2023版创新设计高考生物（新教材人教版）总复习一轮讲义热点微练23 基因工程的操作程序(尖子生特训)

热点微练23　基因工程的操作程序（尖子生特训）

（时间：15分钟）

1.（2022·湖南长郡中学调研）新型冠状病毒的肆虐给人们带来了严重的影响，其疫苗的研发十分重要。下面是以复制缺陷型人5型腺病毒（DNA病毒）为载体的重组新型冠状病毒疫苗的简要研制思路：

①获取与新型冠状病毒（RNA病毒）S蛋白（抗原）相关的DNA片段。

②将上述DNA片段整合到复制缺陷型人5型腺病毒的DNA上（失去在人体细胞中繁殖能力的腺病毒），并使其正常表达（在宿主细胞中进行）。得到含有S蛋白的腺病毒，称为重组腺病毒，可作为疫苗。

结合所学知识，回答以下问题：

（1）根据研制思路，有人提出在获取S蛋白的相关DNA片段时，可通过分析S蛋白的氨基酸序列，推算出mRNA序列，继而得到相关DNA序列，然后用　　　　法合成DNA；也有人提出可提取新型冠状病毒的RNA，然后通过　　　　获得DNA，利用　　　　技术对相关序列进行快速大量扩增。经过这两种方法获得的DNA序列是否一定相同？ 　　　　（填“是”或“否”）。

（2）通过检测重组腺病毒是否表达出　　　　，判断疫苗研制是否成功。检测方法如下：用放射性元素标记S蛋白的　　　　，然后与重组腺病毒进行　　　　　　　　，若出现杂交带，表明相关DNA已经整合到腺病毒的DNA上，并成功表达。

（3）从免疫学角度看，重组腺病毒疫苗的免疫效果要优于重组蛋白疫苗（抗原蛋白），原因是___________________________________________________。

答案　（1）（人工）化学合成　（反）逆转录　PCR　否　（2）S蛋白　抗体　抗原—抗体杂交　（3）重组腺病毒疫苗既能激发机体的体液免疫又能激发细胞免疫，而重组蛋白疫苗只能激发机体的体液免疫（合理即可）

解析　（1）根据S蛋白的氨基酸序列可以推算出相关的DNA序列，然后可以用化学合成的方法直接人工合成；由RNA经（反）逆转录和PCR技术也可以得到相关DNA，由于密码子的简并性，这两种方法获得的DNA序列不一定相同。

（2）要检测重组腺病毒疫苗研制是否成功，可以直接检测在重组腺病毒中是否表达出S蛋白，即抗原。用放射性元素标记S蛋白的抗体，然后与重组腺病毒进行抗原—抗体杂交，若出现杂交带，表明目的基因已经整合到腺病毒的DNA上，并成功表达。（3）机体清除入侵病毒的过程依赖于体液免疫和细胞免疫的共同配合。重组腺病毒疫苗既能激发机体的体液免疫又能激发细胞免疫，而重组蛋白疫苗只能激发机体的体液免疫。

2.（2021·山东潍坊一模）报告基因是指一类易于检测且实验材料本身不具备的基因。阿尔茨海默病（AD）是由淀粉样前体蛋白（APP）过量表达导致的神经系统退变性疾病，用增强型绿色荧光蛋白（EGFP）基因作为报告基因。将EGFP基因与APP基因融合，可方便、经济、快速地筛选出促进人APP基因mRNA降解的药物。研究表明，EGFP基因与APP基因融合后，虽能全部转录但仅可合成EGFP。EGFP基因与APP基因融合过程如图所示。

（1）APP751、EGFP基因的cDNA是以其mRNA为模板经　　　　　　过程形成的。

（2）据图分析，Klenow酶的作用是____________________________。

切割pcDNA3.1质粒获得APP751基因时，研究人员没有选择直接用HindⅢ、XbaⅠ同时切割，而是历经①→②→③的复杂过程，原因是_________________________________________________________。

（3）COS－7细胞是来源于非洲绿猴肾成纤维细胞，培养这类细胞时，为保证细胞生长，应在合成培养基中添加　　　　　　　　。

答案　（1）逆转录　（2）将XbaⅠ切割获得的黏性末端催化产生平末端　直接用HindⅢ、XbaⅠ同时切割，产物两端都是黏性末端，才能与被SmaⅠ与HindⅢ酶切的载体连接　（3）血清等一些天然成分

解析　（1）以mRNA为模板获得cDNA的过程称为逆转录。（2）由图分析可得，①是用限制酶XbaⅠ来切割，得到两个黏性末端，而Klenow酶将XbaⅠ切割获得的黏性末端催化产生平末端，③是用限制酶HindⅢ切割，得到含黏性末端的目的基因，可与④切割后的C1质粒构建成基因表达载体。若直接用HindⅢ、XbaⅠ同时切割，产物两端都是黏性末端，而经过①→②→③可使目的基因两端分别为平末端和黏性末端，才能与被SmaⅠ与HindⅢ酶切的载体连接。（3）细胞在体外培养时，培养基中应含有细胞所需要的各种营养物质。将细胞所需的营养物质按种类和所需量严格配制而成的培养基，称为合成培养基。在使用合成培养基培养题述细胞时，通常要加入血清等一些天然成分。

3.（2021·1月联考湖南卷，22）p53基因是一种抑癌基因，在恶性肿瘤患者中突变率达50%以上。与人相比，大象体内含有多对p53基因，推测是其很少患肿瘤的主要原因。设计实验探究人p53基因在乳腺肿瘤细胞中的作用。回答下列问题：

（1）利用PCR技术扩增p53基因。首先根据p53基因的核苷酸序列，设计并合成　　　　　　，其能与变性p53基因单链结合，在　　　　　　　　催化作用下延伸，如此循环多次。

