高考生物真题分类汇编：专题22 基因工程和生物技术的安全性与伦理问题（含解析）
文档属性
| 名称 | 高考生物真题分类汇编：专题22 基因工程和生物技术的安全性与伦理问题（含解析） |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 1.6MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 通用版 | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2024-01-16 16:10:49 | ||
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文档简介
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高考生物真题分类汇编
专题22 基因工程和生物技术的安全性与伦理问题
题组一 难度:★★★ 限时:20分钟 满分:62分 用时: 分钟 得分: 分 答案:题后
一、选择题
1.(2021湖北,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
2.(2021山东,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 mol/L→过滤→调节滤液中NaCl浓度至0.14 mol/L
3.(2021辽宁,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
二、非选择题
4.(2022全国乙理综,15分)新冠疫情出现后,病毒核酸检测和疫苗接种在疫情防控中发挥了重要作用。回答下列问题。
(1)新型冠状病毒是一种RNA病毒,检测新型冠状病毒RNA(核酸检测)可以采用RT-PCR法。这种方法的基本原理是先以病毒RNA为模板合成cDNA,这一过程需要的酶是 ,再通过 PCR技术扩增相应的 DNA片段。根据检测结果判断被检测者是否感染新型冠状病毒。
(2)为了确保新型冠状病毒核酸检测的准确性,在设计PCR引物时必须依据新型冠状病毒RNA中的
来进行。PCR过程每次循环分为3步,其中温度最低的一步是 。
(3)某人同时进行了新型冠状病毒核酸检测和抗体检测(检测体内是否有新型冠状病毒抗体),若核酸检测结果为阴性而抗体检测结果为阳性,说明 (答出1种情况即可);若核酸检测和抗体检测结果均为阳性,说明 。
(4)常见的病毒疫苗有灭活疫苗、蛋白疫苗和重组疫苗等。已知某种病毒的特异性蛋白S (具有抗原性)的编码序列(目的基因)。为了制备蛋白疫苗,可以通过基因工程技术获得大量蛋白S。基因工程的基本操作流程是 。
5.(2021全国甲理综,15分)PCR技术可用于临床的病原菌检测。为检测病人是否感染了某种病原菌,医生进行了相关操作:①分析PCR扩增结果;②从病人组织样本中提取DNA;③利用PCR扩增DNA片段;④采集病人组织样本。回答下列问题:
(1)若要得到正确的检测结果,正确的操作顺序应该是 (用数字序号表示)。
(2)操作③中使用的酶是 。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 。
(3)为了做出正确的诊断,PCR反应所用的引物应该能与 特异性结合。
(4)PCR(多聚酶链式反应)技术是指 。
该技术目前被广泛地应用于疾病诊断等方面。
6.(2021海南,11分)CRISPR/Cas9是一种高效的基因编辑技术,Cas9基因表达的Cas9蛋白像一把“分子剪刀”,在单链向导RNA(sgRNA)引导下,切割DNA双链以敲除目标基因或插入新的基因。CRISPR/Cas9基因编辑技术的工作原理如图所示。回答下列问题。
(1)过程①中,为构建CRISPR/Cas9重组质粒,需对含有特定sgRNA编码序列的DNA进行酶切处理,然后将其插入到经相同酶切处理过的质粒上,插入时所需要的酶是 。
(2)过程②中,将重组质粒导入大肠杆菌细胞的方法是 。
(3)过程③~⑤中,sgRNA与Cas9蛋白形成复合体,该复合体中的sgRNA可识别并与目标DNA序列特异性结合,二者结合所遵循的原则是 。随后,Cas9蛋白可切割
序列。
(4)利用CRISPR/Cas9基因编辑技术敲除一个长度为1 200 bp的基因,在DNA水平上判断基因敲除是否成功所采用的方法是 ,基因敲除成功的判断依据是
。
(5)某种蛋白酶可高效降解羽毛中的角蛋白。科研人员将该蛋白酶基因插入到CRISPR/Cas9质粒中获得重组质粒,随后将其导入到大肠杆菌细胞,通过基因编辑把该蛋白酶基因插入到基因组DNA中,构建得到能大量分泌该蛋白酶的工程菌。据图简述CRISPR/Cas9重组质粒在受体细胞内,将该蛋白酶基因插入到基因组DNA的编辑过程: 。
7.(2019海南,15分)人的T细胞可以产生某种具有临床价值的蛋白质(Y),该蛋白质由一条多肽链组成。目前可以利用现代生物技术生产Y。回答下列问题。
(1)若要获得Y的基因,可从人的T细胞中提取 作为模板,在 催化下合成cDNA,再利用
技术在体外扩增获得大量Y的基因。
(2)将目的基因导入植物细胞常用的方法是农杆菌转化法。若将上述所得Y的基因插入农杆菌Ti质粒上的 中,得到含目的基因的重组Ti质粒,则可用农杆菌转化法将该基因导入某种植物的叶肉细胞中。若该叶肉细胞经培养、筛选等得到了能稳定表达Y的愈伤组织,则说明Y的基因已经 。
(3)天然的Y通常需要在低温条件下保存。假设将Y的第6位氨基酸甲改变为氨基酸乙可提高其热稳定性,若要根据蛋白质工程的原理对Y进行改造以提高其热稳定性,具体思路是
。
题组二 难度:★★★★ 限时:25分钟 满分:49分 用时: 分钟 得分: 分 答案:题后
一、选择题
1.(2021山东,2分)我国考古学家利用现代人的DNA序列设计并合成了一种类似磁铁的“引子”,成功将极其微量的古人类DNA从提取自土壤沉积物的多种生物的DNA中识别并分离出来,用于研究人类起源及进化。下列说法正确的是( )
A.“引子”的彻底水解产物有两种
B.设计“引子”的DNA序列信息只能来自核DNA
C.设计“引子”前不需要知道古人类的DNA序列
D.土壤沉积物中的古人类双链DNA可直接与“引子”结合从而被识别
二、非选择题
2.(2022广东,12分)“绿水逶迤去,青山相向开。”大力发展低碳经济已成为全社会的共识。基于某些梭菌的特殊代谢能力,有研究者以某些工业废气(含CO2等一碳温室气体,多来自高污染排放企业)为原料,通过厌氧发酵生产丙酮,构建一种生产高附加值化工产品的新技术。
回答下列问题:
(1)研究者针对每个需要扩增的酶基因(如图)设计一对 ,利用PCR技术,在优化反应条件后扩增得到目标酶基因。
(2)研究者构建了一种表达载体pMTL80k,用于在梭菌中建立多基因组合表达库,经筛选后提高丙酮的合成量。该载体包括了启动子、终止子及抗生素抗性基因等,其中抗生素抗性基因的作用是
,终止子的作用是 。
(3)培养过程中发现重组梭菌大量表达上述酶蛋白时,出现了生长迟缓的现象,推测其原因可能是 ,此外丙酮的积累会伤害细胞,需要进一步优化菌株和工艺才能扩大应用规模。
(4)这种生产高附加值化工产品的新技术,实现了 ,体现了循环经济的特点。从“碳中和”的角度看,该技术的优势在于 ,具有广泛的应用前景和良好的社会效益。
3.(2021全国乙理综,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·coli DNA连接酶和T4 DNA连接酶。图中 酶切割后的DNA片段可以用E·coli DNA连接酶连接。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 。
4.(2021北京,12 分)新冠病毒(SARS-CoV-2)引起的疫情仍在一些国家和地区肆虐,接种疫苗是控制全球疫情的最有效手段。新冠病毒疫苗有多种,其中我国科学家已研发出的腺病毒载体重组新冠病毒疫苗(重组疫苗)是一种基因工程疫苗,其基本制备步骤是:将新冠病毒的S 基因连接到位于载体上的腺病毒基因组 DNA 中,重组载体经扩增后转入特定动物细胞, 进而获得重组腺病毒并制成疫苗。
(1)新冠病毒是RNA病毒,一般先通过 得到cDNA,经 获取S基因,酶切后再连接到载体。
(2)重组疫苗中的S基因应编码 。
A.病毒与细胞识别的蛋白
B.与病毒核酸结合的蛋白
C.催化病毒核酸复制的酶
D.帮助病毒组装的蛋白
(3)为保证安全性,制备重组疫苗时删除了腺病毒的某些基因,使其在人体中无法增殖,但重组疫苗仍然可以诱发人体产生针对新冠病毒的特异性免疫应答。该疫苗发挥作用的过程是:接种疫苗→
→ →诱发特异性免疫反应。
(4)重组疫苗只需注射一针即可完成接种。数周后,接种者体内仍然能检测到重组腺病毒DNA,但其DNA不会整合到人的基因组中。请由此推测只需注射一针即可起到免疫保护作用的原因。
。
5.(2020江苏,8分)如果已知一小段DNA的序列,可采用PCR的方法,简捷地分析出已知序列两侧的序列,具体流程如图(以EcoR Ⅰ 酶切为例)所示:
请据图回答问题:
(1)步骤Ⅰ用的EcoR Ⅰ是一种 酶,它通过识别特定的 切割特定位点。
(2)步骤Ⅱ用的DNA连接酶催化相邻核苷酸之间的3'-羟基与5'-磷酸间形成 ;PCR循环中,升温到95 ℃是为了获得 ;Taq DNA聚合酶的作用是催化 。
(3)若表所列为已知的DNA序列和设计的一些PCR引物,步骤Ⅲ选用的PCR引物必须是 (从引物①②③④中选择,填编号)。
DNA序列(虚线处省略了部分核苷酸序列)
已知序列
PCR引物 ①5'-AACTATGCGCTCATGA-3' ②5'-GCAATGCGTAGCCTCT-3' ③5'-AGAGGCTACGCATTGC-3' ④5'-TCATGAGCGCATAGTT-3'
(4)对PCR产物测序,经分析得到了片段F的完整序列。下列DNA单链序列中(虚线处省略了部分核苷酸序列),结果正确的是 。
A.5'-AACTATGCGAGCCCTT-3'
B.5'-AATTCCATGCTGAATT-3'
C.5'-GCAATGCGTTCGGGAA-3'
D.5'-TTGATACGCCGAGTAC-3'
题组三 难度:★★★★ 限时:30分钟 满分:47分 用时: 分钟 得分: 分 答案:题后
1.(2021广东,12分)非细胞合成技术是一种运用合成生物学方法,在细胞外构建多酶催化体系,获得目标产物的新技术,其核心是各种酶基因的挖掘、表达等。中国科学家设计了4步酶促反应的非细胞合成路线(如图), 可直接用淀粉生产肌醇(重要的医药食品原料),以期解决高温强酸水解方法造成的严重污染问题,并可以提高产率。
