1.4 蛋白质工程的崛起
基础巩固
1蛋白质工程的基本流程是( )
①蛋白质分子结构设计 ②DNA合成 ③预期蛋白质功能 ④据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列
A.①→②→③→④ B.④→②→①→③
C.③→①→④→②
D.③→④→①→②
答案C
2蛋白质工程中需要直接进行操作的对象是( )
A.氨基酸结构
B.蛋白质空间结构
C.肽链结构
D.基因结构
解析蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作为基础,通过基因修饰或基因合成,对现有蛋白质进行改造或制造一种新的蛋白质,以满足人类生产和生活的需求。其目标是根据人们对蛋白质功能的特定需求,对蛋白质结构进行分子设计,但因为基因决定蛋白质,因此对蛋白质的结构进行设计改造,归根到底,还需对相应的基因进行操作,按要求进行修饰加工改造,使之能控制合成人类需要的蛋白质。对基因进行改造的优点:蛋白质是由基因控制合成的,对基因进行操作较容易,而且可以遗传。
答案D
3科学家将干扰素基因进行定点突变,导入大肠杆菌使之表达,使干扰素第十七位的半胱氨酸改变成丝氨酸,结果大大提高了干扰素的储存稳定性。该生物技术为
( )
A.基因工程
B.蛋白质工程
C.基因突变
D.细胞工程
解析基因工程是通过对基因的操作,将符合人们需要的目的基因导入适宜的生物体内,使其高效表达,从中提取所需的蛋白质,或表现某种性状,蛋白质产品仍然为天然存在的蛋白质;而蛋白质工程却是对控制蛋白质合成的基因进行改造,从而实现对其编码的蛋白质的改造,所得到的已不是天然的蛋白质。题目的操作中涉及的基因显然不再是原来的基因,其合成的干扰素也不是天然干扰素,而是经过改造的具有人类所需优点的蛋白质,因而整个过程利用的生物技术应为蛋白质工程。
答案B
4蛋白质工程在设计蛋白质结构时依据的是( )
A.基因功能
B.蛋白质功能
C.氨基酸序列
D.mRNA密码子序列
答案B
5当前医学上,蛋白质工程药物正逐步取代第一代基因工程多肽蛋白质类替代治疗剂。基因工程药物与蛋白质工程药物的区别是( )
A.都与天然产物完全相同
B.都与天然产物不相同
C.基因工程药物与天然产物相同,蛋白质工程药物与天然产物不相同
D.基因工程药物与天然产物不相同,蛋白质工程药物与天然产物完全相同
答案C
6增加玉米细胞中赖氨酸含量最有效的途径是( )
A.将富含赖氨酸的蛋白质编码基因导入玉米细胞
B.切除玉米细胞中天冬氨酸激酶基因和二氢吡啶二羧酸合成酶基因
C.修饰天冬氨酸激酶基因和二氢吡啶二羧酸合成酶基因的个别碱基
D.将根瘤菌的固氮基因导入玉米细胞
解析玉米中赖氨酸的含量比较低,原因是赖氨酸合成过程中的两种关键酶——天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶,其活性受细胞内赖氨酸浓度的影响较大,当赖氨酸浓度达到一定量时,就会抑制这两种酶的活性。如果我们将天冬氨酸激酶的第352位的苏氨酸变成异亮氨酸,将二氢吡啶二羧酸合成酶中第104位的天冬酰胺变成异亮氨酸,就可以使玉米叶片和种子中的游离赖氨酸含量分别提高5倍和2倍。通过改变有关基因的个别碱基,从而改变基因控制合成的蛋白质(酶)的结构来达到目的,属于蛋白质工程。
答案C
7下列对物质的改造不属于蛋白质工程范畴的是( )
A.胰岛素的改造
B.抗体的改造
C.酶的改造
D.性激素的改造
解析性激素属于固醇,不是蛋白质。
答案D
8蛋白质工程又称第二代基因工程。下图为蛋白质工程流程图,图中A、B在遗传学上依次表示( )
A.转录和翻译
B.翻译和转录
C.复制和转录
D.传递和表达
答案A
9下图是将某细菌的基因A导入大肠杆菌内,制备“工程菌”的示意图。
据图回答下列问题。
(1)获得A有两条途径:一是以A的mRNA为模板,在 酶的催化下,合成互补的单链DNA,然后在 的作用下合成双链DNA,从而获得所需基因;二是根据目标蛋白质的 序列,推测出相应的mRNA序列,然后按照碱基互补配对原则,推测其DNA的 序列,再通过化学方法合成所需基因。
(2)利用PCR技术扩增DNA时,需要在反应体系中添加的有机物质有 、 、4种脱氧核糖核苷酸和耐热性的DNA聚合酶,扩增过程可以在PCR扩增仪中完成。
(3)由A和载体B拼接形成的C通常称为 。
(4)在基因工程中,常用C处理D,其目的是 。
解析(1)以A的mRNA为模板,在逆转录酶的催化作用下合成单链DNA,然后再以该单链DNA为模板,在DNA聚合酶的作用下合成双链DNA;根据目标蛋白质的氨基酸序列可推测出相应的mRNA序列,然后根据碱基互补配对原则推测出其DNA的脱氧核苷酸序列,再通过化学方法利用DNA合成仪合成所需基因。
(2)利用PCR技术扩增目的基因时,需要提供目的基因作为模板,添加引物来引导子链的形成,添加4种脱氧核糖核苷酸(即dCTP、dATP、dGTP、dTTP)作为原料,需要耐热性的DNA聚合酶来催化子链的形成;扩增过程可在PCR扩增仪中完成。
(3)目的基因A和载体B拼接形成的C通常称为重组DNA。
(4)基因工程中,常用Ca2+处理细菌细胞,使之成为感受态细胞,有利于其吸收重组DNA分子,提高受体细胞的转化率。
答案(1)逆转录 DNA聚合酶 氨基酸 脱氧核苷酸
(2)引物 模板DNA
(3)重组DNA(其他合理答案也可)
(4)提高受体细胞的转化率(其他合理答案也可)
能力提升
1下列关于蛋白质工程的说法,正确的是( )
A.蛋白质工程以基因工程为基础
B.蛋白质工程就是酶工程的延伸
C.蛋白质工程就是用蛋白酶对蛋白质进行改造
D.蛋白质工程只能生产天然的蛋白质
解析蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作为基础,通过基因修饰或基因合成,对现有蛋白质进行改造,或制造一种新的蛋白质,以满足人类的生产和生活的需求。蛋白质工程是以基因工程为基础的,所以又称为第二代基因工程。蛋白质工程不仅能对现有蛋白质进行改造,而且可以制造新的蛋白质。
答案A
2下列不属于蛋白质工程的研究内容的是( )
A.分析蛋白质分子的精细结构
B.对蛋白质进行有目的的改造
C.分析氨基酸的化学成分
D.按照人的意愿将天然蛋白质改造成新的蛋白质
解析蛋白质工程就是指根据蛋白质的精细结构和生物功能之间的关系,按照人的意愿改造蛋白质分子,形成自然界不存在的蛋白质分子。为了改造某种蛋白质分子,必须对其精细结构进行分析,但不包括对组成蛋白质的氨基酸的化学成分的分析。
答案C
3某种微生物合成的蛋白酶与人体消化液中的蛋白酶的结构和功能很相似,只是对热稳定性较差,进入人体后容易失效。现要将此酶开发成一种片剂,临床治疗食物的消化不良,最佳方案是( )
A.对此酶中的少数氨基酸进行替换,以改善其功能
B.将此酶与人蛋白酶进行拼接,形成新的蛋白酶
C.重新设计与创造一种全新的蛋白酶
D.减少此酶在片剂中的含量
解析要想使蛋白酶的热稳定性有所提高,就要改变蛋白质的结构,此类问题一般是对蛋白质中的个别氨基酸进行替换。
答案A
