2023届高考生物二轮复习大题集训(六)基因工程类突破作业含答案

大题集训(六)　基因工程类突破

1．(2022·湖南娄底二模)反义基因技术是根据核酸杂交原理设计针对特定靶序列的反义核酸，从而抑制特定基因表达的技术。为找到治疗高血压的新医疗手段，科学家构建了包含反义ACE基因(血管紧张素基因)的表达载体，并将其导入小鼠体内，实验取得了较好的效果。回答下列问题：

(1)构建基因表达载体时，所用的工具酶是限制酶和____________，后一种酶催化__________键的形成。限制酶的作用特点是______________________________________________________。

(2)导入目的基因时不能直接将目的基因导入受体细胞，而必须通过载体，原因是__________________________________________。

(3)科学家在构建包含反义ACE基因表达载体时，需要将ACE基因反向连接到特异性的启动子和________之间，使得反义基因能够在受体细胞中表达。试分析其降压作用的原理：__________________ _____________________________________________________________________________________________________________________。

(4)基因工程操作时，首先需要获得大量的目的基因，实验室里常利用PCR技术扩增目的基因。PCR(聚合酶链式反应)技术是指________________________________________________________________________________________________________。PCR反应中的每次循环可分为变性、复性、________三步，其中复性的结果是__________________________________________。

解析　(1)构建基因表达载体时，所用的工具酶是限制酶和DNA连接酶，DNA连接酶通过连接磷酸二酯键将DNA片段连接起来。限制酶被称为“分子手术刀”，能识别DNA分子中特定的脱氧核苷酸序列，并在该位置对DNA进行剪切，即限制酶的作用特点是一种限制酶只能够识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断裂。(2)一般不能直接将目的基因导入受体细胞，而必须构建基因表达载体，这样可以保证目的基因在受体细胞中稳定存在和高效表达。(3)科学家在构建包含反义ACE基因表达载体时，需要将ACE基因反向连接到特异性的启动子和终止子之间，使得反义基因能够在受体细胞中表达。反义基因转录出的mRNA与血管紧张素基因ACE转录的mRNA能够发生碱基互补配对，从而阻止了血管紧张素的合成，进而起到降血压的作用。(4)PCR(聚合酶链式反应)技术是一项根据DNA半保留复制的原理，在体外提供参与DNA复制的各种组分与反应条件，对目的基因的核苷酸序列进行大量复制的技术。PCR反应中的每次循环可分为变性、复性、延伸三步，其中复性的结果是引物与模板链之间互补配对，为后续子链延伸作准备。

答案　(1)DNA连接酶　磷酸二酯　能识别DNA分子中特定的脱氧核苷酸序列，并在该位置对DNA进行剪切

(2)保证目的基因在受体细胞中稳定存在和高效表达

(3)终止子　反义基因转录出的mRNA与血管紧张素基因ACE转录的mRNA能够发生碱基互补配对，从而阻止了血管紧张素的合成，进而起到降血压的作用

(4)根据DNA半保留复制的原理，在体外提供参与DNA复制的各种组分与反应条件，对目的基因的核苷酸序列进行大量复制的技术　延伸　引物与模板链之间互补配对，为后续子链延伸作准备

2．(2022·成都蓉城名校联盟联考改编)烟草是具有重要经济价值的双子叶植物，易感染烟草花叶病毒(TMV)导致大幅度减产。绞股蓝细胞中含有抗烟草花叶病毒基因，该基因表达可产生抗TMV蛋白，从而使绞股蓝叶片对TMV具有抗感染性。科学家利用基因工程培育出了抗TMV的烟草，主要流程如图所示。回答下列问题：

(1)从绞股蓝细胞中获得目的基因利用了①________过程，这样获得的目的基因用于基因工程时需要在该基因的上游加入________，下游加入________，从而使该基因能够在烟草细胞中正常表达。

(2)利用PCR技术扩增目的基因时，反应体系中应有________、________、________、目的基因和缓冲液。

(3)③过程将目的基因与Ti质粒进行重组时需要用到______________________两种酶；将重组Ti质粒导入烟草体细胞常用农杆菌转化法，可以将新鲜的从叶片上取下的圆形叶片与农杆菌________，然后筛选转化细胞并再生成植株。