回答下列问题:
(1)研究人员采用PCR技术从土壤微生物基因组中扩增得到目标酶基因。此外,获得酶基因的方法还有 。 (答出两种即可)
(2)高质量的DNA模板是成功扩增出目的基因的前提条件之一。 在制备高质量DNA模板时必须除去蛋白,方法有 。(答出两种即可)
(3)研究人员使用大肠杆菌BL21作为受体细胞、pET20b为表达载体分别进行4种酶的表达。表达载体转化大肠杆菌时,首先应制备 细胞。为了检测目的基因是否成功表达出酶蛋白,需要采用的方法有 。
(4)依图所示流程,在一定的温度、 pH等条件下,将4种酶与可溶性淀粉溶液混合组成一个反应体系。若这些酶最适反应条件不同, 可能导致的结果是 。在分子水平上,可以通过改变 ,从而改变蛋白质的结构,实现对酶特性的改造和优化。
2.(2021福建,12分)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 cDNA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 。
图1
(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“T4DNA”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到用 离子处理的大肠杆菌,筛出MT工程菌。
(3)MT基因在工程菌中的表达量如图2所示。该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 。
3.(2021天津,12分)乳酸菌是乳酸的传统生产菌,但耐酸能力较差,影响产量。酿酒酵母耐酸能力较强,但不产生乳酸。研究者将乳酸菌的乳酸脱氢酶基因(LDH)导入酿酒酵母,获得能产生乳酸的工程菌株。图1为乳酸和乙醇发酵途径示意图,图2为构建表达载体时所需的关键条件。
图1 图2
(1)乳酸脱氢酶在转基因酿酒酵母中参与厌氧发酵的场所应为 。
(2)获得转基因酿酒酵母菌株的过程如下:
①设计引物扩增乳酸脱氢酶编码序列。
为使扩增出的序列中编码起始密码子的序列由原核生物偏好的GTG转变为真核生物偏好的ATG,且能通过双酶切以正确方向插入质粒,需设计引物1和2。其中引物1的5'端序列应考虑
和 。
②将上述PCR产物和质粒重组后,导入大肠杆菌,筛选、鉴定,扩增重组质粒。
重组质粒上有 ,所以能在大肠杆菌中扩增。启动子存在物种特异性,易被本物种的转录系统识别并启动转录,因此重组质粒上的乳酸脱氢酶编码序列 (能/不能)在大肠杆菌中高效表达。
③提取重组质粒并转入不能合成尿嘧啶的酿酒酵母菌株,在 的固体培养基上筛选出转基因酿酒酵母,并进行鉴定。
(3)以葡萄糖为碳源,利用该转基因酿酒酵母进行厌氧发酵,结果既产生乳酸,也产生乙醇。若想进一步提高其乳酸产量,下列措施中不合理的是 (单选)。
A.进一步优化发酵条件
B.使用乳酸菌LDH基因自身的启动子
C.敲除酿酒酵母的丙酮酸脱羧酶基因
D.对转基因酿酒酵母进行诱变育种
4.(2020山东,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
。
题组四 难度:★★★★★ 限时:30分钟 满分:52分 用时: 分钟 得分: 分 答案:题后
1.(2021河北,15分)采矿污染和不当使用化肥导致重金属镉(Cd)在土壤中过量积累。利用植物修复技术将土壤中的Cd富集到植物体内,进行后续处理(例如,收集植物组织器官异地妥善储存),可降低土壤中Cd的含量。为提高植物对Cd污染土壤的修复能力,研究者将酵母液泡Cd转运蛋白(YCF1)基因导入受试植物,并检测了相关指标。
回答下列问题:
(1)为获取YCF1基因,将酵母细胞的全部DNA提取、切割后与载体连接,导入受体菌的群体中储存,这个群体称为 。
(2)将DNA序列插入Ti质粒构建重组载体时,所需要的两种酶是 。构建的重组基因表达载体中必须含有标记基因,其作用是 。
(3)进行前期研究时,将含有YCF1基因的重组载体导入受试双子叶植物印度芥菜,采用最多的方法是 。研究者进一步获得了转YCF1基因的不育杨树株系,采用不育株系作为实验材料的目的是 。
(4)将长势一致的野生型和转基因杨树苗移栽到Cd污染的土壤中,半年后测定植株干重(图1)及不同器官中Cd含量(图2)。据图1可知,与野生型比,转基因植株对 Cd具有更强的 (填“耐性”或“富集能力”);据图2可知,对转基因植株的 进行后续处理对于缓解土壤Cd污染最为方便有效。
图1 图2
(5)已知YCF1特异定位于转基因植物细胞的液泡膜上。据此分析,转基因杨树比野生型能更好地适应高Cd环境的原因是 。
相较于草本植物,采用杨树这种乔木作为Cd污染土壤修复植物的优势在于 (写出两点即可)。
2.(2021山东,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
。
3.(2020天津,10分)Ⅰ型糖尿病是因免疫系统将自身胰岛素作为抗原识别而引起的自身免疫病。小肠黏膜长期少量吸收胰岛素抗原,能诱导免疫系统识别该抗原后应答减弱,从而缓解症状。科研人员利用Ⅰ型糖尿病模型小鼠进行动物实验,使乳酸菌在小鼠肠道内持续产生人胰岛素抗原,为此构建重组表达载体,技术路线如下。
据图回答:
(1)为使人胰岛素在乳酸菌中高效表达,需改造其编码序列。下图是改造前后人胰岛素B链编码序列的起始30个核苷酸序列。据图分析, 转录形成的mRNA中, 该段序列所对应的片段内存在碱基替换的密码子数有 个。
(2)在人胰岛素A、B肽链编码序列间引入一段短肽编码序列,确保等比例表达A、B肽链。下列有关分析正确的是 (多选)。
A.引入短肽编码序列不能含终止子序列
B.引入短肽编码序列不能含终止密码子编码序列
C.引入短肽不能改变A链氨基酸序列
D.引入短肽不能改变原人胰岛素抗原性
(3)在重组表达载体中, SacⅠ和XbaⅠ限制酶仅有图示的酶切位点。用这两种酶充分酶切重组表达载体,可形成 种DNA片段。
(4)检测转化的乳酸菌发现,信号肽-重组人胰岛素分布在细胞壁上。由此推测,信号肽的合成和运输所经历的细胞结构依次是 。
(5)用转化的乳酸菌饲喂Ⅰ型糖尿病模型小鼠一段时间后,小鼠体内出现人胰岛素抗原,能够特异性识别它的免疫细胞有 (多选)。
A.B细胞 B.T细胞
C.吞噬细胞 D.浆细胞
4.(2020全国Ⅲ理综,15分)W是一种具有特定功能的人体蛋白质。某研究小组拟仿照制备乳腺生物反应器的研究思路,制备一种膀胱生物反应器来获得W,基本过程如图所示。
回答下列问题:
(1)步骤①中需要使用的工具酶有 。步骤②和③所代表的操作分别是 和 。步骤④称为 。
(2)与乳腺生物反应器相比,用膀胱生物反应器生产W的优势在于不受转基因动物的
(答出2点即可)的限制。
(3)一般来说,在同一动物个体中,乳腺上皮细胞与膀胱上皮细胞的细胞核中染色体DNA所含的遗传信息
(填“相同”或“不同”),原因是 。
(4)从上述流程可知,制备生物反应器涉及胚胎工程,胚胎工程中所用到的主要技术有
(答出2点即可)。
专题22 基因工程和生物技术的安全性与伦理问题
题组一
1.D PCR过程中,引物和模板不完全配对会形成非特异条带,增加模板DNA的量不会减少反应中非特异条带的产生,A项错误;延长热变性的时间,有利于双链DNA解聚为单链,不能减少反应中非特异条带的产生,B项错误;延长延伸的时间,有利于合成新的DNA链,但不能减少反应中非特异条带的产生,C项错误;在一定温度范围内,选择较高的复性温度可减少引物和模板间的非特异性结合,D项正确。
2.A 木瓜蛋白酶能够分解蛋白质,故在得到的滤液中加入适量的木瓜蛋白酶后容易提取出DNA相对含量较高的白色丝状物,A符合题意。将制备的含有DNA的滤液放入60~80 ℃的水浴箱中保温10~15分钟,利用DNA和蛋白质对高温的耐受性不同,使蛋白质变性,从而与DNA分离,B不符合题意。DNA不溶于冷却的95%的酒精,因此向含有DNA的滤液中加入与滤液体积相等的、体积分数为95%的冷却的酒精后DNA会析出,不能得到DNA相对含量较高的白色丝状物,C不符合题意。DNA在0.14 mol/L的NaCl溶液中的溶解度最低,因此将含DNA的NaCl溶液调至0.14 mol/L,滤液中几乎不含DNA,D不符合题意。
3.D 据题意可知,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),故N1与N0氨基酸序列的差异是影响其热稳定性的原因之一,A正确;改造蛋白质的结构需要通过改造基因来实现,B正确;利用蛋白质工程技术获得N1的过程涉及转录和翻译,C正确;检测N1的活性时,应先将N1和底物分别置于高温环境中,再将二者充分混合,D错误。
4.(除标明外,每空3分)(1)逆转录酶(或反转录酶)(2分) (2)一段特有的核苷酸序列(2分) 复性(2分) (3)该人曾感染新型冠状病毒,经自身免疫系统的作用,体内病毒被消灭,但体内产生的抗体尚未消失 该人感染了新型冠状病毒,且机体免疫系统产生了相应抗体,但还未将病毒完全消灭 (4)目的基因的获取→基因表达载体的构建→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定
【解析】 (1)以RNA为模板合成cDNA的过程需要逆转录酶起催化作用。(2)在设计PCR引物时,为了确保新型冠状病毒核酸检测的准确性,应依据新型冠状病毒RNA中一段特有的核苷酸序列来进行。PCR过程每次循环分为3步,变性(温度为90 ℃以上)、复性(温度为50 ℃左右)、延伸(温度为72 ℃左右),故其中温度最低的一步是复性。(3)在对某人同时进行核酸检测和抗体检测时,若核酸检测结果为阴性而抗体检测结果为阳性,说明该人曾感染新型冠状病毒,经自身免疫系统的作用,体内病毒被消灭,但体内产生的抗体尚未消失。若核酸检测和抗体检测结果均为阳性,说明该人感染了新型冠状病毒,且机体免疫系统产生了相应抗体,但还未将病毒完全消灭。(4)基因工程的基本操作流程是:目的基因的获取基因表达载体的构建将目的基因导入受体细胞目的基因的检测与鉴定。
5.(除标明外,每空2分)(1)④②③①(3分) (2)热稳定DNA聚合酶(Taq酶) 延伸 两种引物分别与两条单链DNA模板结合(3分) (3)病原菌DNA (4)一种在体外迅速扩增DNA片段的技术,它能在短时间内大量扩增目的基因(3分)