4下列有关蛋白质工程的说法,正确的是( )
A.蛋白质工程无需构建基因表达载体
B.通过蛋白质工程改造后的蛋白质有的仍是天然的蛋白质
C.蛋白质工程需要限制性核酸内切酶和DNA连接酶
D.蛋白质工程只是中心法则的简单逆转
解析蛋白质工程的基本流程:从预期的蛋白质功能出发,设计预期的蛋白质结构,推测应有的氨基酸序列,找到相对应的脱氧核苷酸序列(基因)。这是蛋白质工程特有的途径,接下来按照基因工程的一般步骤进行。因此,基因工程技术利用的工具(限制酶、DNA连接酶、载体)以及操作流程也适用于蛋白质工程技术中,A项错误,C项正确;蛋白质工程生产的蛋白质是改造后的蛋白质或者是新的蛋白质,B项错误。
答案C
5葡萄糖异构酶(GI)在工业上应用广泛,为提高其热稳定性,科学家对GI基因进行体外定点诱变,以脯氨酸(Pro138)替代Gly138,含突变体的重组质粒在大肠杆菌中表达,结果最适反应温度提高10~12
℃。这属于
( )
A.基因工程
B.蛋白质工程
C.发酵工程
D.酶工程
解析蛋白质工程的重点在于对已存在的蛋白质分子的改造。通常所说的酶工程是用工程菌生产酶制剂,而没有经过由酶的功能来设计酶的分子结构,然后由酶的分子结构来确定相应基因的碱基序列等步骤。因此,应选B。
答案B
6下列关于蛋白质工程和基因工程的比较,不合理的是( )
A.基因工程原则上只能生产自然界已存在的蛋白质,而蛋白质工程可以对现有蛋白质进行改造,或制造一种新的蛋白质
B.蛋白质工程是在基因工程的基础上发展起来的,蛋白质工程最终还是要通过基因修饰或基因合成来完成
C.当得到可以在-70
℃条件下保存半年的干扰素后,在相关酶、氨基酸和适宜的温度、pH条件下,干扰素可以大量自我合成
D.基因工程和蛋白质工程产生的变异都是可遗传的
解析基因工程原则上只能生产自然界已存在的蛋白质,而蛋白质工程可以对现有蛋白质进行改造,或制造一种新的蛋白质;蛋白质工程是在基因工程的基础上发展起来的,蛋白质工程最终还是要通过基因修饰或基因合成来完成,这样产生的改变才能遗传下去;蛋白质不能自我合成;由于基因工程和蛋白质工程都是对基因进行操作,因此,基因工程和蛋白质工程产生的变异都是可遗传的。
答案C
★7胰岛素可以用于治疗糖尿病,但是胰岛素被注射入人体后,会堆积在皮下,要经过较长时间才能进入血液,而进入血液的胰岛素又容易被分解,治疗效果受到影响。下图是用蛋白质工程设计的速效胰岛素的生产过程,请据图回答有关问题。
(1)构建新的蛋白质模型是蛋白质工程的关键,图中构建新的胰岛素模型的主要依据是 。
(2)图中从新的胰岛素模型到新的胰岛素基因的基本思路是什么
(3)新的胰岛素基因与载体(质粒)结合过程中需要限制性核酸内切酶和DNA连接酶。已知限制性核酸内切酶Ⅰ的识别序列和切点是—G↓GATCC—。请画出质粒被限制性核酸内切酶Ⅰ切割后所形成的黏性末端: 。DNA连接酶对所连接的DNA两端碱基序列是否有专一性要求 。
(4)若将含有新的胰岛素基因的表达载体导入植物细胞中,最常用的方法是 。
(5)若要利用大肠杆菌生产速效胰岛素,需用到的生物工程有 、 和发酵工程。
答案(1)蛋白质(即新的胰岛素)的预期功能
(2)根据新的胰岛素中氨基酸的序列,推测出相对应的脱氧核苷酸序列,然后利用DNA合成仪来合成新的胰岛素基因。
(3)—G
—CCTAG、GATCC—
G— 否
(4)农杆菌转化法
(5)蛋白质工程 基因工程
8黄曲霉毒素B1(AFB1)存在于被黄曲霉菌污染的饲料中,它可以通过食物链进入动物体内并蓄积,引起癌变。某些微生物能表达AFB1解毒酶,将该酶添加在饲料中可以降解AFB1,消除其毒性。请回答下列问题。
(1)下图为采用基因工程技术生产AFB1解毒酶的流程图。据图回答问题。
含AFB1解毒
酶基因的菌株总RNAcDNAAFB1解毒
酶基因
酵母
工程菌AFB1
解毒酶
①在甲、乙条件下培养含AFB1解毒酶基因的菌株,经测定,甲菌液细胞密度小、细胞含解毒酶;乙菌液细胞密度大、细胞不含解毒酶。过程Ⅰ应选择 菌液的细胞提取总RNA,理由是
。
②过程Ⅱ中,与引物结合的模板是
。
③检测酵母工程菌是否合成了AFB1解毒酶,应采用 法。
(2)采用蛋白质工程进一步改造该酶的基本途径是:从提高酶的活性出发,设计预期的蛋白质结构,推测应有的氨基酸序列,找到相对应的 序列。
解析(1)①因为甲菌液细胞中含解毒酶,说明解毒酶基因在甲菌液细胞中可以表达,细胞中一定含有解毒酶基因转录出的mRNA。②PCR扩增过程中,需要的模板是AFB1解毒酶基因的cDNA。③基因工程的检测与鉴定阶段,在分子水平上需要进行三步检测,其中检测目的基因是否成功表达出蛋白质,所用方法是抗原—抗体杂交法。
(2)蛋白质工程的基本步骤是,从预期的蛋白质功能出发,设计预期蛋白质的结构,推测应有的氨基酸序列,找出相对应的脱氧核苷酸序列。
答案(1)①甲 甲菌液细胞的AFB1解毒酶基因已转录生成mRNA,而在乙菌液细胞中该基因未转录
②AFB1解毒酶基因的cDNA
③抗原—抗体杂交
(2)脱氧核苷酸
9(2015海南高考)在体内,人胰岛素基因表达可合成出一条称为前胰岛素原的肽链,此肽链在内质网中经酶甲切割掉氨基端一段短肽后成为胰岛素原,进入高尔基体的胰岛素原经酶乙切割去除中间片段C后,产生A、B两条肽链,再经酶丙作用生成由51个氨基酸残基组成的胰岛素。目前,利用基因工程技术可大量生产胰岛素。回答下列问题。
(1)人体内合成前胰岛素原的细胞是 ,合成胰高血糖素的细胞是 。
(2)可根据胰岛素原的氨基酸序列,设计并合成编码胰岛素原的 序列,用该序列与质粒表达载体构建胰岛素原基因重组表达载体,再经过细菌转化、筛选及鉴定,即可建立能稳定合成 的基因工程菌。
(3)用胰岛素原抗体检测该工程菌的培养物时,培养液无抗原抗体反应,菌体有抗原抗体反应,则用该工程菌进行工业发酵时,应从 中分离、纯化胰岛素原。胰岛素原经酶处理便可转变为胰岛素。
解析(1)激素由特异性的细胞合成,胰岛素(原)由胰岛B细胞合成,胰高血糖素由胰岛A细胞合成。(2)真核生物的目的基因可用人工合成的方法合成,可根据胰岛素原的氨基酸序列,设计并合成编码胰岛素原的DNA序列(即目的基因);合成的DNA序列经过修饰与质粒构建胰岛素原基因表达载体,导入细菌体内,经转化后筛选鉴定,最终得到能稳定合成胰岛素原的基因工程菌。(3)培养液无抗原抗体反应,菌体有抗原抗体反应,说明目的基因的表达产物存在于细胞内,没有分泌出来。因此利用该工程菌进行工业发酵时,目的基因的表达产物需要从菌体中分离和纯化。
答案(1)胰岛B细胞 胰岛A细胞
(2)DNA 胰岛素原
(3)菌体专题1
基因工程检测A
(时间:60分钟,满分:100分)
一、选择题(每小题2分,共40分)
1下列关于DNA连接酶的叙述,正确的是( )
A.DNA连接酶不需要识别特定的脱氧核苷酸序列
B.一种DNA连接酶只能连接一种黏性末端
C.将单个脱氧核苷酸加到某DNA片段末端,形成磷酸二酯键
D.连接两条DNA链上碱基之间的氢键
解析DNA连接酶只能连接DNA片段,DNA聚合酶能连接单个脱氧核苷酸。DNA上的氢键的连接不需要酶催化,DNA连接酶不需要识别特定的脱氧核苷酸序列。
