入硅藻细胞,以期获得高产生物柴油的硅藻品系。
回答下列问题:
(1)根据DNA和蛋白质在特定浓度乙醇溶液中的 差异获得硅藻粗提DNA,PCR扩增得到目的基因。
(2)超表达载体的基本组件包括复制原点、目的基因、标记基因、 和 等。本研究中目的基因为 。
(3)PCR扩增时引物通过 原则与模板特异性结合。根据表达载体序列设计了图1所示的两条引物,对非转基因硅藻品系A和转ME基因硅藻候选品系B进行PCR检测,扩增产物电泳结果见图2。其中,样品1为本实验的 组,样品2有特异性扩增产物,结果表明 。
(4)利用单细胞硅藻生产生物柴油的影响因素包括胞内脂质含量和繁殖速率等。图3为硅藻胞内脂质含量检测结果。据图分析,相对于品系A,品系B的胞内脂质含量平均水平明显 。同时,还需测定 以比较在相同发酵条件下品系A与B的繁殖速率。
(5)胞内脂质合成需要大量ATP。ME催化苹果酸氧化脱羧反应产生NADH。研究表明,品系B线粒体中ME含量显著高于品系A。据此分析,ME基因超表达使线粒体中NADH水平升高, ,最终促进胞内脂质合成。
(6)相对于大豆和油菜等油料作物,利用海生硅藻进行生物柴油生产的优势之处为 。(答出两点即可)
答案 (1)溶解度 (2)启动子 终止子(答案“启动子”和“终止子”不分顺序) 苹果酸酶基因(或“ME基因”) (3)碱基互补配对 对照 引物间的载体序列整合到硅藻细胞基因组中(或“ME基因序列整合到硅藻细胞基因组中”) (4)增加 细胞数量 (5)有氧呼吸生成的ATP增多 (6)节约土地资源、不受季节和气候限制(或“节约粮食资源”或“节约淡水”或“能够通过发酵大量生产”)
16.(2022江苏,24,12分)纤毛是广泛存在的细胞表面结构,功能异常可引发多种疾病。因此,研究纤毛形成的作用机制具有重要意义。请回答下列问题。
(1)纤毛结构如图Ⅰ所示,由细胞膜延伸形成的纤毛膜主要由 组成。基体由中心体转变而来,中心体在有丝分裂中的功能是 。
图Ⅰ
(2)某病人肾小管上皮细胞纤毛异常,为了分析纤毛相关基因X是否发生了变异,对基因X进行了PCR扩增与产物测序。从细胞样品中分离DNA时,可通过交替调节盐浓度将与核蛋白结合的DNA分离出来,溶液中添加NaCl至2.0 ml/L的目的是 。PCR扩增时,需在 催化下,在引物的 端进行DNA链的延伸,获得扩增产物用于测序。
(3)为研究蛋白质X在细胞中的定位,构建绿色荧光蛋白GFP与X的融合蛋白,融合蛋白具有绿色荧光,可指示其在细胞内位置。将X-GFP基因融合片段M导入如图Ⅱ所示载体质粒Y,构建Y-M重组质粒(在EcRⅤ位点插入片段)。请完成下表。
(4)为研究另一纤毛病相关基因Z表达的变化,采用荧光定量PCR法检测健康人与病人基因Z的转录水平。采集样本、提取总RNA,经 形成cDNA作为模板,PCR扩增结果显示,在总cDNA模板量相等的条件下,健康人Ct值为15,而病人Ct值为20(Ct值是产物荧光强度达到设定阈值时的PCR循环数)。从理论上估算,在PCR扩增20个循环的产物中,健康人样品的目的产物大约是病人的 倍。
答案 (1)脂质和蛋白质 发出星射线,形成纺锤体 (2)溶解DNA 耐高温的DNA聚合酶 3' (3)①a、b ②1 100 ③Q4 ④纤毛基部可能含有与X蛋白特异性结合的物质(受体) (4)逆转录 32
考点4 基因工程的应用及蛋白质工程
17.(2023辽宁,8,2分)CD163蛋白是PRRSV(病毒)感染家畜的受体。为实时监控CD163蛋白的表达和转运过程,将红色荧光蛋白RFP基因与CD163基因拼接在一起(如图),使其表达成一条多肽。该拼接过程的关键步骤是除去( )