【解析】 (1)用PCR技术进行临床的病原菌检测时,首先应采集病人组织样本,从病人组织样本中提取DNA,再利用PCR技术扩增DNA片段,分析PCR扩增结果。(2)利用PCR扩增DNA片段过程中使用的酶是热稳定DNA聚合酶(Taq酶)。PCR由变性—复性—延伸三个基本反应步骤构成,其中复性的结果是两种引物分别与两条单链DNA模板结合。(3)要扩增病原菌DNA,设计的引物应该能和病原菌DNA特异性结合。(4)多聚酶链式反应(PCR)是一种体外迅速扩增特定DNA片段的技术,它能以极少量的DNA为模板,在短时间内大量扩增目的基因。
6.(1)DNA连接酶(1分) (2)感受态细胞法(1分) (3)碱基互补配对原则(1分) 目标DNA上特定的核苷酸(2分) (4)DNA分子杂交技术(1分) 不出现杂交带(2分) (5)CRISPR/Cas9重组质粒中的sgRNA编码序列、Cas9基因分别在受体细胞内进行转录和表达,sgRNA编码序列转录的产物是sgRNA,Cas9基因表达的产物是Cas9蛋白,二者形成复合体,该复合体中的sgRNA可引导识别目标DNA序列,并与之结合,Cas9蛋白在特定位点对基因组DNA进行切割,以便蛋白酶基因插入到基因组DNA中(3分)
【解析】 (1)基因工程中所需的工具酶有限制酶和DNA连接酶,限制酶负责“切割”,DNA连接酶负责“连接”。(2)将目的基因导入大肠杆菌细胞常用的方法是感受态细胞法。(3)sgRNA与Cas9蛋白形成的复合体中的sgRNA可通过碱基互补配对原则与目标DNA序列特异性结合。由题图可知,Cas9蛋白在功能上属于限制酶,可切割目标DNA上特定的核苷酸序列。(4)在DNA水平上,可利用DNA分子杂交技术判断基因敲除是否成功,若不出现杂交带,则说明基因敲除成功。
7.(除标明外,每空2分)(1) mRNA 逆转录酶 PCR (2)T-DNA 整合到叶肉细胞染色体DNA上(3分) (3)找到第6位氨基酸甲的碱基所在的基因位置,参照密码子表,将第6位氨基酸甲的碱基替换为氨基酸乙的碱基(4分)
【解析】 (1)由题意可知,Y是人的T细胞产生的蛋白质。若要获得Y的基因,可从人的T细胞中提取mRNA作为模板,在逆转录酶催化下合成cDNA,再利用PCR技术在体外扩增获得大量Y的基因。(2)将外源基因导入植物体内常用农杆菌转化法,该方法先将目的基因插入农杆菌Ti质粒的T-DNA上,然后通过农杆菌的转化作用,使目的基因进入植物细胞并插入植物细胞的染色体DNA上。(3)蛋白质工程的基本途径是:预期蛋白质的功能→设计预期蛋白质的结构→推测应有的氨基酸序列→找到相对应的脱氧核苷酸序列。若要根据蛋白质工程的原理对Y进行改造以提高其热稳定性,需找到第6位氨基酸甲的碱基所在的基因位置,参照密码子表,将第6位氨基酸甲的碱基替换为氨基酸乙的碱基。
题组二
1.C 结合题中信息可知,“引子”的彻底水解产物是脱氧核糖、4种含氮碱基、磷酸,A错误;结合题中信息可知,要将极其微量的古人类DNA从提取自土壤沉积物的多种生物的DNA中识别并分离出来,设计的“引子”应该是现代人和古代人共有的DNA序列,设计“引子”前不需要知道古人类的DNA序列,且设计“引子”的DNA序列信息并不是只能来自核DNA,B错误、C正确;结合题干信息不能得出土壤沉积物中的古人类双链DNA可直接与“引子”结合从而被识别的结论,D错误。
2.(每空2分)(1)引物 (2)作为标记基因,筛选含有目的基因的受体细胞 终止转录,使转录在所需要的地方停下来 (3)CO2等气体用于大量合成丙酮,而不是用于重组梭菌的生长 (4)废物的资源化 不仅不排放CO2,而且还可以消耗工业废气中的CO2
【解析】 (1)利用PCR技术扩增目标酶基因的前提是根据目标酶基因两端的碱基序列设计一对引物。(2)基因表达载体中,抗生素抗性基因作为标记基因,可用于鉴别受体细胞中是否含有目的基因,从而将含有目的基因的细胞筛选出来。终止子相当于一盏红色信号灯,可使转录在所需要的地方停下来。(3)重组梭菌可大量表达题述酶蛋白,在这些酶蛋白的作用下,CO2等气体用于大量合成丙酮,而不是用于重组梭菌的生长,所以重组梭菌大量表达题述酶蛋白会导致其生长迟缓。(4)根据题意可知,这种生产高附加值化工产品的新技术,以高污染排放企业排出的CO2等一碳温室气体为原料,生产丙酮,实现了废物的资源化,体现了循环经济的特点。从“碳中和”的角度看,利用该技术生产丙酮的过程中不仅不排放CO2,还可以消耗工业废气中的CO2,有利于减缓温室效应,并实现较高的经济效益,具有广泛的应用前景和良好的社会效益。
3.(除标明外,每空2分)(1)EcoRⅠ、PstⅠ EcoRⅠ、SmaⅠ、PstⅠ、EcoRⅤ(3分) (2)磷酸二酯键 (3)复制 限制酶的切割位点 用含抗生素的培养基培养宿主细胞 (4)RNA 聚合酶识别、结合和驱动转录的一段DNA序列
【解析】 (1)由图可以看出,EcoRⅠ、SmaⅠ、PstⅠ、EcoRⅤ切割后分别形成黏性末端、平末端、黏性末端和平末端;E·coli DNA连接酶可用于连接黏性末端,T4 DNA连接酶可用于连接黏性末端和平末端。(2)DNA连接酶催化形成磷酸二酯键。(3)复制原点是在基因组上复制起始的一段序列,可以保证质粒在宿主细胞中复制。质粒DNA分子上有限制酶切割位点,便于外源DNA插入。采用在含有特定抗生素的选择培养基上进行培养的方法可将含质粒载体的宿主细胞筛选出来。(4)启动子是RNA 聚合酶识别、结合和驱动转录的一段DNA 序列。
【要点速记】 根据酶的来源不同,可以将DNA连接酶分为两类:一类是从大肠杆菌中分离得到的,称为E·coli DNA连接酶;另一类是从T4噬菌体中分离出来的,称为T4 DNA连接酶。这两类酶都是将双链DNA片段“缝合”起来,恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键,但这两类酶的作用有所差别:E·coli DNA连接酶只能将双链DNA片段互补的黏性末端连接起来,不能将双链DNA片段平末端之间进行连接。而T4 DNA连接酶既可以“缝合”双链DNA片段互补的黏性末端,又可以“缝合”双链DNA片段的平末端,但连接平末端的效率比较低。
4.(每空2分)(1)逆转录(反转录) PCR扩增 (2)A (3)(重组腺病毒)进入细胞 表达抗原 (4)重组腺病毒DNA在人体细胞中持续表达抗原,反复刺激机体免疫系统
【解析】 (1)由RNA得到cDNA的过程为逆转录(反转录)过程,该过程需要逆转录酶,得到新冠病毒的cDNA后,经PCR扩增获取S基因,再经酶切后连接到载体上。(2)重组疫苗中的S基因编码的蛋白质应是能被免疫细胞识别并使机体产生免疫反应的蛋白质,即病毒与细胞识别的蛋白。(3)接种疫苗后,重组腺病毒进入人体细胞,在人体细胞中表达抗原,进而诱发人体产生特异性免疫反应。(4)接种者在接种数周后体内仍然能检测到重组腺病毒DNA,说明重组腺病毒DNA可在人体细胞中持续表达抗原,进而反复刺激机体免疫系统,故重组疫苗只需注射一针即可起到免疫保护作用。
5.(除标明外,每空1分)(1)限制性核酸内切(或限制) 核苷酸序列 (2)磷酸二酯键 DNA单链 以DNA为模板的DNA链的延伸(2分) (3)②④ (4)B
【解析】 (1)根据题图可知,步骤Ⅰ是获取目的DNA片段,所用的酶EcoR Ⅰ是一种限制酶,其能识别特定的核苷酸序列,并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开。(2)步骤Ⅱ是将目的DNA片段连接成环状,其中DNA连接酶的作用是催化相邻核苷酸之间的3'-羟基和5'-磷酸间形成磷酸二酯键。PCR循环中,升高温度到95 ℃是为了打开氢键使双链解开,获得DNA单链,Taq DNA聚合酶的作用是催化游离的脱氧核苷酸连接到引物3'端,合成DNA子链。(3)引物的作用是使DNA聚合酶能够从引物的3'端开始延伸DNA子链,因为DNA的合成方向总是从子链的5'端向3'端延伸,故为扩增未知序列,选择的与模板链相结合的引物应为5'-TCATGAGCGCATAGTT-3'(引物④)和5'-GCAATGCGTAGCCTCT-3'(引物②)。(4)分析题意可知,片段F的两端为限制酶EcoR Ⅰ切割后产生的黏性末端,因此其5'端序列应为AATT-,3'端序列应为-TTAA,B正确。
【拓展延伸】 DNA复制需要引物的原因及其要求归纳
1.需要引物的原因
引物为一段已知脱氧核苷酸序列的DNA单链或RNA,它是子链合成延伸的基础。DNA复制时,DNA聚合酶不能从5'端开始合成DNA,而只能从3'端延伸DNA链,因此,DNA复制需要引物。当引物与DNA母链通过碱基互补配对结合后,DNA聚合酶就能从引物的3'端开始延伸DNA链,DNA的合成方向总是从子链的5'端向3'端延伸。
2.引物必须符合的基本要求
(1)与目的基因一端碱基互补;
(2)3'端不能进行任何修饰,因为引物的延伸是从3'端开始的;
(3)引物相互之间不能有多个连续的碱基互补;
(4)引物自身不能有多个连续的碱基互补。
题组三
1.(每空2分)(1)从基因文库中获取、用化学方法直接人工合成 (2)用蛋白酶处理、高温加热处理 (3)感受态 抗原—抗体杂交法 (4)没有肌醇产生 脱氧核苷酸序列
【解析】 (1)获得目的基因的常用方法有从基因文库中获取、利用PCR技术扩增及用化学方法直接人工合成等。(2)高质量的DNA模板是成功扩增出目的基因的前提条件之一。在制备高质量DNA模板时必须除去蛋白,可根据DNA和蛋白质对酶、高温的耐受性不同,去除蛋白质,去除的方法有用蛋白酶处理、高温加热处理等。(3)表达载体转化大肠杆菌时,首先应用Ca2+处理,制备易于吸收周围环境中DNA分子的感受态细胞。为了检测目的基因是否成功表达出酶蛋白,需要采用抗原—抗体杂交法进行检测。(4)若这些酶最适反应条件不同,将4种酶与可溶性淀粉溶液混合在一定的温度和pH等条件下,组成一个反应体系,有些酶可能已失活,最终可能没有肌醇产生。在分子水平上,可以通过改变脱氧核苷酸序列,从而改变蛋白质的结构,实现对酶特性的改造和优化。
2.(除标明外,每空2分)(1)引物1和引物4 (2)①EcoRⅤ T4DNA ②启动子(1分) 终止子(1分) XhoⅠ和PstⅠ(1分) 钙(1分) (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