答案A
2下表关于基因工程中有关基因操作的名词及对应的内容,正确的组合是( )
供体
剪刀
针线
载体
受体
A
质粒
限制性核酸内切酶
DNA连接酶
提供目的基因的生物
大肠杆菌等
B
提供目的基因的生物
DNA连接酶
限制性核酸内切酶
质粒
大肠杆菌等
C
提供目的基因的生物
限制性核酸内切酶
DNA连接酶
质粒
大肠杆菌等
D
大肠杆菌等
DNA连接酶
限制性核酸内切酶
提供目的基因的生物
质粒
解析供体在基因工程中是指提供目的基因的个体,受体是指接受目的基因或者重组表达载体的个体或细胞。
答案C
3基因工程操作中将DNA导入受体细胞称为转化。下列相关叙述不正确的是( )
A.被转化的细胞吸收外源DNA是转化的实质
B.常用CaCl2处理植物细胞使其处于感受态
C.动物细胞相对于植物细胞吸收DNA的障碍要小
D.显微注射技术一般用于动物细胞的转化
解析转化是目的基因导入受体细胞,并在受体细胞内稳定保存和表达,因此,转化的实质是细胞吸收外源DNA;常用CaCl2处理大肠杆菌细胞使其处于感受态;由于植物细胞具有细胞壁,而动物细胞没有,故动物细胞吸收DNA障碍较小;显微注射技术一般用于动物细胞的转化。
答案B
4下列有关基因工程的叙述,正确的是( )
A.载体上的标记基因有利于促进目的基因在受体细胞中表达
B.用反转录法合成胰岛素基因时只能从胰岛B细胞中提取相关的模板
C.目的基因导入受体细胞后,引起受体细胞的变异属于基因突变
D.限制性核酸内切酶和DNA聚合酶是基因工程中两类常用的工具酶
解析用反转录法合成目的基因,需要先从细胞中提取到相应的mRNA,而胰岛素只能在胰岛B细胞中合成,因而胰岛素基因只能在胰岛B细胞中转录成相应的mRNA。目的基因导入受体细胞后,引起受体细胞的变异属于基因重组。基因工程中不需要DNA聚合酶,而需要DNA连接酶。
答案B
5下列有关基因工程的叙述,正确的是( )
A.DNA
连接酶能将碱基互补的两个黏性末端的碱基对连接起来
B.获得目的基因一定要使用限制性核酸内切酶
C.目的基因和受体细胞均可来自动、植物或微生物
D.质粒上的标记基因可用来筛选含重组DNA
的细胞和转基因植物
解析DNA连接酶连接的是碱基互补的两个黏性末端的磷酸二酯键,A项错误;目的基因的获取可使用限制性核酸内切酶,也可人工合成,B项错误;目的基因和受体细胞均可来自动、植物或微生物,C项正确;质粒上的标记基因可用来筛选含重组DNA的细胞,转基因植物常采用抗原—抗体杂交法进行筛选,D项错误。
答案C
6用某动物的胰岛素基因制成DNA探针,检测下列物质,不能形成杂交分子的是( )
A.该动物胰岛A细胞的DNA
B.该动物胰岛B细胞的mRNA
C.该动物胰岛A细胞的mRNA
D.该动物肝细胞的DNA
解析胰岛素只能在胰岛B细胞中合成,因而胰岛素基因只能在胰岛B细胞中转录成相应的mRNA,胰岛A细胞的mRNA中不会有胰岛素基因转录出的mRNA,也就无法与胰岛素基因制成的探针杂交。而该动物的所有体细胞中都会有胰岛素基因,因而其所有体细胞的DNA都能与该探针形成杂交分子。
答案C
7将ada(腺苷酸脱氨酶基因)通过质粒pET28b导入大肠杆菌并成功表达腺苷酸脱氨酶。下列叙述错误的是( )
A.每个大肠杆菌细胞至少含一个重组质粒
B.每个重组质粒至少含一个限制性核酸内切酶识别位点
C.每个限制性核酸内切酶识别位点至少插入一个ada
D.每个插入的ada至少表达一个腺苷酸脱氨酶分子
解析将ada通过质粒pET28b导入大肠杆菌并成功表达,则每个大肠杆菌细胞中至少含有一个重组质粒,且每个重组质粒至少含有一个限制酶识别位点,但每个限制酶识别位点只能插入一个ada,插入的ada成功表达,说明每个插入的ada至少表达一个腺苷酸脱氨酶分子。故C项错误。
答案C
8下表中有关基因表达的选项,不可能的是( )
基因
表达的细胞
表达产物
A
细菌抗虫蛋白基因
抗虫棉叶肉细胞
细菌抗虫蛋白
B
人酪氨酸酶基因
正常人皮肤细胞
人酪氨酸酶
C
动物胰岛素基因
大肠杆菌工程菌细胞
动物胰岛素
D
兔血红蛋白基因
兔成熟红细胞
兔血红蛋白
解析抗虫棉叶肉细胞中存在细菌抗虫蛋白基因,细菌抗虫蛋白基因能够表达产生细菌抗虫蛋白;正常人皮肤细胞中含有人酪氨酸酶基因,人酪氨酸酶基因能够表达产生人酪氨酸酶;大肠杆菌工程菌细胞中存在动物胰岛素基因,动物胰岛素基因能够表达产生动物胰岛素;兔成熟红细胞中无细胞核,无兔血红蛋白基因,所以不能表达产生兔血红蛋白。
答案D
9人们常选用的细菌质粒分子往往带有一个抗生素抗性基因,该抗性基因的主要作用是( )
A.提高受体细胞在自然环境中的耐药性
B.有利于对目的基因是否导入进行检测
C.增加质粒分子的相对分子质量
D.便于与外源基因连接
解析可以根据被导入细胞是否具有对抗生素的抗性来判断目的基因是否导入。
答案B
10利用生物工程的方法可以让大肠杆菌生产人胰岛素。下面有关叙述错误的是( )
A.在进行基因操作时,将人工合成的人胰岛素基因连接到质粒上,再转移到大肠杆菌中
B.人胰岛素基因能够在大肠杆菌体内得以表达,是因为这两类生物具有完全相同的代谢方式
C.能合成人胰岛素的大肠杆菌从可遗传变异的类型上看属于基因重组
D.大肠杆菌制造的胰岛素,需要进一步的加工和提纯才能使用
解析人胰岛素基因能够在大肠杆菌体内得以表达,是因为两种生物基因表达的过程类似,并且共用一套遗传密码。
答案B
11农业科技工作者在烟草中找到了一抗病基因,现拟采用基因工程技术将该基因转入棉花,培育抗病棉花品系。下列叙述错误的是( )
A.要获得该抗病基因,可采用从细胞中分离、人工合成等方法
B.要使载体与该抗病基因连接,首先应使用限制酶进行切割。假如载体被切割后,得到的分子末端序列为AATTC—
G—,则能与之连接的抗病基因分子末端是—G
—CATTT
C.限制酶切割完成后,采用DNA连接酶将载体与该抗病基因连接,形成重组DNA分子
D.将连接得到的DNA分子导入农杆菌,然后用该农杆菌去感染棉花细胞,利用植物细胞具有的全能性进行组织培养,从培养出的植株中筛选出抗病的棉花
解析黏性末端只有互补才能连接。
答案B
12下图表示利用农杆菌转化法生产转基因植物的主要过程,下列说法错误的是( )
A.①是构建表达载体(目的基因与载体结合)需要用到限制性核酸内切酶和DNA连接酶
B.②③是将重组质粒导入受体细胞
C.③是利用农杆菌转化作用将重组质粒导入植物细胞,转化前需要割伤叶片
D.整个流程中质粒作为载体能够在宿主细胞内稳定存在,目的基因随着质粒的复制而复制
解析从题图中可以看出目的基因已经从质粒上转移到宿主细胞的染色体DNA上,此时目的基因的载体是宿主细胞的染色体,因此目的基因能够在宿主细胞内稳定存在并且得以表达。
答案D
13限制酶可辨识并切割DNA分子上特定的核苷酸序列。下图为四种限制酶BamH
Ⅰ、EcoRⅠ、Hind
Ⅲ及Bgl
Ⅱ的辨识序列及每一种限制酶的特定切割部位。
其中切割出来的DNA片段末端可以互补结合的两种限制酶是( )
A.BamH
Ⅰ和EcoR
Ⅰ
B.BamH
Ⅰ和Hind
Ⅲ
C.BamH
Ⅰ和Bgl