A.CD163基因中编码起始密码子的序列
B.CD163基因中编码终止密码子的序列
C.RFP基因中编码起始密码子的序列
D.RFP基因中编码终止密码子的序列
答案 B
18.(2021辽宁,14,2分)腈水合酶(N0)广泛应用于环境保护和医药原料生产等领域,但不耐高温,利用蛋白质工程技术在N0的α和β亚基之间加入一段连接肽,可获得热稳定的融合型腈水合酶(N1)。下列有关叙述错误的是( )
A.N1与N0氨基酸序列的差异是影响其热稳定性的原因之一
B.加入连接肽需要通过改造基因实现
C.获得N1的过程需要进行转录和翻译
D.检测N1的活性时先将N1与底物充分混合,再置于高温环境
答案 D
19.(2020山东,25,11分)水稻胚乳中含直链淀粉和支链淀粉,直链淀粉所占比例越小糯性越强。科研人员将能表达出基因编辑系统的DNA序列转入水稻,实现了对直链淀粉合成酶基因(Wx基因)启动子序列的定点编辑,从而获得了3个突变品系。
(1)将能表达出基因编辑系统的DNA序列插入Ti质粒构建重组载体时,所需的酶是 ,重组载体进入水稻细胞并在细胞内维持稳定和表达的过程称为 。
(2)根据启动子的作用推测,Wx基因启动子序列的改变影响了
,从而改变了Wx基因的转录水平。与野生型水稻相比,3个突变品系中Wx基因控制合成的直链淀粉合成酶的氨基酸序列 (填:“发生”或“不发生”)改变,原因是 。
(3)为检测启动子变化对Wx基因表达的影响,科研人员需要检测Wx基因转录产生的mRNA(Wx mRNA)的量。检测时分别提取各品系胚乳中的总RNA,经 过程获得总cDNA。通过PCR技术可在总cDNA中专一性地扩增出Wx基因的cDNA,原因是 。
(4)各品系Wx mRNA量的检测结果如图所示,据图推测糯性最强的品系为 ,原因是 。
答案 (除注明外,每空1分)(1)限制性核酸内切酶(限制性内切核酸酶)和DNA连接酶 转化 (2)RNA聚合酶与启动子的识别和结合 不发生 编码直链淀粉合成酶的碱基序列中不含启动子 (3)逆转录(或反转录) 引物是根据Wx基因的一段已知序列设计合成的(或引物能与Wx基因的cDNA特异性结合)(2分) (4)品系3 品系3的Wx mRNA量最少,控制合成的直链淀粉合成酶最少,直链淀粉合成量最少,糯性最强(2分)
20.【新情境】(2023海南,20,13分)基因递送是植物遗传改良的重要技术之一,我国多个实验室合作开发了一种新型基因递送系统(切—浸—生芽Cut-Dip-Budding,简称CDB法)。图1与图2分别是利用常规转化法和CDB法在某植物中递送基因的示意图。
回答下列问题。
(1)图1中,从外植体转变成愈伤组织的过程属于 ;从愈伤组织到幼苗的培养过程需要的激素有生长素和 ,该过程还需要光照,其作用是
。
(2)图1中的愈伤组织,若不经过共培养环节,直接诱导培养得到的植株可以保持植株A的 。图1中,含有外源基因的转化植株A若用于生产种子,其包装需标注 。
(3)图1与图2中,农杆菌侵染植物细胞时,可将外源基因递送到植物细胞中的原因是 。
(4)已知某酶(PDS)缺失会导致植株白化。某团队构建了用于敲除PDS基因的CRISPR/Cas9基因编辑载体(含有绿色荧光蛋白标记基因),利用图2中的CDB法将该重组载体导入植株B,长出毛状根,成功获得转化植株B。据此分析,从毛状根中获得阳性毛状根段的方法是 ,图2中,鉴定导入幼苗中的基因编辑载体是否成功发挥作用的方法是 ,依据是 。
(5)与常规转化法相比,采用CDB法进行基因递送的优点是 (答出2点即可)。