解析　(1)由图示可知，从绞股蓝细胞中提取出来RNA，再逆转录形成DNA，故从绞股蓝细胞中获得目的基因利用了逆转录过程，这样获得的目的基因用于基因工程时需要在该基因的上游加入启动子，下游加入终止子，从而使该基因能够在烟草细胞中正常表达。(2)利用PCR技术扩增目的基因需要的条件：缓冲液、原料(dNTP)、目的基因、引物和Taq DNA聚合酶。(3)在重组质粒的构建过程中需要的工具酶有限制性内切核酸酶和DNA连接酶；将重组Ti质粒导入烟草体细胞常用农杆菌转化法，可以将新鲜的从叶片上取下的圆形叶片与农杆菌共培养，然后筛选转化细胞，并再生成植株。

答案　(1)逆转录　启动子　终止子

(2)原料(dNTP)　引物　Taq DNA聚合酶

(3)限制性内切核酸酶和DNA连接酶　共培养

3．(2021·福建)微生物吸附是重金属废水的处理方法之一。金属硫蛋白(MT)是一类广泛存在于动植物中的金属结合蛋白，具有吸附重金属的作用。科研人员将枣树的MT基因导入大肠杆菌构建工程菌。回答下列问题：

(1)根据枣树的MT DNA的核苷酸序列设计了相应的引物(图1甲)，通过PCR扩增MT基因。已知A位点和B位点分别是起始密码子和终止密码子对应的基因位置。选用的引物组合应为______________。

(2)本实验中，PCR所用的DNA聚合酶扩增出的MT基因的末端为平末端。由于载体E只有能产生黏性末端的酶切位点，需借助中间载体P将MT基因接入载体E。载体P和载体E的酶切位点及相应的酶切序列如图1乙所示。

①选用________酶将载体P切开，再用________(填“T4 DNA”或“E.coli DNA”)连接酶将MT基因与载体P相连，构成重组载体P′。

②载体P′不具有表达MT基因的________和________。选用________酶组合对载体P′和载体E进行酶切，将切下的MT基因和载体E用DNA连接酶进行连接，将得到的混合物导入用________离子处理的大肠杆菌，筛出MT工程菌。

(3)MT基因在工程菌的表达量如图2所示，结果仍无法说明已经成功构建能较强吸附废水中重金属的MT工程菌，理由是____________ ________________________________________________________。

解析　(1)分析图1甲，已知A位点和B位点分别是起始密码子和终止密码子对应的基因位置，通过PCR扩增的MT基因，应含有编码起始密码子和终止密码子的部位，所以选用的引物组合应为引物1和引物4。(2)①根据图示，载体P和载体E共同的限制酶是XhoⅠ和PstⅠ，且载体P在XhoⅠ和PstⅠ酶切位点之间有EcoRⅤ酶切位点，因此应选用EcoRⅤ酶将载体P切开，再用T4 DNA连接酶将MT基因与载体P相连，构成重组载体P′。②载体P′不具有表达MT基因的启动子和终止子。选用XhoⅠ和PstⅠ酶组合对载体P′和载体E进行酶切，将切下的MT基因和载体E用DNA连接酶进行连接，将得到的混合物导入用钙离子处理的大肠杆菌，筛出MT工程菌。(3)MT基因在工程菌的表达量仍无法说明已经成功构建能较强吸附废水中重金属的MT工程菌，理由是尚未在个体生物学水平上对MT工程菌吸附重金属的能力进行鉴定。

答案　(1)引物1和引物4

(2)①EcoRⅤ　T4 DNA　②启动子　终止子　XhoⅠ和PstⅠ　钙

(3)尚未在个体生物学水平上对MT工程菌吸附重金属的能力进行鉴定

4．(2022·山东)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—P△。P△是缺失特定氨基酸序列的P，FLAG是一种短肽，连接在P或P△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P△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EcoRⅠ识别序列的引物来解决该问题，具体修改方案是_________________________________________

__________________________________________________________。

(3)融合蛋白表达成功后，将FLAG—P、FLAG—P△、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—P△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，P△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________________ ___________________________________________________________________________________________________________________。