【解析】 (1)据题中信息知,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,若要通过PCR技术扩增MT基因,应选用引物1和引物4。(2)通过PCR技术扩增出的MT基因的末端为平末端,载体P中有限制酶XhoⅠ、EcoRⅤ、PstⅠ、SmaⅠ的酶切位点,用限制酶XhoⅠ、PstⅠ切割载体P得到的均为黏性末端,而用限制酶EcoRⅤ和SmaⅠ切割载体P得到的均是平末端,但不能用限制酶SmaⅠ进行酶切,若用限制酶SmaⅠ进行酶切,无法将目的基因插入到载体E中,因此,应选用EcoRⅤ酶将载体P切开,再用能连接平末端的T4DNA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。再选用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到用钙离子处理的大肠杆菌中,筛出MT工程菌。(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,故题中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。
3.(除标明外,每空2分)(1)细胞质基质(1分) (2)①包含BamHⅠ的识别序列 将GTG改为ATG ②原核生物复制原点 不能(1分) ③缺失尿嘧啶 (3)B
【解析】 (1)转基因酿酒酵母中的乳酸脱氢酶催化丙酮酸生成乳酸的过程发生在细胞质基质中。(2)①乳酸菌为原核生物,而酵母菌为真核生物,因此设计引物扩增乳酸脱氢酶编码序列时,最好将编码起始密码子的序列由原核生物偏好的GTG转变为真核生物偏好的ATG,即设计引物1时,其5'端序列应考虑将GTG改为ATG。结合题图分析可知,BamHⅠ的识别序列应在LDH基因的左侧(前端),XbaⅠ的识别序列应在LDH基因的右侧(末端),这样才能将LDH基因以正确的方向插入质粒,故设计引物1时,其5'端序列应考虑包含BamHⅠ的识别序列。②大肠杆菌为原核生物,原核生物复制原点可以驱动重组质粒在大肠杆菌中扩增。由图2可知,重组质粒上乳酸脱氢酶编码序列前是酿酒酵母基因启动子,而启动子存在物种特异性,因此,重组质粒上的乳酸脱氢酶编码序列不能在大肠杆菌中高效表达。③重组质粒中含有尿嘧啶合成酶基因,将重组质粒转入不能合成尿嘧啶的酿酒酵母菌株后,可以在缺失尿嘧啶的固体培养基上生长的酿酒酵母即为转基因酿酒酵母。(3)若要进一步提高乳酸产量,可进一步优化发酵条件,选择更适合转基因酿酒酵母产生乳酸的条件,A项合理;启动子存在物种特异性,若使用乳酸菌LDH基因自身的启动子,则该基因不能在酿酒酵母中高效表达,B项不合理;敲除酿酒酵母的丙酮酸脱羧酶基因,可减少乙醇的产生,增加乳酸的产量,C项合理;对转基因酿酒酵母进行诱变育种,筛选出乳酸产量高的酿酒酵母,提高乳酸的产量,D项合理。
4.(除标明外,每空1分)(1)限制性核酸内切酶和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)
【解析】 (1)限制性核酸内切酶能够识别双链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开;DNA连接酶能将DNA片段拼接起来。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,需要限制性核酸内切酶和DNA连接酶的参与。转化是指目的基因进入受体细胞内,并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程。(2)启动子是RNA聚合酶识别和结合的部位,能驱动基因转录出mRNA。Wx基因启动子序列的改变影响了RNA聚合酶与启动子的识别和结合,从而改变了Wx基因的转录水平,使直链淀粉合成酶基因的表达量改变。根据题干信息可知,基因编辑系统是对启动子序列进行定点编辑,由于编码直链淀粉合成酶的碱基序列中不含启动子,所以与野生型水稻相比,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没有发生变化。(3)用提取的各品系胚乳中的总RNA合成总cDNA的过程为逆转录,需要逆转录酶的参与。由于引物能与Wx基因的cDNA特异性结合,故通过PCR技术可在总cDNA中专一性地扩增出Wx基因的cDNA。(4)mRNA是蛋白质合成的直接模板,根据题图分析可知,4个品系中品系3的Wx mRNA量最低,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。
题组四
1.(除标明外,每空2分)(1)基因组文库(1分) (2)限制性核酸内切酶和DNA连接酶 鉴别受体细胞中是否含有目的基因,从而将含有目的基因的细胞筛选出来 (3)农杆菌转化法(1分) 防止目的基因侵入非转基因植株中造成基因污染 (4)耐性(1分) 叶 (5)YCF1是Cd转运蛋白,转基因植株可将Cd转入液泡内,防止高浓度Cd影响细胞生命活动 根、茎、叶发达,生命力强
【解析】 (1)将酵母细胞的全部DNA提取出来,切割成一定大小范围的DNA片段,然后将其分别与载体连接,导入受体菌的群体中储存,这个群体包含了酵母细胞的所有基因,叫基因组文库。(2)将目的基因和运载体连接构建重组载体时,所需的两种酶是限制性核酸内切酶和DNA连接酶。标记基因的作用是鉴别受体细胞中是否含有目的基因,从而将含有目的基因的细胞筛选出来。(3)将目的基因导入双子叶植物最常用的方法是农杆菌转化法。采用不育杨树株系作为实验材料的目的是防止目的基因侵入非转基因植株中造成基因污染。(4)据图1可知,与野生型比,转基因植株在Cd污染的土壤中干重更高,说明转基因植株对Cd具有更强的耐性。 据图2可知,转基因植株的叶中Cd的含量较高,因此对转基因植株的叶进行后续处理对于缓解土壤Cd污染最为方便有效。(5)据题意可知,YCF1是Cd转运蛋白,转基因植株可将Cd转入液泡内,防止高浓度Cd影响细胞生命活动,能更好地适应高Cd环境的土壤。相较于草本植物,采用杨树这种乔木作为Cd污染土壤修复植物的优势在于杨树根、茎、叶发达,生命力强等。
2.(1)SalⅠ(1分) EcoRⅠ(1分) 6(2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(2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(4分)
【解析】 (1)由题意可知,为了扩增出γ基因上游调控序列及启动子的不同长度的片段,在调控序列及启动子的读取方向上(题图上图中从左至右)需要设计F1~F7多个引物,反向上只需同一个引物R即可。根据图示可知,荧光蛋白基因的终止子位于其左侧,为将扩增后的产物定向插入载体指导荧光蛋白基因表达,扩增后的产物需要插入到荧光蛋白基因的上游(题图下图中荧光蛋白基因右侧)才能发挥作用,结合图中限制酶的作用位置可知,EcoRⅠ能够破坏荧光蛋白基因,NheⅠ位于终止子的下游,二者不能用来切割载体,所以只能用MunⅠ和XhoⅠ来切割载体。由于γ基因上游的调控序列及启动子中也含有MunⅠ和XhoⅠ的识别序列,所以在F1~F7末端不能添加其相应序列。比较图中几种限制酶的识别序列及切割位点可知,MunⅠ和EcoRⅠ切割后所产生的黏性末端相同,XhoⅠ和SalⅠ切割后所产生的黏性末端也相同,所以在F1~F7末端添加限制酶SalⅠ所对应的序列,在R末端添加限制酶EcoRⅠ所对应的序列,这样可将扩增后的产物定向插入载体指导荧光蛋白基因表达。本实验中,产物扩增需要Taq酶,载体构建过程中需要MunⅠ和XhoⅠ来切割载体,需要SalⅠ和EcoRⅠ来切割扩增后的产物,还需要DNA连接酶连接切口,故共需要6种酶。(2)F1~F7与R作为引物扩增的产物可能含有启动子,也可能不含有,受体细胞中含F1~F6与R扩增产物的载体能够表达出荧光蛋白,受体细胞有荧光,说明这些扩增产物包含完整的启动子部分,而含F7与R扩增产物的受体细胞无荧光,说明该扩增产物不含完整的启动子,荧光蛋白基因不表达。(3)向培养液中添加适量的雌激素后,P启动子能够启动BCL11A基因的表达,产生BCL11A蛋白,若受体细胞中含有BCL11A蛋白结合位点,BCL11A蛋白与该结合位点结合后,会抑制荧光蛋白基因的表达。含F1~F4与R扩增产物的受体细胞不再有荧光,据此可推测BCL11A蛋白结合位点位于F1~F4的共同部分,即F4所对应调控序列的下游,而含F5~F6与R扩增产物的受体细胞仍有荧光,据此可推测F5~F6与R扩增产物上均无BCL11A蛋白结合位点,即BCL11A蛋白结合位点应位于F5所对应调控序列的上游,而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,所以BCL11A蛋白结合位点位于引物F4与F5在调控序列上所对应序列之间的区段上。
3.(每空2分)(1)6 (2)ABCD (3)3 (4)核糖体、细胞质基质、细胞膜、细胞壁 (5)AB
【解析】 (1)密码子为mRNA上三个相邻的碱基,对应DNA编码序列上三个相邻的碱基;由图可以看出,与改造前的单链相比,改造后的单链第6、15、16、18、21、24、30位(从左往右数)碱基发生了改变,相应发生碱基替换的密码子分别为第2、5、6、7、8、10位(从左往右数,其中第6位密码子改变了两个碱基),共6个。(2)要确保等比例表达A、B肽链,控制合成两条肽链的DNA只有一个终止子序列,且转录形成的mRNA只能有一个终止密码子。为了保证生成的人胰岛素的正常功能,引入的短肽不能改变A链氨基酸序列,不能改变原人胰岛素抗原性。(3)由图可以看出,重组表达载体中有两个SacⅠ识别序列、一个XbaⅠ识别序列;SacⅠ和XbaⅠ在该环状DNA上有三个酶切位点,用这两种酶充分酶切后可得到3种DNA片段。(4)乳酸菌为原核生物,细胞内无内质网和高尔基体;结合题意推测,信号肽在核糖体上合成后,经过细胞质基质到达细胞膜,出细胞膜后分布在细胞壁上。(5)B细胞和T细胞可以特异性识别抗原;吞噬细胞可以识别抗原,但不具有特异性;浆细胞不能识别抗原。
4.(除标明外,每空2分)(1)限制性核酸内切酶、DNA连接酶 显微注射 体外培养 胚胎移植 (2)性别、年龄 (3)相同(1分) 两种上皮细胞都是体细胞,且来源于同一个受精卵 (4)体外受精、胚胎移植
【解析】 (1)步骤①是基因表达载体的构建过程,该过程需要使用的工具酶有限制性核酸内切酶(限制酶)和DNA连接酶,用限制酶分别切割载体和目的基因,用DNA连接酶将目的基因和载体连接起来。步骤②和③所代表的操作分别是显微注射和体外培养。步骤④是将早期胚胎植入代孕母体内,称为胚胎移植。(2)与乳腺生物反应器相比,用膀胱生物反应器生产W的优势在于不受转基因动物的性别和年龄的限制。(3)乳腺上皮细胞和膀胱上皮细胞都是体细胞。一般来说,在同一动物个体中,其体细胞都是由同一个受精卵分裂、分化而来的,细胞在分裂、分化过程中,其细胞核中染色体DNA所含的遗传信息一般是不变的,因此两种上皮细胞的染色体DNA所含的遗传信息相同。(4)据题述流程可知,胚胎工程中所用到的主要技术有体外受精、早期胚胎培养、胚胎移植等。