答案 (1)脱分化 细胞分裂素 诱导叶绿素的形成,使幼苗能够进行光合作用 (2)遗传特性 转基因种子 (3)农杆菌细胞内含Ti质粒,当它侵染植物细胞后,能将Ti质粒上的T-DNA转移并整合到受体细胞染色体DNA上 (4)检测毛状根段是否有绿色荧光 植物PDS中靶区域测序(或根据PDS基因的碱基序列设计引物进行PCR扩增) 若导入幼苗的基因编辑载体成功发挥作用,则PDS基因被敲除,靶区域的测序就会出现序列缺失(或PCR无法扩增出条带) (5)不需要无菌操作、不需要进行植物组织培养、操作简便
21.(2023湖南,21,13分)某些植物根际促生菌具有生物固氮、分解淀粉和抑制病原菌等作用。回答下列问题:
(1)若从植物根际土壤中筛选分解淀粉的固氮细菌,培养基的主要营养物质包括水和 。
(2)现从植物根际土壤中筛选出一株解淀粉芽孢杆菌H,其产生的抗菌肽抑菌效果见表。据表推测该抗菌肽对 的抑制效果较好,若要确定其有抑菌效果的最低浓度,需在 μg·mL-1浓度区间进一步实验。
注:“+”表示长菌,“-”表示未长菌
(3)研究人员利用解淀粉芽孢杆菌H的淀粉酶编码基因M构建高效表达质粒载体,转入大肠杆菌成功构建基因工程菌A。在利用A菌株发酵生产淀粉酶M过程中,传代多次后,生产条件未变,但某子代菌株不再产生淀粉酶M。分析可能的原因是
(答出两点即可)。
(4)研究人员通过肺上皮干细胞诱导生成肺类器官,可自组装或与成熟细胞组装成肺类装配体,如图所示。肺类装配体培养需要满足适宜的营养、温度、渗透压、pH以及
(答出两点)等基本条件。肺类装配体形成过程中是否运用了动物细胞融合技术? (填“是”或“否”)。
(5)耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)是一种耐药菌,严重危害人类健康。科研人员拟用MRSA感染肺类装配体建立感染模型,来探究解淀粉芽孢杆菌H抗菌肽是否对MRSA引起的肺炎有治疗潜力。以下实验材料中必备的是 。
①金黄色葡萄球菌感染的肺类装配体
②MRSA感染的肺类装配体
③解淀粉芽孢杆菌H抗菌肽
④生理盐水
⑤青霉素(抗金黄色葡萄球菌的药物)
⑥万古霉素(抗MRSA的药物)
答案 (1)淀粉、无机盐 (2)金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌 1.73~3.45 (3)M基因突变;质粒丢失;启动子、复制原点、核糖体结合位点等关键元件突变或被修饰 (4)适宜的气体环境和无菌、无毒的环境 否 (5)②③④⑥
22.(2023广东,20,14分)种子大小是作物重要的产量性状。研究者对野生型拟南芥(2n=10)进行诱变,筛选到一株种子增大的突变体。通过遗传分析和测序,发现野生型DA1基因发生一个碱基G到A的替换,突变后的基因为隐性基因,据此推测突变体的表型与其有关,开展相关实验。
回答下列问题:
(1)拟采用农杆菌转化法将野生型DA1基因转入突变体植株,若突变体表型确由该突变造成,则转基因植株的种子大小应与 植株的种子大小相近。
(2)用PCR反应扩增DA1基因,用限制性核酸内切酶对PCR产物和 进行切割,用DNA连接酶将两者连接。为确保插入的DA1基因可以正常表达,其上下游序列需具备 。
(3)转化后,T-DNA(其内部基因在减数分裂时不发生交换)可在基因组单一位点插入也可以同时插入多个位点。在插入片段均遵循基因分离及自由组合定律的前提下,选出单一位点插入的植株,并进一步获得目的基因稳定遗传的植株(图1),用于后续验证突变基因与表型的关系。
图1
①农杆菌转化T0代植株并自交,将T1代种子播种在选择培养基上,能够萌发并生长的阳性个体即表示其基因组中插入了 。