解析　(1)引物是一小段能与DNA母链的一段碱基序列互补配对的核苷酸短单链，因此设计扩增P基因的引物，需要分别与两条模板链3′端的碱基序列互补的两种引物。DNA聚合酶延伸时，是将脱氧核苷酸加到引物的3′端，为了不破坏目的基因，该限制酶识别序列应添加在引物的5′端。(2)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，说明P基因翻译时出错。由图可看出，在转录出的mRNA中，限制酶识别序列对应的最后两个碱基与P基因对应的第一个碱基构成一个密码子，导致读码框改变，翻译出的氨基酸序列改变，可通过在EcoRⅠ识别序列前后增加碱基，使其碱基数目加上FLAG的碱基数目为3的倍数，这样能保证P基因转录出的mRNA上的读码框不改变，能够正常翻译。(3)①组仅添加UBC，处理后，用UBC抗体检测，不出现杂交带；②组添加UBC和FLAG—P，出现杂交带；③组添加UBC、药物A和FLAG—P，杂交带更加明显，说明药物A的作用是促进UBC与FLAG—P的结合。②④组或③⑤组的差异在于②③组使用FLAG—P，出现杂交带；④⑤组使用FLAG—P△，不出现杂交带，据此推测P△中缺失的特定序列是FLAG—P与UBC结合的关键序列。(4)根据(3)的分析推测，药物A促进UBC与FLAG—P的结合，从而促进蛋白P被蛋白酶识别并降解，达到治疗的目的。

答案　(1)两种引物分别与两条模板链3′端的碱基序列互补配对　5′端

(2)在转录出的mRNA中，限制酶识别序列对应的最后两个碱基与P基因对应的第一个碱基构成一个密码子，导致读码框改变，翻译出的氨基酸序列改变　在EcoRⅠ识别序列前后增加碱基，使其碱基数目加上FLAG的碱基数目为3的倍数

(3)促进UBC与FLAG—P的结合　P△中缺失的特定序列是FLAG—P与UBC结合的关键序列

(4)药物A促进UBC与FLAG—P的结合，从而促进蛋白P被蛋白酶识别并降解，达到治疗的目的

5．(2022·南通质检)自然界中某些细菌可通过代谢将原油转化为稳定无害的终产物，科学家为获得能有效修复原油污染土壤的工程菌展开相关研究。

(1)获得能降解原油的目标菌可从____________取样，样品经________(填“无菌水”或“蒸馏水”)稀释后涂布于以原油为唯一碳源的固体培养基上培养，分离纯化后获得目标菌A。

(2)目标菌A成膜性差，不能有效控制原油向深层土壤渗透。研究人员将假单胞菌的bdlA基因(约1 300 bp)导入目标菌A体内，尝试构建成膜性好的工程菌。

①假单胞菌遭受环境压力时，会分泌大量胞外复合物将自身包裹于其中，形成细菌聚集膜样物(生物被膜)，体现了生物对环境的________。

②图1为bdlA基因与pX系列质粒连接构建的重组质粒模式图，为初步检测构建是否成功，可选用限制酶________对其切割，并对酶切产物及重组质粒进行凝胶电泳检测，结果如图2。据图可初步判断重组质粒构建成功，依据是______________________________。

(3)上述方法获得的两种工程菌命名为KT2和KT5，在不同时间测定实验组中工程菌及对照组中________________________的生物被膜总量相对值，结果如图3所示，该结果表明________________ ________。

(4)若要将以上工程菌用于原油污染土壤的修复，举一例说明下一步还应进行哪些方面的研究：____________。

解析　(1)能降解原油的目标菌存在于原油污染土壤，为避免杂菌污染应用无菌水稀释。(2)①假单胞菌形成生物被膜，是生物对环境的适应。②两种重组质粒含有的目的基因应该一致，用Csp45Ⅰ、XbaⅠ对重组质粒切割，图2右边M是Marker(对照基因)，是标记大小的；1、2号泳道是两个质粒全长；3、4号泳道是酶切后目的基因和质粒的大小，看切下的目的基因是否一致(从图中看均为1 254 bp)，可初步判断重组质粒构建是否成功。(3)本实验的对照组应该是导入普通质粒的目标菌A。实验结果表明在36 h时KT2和KT5两种工程菌的生物被膜量相对值最高。(4)若要将工程菌用于原油污染土壤的修复，下一步还应进行许多研究，如如何扩大培养。

答案　(1)原油污染土壤　无菌水

(2)①适应　②Csp45Ⅰ、XbaⅠ　连接到两个质粒上的目的基因一致

(3)导入普通质粒的目标菌A　在36 h时KT2和KT5两种工程菌的生物被膜量相对值最高

(4)如何扩大培养