Ⅱ
D.EcoR
Ⅰ和Hind
Ⅲ
解析BamH
Ⅰ和Bgl
Ⅱ切出的黏性末端碱基能互补配对,互补序列都含有—GATC—。
答案C
14下列有关蛋白质工程和基因工程的叙述,错误的是
( )
A.基因工程是通过基因操作把外源基因转入适当的生物体内,并在其中进行表达,它的产品还是该基因编码的天然存在的蛋白质
B.蛋白质工程的产品已不再是天然的蛋白质,而是经过改造的、具有了人类所需要的优点的蛋白质
C.蛋白质工程利用基因工程的手段,按照人类自身的需要,定向地改造天然的蛋白质,甚至于创造出全新的蛋白质分子
D.蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作,定向改变分子的结构
解析蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作为基础,通过基因修饰或基因合成,对现有蛋白质进行改造或制造一种新的蛋白质,以满足人类生产和生活的需求。其目标是根据人们对蛋白质功能的特定需求,对蛋白质结构进行分子设计,但因为基因决定蛋白质,因此对蛋白质的结构进行设计改造,归根到底,还需对相应的基因按要求进行修饰加工改造,使之能控制合成人类需要的蛋白质。
答案D
15棉花产业在我国国民经济发展中占有举足轻重的地位,为了抵抗虫害,我国育成了拥有自主知识产权的转基因抗虫棉,棉田生态环境得到改善。下列判断抗虫基因是否成功转入棉花基因组的方法中,不属于分子检测的是
( )
A.通过观察害虫吃棉叶是否死亡
B.检测目的基因片段与DNA探针能否形成杂交带
C.检测目的基因转录形成的mRNA与DNA探针能否形成杂交带
D.检测目的基因的表达产物蛋白质能否与特定抗体形成杂交带
解析A项属于个体生物学水平的鉴定,不是分子检测。B、C两项为分子检测,利用DNA分子杂交技术,观察目的基因及目的基因转录形成的mRNA能否与DNA探针进行杂交,形成杂交带;D项也为分子检测,利用抗原与抗体杂交的原理,检测目的基因的表达产物能否与特定抗体形成杂交带。
答案A
16科学家已能运用基因工程技术,让羊合成并由乳腺分泌抗体,下列相关叙述正确的是( )
①该技术将导致定向变异 ②DNA连接酶把目的基因与载体黏性末端的碱基对连接起来 ③蛋白质中的氨基酸序列可为合成目的基因提供依据 ④受精卵是理想的受体
A.①②③④
B.①③④
C.②③④
D.①②④
解析基因工程可将控制特定性状的外源基因导入受体细胞,从而定向改造生物的性状,而且此过程不受亲缘关系远近的制约,即克服远缘杂交不亲和的障碍。DNA连接酶只能催化形成磷酸二酯键。由蛋白质中的氨基酸序列可推知相应的mRNA中的核糖核苷酸序列,进而可推测相应基因中的脱氧核苷酸序列,从而可以用化学合成方法人工合成目的基因。转基因羊的乳腺细胞及全身所有的组织细胞均来自受精卵的有丝分裂,遗传物质都与受精卵完全相同,而受精卵体积较大,操作较容易,也能保障发育成的个体所有细胞都含有外源基因。
答案B
17下列有关基因导入方式、受体细胞以及基因导入后获得个体的说法不正确的是( )
A.将目的基因导入动物细胞目前最常用的,也是最为有效的方式是显微注射技术
B.将目的基因导入植物细胞采用最多的方法是农杆菌转化法
C.转基因动物的受体细胞必须是受精卵,然后利用胚胎移植技术获得转基因动物
D.转基因植物的受体细胞必须是受精卵,然后利用植物组织培养技术获得转基因植株
解析转基因植物的受体细胞可以是体细胞或受精卵,因为植物细胞的全能性比较强,利用植物组织培养很容易获得转基因植株。而转基因动物则必须用受精卵作为受体细胞,通过胚胎移植技术获得转基因动物。
答案D
18下列说法不正确的是( )
A.基因治疗是把正常基因导入病人体内,使该基因的表达产物发挥功能,从而达到治疗疾病的目的
B.基因文库包括基因组文库、cDNA文库等
C.基因工程的核心是基因表达载体的构建
D.外源基因插入转基因生物染色体DNA上后就能够表达
解析外源基因插入染色体上后不一定表达,所以需进行基因工程的第四步:目的基因的检测与鉴定,来确定外源基因是否表达。
答案D
19采用基因工程的方法培育抗虫棉,下列导入目的基因的做法正确的是( )
①将毒素蛋白注射到棉受精卵中 ②将编码毒素蛋白的DNA序列注射到棉受精卵中 ③将编码毒素蛋白的DNA序列与质粒重组导入土壤农杆菌细胞中,用该细菌感染棉花体细胞,再进行组织培养 ④将编码毒素蛋白的DNA序列与质粒重组,借助花粉管进入棉花子房,并进入受精卵
A.①②
B.②③
C.③④
D.①④
解析将毒素蛋白直接注射到棉受精卵中,没有获得目的基因,子代细胞不会有抗虫性状,①错误;将编码毒素蛋白的DNA序列直接注射到棉受精卵中,而没有将目的基因与载体结合,这样目的基因是不会被保留下来的,很容易被水解掉,②错误;在植物基因工程中,可利用农杆菌转化法将目的基因导入受体细胞,然后通过植物组织培养技术将植物细胞培养成完整植株,③正确;在植物基因工程中,可以利用花粉管通道法将目的基因导入受精卵中,然后发育为转基因植株,④正确。
答案C
20质粒之所以能作为基因工程的载体,是因为( )
A.它能够自我复制、能携带目的基因
B.它含蛋白质从而能完成生命活动
C.RNA能指导蛋白质的合成
D.它具有环状结构而保持连续性
解析质粒具有自我复制能力,且有一个至多个限制酶切割位点,供外源DNA片段(基因)插入其中。
答案A
二、非选择题(共60分)
21(12分)阅读下面的资料并回答问题。
资料一 科学家将牛生长激素基因导入小鼠受精卵中,得到了体型巨大的“超级小鼠”;科学家采用农杆菌转化法培育出转基因烟草。
资料二 T4溶菌酶在温度较高时易失去活性。科学家对编码T4溶菌酶的基因进行了改造,使其表达的T4溶菌酶第3位的异亮氨酸变为半胱氨酸,在该半胱氨酸与第97位的半胱氨酸之间形成了一个二硫键,提高了T4溶菌酶的耐热性。
(1)资料一属于基因工程的范畴。将基因表达载体导入小鼠的受精卵中常用 法。构建基因表达载体常用的工具酶是 和 。在培育有些转基因植物时,常用农杆菌转化法,农杆菌的作用是 。
(2)资料二中的技术属于 工程的范畴,该工程是指以分子生物学相关理论为基础,通过基因修饰或基因合成,对 进行改造,或制造一种 的技术。在该实例中,引起T4溶菌酶空间结构改变的原因是组成该酶肽链的 序列发生了改变。
解析(1)基因工程中,将目的基因导入动物细胞常用显微注射法。构建基因表达载体常用的工具酶是限制性核酸内切酶(限制酶)和DNA连接酶。当植物体受到损伤时,伤口处的细胞会分泌大量的酚类化合物,吸引农杆菌移向这些细胞,农杆菌中Ti质粒上的T-DNA可转移至受体细胞,并整合到受体细胞的染色体DNA上,因此用农杆菌转化法将目的基因导入植物细胞时,农杆菌的作用是将目的基因导入受体细胞。
(2)资料二中是对T4溶菌酶进行改造,属于蛋白质工程。蛋白质工程是指以分子生物学相关理论为基础,通过基因修饰或基因合成,对现有蛋白质进行改造,或制造一种新蛋白质的技术。改造后的T4溶菌酶和原T4溶菌酶相比,第3位的异亮氨酸变为半胱氨酸,即肽链中的氨基酸序列发生了改变。