②T1代阳性植株自交所得的T2代种子按单株收种并播种于选择培养基,选择阳性率约 %的培养基中幼苗继续培养。
③将②中选出的T2代阳性植株 (填“自交”“与野生型杂交”或“与突变体杂交”)所得的T3代种子按单株收种并播种于选择培养基,阳性率达到 %的培养基中的幼苗即为目标转基因植株。
为便于在后续研究中检测该突变,研究者利用PCR扩增野生型和突变型基因片段,再使用限制性核酸内切酶X切割产物,通过核酸电泳即可进行突变检测,相关信息见图2,在电泳图3中将酶切结果对应位置的条带涂黑。
图2
图3
答案 (1)野生型 (2)基因表达载体(或质粒,或载体) 启动子、终止子 (3)①T-DNA片段(或DA1基因,或目的基因) ②75 ③自交 100 核酸电泳图
23.(2022湖南,22,12分)水蛭是我国的传统中药材,主要药理成分水蛭素为水蛭蛋白中重要成分之一,具有良好的抗凝血作用。拟通过蛋白质工程改造水蛭素结构,提高其抗凝血活性。回答下列问题:
(1)蛋白质工程流程如图所示,物质a是 ,物质b是 。在生产过程中,物质b可能不同,合成的蛋白质空间构象却相同,原因是
。
(2)蛋白质工程是基因工程的延伸,基因工程中获取目的基因的常用方法有 、 和利用PCR技术扩增。PCR技术遵循的基本原理是 。
(3)将提取的水蛭蛋白经甲、乙两种蛋白酶水解后,分析水解产物中的肽含量及其抗凝血活性,结果如图所示。推测两种处理后酶解产物的抗凝血活性差异主要与肽的 (填“种类”或“含量”)有关,导致其活性不同的原因是 。
(4)若要比较蛋白质工程改造后的水蛭素、上述水蛭蛋白酶解产物和天然水蛭素的抗凝血活性差异,简要写出实验设计思路: 。
答案 (1)多肽链 mRNA mRNA上决定氨基酸的密码子具有简并性 (2)从基因文库中获取 人工合成 DNA半保留复制 (3)种类 酶处理后形成的肽中氨基酸的种类、数目和排列顺序不同 (4)在相同条件下,将蛋白质工程改造后的水蛭素、水蛭蛋白酶解产物和天然水蛭素分别进行抗凝血实验,比较三组血液凝固所需时间长短,所需时间越长说明其抗凝血活性越大
三年模拟
限时拔高练1
时间:25 min
一、选择题(每题只有一个选项符合题意)
1.(2023师大附中模拟预测,15)下列关于基因工程及其应用的叙述,错误的是( )
A.花粉管通道法可以用微量注射器将含有目的基因的DNA溶液直接注入子房中
B.只要从转基因棉花中检测到Bt抗虫蛋白,就代表转基因抗虫棉培育成功
C.Bt抗虫蛋白被分解为多肽后与害虫肠上皮细胞的特异性受体结合,导致细胞膜穿孔
D.干扰素是一种糖蛋白,科学家用基因工程方法从大肠杆菌细胞内获得了干扰素
答案 B
2.(2023青岛三模,15)大引物PCR定点突变常用来研究蛋白质结构改变导致的功能变化。单核苷酸的定点诱变进行两轮PCR即可获得,第一轮加诱变引物和侧翼引物,第一轮产物作第二轮PCR扩增的大引物,如图表示利用大引物PCR对基因M进行定点诱变。下列说法错误的是( )
A.第一轮PCR中,至少需要2个循环才能获得相应的大引物模板
B.第二轮PCR所用的引物是第一轮PCR的产物DNA的两条链
C.扩增的定点诱变产物通常需具备启动子、终止子等结构才能进行转录和翻译
D.为了使两轮PCR在同一支试管中进行,设计引物时应考虑不同的退火温度
答案 B
3.【新情境】(2023德州三模,15)科研人员利用染色质免疫共沉淀(ChIP)技术和DNA芯片(chip)技术形成ChIP—n—chip技术,该技术能够根据DNA芯片中已知序列,通过DNA分子杂交快速读取与已知蛋白质结合的DNA片段的碱基序列,其原理如图所示。下列分析错误的是( )
A.结合了蛋白质的DNA片段可被同一种抗体沉淀