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高考生物真题分类汇编
专题22 基因工程和生物技术的安全性与伦理问题
题组一 难度:★★★ 限时:20分钟 满分:62分 用时: 分钟 得分: 分 答案:题后
一、选择题
1.(2021湖北,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
2.(2021山东,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 mol/L→过滤→调节滤液中NaCl浓度至0.14 mol/L
3.(2021辽宁,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
二、非选择题
4.(2022全国乙理综,15分)新冠疫情出现后,病毒核酸检测和疫苗接种在疫情防控中发挥了重要作用。回答下列问题。
(1)新型冠状病毒是一种RNA病毒,检测新型冠状病毒RNA(核酸检测)可以采用RT-PCR法。这种方法的基本原理是先以病毒RNA为模板合成cDNA,这一过程需要的酶是 ,再通过 PCR技术扩增相应的 DNA片段。根据检测结果判断被检测者是否感染新型冠状病毒。
(2)为了确保新型冠状病毒核酸检测的准确性,在设计PCR引物时必须依据新型冠状病毒RNA中的
来进行。PCR过程每次循环分为3步,其中温度最低的一步是 。
(3)某人同时进行了新型冠状病毒核酸检测和抗体检测(检测体内是否有新型冠状病毒抗体),若核酸检测结果为阴性而抗体检测结果为阳性,说明 (答出1种情况即可);若核酸检测和抗体检测结果均为阳性,说明 。
(4)常见的病毒疫苗有灭活疫苗、蛋白疫苗和重组疫苗等。已知某种病毒的特异性蛋白S (具有抗原性)的编码序列(目的基因)。为了制备蛋白疫苗,可以通过基因工程技术获得大量蛋白S。基因工程的基本操作流程是 。
5.(2021全国甲理综,15分)PCR技术可用于临床的病原菌检测。为检测病人是否感染了某种病原菌,医生进行了相关操作:①分析PCR扩增结果;②从病人组织样本中提取DNA;③利用PCR扩增DNA片段;④采集病人组织样本。回答下列问题:
(1)若要得到正确的检测结果,正确的操作顺序应该是 (用数字序号表示)。
(2)操作③中使用的酶是 。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 。
(3)为了做出正确的诊断,PCR反应所用的引物应该能与 特异性结合。
(4)PCR(多聚酶链式反应)技术是指 。
该技术目前被广泛地应用于疾病诊断等方面。
6.(2021海南,11分)CRISPR/Cas9是一种高效的基因编辑技术,Cas9基因表达的Cas9蛋白像一把“分子剪刀”,在单链向导RNA(sgRNA)引导下,切割DNA双链以敲除目标基因或插入新的基因。CRISPR/Cas9基因编辑技术的工作原理如图所示。回答下列问题。
(1)过程①中,为构建CRISPR/Cas9重组质粒,需对含有特定sgRNA编码序列的DNA进行酶切处理,然后将其插入到经相同酶切处理过的质粒上,插入时所需要的酶是 。
(2)过程②中,将重组质粒导入大肠杆菌细胞的方法是 。
(3)过程③~⑤中,sgRNA与Cas9蛋白形成复合体,该复合体中的sgRNA可识别并与目标DNA序列特异性结合,二者结合所遵循的原则是 。随后,Cas9蛋白可切割
序列。
(4)利用CRISPR/Cas9基因编辑技术敲除一个长度为1 200 bp的基因,在DNA水平上判断基因敲除是否成功所采用的方法是 ,基因敲除成功的判断依据是
。
(5)某种蛋白酶可高效降解羽毛中的角蛋白。科研人员将该蛋白酶基因插入到CRISPR/Cas9质粒中获得重组质粒,随后将其导入到大肠杆菌细胞,通过基因编辑把该蛋白酶基因插入到基因组DNA中,构建得到能大量分泌该蛋白酶的工程菌。据图简述CRISPR/Cas9重组质粒在受体细胞内,将该蛋白酶基因插入到基因组DNA的编辑过程: 。
7.(2019海南,15分)人的T细胞可以产生某种具有临床价值的蛋白质(Y),该蛋白质由一条多肽链组成。目前可以利用现代生物技术生产Y。回答下列问题。
(1)若要获得Y的基因,可从人的T细胞中提取 作为模板,在 催化下合成cDNA,再利用
技术在体外扩增获得大量Y的基因。
(2)将目的基因导入植物细胞常用的方法是农杆菌转化法。若将上述所得Y的基因插入农杆菌Ti质粒上的 中,得到含目的基因的重组Ti质粒,则可用农杆菌转化法将该基因导入某种植物的叶肉细胞中。若该叶肉细胞经培养、筛选等得到了能稳定表达Y的愈伤组织,则说明Y的基因已经 。
(3)天然的Y通常需要在低温条件下保存。假设将Y的第6位氨基酸甲改变为氨基酸乙可提高其热稳定性,若要根据蛋白质工程的原理对Y进行改造以提高其热稳定性,具体思路是
。
题组二 难度:★★★★ 限时:25分钟 满分:49分 用时: 分钟 得分: 分 答案:题后
一、选择题
1.(2021山东,2分)我国考古学家利用现代人的DNA序列设计并合成了一种类似磁铁的“引子”,成功将极其微量的古人类DNA从提取自土壤沉积物的多种生物的DNA中识别并分离出来,用于研究人类起源及进化。下列说法正确的是( )
A.“引子”的彻底水解产物有两种
B.设计“引子”的DNA序列信息只能来自核DNA
C.设计“引子”前不需要知道古人类的DNA序列
D.土壤沉积物中的古人类双链DNA可直接与“引子”结合从而被识别
二、非选择题
2.(2022广东,12分)“绿水逶迤去,青山相向开。”大力发展低碳经济已成为全社会的共识。基于某些梭菌的特殊代谢能力,有研究者以某些工业废气(含CO2等一碳温室气体,多来自高污染排放企业)为原料,通过厌氧发酵生产丙酮,构建一种生产高附加值化工产品的新技术。
回答下列问题:
(1)研究者针对每个需要扩增的酶基因(如图)设计一对 ,利用PCR技术,在优化反应条件后扩增得到目标酶基因。
(2)研究者构建了一种表达载体pMTL80k,用于在梭菌中建立多基因组合表达库,经筛选后提高丙酮的合成量。该载体包括了启动子、终止子及抗生素抗性基因等,其中抗生素抗性基因的作用是
,终止子的作用是 。
(3)培养过程中发现重组梭菌大量表达上述酶蛋白时,出现了生长迟缓的现象,推测其原因可能是 ,此外丙酮的积累会伤害细胞,需要进一步优化菌株和工艺才能扩大应用规模。
(4)这种生产高附加值化工产品的新技术,实现了 ,体现了循环经济的特点。从“碳中和”的角度看,该技术的优势在于 ,具有广泛的应用前景和良好的社会效益。
3.(2021全国乙理综,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·coli DNA连接酶和T4 DNA连接酶。图中 酶切割后的DNA片段可以用E·coli DNA连接酶连接。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 。
4.(2021北京,12 分)新冠病毒(SARS-CoV-2)引起的疫情仍在一些国家和地区肆虐,接种疫苗是控制全球疫情的最有效手段。新冠病毒疫苗有多种,其中我国科学家已研发出的腺病毒载体重组新冠病毒疫苗(重组疫苗)是一种基因工程疫苗,其基本制备步骤是:将新冠病毒的S 基因连接到位于载体上的腺病毒基因组 DNA 中,重组载体经扩增后转入特定动物细胞, 进而获得重组腺病毒并制成疫苗。
(1)新冠病毒是RNA病毒,一般先通过 得到cDNA,经 获取S基因,酶切后再连接到载体。
(2)重组疫苗中的S基因应编码 。
A.病毒与细胞识别的蛋白
B.与病毒核酸结合的蛋白
C.催化病毒核酸复制的酶
D.帮助病毒组装的蛋白
(3)为保证安全性,制备重组疫苗时删除了腺病毒的某些基因,使其在人体中无法增殖,但重组疫苗仍然可以诱发人体产生针对新冠病毒的特异性免疫应答。该疫苗发挥作用的过程是:接种疫苗→
→ →诱发特异性免疫反应。
(4)重组疫苗只需注射一针即可完成接种。数周后,接种者体内仍然能检测到重组腺病毒DNA,但其DNA不会整合到人的基因组中。请由此推测只需注射一针即可起到免疫保护作用的原因。
。
5.(2020江苏,8分)如果已知一小段DNA的序列,可采用PCR的方法,简捷地分析出已知序列两侧的序列,具体流程如图(以EcoR Ⅰ 酶切为例)所示:
请据图回答问题:
(1)步骤Ⅰ用的EcoR Ⅰ是一种 酶,它通过识别特定的 切割特定位点。
(2)步骤Ⅱ用的DNA连接酶催化相邻核苷酸之间的3'-羟基与5'-磷酸间形成 ;PCR循环中,升温到95 ℃是为了获得 ;Taq DNA聚合酶的作用是催化 。
(3)若表所列为已知的DNA序列和设计的一些PCR引物,步骤Ⅲ选用的PCR引物必须是 (从引物①②③④中选择,填编号)。
DNA序列(虚线处省略了部分核苷酸序列)
已知序列
PCR引物 ①5'-AACTATGCGCTCATGA-3' ②5'-GCAATGCGTAGCCTCT-3' ③5'-AGAGGCTACGCATTGC-3' ④5'-TCATGAGCGCATAGTT-3'
(4)对PCR产物测序,经分析得到了片段F的完整序列。下列DNA单链序列中(虚线处省略了部分核苷酸序列),结果正确的是 。
A.5'-AACTATGCGAGCCCTT-3'
B.5'-AATTCCATGCTGAATT-3'
C.5'-GCAATGCGTTCGGGAA-3'
D.5'-TTGATACGCCGAGTAC-3'
题组三 难度:★★★★ 限时:30分钟 满分:47分 用时: 分钟 得分: 分 答案:题后
1.(2021广东,12分)非细胞合成技术是一种运用合成生物学方法,在细胞外构建多酶催化体系,获得目标产物的新技术,其核心是各种酶基因的挖掘、表达等。中国科学家设计了4步酶促反应的非细胞合成路线(如图), 可直接用淀粉生产肌醇(重要的医药食品原料),以期解决高温强酸水解方法造成的严重污染问题,并可以提高产率。
回答下列问题:
(1)研究人员采用PCR技术从土壤微生物基因组中扩增得到目标酶基因。此外,获得酶基因的方法还有 。 (答出两种即可)
(2)高质量的DNA模板是成功扩增出目的基因的前提条件之一。 在制备高质量DNA模板时必须除去蛋白,方法有 。(答出两种即可)