答案(1)显微注射 限制性核酸内切酶 DNA连接酶 可感染植物,将目的基因转移到受体细胞中
(2)蛋白质 现有的蛋白质 新蛋白质 氨基酸
22(10分)在某些深海鱼中发现的抗冻蛋白基因afp对提高农作物的抗寒能力有较好的应用价值。下图所示是获得转基因莴苣的技术流程,请据图回答下列问题。
(1)获取目的基因的主要途径包括从自然界已有的物种中分离和 。
(2)①过程需要的酶有 、 。
(3)重组质粒除了带有抗冻蛋白基因afp以外,还必须含有启动子、终止子和 等,这样才能构成一个完整的基因表达载体。
(4)如果受体细胞C1是土壤农杆菌,则将目的基因导入它的目的是利用农杆菌的 ,使目的基因进入受体细胞C2,并将其插入受体细胞C2中的 上,使目的基因的遗传特性得以稳定维持和表达,形成转基因莴苣。经②过程获得的转基因莴苣中的目的基因是否表达,在分子水平上可用 法进行检测,如果出现杂交带,说明目的基因已经表达蛋白质产品,转基因莴苣培育成功。
解析(1)获取目的基因的主要途径有从自然界已有的物种中分离和人工合成。
(2)①过程为基因表达载体的构建过程,需要用到限制性核酸内切酶和DNA连接酶。
(3)一个完整的基因表达载体包括目的基因、启动子、终止子和标记基因等。
(4)农杆菌转化法利用的是农杆菌的转化作用,将目的基因整合到受体细胞的染色体DNA上,进而使目的基因能够稳定遗传和表达。检测目的基因是否成功表达可采用抗原—抗体杂交法。
答案(1)人工合成
(2)限制性核酸内切酶 DNA连接酶
(3)标记基因
(4)转化作用 染色体DNA 抗原—抗体杂交
23(12分)ch1L基因是蓝藻DNA上控制叶绿素合成的基因,为研究该基因对叶绿素合成的控制,需要构建该种生物缺失ch1L基因的变异株细胞。技术路线如图甲所示,请据图分析回答问题。
甲
乙
(1)与真菌相比较,蓝藻在结构上最主要的特点是 ,在功能上最主要的特点是 。
(2)①②过程中均使用的工具酶有 。
(3)构建重组质粒B在整个操作过程中的目的是 和 。
(4)若含有ch1L基因的DNA片段和选用的质粒上的限制酶切割位点如图乙所示。请回答下列问题。
①构建含ch1L基因的重组质粒A时,应选用的限制酶是 ,对 进行切割。
②同时用酶1和酶4切割图乙中的质粒,则产生含有1
800对碱基和8
200对碱基的两种片段;用图中四种酶同时切割此质粒,则产生含有600对碱基和8
200对碱基的两种片段;若换用酶1和酶3同时切割此质粒,则产生的片段是 。
解析(1)蓝藻为原核生物,没有以核膜为界限的细胞核,其体内含有光合色素,能进行光合作用。
(2)构建基因表达载体时需限制酶和DNA连接酶等工具酶。
(3)由题干信息“构建该种生物缺失ch1L基因的变异株细胞”可知,构建重组质粒B的目的在于破坏ch1L基因并筛选出变异株细胞。
(4)①由图乙知,要获得ch1L基因,需用酶1和酶3对此基因所在的DNA进行切割,同时对质粒也要用同种酶进行切割处理,以便构建重组质粒A。
②由题意知用四种酶同时切割时,会产生3个含600对碱基的片段。若用酶1和酶3同时切割,产生的片段有8
200+600=8
800对碱基;另一片段有600×2=1
200对碱基。
答案(1)没有以核膜为界限的细胞核 能够进行光合作用
(2)限制性核酸内切酶和DNA连接酶
(3)破坏ch1L基因 操作成功后筛选出该变异株细胞
(4)①酶1和酶3 质粒和含ch1L基因的DNA
②含有1
200对碱基和8
800对碱基的两种片段
24(12分)下图为某种质粒表达载体简图,小箭头所指分别为限制性核酸内切酶EcoR
Ⅰ、BamH
Ⅰ的酶切位点,ampR为青霉素抗性基因,tetR为四环素抗性基因,P为启动子,T为终止子,ori为复制原点。已知目的基因的两端分别有包括EcoR
Ⅰ、BamH
Ⅰ在内的多种酶的酶切位点。
据图回答下列问题。
(1)将含有目的基因的DNA与质粒表达载体分别用EcoRⅠ酶切,酶切产物用DNA连接酶进行连接后,其中由两个DNA片段之间连接形成的产物有 、 、 3种。
(2)用上述3种连接产物与无任何抗药性的原核宿主细胞进行转化实验。之后将这些宿主细胞接种到含四环素的培养基中,能生长的原核宿主细胞所含有的连接产物是 ;若接种到含青霉素的培养基中,能生长的原核宿主细胞所含有的连接产物是 。
(3)目的基因表达时,RNA聚合酶识别和结合的位点是 ,其合成的产物是 。
(4)在上述实验中,为了防止目的基因和质粒自身环化,酶切时应选用的酶是
。
解析将含有目的基因的DNA与质粒表达载体分别用EcoR
Ⅰ酶切,所产生的黏性末端相同,用DNA连接酶处理后,不同的片段随机结合,由两个DNA片段之间连接可形成3种不同的产物。将这3种连接产物导入受体菌后,可根据不同连接产物所携带抗性基因的差异选择不同的选择培养基进行筛选。由题图和题目中提供的信息可知,同时应用EcoR
Ⅰ和BamH
Ⅰ进行酶切可有效防止目的基因和质粒自身环化。
答案(1)目的基因—载体连接物 载体—载体连接物 目的基因—目的基因连接物
(2)载体—载体连接物 目的基因—载体连接物、载体—载体连接物
(3)启动子 mRNA
(4)EcoR
Ⅰ和BamH
Ⅰ(不能只答一种酶)
25(14分)图1表示含有目的基因D的DNA片段长度(bp即碱基对)和部分碱基序列,图2表示一种质粒的结构和部分碱基序列。现有Msp
Ⅰ、BamH
Ⅰ、Mbo
Ⅰ、Sma
Ⅰ
4
种限制性核酸内切酶,它们识别的碱基序列和酶切位点分别为C↓CGG、G↓GATCC、↓GATC、CCC↓GGG。请回答下列问题。
(1)图1的一条脱氧核苷酸链中相邻两个碱基之间依次由 连接。
(2)若用限制酶Sma
Ⅰ完全切割图1中DNA片段,产生的末端是 末端,其产物长度为 。
(3)若图1中虚线方框内的碱基对被T—A碱基对替换,那么基因D就突变为基因d。从杂合子中分离出图1及其对应的DNA片段,用限制酶SmaⅠ完全切割,产物中共有 种不同长度的DNA片段。
(4)若将图2中质粒和目的基因D通过同种限制酶处理后进行连接,形成重组质粒,那么应选用的限制酶是 。在导入重组质粒后,为了筛选出含重组质粒的大肠杆菌,
一般需要用添加 的培养基进行培养。经检测,部分含有重组质粒的大肠杆菌菌株中目的基因D不能正常表达,其最可能的原因是 。
解析(1)在一条脱氧核苷酸链上,相邻两个脱氧核苷酸之间通过磷酸二酯键相连,所以相邻碱基之间通过脱氧核糖、磷酸、脱氧核糖相连接。
(2)Sma
Ⅰ识别并切割的序列为CCC↓GGG,所以产生的末端为平末端,经Sma
Ⅰ
切割后,DNA片段会形成三个小的DNA片段,按切割位点算分别是:534
bp+3
bp=537
bp;796
bp-3
bp-3
bp=790
bp;658
bp+3
bp=661
bp。
(3)杂合子基因型为Dd。用Sma
Ⅰ
切割基因D,会形成537
bp、790
bp、661
bp
3种长度的DNA片段。题图1中虚线方框内C—G被T—A替换,失去了一个酶切位点,则会被切割成534
bp+796
bp-3
bp=1
327
bp
和658
bp+3
bp=661
bp。所以一共会得到4种长度的DNA片段。
(4)如果要获得完整的目的基因可用BamH