B.荧光标记的DNA片段变性后才能与芯片杂交
C.抗体沉淀物放入冷酒精中可沉淀分离出DNA片段
D.利用该技术能测定RNA聚合酶结合的启动子的序列
答案 A
4.【新情境】(2024届青岛二中阶段检测,13)果蝇F基因在成体头部细胞中转录时存在可变剪接的现象,即相同的mRNA前体可通过剪接将不同外显子对应的mRNA序列组合成不同的成熟mRNA。如图是雌雄成体头部细胞中剪接形成的五种成熟mRNA的序列示意图。为验证F基因的转录存在性别差异,研究者分别提取分离成体果蝇头部细胞的基因组DNA(gDNA)和成熟mRNA,后者逆转录成cDNA。选取不同模板和引物的组合,雌雄个体扩增结果不同的一组是( )
A.gDNA c2+c5 B.cDNA c1+c3
C.gDNA c1+c3 D.cDNA c2+c4
答案 D
二、选择题(每题有一个或多个选项符合题意)
5.(2023山东省实验中学一模,20)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( )
注:PmeⅠ、BamHⅠ、SpeⅠ、SacⅠ为不同限制酶
A.上述获得蓝色玫瑰的方案中无需转入能调控液泡pH的基因
B.将sfp基因插入Ti质粒时使用的限制酶是PmeⅠ和BamHⅠ
C.sfp和idgS基因表达时以DNA的同一条链为模板进行转录
D.农杆菌可将Ti质粒上的T-DNA整合到白玫瑰染色体DNA上
答案 BC
三、非选择题
6.(2023济南三模,25)研究发现,MZF1-AS1是一种长链非编码RNA,可以和核蛋白PARP1结合参与基因的调控,从而促进肿瘤细胞的增殖。科研人员通过PCR技术得到PARP1基因全长序列(图1),其编码的蛋白质含1 014个氨基酸、三个功能区(图2),图中数字代表氨基酸对应的位置。构建含GST标签的重组载体以获得不同长度的融合蛋白。
(1)欲PCR扩增PARP1基因的编码区,需设计一对引物F1和R1,在图1中选出两引物与模板结合的位置 (填图中序号),PCR的反应体系中需要加 酶,PCR产物一般通过 法鉴定。
(2)为了得到GST-PARP1融合蛋白,需构建不同长度的带有GST标签序列的PARP1基因表达载体,GST序列尾端不能含有 的序列(不考虑移码突变);纯化得到6种融合蛋白,分别与体外转录得到的生物素标记的MZF1-AS1进行体外结合实验,形成RNA-蛋白质复合物,该复合物可通过一定技术分离出来,将分离纯化获得的结合在复合物上的RNA,经RT-PCR后鉴定结果如图3所示,据图2、3可知 。
(3)研究发现,MZF1-AS1能促进转录因子E2F1与靶基因启动子结合,从而促进肿瘤细胞的增殖,MZF1-AS1和E2F1无直接相互作用,PARP1和E2F1有相互作用;将PARP1载体和E2F1载体共同转染5组细胞,细胞内E2F1含量相同。1、4组不进行处理,2、5组MZF1-AS1基因过量表达,3组MZF1-AS1基因敲除处理。将5组细胞裂解,在4、5组细胞裂解液中加入RNA酶,处理一段时间,然后分别在5组细胞裂解液中加入PARP1抗体得到沉淀,再分别利用E2F1抗体对上述沉淀中图4的蛋白质进行检测,结果如图4所示,据图可知 。
(4)综上所述,MZF1-AS1对肿瘤细胞的作用机理是 。
答案 (1)②③ 耐高温的DNA聚合 琼脂糖凝胶电泳 (2)终止子和控制终止密码子 MZF1-AS1可以与PARP1蛋白质BRCT功能区结合 (3)过表达MZF1-AS1能促进PARP1和E2F1两种蛋白质的结合,敲除MZF1-AS1或者给予RNA酶处理后两蛋白质相互作用减弱 (4)MZF-AS1通过促进PARP1和E2F1两种蛋白质的结合,促进肿瘤细胞的增殖