(3)研究人员使用大肠杆菌BL21作为受体细胞、pET20b为表达载体分别进行4种酶的表达。表达载体转化大肠杆菌时,首先应制备 细胞。为了检测目的基因是否成功表达出酶蛋白,需要采用的方法有 。
(4)依图所示流程,在一定的温度、 pH等条件下,将4种酶与可溶性淀粉溶液混合组成一个反应体系。若这些酶最适反应条件不同, 可能导致的结果是 。在分子水平上,可以通过改变 ,从而改变蛋白质的结构,实现对酶特性的改造和优化。
2.(2021福建,12分)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 cDNA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 。
图1
(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“T4DNA”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到用 离子处理的大肠杆菌,筛出MT工程菌。
(3)MT基因在工程菌中的表达量如图2所示。该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 。
3.(2021天津,12分)乳酸菌是乳酸的传统生产菌,但耐酸能力较差,影响产量。酿酒酵母耐酸能力较强,但不产生乳酸。研究者将乳酸菌的乳酸脱氢酶基因(LDH)导入酿酒酵母,获得能产生乳酸的工程菌株。图1为乳酸和乙醇发酵途径示意图,图2为构建表达载体时所需的关键条件。
图1 图2
(1)乳酸脱氢酶在转基因酿酒酵母中参与厌氧发酵的场所应为 。
(2)获得转基因酿酒酵母菌株的过程如下:
①设计引物扩增乳酸脱氢酶编码序列。
为使扩增出的序列中编码起始密码子的序列由原核生物偏好的GTG转变为真核生物偏好的ATG,且能通过双酶切以正确方向插入质粒,需设计引物1和2。其中引物1的5'端序列应考虑
和 。
②将上述PCR产物和质粒重组后,导入大肠杆菌,筛选、鉴定,扩增重组质粒。
重组质粒上有 ,所以能在大肠杆菌中扩增。启动子存在物种特异性,易被本物种的转录系统识别并启动转录,因此重组质粒上的乳酸脱氢酶编码序列 (能/不能)在大肠杆菌中高效表达。
③提取重组质粒并转入不能合成尿嘧啶的酿酒酵母菌株,在 的固体培养基上筛选出转基因酿酒酵母,并进行鉴定。
(3)以葡萄糖为碳源,利用该转基因酿酒酵母进行厌氧发酵,结果既产生乳酸,也产生乙醇。若想进一步提高其乳酸产量,下列措施中不合理的是 (单选)。
A.进一步优化发酵条件
B.使用乳酸菌LDH基因自身的启动子
C.敲除酿酒酵母的丙酮酸脱羧酶基因
D.对转基因酿酒酵母进行诱变育种
4.(2020山东,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
。
题组四 难度:★★★★★ 限时:30分钟 满分:52分 用时: 分钟 得分: 分 答案:题后
1.(2021河北,15分)采矿污染和不当使用化肥导致重金属镉(Cd)在土壤中过量积累。利用植物修复技术将土壤中的Cd富集到植物体内,进行后续处理(例如,收集植物组织器官异地妥善储存),可降低土壤中Cd的含量。为提高植物对Cd污染土壤的修复能力,研究者将酵母液泡Cd转运蛋白(YCF1)基因导入受试植物,并检测了相关指标。
回答下列问题:
(1)为获取YCF1基因,将酵母细胞的全部DNA提取、切割后与载体连接,导入受体菌的群体中储存,这个群体称为 。
(2)将DNA序列插入Ti质粒构建重组载体时,所需要的两种酶是 。构建的重组基因表达载体中必须含有标记基因,其作用是 。
(3)进行前期研究时,将含有YCF1基因的重组载体导入受试双子叶植物印度芥菜,采用最多的方法是 。研究者进一步获得了转YCF1基因的不育杨树株系,采用不育株系作为实验材料的目的是 。
(4)将长势一致的野生型和转基因杨树苗移栽到Cd污染的土壤中,半年后测定植株干重(图1)及不同器官中Cd含量(图2)。据图1可知,与野生型比,转基因植株对 Cd具有更强的 (填“耐性”或“富集能力”);据图2可知,对转基因植株的 进行后续处理对于缓解土壤Cd污染最为方便有效。
图1 图2
(5)已知YCF1特异定位于转基因植物细胞的液泡膜上。据此分析,转基因杨树比野生型能更好地适应高Cd环境的原因是 。
相较于草本植物,采用杨树这种乔木作为Cd污染土壤修复植物的优势在于 (写出两点即可)。
2.(2021山东,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
。
3.(2020天津,10分)Ⅰ型糖尿病是因免疫系统将自身胰岛素作为抗原识别而引起的自身免疫病。小肠黏膜长期少量吸收胰岛素抗原,能诱导免疫系统识别该抗原后应答减弱,从而缓解症状。科研人员利用Ⅰ型糖尿病模型小鼠进行动物实验,使乳酸菌在小鼠肠道内持续产生人胰岛素抗原,为此构建重组表达载体,技术路线如下。
据图回答:
(1)为使人胰岛素在乳酸菌中高效表达,需改造其编码序列。下图是改造前后人胰岛素B链编码序列的起始30个核苷酸序列。据图分析, 转录形成的mRNA中, 该段序列所对应的片段内存在碱基替换的密码子数有 个。
(2)在人胰岛素A、B肽链编码序列间引入一段短肽编码序列,确保等比例表达A、B肽链。下列有关分析正确的是 (多选)。
A.引入短肽编码序列不能含终止子序列
B.引入短肽编码序列不能含终止密码子编码序列
C.引入短肽不能改变A链氨基酸序列
D.引入短肽不能改变原人胰岛素抗原性
(3)在重组表达载体中, SacⅠ和XbaⅠ限制酶仅有图示的酶切位点。用这两种酶充分酶切重组表达载体,可形成 种DNA片段。
(4)检测转化的乳酸菌发现,信号肽-重组人胰岛素分布在细胞壁上。由此推测,信号肽的合成和运输所经历的细胞结构依次是 。
(5)用转化的乳酸菌饲喂Ⅰ型糖尿病模型小鼠一段时间后,小鼠体内出现人胰岛素抗原,能够特异性识别它的免疫细胞有 (多选)。
A.B细胞 B.T细胞
C.吞噬细胞 D.浆细胞
4.(2020全国Ⅲ理综,15分)W是一种具有特定功能的人体蛋白质。某研究小组拟仿照制备乳腺生物反应器的研究思路,制备一种膀胱生物反应器来获得W,基本过程如图所示。
回答下列问题:
(1)步骤①中需要使用的工具酶有 。步骤②和③所代表的操作分别是 和 。步骤④称为 。
(2)与乳腺生物反应器相比,用膀胱生物反应器生产W的优势在于不受转基因动物的
(答出2点即可)的限制。
(3)一般来说,在同一动物个体中,乳腺上皮细胞与膀胱上皮细胞的细胞核中染色体DNA所含的遗传信息
(填“相同”或“不同”),原因是 。
(4)从上述流程可知,制备生物反应器涉及胚胎工程,胚胎工程中所用到的主要技术有
(答出2点即可)。
专题22 基因工程和生物技术的安全性与伦理问题
题组一
1.D PCR过程中,引物和模板不完全配对会形成非特异条带,增加模板DNA的量不会减少反应中非特异条带的产生,A项错误;延长热变性的时间,有利于双链DNA解聚为单链,不能减少反应中非特异条带的产生,B项错误;延长延伸的时间,有利于合成新的DNA链,但不能减少反应中非特异条带的产生,C项错误;在一定温度范围内,选择较高的复性温度可减少引物和模板间的非特异性结合,D项正确。
2.A 木瓜蛋白酶能够分解蛋白质,故在得到的滤液中加入适量的木瓜蛋白酶后容易提取出DNA相对含量较高的白色丝状物,A符合题意。将制备的含有DNA的滤液放入60~80 ℃的水浴箱中保温10~15分钟,利用DNA和蛋白质对高温的耐受性不同,使蛋白质变性,从而与DNA分离,B不符合题意。DNA不溶于冷却的95%的酒精,因此向含有DNA的滤液中加入与滤液体积相等的、体积分数为95%的冷却的酒精后DNA会析出,不能得到DNA相对含量较高的白色丝状物,C不符合题意。DNA在0.14 mol/L的NaCl溶液中的溶解度最低,因此将含DNA的NaCl溶液调至0.14 mol/L,滤液中几乎不含DNA,D不符合题意。
3.D 据题意可知,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),故N1与N0氨基酸序列的差异是影响其热稳定性的原因之一,A正确;改造蛋白质的结构需要通过改造基因来实现,B正确;利用蛋白质工程技术获得N1的过程涉及转录和翻译,C正确;检测N1的活性时,应先将N1和底物分别置于高温环境中,再将二者充分混合,D错误。
4.(除标明外,每空3分)(1)逆转录酶(或反转录酶)(2分) (2)一段特有的核苷酸序列(2分) 复性(2分) (3)该人曾感染新型冠状病毒,经自身免疫系统的作用,体内病毒被消灭,但体内产生的抗体尚未消失 该人感染了新型冠状病毒,且机体免疫系统产生了相应抗体,但还未将病毒完全消灭 (4)目的基因的获取→基因表达载体的构建→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定
【解析】 (1)以RNA为模板合成cDNA的过程需要逆转录酶起催化作用。(2)在设计PCR引物时,为了确保新型冠状病毒核酸检测的准确性,应依据新型冠状病毒RNA中一段特有的核苷酸序列来进行。PCR过程每次循环分为3步,变性(温度为90 ℃以上)、复性(温度为50 ℃左右)、延伸(温度为72 ℃左右),故其中温度最低的一步是复性。(3)在对某人同时进行核酸检测和抗体检测时,若核酸检测结果为阴性而抗体检测结果为阳性,说明该人曾感染新型冠状病毒,经自身免疫系统的作用,体内病毒被消灭,但体内产生的抗体尚未消失。若核酸检测和抗体检测结果均为阳性,说明该人感染了新型冠状病毒,且机体免疫系统产生了相应抗体,但还未将病毒完全消灭。(4)基因工程的基本操作流程是:目的基因的获取基因表达载体的构建将目的基因导入受体细胞目的基因的检测与鉴定。
5.(除标明外,每空2分)(1)④②③①(3分) (2)热稳定DNA聚合酶(Taq酶) 延伸 两种引物分别与两条单链DNA模板结合(3分) (3)病原菌DNA (4)一种在体外迅速扩增DNA片段的技术,它能在短时间内大量扩增目的基因(3分)
【解析】 (1)用PCR技术进行临床的病原菌检测时,首先应采集病人组织样本,从病人组织样本中提取DNA,再利用PCR技术扩增DNA片段,分析PCR扩增结果。(2)利用PCR扩增DNA片段过程中使用的酶是热稳定DNA聚合酶(Taq酶)。PCR由变性—复性—延伸三个基本反应步骤构成,其中复性的结果是两种引物分别与两条单链DNA模板结合。(3)要扩增病原菌DNA,设计的引物应该能和病原菌DNA特异性结合。(4)多聚酶链式反应(PCR)是一种体外迅速扩增特定DNA片段的技术,它能以极少量的DNA为模板,在短时间内大量扩增目的基因。