Ⅰ或Mbo
Ⅰ切割,但是Mbo
Ⅰ会破坏抗生素A抗性基因和抗生素B抗性基因,质粒会失去标记基因,无法筛选,所以只能用BamHⅠ切割。用BamHⅠ切割后破坏了抗生素A抗性基因,所以质粒上存在的标记基因是抗生素B抗性基因,因此,在加入抗生素B的培养基上进行培养、筛选。经过同种限制酶切割后质粒和目的基因会产生相同的末端,部分目的基因与质粒反向连接导致基因无法正常表达。
答案(1)脱氧核糖、磷酸、脱氧核糖
(2)平 537
bp、790
bp、661
bp
(3)4
(4)BamHⅠ 抗生素B 同种限制酶切割形成的末端相同,部分目的基因D与质粒反向连接专题1
基因工程检测B
(时间:60分钟,满分:100分)
一、选择题(每小题2分,共40分)
1下列关于限制性核酸内切酶的叙述,错误的是( )
A.限制性核酸内切酶可从原核生物中提取
B.同一种限制酶切割不同的DNA分子产生的末端能够进行碱基互补配对
C.限制酶能任意切割DNA分子,从而产生大量的DNA片段
D.每一种限制性核酸内切酶只能识别特定的脱氧核苷酸序列
解析限制酶存在于许多原核生物中,可以从中提取。每种限制酶只能识别特定的脱氧核苷酸序列,并在特定的位点上切割DNA分子。同一种限制酶切割不同的DNA产生的末端能够进行碱基互补配对。
答案C
2下列有关基因工程中载体的说法,正确的是( )
A.在基因工程中,被用作载体的质粒都是天然质粒
B.所有的质粒都可以作为基因工程中的载体
C.质粒是一种独立于细菌染色体外的链状DNA分子
D.作为载体的质粒DNA分子上应有对重组DNA进行鉴别和选择的标记基因
解析质粒是基因工程的常用载体,要符合载体的含有标记基因、多个酶切位点、能够复制等多个条件。基因工程中被用作载体的质粒是经过人工改造的。质粒是一种裸露的、结构简单、独立于细菌拟核之外,并且具有自我复制能力的很小的双链环状DNA分子。
答案D
3下列关于限制酶的说法,错误的是( )
A.限制酶主要是从原核生物中分离纯化出来的
B.不同的限制酶识别不同的核苷酸序列
C.限制酶能识别特定的脱氧核苷酸序列,体现了酶的专一性
D.限制酶的作用只是用来提取目的基因
解析限制酶的作用是在基因工程中提取目的基因和切割载体,用同一种限制酶切割目的基因和载体,从而产生相同的黏性末端或平末端,使它们能相互结合。
答案D
4水母发光蛋白由236个氨基酸构成,现已将决定这种蛋白质的基因作为生物转基因的标记基因。在转基因技术中,这种蛋白质的作用是( )
A.促使目的基因导入受体细胞中
B.促使目的基因在受体细胞中复制
C.使目的基因容易被检测出来
D.使目的基因容易成功表达
解析由题干信息可知,该基因为标记基因,其作用是使目的基因容易被检测出来。
答案C
5质粒是基因工程中最常用的载体,它存在于许多细菌体内,某细菌质粒上的标记基因如图所示,通过标记基因可以推知外源基因(目的基因)是否转移成功。外源基因插入的位置不同,细菌在培养基上的生长情况也不同,如图所示,外源基因在质粒中可插入的位置有a、b、c三点。某同学根据实验现象对其插入的位点进行分析,其中分析正确的是( )
实验推论
实验现象
在含青霉素培养基上的生长情况
在含四环素培养基上的生长情况
目的基因插入位置
A
能生长
能生长
a
B
不能生长
能生长
b
C
能生长
不能生长
c
D
不能生长
不能生长
c
答案B
6下列关于DNA连接酶的理解,正确的是( )
A.其化学本质是蛋白质
B.DNA连接酶可以恢复DNA分子中的氢键
C.它不能被反复使用
D.在基因工程操作中可以用DNA聚合酶代替DNA连接酶
解析DNA连接酶的化学本质是蛋白质。它只可以恢复双链DNA片段间的磷酸二酯键,氢键是分子间的静电吸引力,不需要酶的催化形成。DNA聚合酶只能将单个脱氧核苷酸加到已有DNA片段上。酶都是催化剂,不作为反应物,可被反复使用。
答案A
7下表所示为常用的限制性核酸内切酶(限制酶)及其识别序列和切割位点,由此推断以下说法,正确的是
( )
限制酶名称
识别序列和切割位点
限制酶名称
识别序列和切割位点
BamHⅠ
G↓GATCC
KpnⅠ
GGTAC↓C
EcoRⅠ
C↓AATTC
Sau3AⅠ
↓GATC
HindⅡ
GTY↓RAC
SmaⅠ
CCC↓GGG
注:Y=C或T,R=A或G。
A.限制酶切割后不一定形成黏性末端
B.限制酶的切割位点一定在识别序列的内部
C.不同限制酶切割后一定形成不同的黏性末端
D.一种限制酶一定只能识别一种核苷酸序列
解析由表中信息可知,HindⅡ能识别4种不同的核苷酸序列,D项错误;Sau3AⅠ酶的切割位点在识别序列的外部,B项错误;BamHⅠ酶与Sau3AⅠ酶切割后能形成相同的黏性末端,C项错误;SmaⅠ酶切割后产生的是平末端,A项正确。
答案A
8下列关于基因工程中有关酶的叙述,不正确的是( )
A.限制酶水解相邻核苷酸间的化学键打断DNA
B.DNA连接酶可将末端碱基互补的两个DNA片段连接
C.DNA聚合酶能够从引物末端延伸DNA或RNA
D.逆转录酶以一条RNA为模板合成互补的DNA
解析DNA聚合酶只能从引物末端延伸DNA而不能延伸RNA;限制酶水解相邻核苷酸间的磷酸二酯键打断DNA;DNA连接酶可将末端碱基互补的两个DNA片段连接;逆转录酶以一条RNA为模板合成互补的DNA。
答案C
9北极比目鱼中有抗冻基因,其编码的抗冻蛋白具有11个氨基酸的重复序列,该序列重复次数越多,抗冻能力越强。下图是获取转基因抗冻番茄植株的过程示意图,有关叙述正确的是( )
A.过程①获取的目的基因,可用于基因工程和比目鱼基因组测序
B.将多个抗冻基因编码区依次相连成能表达的新基因,不能得到抗冻性增强的抗冻蛋白
C.过程②构成的重组质粒缺乏标记基因,需要转入农杆菌才能进行筛选
D.应用DNA探针技术,可以检测转基因抗冻番茄植株中目的基因的存在及其完全表达
解析过程①中通过反转录法获得的目的基因,可用于基因工程,但该目的基因不存在内含子和非编码序列,因此不能用于比目鱼的基因组测序;将多个抗冻基因编码区相连形成的能表达的新基因可能不再是抗冻基因;利用农杆菌的目的是将重组质粒导入受体细胞,而不是筛选重组质粒;应用DNA探针技术,可以检测受体细胞中是否成功导入了目的基因,但不能检测目的基因是否完全表达。
答案B
10科学家依据基因工程的原理最新研制的某种疫苗是用病原微生物编码抗原的基因制成的,这个基因编码的产物能诱导机体产生免疫反应。该疫苗( )
A.引起人体特异性免疫的原因是DNA分子上具有抗原
B.引起免疫反应后相应淋巴细胞增多,细胞周期将变长
C.能与浆细胞产生的相应抗体发生特异性结合
D.包括抗原基因、启动子、终止子和标记基因等
解析用病原微生物编码抗原的基因制成的基因疫苗,其本质是DNA,导入机体后通过转录和翻译合成抗原蛋白,进而刺激机体产生相应的抗体和效应T细胞,发挥免疫效应,A、C两项错误。当抗原引起免疫反应后,淋巴细胞增殖分化,细胞周期变短,B项错误。该疫苗是以基因表达载体的形式导入机体的,含有目的基因、启动子、终止子、标记基因等,D项正确。
答案D
11
下图是利用基因工程培育抗虫植物的示意图。以下相关叙述,正确的是( )