限时拔高练2
时间:25 min
一、选择题(每题只有一个选项符合题意)
1.(2024届江苏扬州中学月考,14)DNA琼脂糖凝胶电泳是一种分离、纯化或分析PCR扩增后的待检DNA片段的技术。下列关于核酸片段的扩增及电泳鉴定的相关叙述,正确的是( )
A.mRNA也是核酸,因此可直接用PCR扩增仪扩增
B.PCR反应缓冲液中一般要添加ATP,以激活耐高温的DNA聚合酶
C.带电量相同的情况下,相对分子质量越大的DNA片段距离加样孔越近
D.琼脂糖凝胶电泳中的缓冲液中含指示剂,其可以在紫外灯下被检测出来
答案 C
2.【新思维】(2023聊城三模,15)Cre-lxP系统能实现特定基因的敲除(如图1)。把几种荧光蛋白基因和Cre酶能识别并切割的序列(lxP1和lxP2)串在一起,构建表达载体T(如图2)。部分荧光蛋白基因会被Cre酶随机“剪掉”,且两个lxP1之间或两个lxP2之间的基因,最多会被Cre酶敲除一次,剩下的部分得以表达,随机呈现不同的颜色。下列说法错误的是( )
A.构建表达载体T时用到的工具酶包括限制酶、DNA连接酶
B.若小鼠细胞含一个表达载体T(不含Cre酶),其肌肉组织细胞呈无色
C.若小鼠细胞含一个表达载体T(含Cre酶),其脑组织细胞只能呈红色或黄色
D.若小鼠细胞含两个表达载体T(含Cre酶),其脑组织细胞可能出现两种颜色
答案 C
二、选择题(每题有一个或多个选项符合题意)
3.(2023青岛三模,20)20世纪70年代,Frederick Sanger发明了双脱氧终止法对DNA进行测序。其原理如图,在4支试管中分别加入4种脱氧核苷三磷酸(dNTP)和1种双脱氧核苷三磷酸(ddNTP);ddNTP可以与dNTP竞争核苷酸链延长位点,并终止DNA片段的延伸。在4支试管中DNA链将会分别在A、G、C及T位置中止,并形成不同长度的DNA片段。这些片段随后可被电泳分开并显示出来。下列说法中错误的是( )
A.这种测序方法需要引物和耐高温的DNA聚合酶
B.电泳图谱中的箭头所指的DNA片段以鸟嘌呤结尾
C.题图中测得的未知DNA的序列为5'-GATTCGAGCTGA-3'
D.ddNTP与dNTP竞争的延长位点是核苷酸链的3'末端
答案 C
4.(2024届章丘一中阶段测试,20)大肠杆菌经溶菌酶和洗涤剂处理后,拟核DNA就会缠绕在细胞壁碎片上,静置一段时间,质粒分布在上清液中。利用上述原理可初步获得质粒DNA。下列关于质粒的粗提取和鉴定的分析错误的是( )
A.提取DNA时可加入酒精,使不溶于酒精的蛋白质等物质析出
B.将提取的DNA溶于0.14 ml/L NaCl溶液后,可用二苯胺试剂在沸水浴条件下鉴定
C.溶菌酶能溶解大肠杆菌细胞壁,洗涤剂能瓦解其细胞膜,但对DNA没有影响
D.用限制酶Ⅰ和Ⅱ分别处理提取的产物,电泳出现如图结果,说明未提取到质粒
答案 ABD
三、非选择题
5.(2023山东省实验中学二模,25)抗除草剂转基因作物的推广可有效减轻除草劳动强度,提高农业生产效率。图1为抗除草剂转基因玉米的技术流程。
(1)构建含除草剂抗性基因的表达载体,传统的方法是目的基因通过 酶与载体进行重组。另外,可通过 技术在目的基因两侧添加相应限制酶识别序列,以便构建表达载体。
(2)科研人员研发了新的DNA重组方法——无缝克隆In-Fusin技术,如图2所示。In-Fusin酶能够识别任何具有相同15 bp末端序列的线性DNA分子并使其形成黏性末端,据此实现目的基因和载体的连接。和传统方法比,无缝克隆In-Fusin技术的优点是 。