（2）p53基因表达载体的构建。如图所示，表达载体上除了标注的DNA片段外，在p53基因上游还必须拥有的DNA 片段（箭头所示）是　　　　，其作用机理是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。外源p53基因插入载体中至少需要两种工具酶，包括准确切割DNA的限制性内切核酸酶和将双链DNA片段“缝合”起来的　　　　　　　　　　　。

（3）乳腺肿瘤细胞培养。完成伦理学审查和病人知情同意书签署后，将患者乳腺肿瘤组织块剪碎，制成细胞悬液在适宜的条件下培养。培养环境中所需的主要气体包括细胞代谢必需的　　　　和维持培养液pH值的　　　　。保持培养环境处于无菌无毒条件的操作包括________________________________________（答出两点即可）。

（4）检测p53基因表达对乳腺肿瘤细胞增殖的影响。分别将空载体和p53基因表达载体转入肿瘤细胞培养，采用特殊方法检测细胞增殖情况，并从培养的肿瘤细胞中提取蛋白质，用相应的　　　　进行杂交，检测p53基因翻译成蛋白质的情况，探索杂交带强度与细胞增殖率相关性。

答案　（1）引物　耐高温的DNA聚合酶　（2）启动子　RNA聚合酶识别和结合的位点，启动转录　DNA连接酶　（3）O2　CO2　对培养液进行无菌处理；在培养液中添加一定量的抗生素；定期更换培养液　（4）抗体

解析　（1）利用PCR技术扩增目的基因，首先利用目的基因的核苷酸序列合成引物，引物与目的基因单链结合，在耐高温的DNA聚合酶的作用下延伸子链。

（2）构建基因表达载体时，目的基因的上游必须有启动子，它是RNA聚合酶识别和结合的部位，启动目的基因的转录过程。将目的基因插入载体需要切割目的基因和载体的限制酶和将二者双链DNA片段“缝合”的DNA连接酶。（3）动物细胞培养所需的气体环境是95%的空气和5%的CO2。其中O2是细胞代谢所必需的，CO2的作用是维持培养液的pH，为保证无菌的培养环境，实验前应对培养液进行无菌处理；在培养液中添加一定量的抗生素；定期更换培养液，去除细胞代谢的废物，保持无毒的环境。（4）检测基因表达产物蛋白质，可采用抗原—抗体杂交法。提取肿瘤细胞中蛋白质，用p53蛋白抗体进行杂交，检测p53基因翻译成p53蛋白的情况。

4.(2022·济南模拟)COVID—19的抗原性与感染性与其表面的S蛋白(刺突糖蛋白)密切相关，现利用基因工程的方法生产相关疫苗。图甲为构建S蛋白基因表达载体的过程，图乙为重组质粒被相关酶切后的电泳结果。请回答下列问题。

(1)①过程所使用的酶为________，为保证PCR技术扩增S蛋白基因正常进行，该反应体系的主要成分有____________________。PCR技术中低温复性的目的是________________________。

(2)通过PCR技术可在cDNA分子中专一性扩增出S蛋白基因，其原因是_____________________________________________________________________

____________________________________________________________________。

PCR过程经过4次循环，需要的引物的数量是________个。

(3)构建好的重组质粒长度共2 000 bp，用限制酶HindⅢ及限制酶HindⅢ和BamHⅠ分别对重组质粒进行切割并电泳，结果如图乙所示，可推测BamHⅠ在重组质粒上有________个酶切位点。为使S蛋白基因在受体细胞中高效表达，需要把S蛋白基因正确插入重组质粒的________________之间。

(4)目前人们注射的新冠疫苗中有一种为腺病毒载体疫苗。该疫苗是将S蛋白基因插入到改造之后的腺病毒基因组中，待腺病毒侵染人体后，可引发机体的免疫反应。请用文字和箭头写出腺病毒载体疫苗进入机体后产生抗体的过程____________________________________________________________________

___________________________________________________________________。

答案　(1)逆转录酶　模板DNA、dNTP、引物、Taq DNA聚合酶　引物结合到互补DNA链　(2)引物是根据S蛋白基因的一段已知序列设计合成的(或：引物能与S蛋白基因特异性结合)　30　(3)3　启动子和终止子　(4)S蛋白基因→mRNA→S蛋白作为抗原→体液免疫→抗体

解析　(1)①过程是利用RNA合成DNA的过程，是逆转录，需要逆转录酶，PCR过程中，其反应体系的主要成分有模板DNA、dNTP、引物、Taq DNA聚合酶；低温复性的目的是让引物结合到互补DNA链。(2)由于在PCR技术中引物是根据S蛋白基因的一段已知序列设计合成的，所以能够专一性的扩增出S蛋白基因。PCR技术大量扩增目的基因时，缓冲液中需要加入的引物个数计算公式为2n＋1－2，因此若一个该DNA分子在PCR仪中经过4次循环，需要24＋1－2＝30个引物。(3)用HindⅢ将质粒2 000 bp切割后形成了形成了200 bp、400 bp和1 400 bp共3个片段，而用HindⅢ和BamHⅠ将质粒切割后形成了200 bp、420 bp、560 bp的片段，2 000＝420×2＋560＋200×3，所以一共形成了6个片段，因此有5个酶切位点，因此BamHⅠ在重组质粒上有5－2＝3个酶切位点；为使S蛋白基因在受体细胞中高效表达，需要把S蛋白基因正确插入重组质粒的启动子和终止子之间。(4)腺病毒载体疫苗是S蛋白基因插入到改造之后的腺病毒基因组中，其表达的产物是S蛋白，作为抗原进入机体后刺激机体启动体液免疫产生抗体，其过程如下：S蛋白基因→mRNA→S蛋白作为抗原→体液免疫→抗体。