A.②的构建需要限制性核酸内切酶和DNA聚合酶参与
B.③侵染植物细胞后,重组Ti质粒整合到④的细胞质DNA上
C.④的染色体上若含抗虫基因,则⑤就表现出抗虫性状
D.⑤只要表现出抗虫性状就表明植株发生了可遗传变异
解析本题考查基因工程的原理和操作。构建基因表达载体时,需要限制性核酸内切酶和DNA连接酶参与,A项错误;携带外源DNA片段的质粒进入受体细胞后,整合到染色体DNA上,随染色体DNA进行同步复制,B项错误;抗虫基因在转基因植株中正常表达才能使其表现出抗虫性状,C项错误;植株抗虫性状的出现是由于获得了外源基因,属于基因重组导致的可遗传变异,D项正确。
答案D
12利用基因工程技术生产羧酸酯酶(CarE)制剂的流程如下图所示,下列叙述正确的是( )
A.过程①需使用DNA聚合酶
B.过程②需使用解旋酶和PCR获取目的基因
C.过程③使用的感受态细胞可用NaCl溶液制备
D.过程④可利用DNA分子杂交鉴定目的基因是否已导入受体细胞
解析由mRNA获得DNA的过程是反转录,需要逆转录酶,A项错误。过程②表示用PCR扩增目的基因,此过程不需要解旋酶,通过控制温度达到解旋的目的,B项错误。过程③感受态的大肠杆菌是使用CaCl2处理得到的,C项错误。鉴定目的基因是否导入受体细胞,可以采用DNA分子杂交技术,D项正确。
答案D
13下列关于基因工程技术的叙述,正确的是( )
A.切割质粒的限制性核酸内切酶均特异性地识别6个核苷酸序列
B.PCR反应中温度的周期性改变是为了DNA聚合酶催化不同的反应
C.载体质粒通常采用抗生素合成基因作为标记基因
D.抗虫基因即使成功地插入到植物细胞染色体上也未必能正常表达
解析本题考查基因工程相关内容。每种限制酶分别识别特定的核苷酸序列,大多数限制酶的识别序列由6个核苷酸组成,也有少数限制酶识别的核苷酸序列由4,5或8个核苷酸组成,故A项错误。PCR技术中温度在90~95
℃时,DNA解旋为单链;温度为55~60
℃时,引物与作为模板的单链DNA上特定部位相互配对并结合;温度为70~75
℃时,4种脱氧核苷酸在DNA聚合酶作用下,合成新的DNA链,故B项错误。作为标记基因的通常是抗生素抗性基因,故C项错误。抗虫基因成功导入受体细胞,也未必能正常表达,是否表达需要分子水平和个体水平上的检测和鉴定,故D项正确。
答案D
14来自宿主植物的信使RNA进入根瘤菌菌体,并在菌体内翻译合成了“豆血红蛋白”。当豌豆被不同种的根瘤菌侵染时,形成相同的豆血红蛋白;当豌豆与蚕豆分别被同一种根瘤菌侵染时,形成的豆血红蛋白有差异。对于上述现象,正确的说法是( )
A.豌豆与蚕豆的豆血红蛋白基因的序列相同
B.豌豆被不同种根瘤菌侵染时,控制合成豆血红蛋白的基因相同
C.不同种根瘤菌侵染豌豆时,影响豆血红蛋白合成的基因不同
D.豌豆与蚕豆的豆血红蛋白基因表达不受根瘤菌生活状况的影响
解析通过对题述材料的分析可以得出下列结论:豌豆与蚕豆的豆血红蛋白基因的序列不同,导致合成的信使RNA也不同,最终合成的豆血红蛋白有差别;豌豆被不同种根瘤菌侵染时,合成的豆血红蛋白都相同,说明控制合成豆血红蛋白的基因相同;豌豆与蚕豆的豆血红蛋白基因表达受根瘤菌生活状况的影响,代谢越旺盛,合成的豆血红蛋白越多。
答案B
15下列有关基因工程的说法,不正确的是( )
A.基因治疗遵循基因突变的原理
B.将目的基因与载体结合在一起,需要用到两种工具酶
C.基因工程技术可从根本上改变作物特性
D.即使检测出受体细胞中含有目的基因,也不能说明基因工程就一定成功
解析基因治疗是将正常基因导入病人体内,使该基因的表达产物发挥功能,从而达到治疗疾病的目的。其遵循的原理为基因重组,而不是基因突变。
答案A
16限制性核酸内切酶EcoRⅠ对DNA的识别序列是G↓AATTC,当用它处理环状DNA分子时,可形成
( )
A.两端相同的线性DNA,有黏性末端
B.两端相同的线性DNA,无黏性末端
C.两端不同的线性DNA,一端有黏性末端,一端无黏性末端
D.两种末端无法判断
解析限制酶EcoRⅠ在它识别序列的中心轴线两侧进行切割,产生黏性末端;用该酶处理环状DNA时,会形成两端具有相同黏性末端的线性DNA,黏性末端为AATTC—
G—。
答案A
17下列有关基因工程的叙述,错误的是( )
A.最常用的载体是大肠杆菌的质粒
B.工具酶主要有限制性核酸内切酶和DNA连接酶
C.该技术人为地增加了生物变异的范围,实现种间遗传物质的交换
D.基本原理是DNA具有双螺旋结构以及遗传信息传递和表达方式相同
解析基因工程的基本原理是基因重组,不同生物的DNA具有相同的结构以及遗传信息传递和表达方式相同是基因工程赖以完成的基础。基因工程中的工具酶是限制性核酸内切酶和DNA连接酶,最常用的载体是大肠杆菌的质粒。该技术可克服生殖隔离现象,实现种间遗传物质交换,按照人的意愿使生物发生变异。
答案D
18下图是获得抗虫棉的技术流程示意图。卡那霉素抗性基因(kanr)常作为标记基因,只有含卡那霉素抗性基因的细胞才能在含卡那霉素的培养基上生长。下列叙述正确的是( )
A.构建重组质粒过程中需要限制性核酸内切酶和DNA连接酶
B.愈伤组织的分化产生了不同基因型的植株
C.卡那霉素抗性基因(kanr)中有该过程所利用的限制性核酸内切酶的识别位点
D.抗虫棉有性生殖后代能保持抗虫性状的稳定遗传
解析质粒与目的基因结合时一般需要用同一种限制性核酸内切酶切割,用DNA连接酶连接;愈伤组织由相同细胞分裂形成,分化后产生相同基因型的植株;卡那霉素抗性基因作为标记基因不能有限制性核酸内切酶的切割位点;抗虫棉有性生殖后代可能会发生性状分离,抗虫性状不一定能稳定遗传。
答案A
19下列关于基因工程的叙述,正确的是( )
A.终止密码不属于基因表达载体的组成部分
B.限制酶和DNA连接酶都能识别特定的核苷酸序列,是两类常用的工具酶
C.人胰岛素原基因在大肠杆菌中表达的胰岛素原具有生物活性
D.载体上的抗性基因有利于筛选含重组DNA的细胞和促进目的基因的表达
解析终止子属于基因表达载体的组成部分,终止密码是mRNA上终止蛋白质合成的密码子;基因工程中常用的工具酶有限制酶和DNA连接酶,前者能识别特定的核苷酸序列;大肠杆菌为原核生物,不含有内质网和高尔基体等细胞器,不能对蛋白质进行加工,其合成的胰岛素原无生物活性;载体中的抗性基因为标记基因,其作用是有利于筛选含重组DNA的细胞,不能促进目的基因的表达。
答案A
20下列有关人胰岛素基因表达载体的叙述,正确的是
( )
A.表达载体中的胰岛素基因可通过人肝细胞mRNA反转录获得
B.表达载体的复制和胰岛素基因的表达均启动于复制原(起)点
C.借助抗生素抗性基因可将含胰岛素基因的受体细胞筛选出来
D.启动子和终止密码子均在胰岛素基因的转录中起作用
解析目的基因可通过反转录(逆转录)获得,但在人的肝细胞中胰岛素基因不能表达,因此没有胰岛素基因的mRNA,A项错误。表达载体的复制启动于复制原点,但胰岛素基因的表达则开始于启动子,B项错误。表达载体中含标记基因,作用是将含目的基因的受体细胞筛选出来,常用的标记基因是抗生素抗性基因,C项正确。启动子在胰岛素基因的转录中起作用,而终止密码子在胰岛素基因的翻译中起作用,D项错误。