①应用以上方法构建含有A基因和GUS基因的重组DNA分子时,首先获得了图3中的3种DNA分子,然后混合进行In-Fusin反应。
图3 利用In-Fusin技术构建含A和GUS的表达载体
如果引物2上额外添加的片段与GUS基因e片段(图中加粗表示)序列相同,那么引物1和引物4上额外增加的片段分别与载体中的片段(图中加粗表示) 、 相同。完成重组反应后,将表达载体导入农杆菌中。
②为筛选成功转入目标重组DNA分子的菌落,可以选取引物 扩增目的基因并电泳检测。
(3)农杆菌转化愈伤组织时,常用含除草剂的选择培养基筛选转化的愈伤组织。但愈伤组织表面常残留农杆菌,导致未成功转化的愈伤组织也可能在选择培养基上生长。针对上述现象,可以在选择培养基中同时加入 进行筛选,其中周围的培养基 (填“显”或“不显”)蓝色的愈伤组织是转化成功的,原因是 。
答案 (1)限制酶、DNA连接 PCR (2)插入位点不受限制酶识别序列限制,实现了目的基因在载体任意位点上的插入 ①a(或d) d(或a) ②1、4 (3)无色物质K 显 转化成功的愈伤组织中,GUS基因正确表达,表达产物能催化培养基中的无色物质K呈现蓝色;农杆菌中的GUS含有内含子,其转录后序列不能被切除,不能正确表达,不能催化培养基中的无色物质K呈现蓝色
考法综合练
1.【新思维】(2024届浙江百校起点开学考试,12)镰状细胞贫血是一种单基因遗传病,由正常血红蛋白基因(HbA)突变为镰状细胞贫血基因(Hbs)引起,HbA和Hbs的某片段如图甲。对胎儿基因检测的主要原理是:MstⅡ限制酶处理扩增后的DNA;加热使酶切片段解旋,用荧光标记的CTGACTCCT序列与其杂交;凝胶电泳分离。图乙是凝胶电泳后荧光出现的三种可能性。下列叙述错误的是( )
A.提取胎儿DNA样品后,扩增DNA需要添加dNTP和特定的引物
B.用MstⅡ限制酶处理DNA不充分,可能把正常人误判为携带者
C.若某胎儿检测结果为图乙b,则该胎儿为镰状细胞贫血患者
D.荧光标记序列越长,图乙c中两个DNA条带间的距离越大
答案 D
2.(2024届齐鲁名校联合质量检测,15)研究人员通过PCR扩增质粒pDNR-LIB中的sacB基因,该基因的产物对蔗糖敏感,是一种常见的反选择标记基因。TetR是四环素抗性基因,利用基因工程将sacB基因插入质粒pAH162上,构建含有TetR-sacB双重选择系统的重组质粒,即pAH162-sacB,具体过程如图所示。将pAH162-sacB导入大肠杆菌验证其双重选择作用。下列分析错误的是( )
A.将sacB基因插入pAH162上需要的限制酶是BamHⅠ、EcRⅠ
B.需用Ca2+处理大肠杆菌细胞使其能主动吸收周围环境中的DNA分子
C.为保证正向连接,PCR时应在sacB基因上游引物的5'端添加BamHⅠ识别序列
D.大肠杆菌能在含四环素的培养基中生长说明双重选择系统的重组质粒构建成功
答案 D
3.【新情境】(2023日照三模,25)原核生物和真核生物基因组中大片段DNA的定向整合拥有广阔的应用前景。但目前细菌中的定向整合系统存在诸多不足,如整合效率偏低,缺乏有效的筛选标记物,可整合的片段大小有限等。研究者在原有细菌CRISPR/Cas系统基础上尝试构建了CRISPR RNA-guided定向整合系统,以期改善上述缺陷。
(1)Cas蛋白是一种crRNA引导的内切酶,可催化 (化学键名称)水解,剪切特定双链DNA片段。crRNA是一种短链RNA,它一端可与Cas蛋白结合,另一端通过 原则与目标DNA序列结合。