6.(1)DNA连接酶(1分) (2)感受态细胞法(1分) (3)碱基互补配对原则(1分) 目标DNA上特定的核苷酸(2分) (4)DNA分子杂交技术(1分) 不出现杂交带(2分) (5)CRISPR/Cas9重组质粒中的sgRNA编码序列、Cas9基因分别在受体细胞内进行转录和表达,sgRNA编码序列转录的产物是sgRNA,Cas9基因表达的产物是Cas9蛋白,二者形成复合体,该复合体中的sgRNA可引导识别目标DNA序列,并与之结合,Cas9蛋白在特定位点对基因组DNA进行切割,以便蛋白酶基因插入到基因组DNA中(3分)
【解析】 (1)基因工程中所需的工具酶有限制酶和DNA连接酶,限制酶负责“切割”,DNA连接酶负责“连接”。(2)将目的基因导入大肠杆菌细胞常用的方法是感受态细胞法。(3)sgRNA与Cas9蛋白形成的复合体中的sgRNA可通过碱基互补配对原则与目标DNA序列特异性结合。由题图可知,Cas9蛋白在功能上属于限制酶,可切割目标DNA上特定的核苷酸序列。(4)在DNA水平上,可利用DNA分子杂交技术判断基因敲除是否成功,若不出现杂交带,则说明基因敲除成功。
7.(除标明外,每空2分)(1) mRNA 逆转录酶 PCR (2)T-DNA 整合到叶肉细胞染色体DNA上(3分) (3)找到第6位氨基酸甲的碱基所在的基因位置,参照密码子表,将第6位氨基酸甲的碱基替换为氨基酸乙的碱基(4分)
【解析】 (1)由题意可知,Y是人的T细胞产生的蛋白质。若要获得Y的基因,可从人的T细胞中提取mRNA作为模板,在逆转录酶催化下合成cDNA,再利用PCR技术在体外扩增获得大量Y的基因。(2)将外源基因导入植物体内常用农杆菌转化法,该方法先将目的基因插入农杆菌Ti质粒的T-DNA上,然后通过农杆菌的转化作用,使目的基因进入植物细胞并插入植物细胞的染色体DNA上。(3)蛋白质工程的基本途径是:预期蛋白质的功能→设计预期蛋白质的结构→推测应有的氨基酸序列→找到相对应的脱氧核苷酸序列。若要根据蛋白质工程的原理对Y进行改造以提高其热稳定性,需找到第6位氨基酸甲的碱基所在的基因位置,参照密码子表,将第6位氨基酸甲的碱基替换为氨基酸乙的碱基。
题组二
1.C 结合题中信息可知,“引子”的彻底水解产物是脱氧核糖、4种含氮碱基、磷酸,A错误;结合题中信息可知,要将极其微量的古人类DNA从提取自土壤沉积物的多种生物的DNA中识别并分离出来,设计的“引子”应该是现代人和古代人共有的DNA序列,设计“引子”前不需要知道古人类的DNA序列,且设计“引子”的DNA序列信息并不是只能来自核DNA,B错误、C正确;结合题干信息不能得出土壤沉积物中的古人类双链DNA可直接与“引子”结合从而被识别的结论,D错误。
2.(每空2分)(1)引物 (2)作为标记基因,筛选含有目的基因的受体细胞 终止转录,使转录在所需要的地方停下来 (3)CO2等气体用于大量合成丙酮,而不是用于重组梭菌的生长 (4)废物的资源化 不仅不排放CO2,而且还可以消耗工业废气中的CO2
【解析】 (1)利用PCR技术扩增目标酶基因的前提是根据目标酶基因两端的碱基序列设计一对引物。(2)基因表达载体中,抗生素抗性基因作为标记基因,可用于鉴别受体细胞中是否含有目的基因,从而将含有目的基因的细胞筛选出来。终止子相当于一盏红色信号灯,可使转录在所需要的地方停下来。(3)重组梭菌可大量表达题述酶蛋白,在这些酶蛋白的作用下,CO2等气体用于大量合成丙酮,而不是用于重组梭菌的生长,所以重组梭菌大量表达题述酶蛋白会导致其生长迟缓。(4)根据题意可知,这种生产高附加值化工产品的新技术,以高污染排放企业排出的CO2等一碳温室气体为原料,生产丙酮,实现了废物的资源化,体现了循环经济的特点。从“碳中和”的角度看,利用该技术生产丙酮的过程中不仅不排放CO2,还可以消耗工业废气中的CO2,有利于减缓温室效应,并实现较高的经济效益,具有广泛的应用前景和良好的社会效益。
3.(除标明外,每空2分)(1)EcoRⅠ、PstⅠ EcoRⅠ、SmaⅠ、PstⅠ、EcoRⅤ(3分) (2)磷酸二酯键 (3)复制 限制酶的切割位点 用含抗生素的培养基培养宿主细胞 (4)RNA 聚合酶识别、结合和驱动转录的一段DNA序列
【解析】 (1)由图可以看出,EcoRⅠ、SmaⅠ、PstⅠ、EcoRⅤ切割后分别形成黏性末端、平末端、黏性末端和平末端;E·coli DNA连接酶可用于连接黏性末端,T4 DNA连接酶可用于连接黏性末端和平末端。(2)DNA连接酶催化形成磷酸二酯键。(3)复制原点是在基因组上复制起始的一段序列,可以保证质粒在宿主细胞中复制。质粒DNA分子上有限制酶切割位点,便于外源DNA插入。采用在含有特定抗生素的选择培养基上进行培养的方法可将含质粒载体的宿主细胞筛选出来。(4)启动子是RNA 聚合酶识别、结合和驱动转录的一段DNA 序列。
【要点速记】 根据酶的来源不同,可以将DNA连接酶分为两类:一类是从大肠杆菌中分离得到的,称为E·coli DNA连接酶;另一类是从T4噬菌体中分离出来的,称为T4 DNA连接酶。这两类酶都是将双链DNA片段“缝合”起来,恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键,但这两类酶的作用有所差别:E·coli DNA连接酶只能将双链DNA片段互补的黏性末端连接起来,不能将双链DNA片段平末端之间进行连接。而T4 DNA连接酶既可以“缝合”双链DNA片段互补的黏性末端,又可以“缝合”双链DNA片段的平末端,但连接平末端的效率比较低。
4.(每空2分)(1)逆转录(反转录) PCR扩增 (2)A (3)(重组腺病毒)进入细胞 表达抗原 (4)重组腺病毒DNA在人体细胞中持续表达抗原,反复刺激机体免疫系统
【解析】 (1)由RNA得到cDNA的过程为逆转录(反转录)过程,该过程需要逆转录酶,得到新冠病毒的cDNA后,经PCR扩增获取S基因,再经酶切后连接到载体上。(2)重组疫苗中的S基因编码的蛋白质应是能被免疫细胞识别并使机体产生免疫反应的蛋白质,即病毒与细胞识别的蛋白。(3)接种疫苗后,重组腺病毒进入人体细胞,在人体细胞中表达抗原,进而诱发人体产生特异性免疫反应。(4)接种者在接种数周后体内仍然能检测到重组腺病毒DNA,说明重组腺病毒DNA可在人体细胞中持续表达抗原,进而反复刺激机体免疫系统,故重组疫苗只需注射一针即可起到免疫保护作用。
5.(除标明外,每空1分)(1)限制性核酸内切(或限制) 核苷酸序列 (2)磷酸二酯键 DNA单链 以DNA为模板的DNA链的延伸(2分) (3)②④ (4)B
【解析】 (1)根据题图可知,步骤Ⅰ是获取目的DNA片段,所用的酶EcoR Ⅰ是一种限制酶,其能识别特定的核苷酸序列,并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开。(2)步骤Ⅱ是将目的DNA片段连接成环状,其中DNA连接酶的作用是催化相邻核苷酸之间的3'-羟基和5'-磷酸间形成磷酸二酯键。PCR循环中,升高温度到95 ℃是为了打开氢键使双链解开,获得DNA单链,Taq DNA聚合酶的作用是催化游离的脱氧核苷酸连接到引物3'端,合成DNA子链。(3)引物的作用是使DNA聚合酶能够从引物的3'端开始延伸DNA子链,因为DNA的合成方向总是从子链的5'端向3'端延伸,故为扩增未知序列,选择的与模板链相结合的引物应为5'-TCATGAGCGCATAGTT-3'(引物④)和5'-GCAATGCGTAGCCTCT-3'(引物②)。(4)分析题意可知,片段F的两端为限制酶EcoR Ⅰ切割后产生的黏性末端,因此其5'端序列应为AATT-,3'端序列应为-TTAA,B正确。
【拓展延伸】 DNA复制需要引物的原因及其要求归纳
1.需要引物的原因
引物为一段已知脱氧核苷酸序列的DNA单链或RNA,它是子链合成延伸的基础。DNA复制时,DNA聚合酶不能从5'端开始合成DNA,而只能从3'端延伸DNA链,因此,DNA复制需要引物。当引物与DNA母链通过碱基互补配对结合后,DNA聚合酶就能从引物的3'端开始延伸DNA链,DNA的合成方向总是从子链的5'端向3'端延伸。
2.引物必须符合的基本要求
(1)与目的基因一端碱基互补;
(2)3'端不能进行任何修饰,因为引物的延伸是从3'端开始的;
(3)引物相互之间不能有多个连续的碱基互补;
(4)引物自身不能有多个连续的碱基互补。
题组三
1.(每空2分)(1)从基因文库中获取、用化学方法直接人工合成 (2)用蛋白酶处理、高温加热处理 (3)感受态 抗原—抗体杂交法 (4)没有肌醇产生 脱氧核苷酸序列
【解析】 (1)获得目的基因的常用方法有从基因文库中获取、利用PCR技术扩增及用化学方法直接人工合成等。(2)高质量的DNA模板是成功扩增出目的基因的前提条件之一。在制备高质量DNA模板时必须除去蛋白,可根据DNA和蛋白质对酶、高温的耐受性不同,去除蛋白质,去除的方法有用蛋白酶处理、高温加热处理等。(3)表达载体转化大肠杆菌时,首先应用Ca2+处理,制备易于吸收周围环境中DNA分子的感受态细胞。为了检测目的基因是否成功表达出酶蛋白,需要采用抗原—抗体杂交法进行检测。(4)若这些酶最适反应条件不同,将4种酶与可溶性淀粉溶液混合在一定的温度和pH等条件下,组成一个反应体系,有些酶可能已失活,最终可能没有肌醇产生。在分子水平上,可以通过改变脱氧核苷酸序列,从而改变蛋白质的结构,实现对酶特性的改造和优化。
2.(除标明外,每空2分)(1)引物1和引物4 (2)①EcoRⅤ T4DNA ②启动子(1分) 终止子(1分) XhoⅠ和PstⅠ(1分) 钙(1分) (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
【解析】 (1)据题中信息知,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,若要通过PCR技术扩增MT基因,应选用引物1和引物4。(2)通过PCR技术扩增出的MT基因的末端为平末端,载体P中有限制酶XhoⅠ、EcoRⅤ、PstⅠ、SmaⅠ的酶切位点,用限制酶XhoⅠ、PstⅠ切割载体P得到的均为黏性末端,而用限制酶EcoRⅤ和SmaⅠ切割载体P得到的均是平末端,但不能用限制酶SmaⅠ进行酶切,若用限制酶SmaⅠ进行酶切,无法将目的基因插入到载体E中,因此,应选用EcoRⅤ酶将载体P切开,再用能连接平末端的T4DNA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。再选用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到用钙离子处理的大肠杆菌中,筛出MT工程菌。(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,故题中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。