(2)转座子(Tn)是一段特殊的DNA片段。转座酶A和转座酶B相互结合后可将Tn从原有的DNA链上切下,并将其整合到其他DNA片段上。为了使转座子定向整合到特定位点,将PCR扩增得到的Cas基因和转座酶A基因形成融合基因,并进一步构建图1所示的CRISPR RNA-guided定向整合系统。
为构建图示的CRISPR RNA-guided系统,需要先设计引物,通过PCR特异性扩增Cas基因、转座酶基因等。用于扩增Cas基因的引物需满足的条件是 。构建时,应将翻译终止序列设置在Cas基因和转座酶A基因之后而不是设置在两者之间,目的是 。
(3)研究人员利用一定的方法将获得的CRISPR RNA-guided系统导入大肠杆菌,统计并计算转座子定向整合的效率,结果如图2所示。
图2
①该结果表明,转座子的定向整合效率高低与转座子整合方向密切相关。为保证转座子连接方向与预期相同,构建重组质粒的过程中,对切割转座子和切割载体的限制酶的要求是 。
②该结果还可表明,CRISPR RNA-guided系统能够有效解决筛选标记物缺乏的问题,依据是 。
答案 (1)磷酸二酯键 碱基互补配对 (2)两种引物分别与Cas基因两条链3'端的碱基序列互补配对 让Cas蛋白和转座酶A形成融合蛋白,便于Cas蛋白引导转座酶定位到crRNA所结合的DNA附近,实现转座子的定向整合 (3)①利用两种不同的限制酶切割转座子和载体,且保证黏性末端的连接方向与预期相同 ②RL方向的定向整合效率接近100%,无需再用标记物进行筛选
4.(2023烟台模拟,25)血凝素基因(HA)编码的血凝素是构成流感病毒囊膜纤突的主要成分。成熟的血凝素包含HA1和HA2两个亚单位,其中HA1含有病毒与受体相互作用的位点。IgGFc基因片段(长度为717 bp)编码人IgG抗体中的一段小肽,常作为融合蛋白标签。蛋白质分泌依赖于信号肽的引导,本研究中用信号肽IL-2SS代替HA自身信号肽,科研人员尝试构建IL-2SS/HA1/IgGFc融合蛋白表达载体,并导入大肠杆菌表达和分泌。
(1)本实验中信号肽IL-2SS的作用是 ,PCR扩增目的基因时应该选择图中引物 。设计引物时,不能包含HA1的终止密码子的编码序列,原因是 。
(2)应选择限制酶 来切割质粒A,然后直接将PCR产物与质粒A混合,同时加入 酶,使得目的基因与质粒A相连。
(3)若目的基因与质粒A正向连接,HA1基因转录时的模板链是由图中的引物 (填“a”“b”“c”或“d”)在PCR时延伸而成的;若目的基因与质粒A反向连接,用BamHⅠ和SacⅠ同时切割重组质粒,完全酶切后的产物进行凝胶电泳,其中最靠近加样孔的条带长度约为 bp。
(4)融合蛋白中的标签蛋白有利于目的蛋白的分离和纯化,基因工程生产HA1作为疫苗时,选择人IgGFc作为标签的优点还有 。
答案 (1)使融合蛋白分泌到大肠杆菌细胞外 b、c 防止IgGFc基因不能表达导致产生的HA1上不含IgGFc标签 (2)EcRⅤ T4 DNA连接 (3)c 5 181 (4)降低免疫排斥反应
分步实验目标
简易操作、结果、分析
PCR鉴定正向重组质粒Y-M
①选择图Ⅱ引物 ;②PCR目的产物约为 bp
确保M及连接处序列正确
③质粒测序,图Ⅲ中正确的是 (选填序列编号)
检测融合蛋白定位
④对照质粒Y-GFP(仅表达GFP)与实验质粒Y-M分别导入细胞,发现对照组整个细胞均有绿色荧光而实验组荧光集中在纤毛基部,说明
测试菌
抗菌肽浓度(μg·mL-1)
55.20
27.60
13.80
6.90
3.45
1.73
0.86
金黄色葡
萄球菌
-
-
-
-
-
+
+
枯草芽
孢杆菌
-
-
-
-
-
+
+
禾谷镰
孢菌
-
+
+
+
+
+
+
假丝酵母
-
+
+
+
+
+
+