3.(除标明外,每空2分)(1)细胞质基质(1分) (2)①包含BamHⅠ的识别序列 将GTG改为ATG ②原核生物复制原点 不能(1分) ③缺失尿嘧啶 (3)B
【解析】 (1)转基因酿酒酵母中的乳酸脱氢酶催化丙酮酸生成乳酸的过程发生在细胞质基质中。(2)①乳酸菌为原核生物,而酵母菌为真核生物,因此设计引物扩增乳酸脱氢酶编码序列时,最好将编码起始密码子的序列由原核生物偏好的GTG转变为真核生物偏好的ATG,即设计引物1时,其5'端序列应考虑将GTG改为ATG。结合题图分析可知,BamHⅠ的识别序列应在LDH基因的左侧(前端),XbaⅠ的识别序列应在LDH基因的右侧(末端),这样才能将LDH基因以正确的方向插入质粒,故设计引物1时,其5'端序列应考虑包含BamHⅠ的识别序列。②大肠杆菌为原核生物,原核生物复制原点可以驱动重组质粒在大肠杆菌中扩增。由图2可知,重组质粒上乳酸脱氢酶编码序列前是酿酒酵母基因启动子,而启动子存在物种特异性,因此,重组质粒上的乳酸脱氢酶编码序列不能在大肠杆菌中高效表达。③重组质粒中含有尿嘧啶合成酶基因,将重组质粒转入不能合成尿嘧啶的酿酒酵母菌株后,可以在缺失尿嘧啶的固体培养基上生长的酿酒酵母即为转基因酿酒酵母。(3)若要进一步提高乳酸产量,可进一步优化发酵条件,选择更适合转基因酿酒酵母产生乳酸的条件,A项合理;启动子存在物种特异性,若使用乳酸菌LDH基因自身的启动子,则该基因不能在酿酒酵母中高效表达,B项不合理;敲除酿酒酵母的丙酮酸脱羧酶基因,可减少乙醇的产生,增加乳酸的产量,C项合理;对转基因酿酒酵母进行诱变育种,筛选出乳酸产量高的酿酒酵母,提高乳酸的产量,D项合理。
4.(除标明外,每空1分)(1)限制性核酸内切酶和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)
【解析】 (1)限制性核酸内切酶能够识别双链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开;DNA连接酶能将DNA片段拼接起来。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,需要限制性核酸内切酶和DNA连接酶的参与。转化是指目的基因进入受体细胞内,并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程。(2)启动子是RNA聚合酶识别和结合的部位,能驱动基因转录出mRNA。Wx基因启动子序列的改变影响了RNA聚合酶与启动子的识别和结合,从而改变了Wx基因的转录水平,使直链淀粉合成酶基因的表达量改变。根据题干信息可知,基因编辑系统是对启动子序列进行定点编辑,由于编码直链淀粉合成酶的碱基序列中不含启动子,所以与野生型水稻相比,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没有发生变化。(3)用提取的各品系胚乳中的总RNA合成总cDNA的过程为逆转录,需要逆转录酶的参与。由于引物能与Wx基因的cDNA特异性结合,故通过PCR技术可在总cDNA中专一性地扩增出Wx基因的cDNA。(4)mRNA是蛋白质合成的直接模板,根据题图分析可知,4个品系中品系3的Wx mRNA量最低,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。
题组四
1.(除标明外,每空2分)(1)基因组文库(1分) (2)限制性核酸内切酶和DNA连接酶 鉴别受体细胞中是否含有目的基因,从而将含有目的基因的细胞筛选出来 (3)农杆菌转化法(1分) 防止目的基因侵入非转基因植株中造成基因污染 (4)耐性(1分) 叶 (5)YCF1是Cd转运蛋白,转基因植株可将Cd转入液泡内,防止高浓度Cd影响细胞生命活动 根、茎、叶发达,生命力强
【解析】 (1)将酵母细胞的全部DNA提取出来,切割成一定大小范围的DNA片段,然后将其分别与载体连接,导入受体菌的群体中储存,这个群体包含了酵母细胞的所有基因,叫基因组文库。(2)将目的基因和运载体连接构建重组载体时,所需的两种酶是限制性核酸内切酶和DNA连接酶。标记基因的作用是鉴别受体细胞中是否含有目的基因,从而将含有目的基因的细胞筛选出来。(3)将目的基因导入双子叶植物最常用的方法是农杆菌转化法。采用不育杨树株系作为实验材料的目的是防止目的基因侵入非转基因植株中造成基因污染。(4)据图1可知,与野生型比,转基因植株在Cd污染的土壤中干重更高,说明转基因植株对Cd具有更强的耐性。 据图2可知,转基因植株的叶中Cd的含量较高,因此对转基因植株的叶进行后续处理对于缓解土壤Cd污染最为方便有效。(5)据题意可知,YCF1是Cd转运蛋白,转基因植株可将Cd转入液泡内,防止高浓度Cd影响细胞生命活动,能更好地适应高Cd环境的土壤。相较于草本植物,采用杨树这种乔木作为Cd污染土壤修复植物的优势在于杨树根、茎、叶发达,生命力强等。
2.(1)SalⅠ(1分) EcoRⅠ(1分) 6(2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(2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(4分)
【解析】 (1)由题意可知,为了扩增出γ基因上游调控序列及启动子的不同长度的片段,在调控序列及启动子的读取方向上(题图上图中从左至右)需要设计F1~F7多个引物,反向上只需同一个引物R即可。根据图示可知,荧光蛋白基因的终止子位于其左侧,为将扩增后的产物定向插入载体指导荧光蛋白基因表达,扩增后的产物需要插入到荧光蛋白基因的上游(题图下图中荧光蛋白基因右侧)才能发挥作用,结合图中限制酶的作用位置可知,EcoRⅠ能够破坏荧光蛋白基因,NheⅠ位于终止子的下游,二者不能用来切割载体,所以只能用MunⅠ和XhoⅠ来切割载体。由于γ基因上游的调控序列及启动子中也含有MunⅠ和XhoⅠ的识别序列,所以在F1~F7末端不能添加其相应序列。比较图中几种限制酶的识别序列及切割位点可知,MunⅠ和EcoRⅠ切割后所产生的黏性末端相同,XhoⅠ和SalⅠ切割后所产生的黏性末端也相同,所以在F1~F7末端添加限制酶SalⅠ所对应的序列,在R末端添加限制酶EcoRⅠ所对应的序列,这样可将扩增后的产物定向插入载体指导荧光蛋白基因表达。本实验中,产物扩增需要Taq酶,载体构建过程中需要MunⅠ和XhoⅠ来切割载体,需要SalⅠ和EcoRⅠ来切割扩增后的产物,还需要DNA连接酶连接切口,故共需要6种酶。(2)F1~F7与R作为引物扩增的产物可能含有启动子,也可能不含有,受体细胞中含F1~F6与R扩增产物的载体能够表达出荧光蛋白,受体细胞有荧光,说明这些扩增产物包含完整的启动子部分,而含F7与R扩增产物的受体细胞无荧光,说明该扩增产物不含完整的启动子,荧光蛋白基因不表达。(3)向培养液中添加适量的雌激素后,P启动子能够启动BCL11A基因的表达,产生BCL11A蛋白,若受体细胞中含有BCL11A蛋白结合位点,BCL11A蛋白与该结合位点结合后,会抑制荧光蛋白基因的表达。含F1~F4与R扩增产物的受体细胞不再有荧光,据此可推测BCL11A蛋白结合位点位于F1~F4的共同部分,即F4所对应调控序列的下游,而含F5~F6与R扩增产物的受体细胞仍有荧光,据此可推测F5~F6与R扩增产物上均无BCL11A蛋白结合位点,即BCL11A蛋白结合位点应位于F5所对应调控序列的上游,而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,所以BCL11A蛋白结合位点位于引物F4与F5在调控序列上所对应序列之间的区段上。
3.(每空2分)(1)6 (2)ABCD (3)3 (4)核糖体、细胞质基质、细胞膜、细胞壁 (5)AB
【解析】 (1)密码子为mRNA上三个相邻的碱基,对应DNA编码序列上三个相邻的碱基;由图可以看出,与改造前的单链相比,改造后的单链第6、15、16、18、21、24、30位(从左往右数)碱基发生了改变,相应发生碱基替换的密码子分别为第2、5、6、7、8、10位(从左往右数,其中第6位密码子改变了两个碱基),共6个。(2)要确保等比例表达A、B肽链,控制合成两条肽链的DNA只有一个终止子序列,且转录形成的mRNA只能有一个终止密码子。为了保证生成的人胰岛素的正常功能,引入的短肽不能改变A链氨基酸序列,不能改变原人胰岛素抗原性。(3)由图可以看出,重组表达载体中有两个SacⅠ识别序列、一个XbaⅠ识别序列;SacⅠ和XbaⅠ在该环状DNA上有三个酶切位点,用这两种酶充分酶切后可得到3种DNA片段。(4)乳酸菌为原核生物,细胞内无内质网和高尔基体;结合题意推测,信号肽在核糖体上合成后,经过细胞质基质到达细胞膜,出细胞膜后分布在细胞壁上。(5)B细胞和T细胞可以特异性识别抗原;吞噬细胞可以识别抗原,但不具有特异性;浆细胞不能识别抗原。
4.(除标明外,每空2分)(1)限制性核酸内切酶、DNA连接酶 显微注射 体外培养 胚胎移植 (2)性别、年龄 (3)相同(1分) 两种上皮细胞都是体细胞,且来源于同一个受精卵 (4)体外受精、胚胎移植
【解析】 (1)步骤①是基因表达载体的构建过程,该过程需要使用的工具酶有限制性核酸内切酶(限制酶)和DNA连接酶,用限制酶分别切割载体和目的基因,用DNA连接酶将目的基因和载体连接起来。步骤②和③所代表的操作分别是显微注射和体外培养。步骤④是将早期胚胎植入代孕母体内,称为胚胎移植。(2)与乳腺生物反应器相比,用膀胱生物反应器生产W的优势在于不受转基因动物的性别和年龄的限制。(3)乳腺上皮细胞和膀胱上皮细胞都是体细胞。一般来说,在同一动物个体中,其体细胞都是由同一个受精卵分裂、分化而来的,细胞在分裂、分化过程中,其细胞核中染色体DNA所含的遗传信息一般是不变的,因此两种上皮细胞的染色体DNA所含的遗传信息相同。(4)据题述流程可知,胚胎工程中所用到的主要技术有体外受精、早期胚胎培养、胚胎移植等。
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