答案C
二、非选择题(共60分)
21(11分)(2017全国Ⅰ理综)真核生物基因中通常有内含子,而原核生物基因中没有,原核生物没有真核生物所具有的切除内含子对应的RNA序列的机制。已知在人体中基因A(有内含子)可以表达出某种特定蛋白(简称蛋白A)。回答下列问题。
(1)某同学从人的基因组文库中获得了基因A,以大肠杆菌作为受体细胞却未得到蛋白A,其原因是
。
(2)若用家蚕作为表达基因A的受体,在噬菌体和昆虫病毒两种载体中,不选用 作为载体,其原因是 。
(3)若要高效地获得蛋白A,可选用大肠杆菌作为受体。因为与家蚕相比,大肠杆菌具有 (答出两点即可)等优点。
(4)若要检测基因A是否翻译出蛋白A,可用的检测物质是 (填“蛋白A的基因”或“蛋白A的抗体”)。
(5)艾弗里等人的肺炎双球菌转化实验为证明DNA是遗传物质做出了重要贡献,也可以说是基因工程的先导,如果说他们的工作为基因工程理论的建立提供了启示,那么,这一启示是 。
解析(1)人的基因A含有内含子,其转录出的RNA需切除内含子对应的RNA序列后才能翻译出蛋白A,大肠杆菌是原核生物,其没有切除内含子对应的RNA序列的机制,故将人的基因A导入大肠杆菌无法表达出蛋白A。(2)噬菌体是一种专门寄生在细菌体内的病毒,无法寄生在家蚕中。(3)大肠杆菌繁殖快、容易培养,常用作基因工程的受体。(4)在分子水平检测目的基因是否表达应用抗原—抗体杂交法,即用蛋白A与蛋白A的抗体进行杂交。(5)艾弗里的肺炎双球菌转化实验的原理是基因重组,通过重组使得S型细菌的DNA在R型细菌中表达,这种思路为基因工程理论的建立提供了启示。
答案(1)基因A有内含子,在大肠杆菌中,其初始转录产物中与内含子对应的RNA序列不能被切除,无法表达出蛋白A
(2)噬菌体 噬菌体的宿主是细菌,而不是家蚕
(3)繁殖快、容易培养
(4)蛋白A的抗体
(5)DNA可以从一种生物个体转移到另一种生物个体
22(12分)已知生物体内有一种蛋白质(P),该蛋白质是一种转运蛋白,由305个氨基酸组成。如果将P分子中158位的丝氨酸变成亮氨酸,240位的谷氨酰胺变成苯丙氨酸,改变后的蛋白质(P1)不但保留P的功能,而且具有了酶的催化活性。回答下列问题。
(1)从上述资料可知,若要改变蛋白质的功能,可以考虑对蛋白质的 进行改造。
(2)以P基因序列为基础,获得P1基因的途径有修饰 基因或合成 基因。所获得的基因表达时是遵循中心法则的,中心法则的全部内容包括 的复制;以及遗传信息在不同分子之间的流动,即: 。
(3)蛋白质工程也被称为第二代基因工程,其基本途径是从预期蛋白质功能出发,通过 和 ,进而确定相对应的脱氧核苷酸序列,据此获得基因,再经表达、纯化获得蛋白质,之后还需要对蛋白质的生物 进行鉴定。
解析(1)由题干信息可知,改造蛋白质的功能可通过改变蛋白质的结构实现。(2)依据蛋白质工程的定义及题中信息可知,获得P1基因的途径有修饰现有(P)基因或合成新(P1)基因。中心法则的全部内容包括DNA的复制、RNA的复制、转录、逆转录和翻译。(3)蛋白质工程的基本途径:从预期的蛋白质功能出发→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到相应的脱氧核苷酸序列。通过蛋白质工程合成的蛋白质还需要进行生物活性的鉴定即功能鉴定,看是否达到人们的需求。
答案(1)氨基酸序列(或结构)(其他合理答案也给分)
(2)P P1 DNA和RNA(或遗传物质) DNA→RNA、RNA→DNA、RNA→蛋白质(或转录、逆转录、翻译)
(3)设计蛋白质的结构 推测氨基酸序列 功能
23(14分)已知SARS是由一种RNA病毒感染所引起的疾病。SARS病毒表面的S蛋白是主要的病毒抗原,在SARS病人康复后的血清中有抗S蛋白的特异性抗体。某研究小组为研制预防SARS病毒的疫苗开展了前期研究工作,其简要的操作流程如下图:
(1)实验步骤①需要一种特殊的酶,该酶是 。
(2)步骤②构建重组表达载体A和重组表达载体B必须使用的酶有 和 。为了使S基因和载体结合,需要注意的是 ,原因是
。
(3)经过④和⑥产生的S蛋白 (填“一样”或“不一样”),原因是
。
(4)为了检验步骤④所表达的S蛋白是否与病毒S蛋白有相同的免疫反应特性,可用 与 进行抗原—抗体特异性反应实验。
解析(1)实验步骤①是由RNA合成DNA,所以需要的特殊酶是逆转录酶。(2)要使目的基因与载体结合,必须使用同种限制酶处理它们,以获得相同的黏性末端。(3)虽然题图中使用了不同的受体细胞,但由于目的基因相同,所以表达出的蛋白质也相同。(4)生产的S蛋白相当于抗原,若其与病毒S蛋白有相同的免疫反应特性,应能与SARS康复患者血清中的抗体发生特异性结合。
答案(1)逆转录酶
(2)限制性核酸内切酶 DNA连接酶 用同种限制酶处理S基因和载体 只有这样才能使目的基因和载体具有相同的黏性末端,它们才能得以重组
(3)一样 所用的目的基因携带的遗传信息相同
(4)大肠杆菌中表达的S蛋白 SARS康复病人的血清
24(11分)质粒是基因工程中最常用的载体,质粒上有标记基因,如下图所示,通过标记基因可推知外源基因插入的位置,插入位置不同,细菌在培养基上的生长情况也不同。下图表示外源基因的插入位点(插入点有a、b、c)。
Ⅰ.(1)质粒的基本组成单位是 。
(2)将细菌放在含有四环素、氨苄青霉素的培养基中培养,属于基因工程操作中的 步骤。
(3)在插入外源基因过程中用到的工具酶有 。
Ⅱ.设计实验探究外源基因插入的位置。
(1)步骤:
①将导入外源基因的细菌进行培养产生大量细菌。
②分组:将细菌平均分成两组并标号为1、2。
③培养:将第1组细菌放入 中培养,将第2组细菌放入 中培养。
④观察并记录结果。
(2)预测实验结果及结论:
①若第1组、第2组均能正常生长,则外源基因的插入点是 ;
②若第1组能正常生长,第2组不能生长,则外源基因的插入点是 ;
③若第1组不能生长,第2组能正常生长,则外源基因的插入点是 。
解析Ⅰ.(1)质粒是小型环状DNA分子,其基本组成单位是脱氧核苷酸。(2)四环素抗性基因和氨苄青霉素抗性基因都属于标记基因,其目的是便于目的基因的检测与鉴定。
Ⅱ.(1)分别将导入外源基因的细菌放在含氨苄青霉素的培养基和含四环素的培养基中进行培养,观察能否生长。(2)若目的基因插入a点,则受体细胞既具有抗四环素的能力,又具有抗氨苄青霉素的能力;若目的基因插入b点,则受体细胞只具有抗四环素的能力;若目的基因插入c点,则受体细胞只具有抗氨苄青霉素的能力。以此可判断目的基因插入的位点。
答案Ⅰ.(1)脱氧核苷酸
(2)目的基因的检测与鉴定
(3)限制性核酸内切酶、DNA连接酶
Ⅱ.(1)③含氨苄青霉素的培养基 含四环素的培养基
(2)①a ②c ③b
25(12分)(2016江苏高考)下表是几种限制酶识别序列及其切割位点,图1、图2中标注了相关限制酶的酶切位点,其中切割位点相同的酶不重复标注。请回答下列问题。
限制酶
BamH
Ⅰ
Bcl
Ⅰ
Sau3A
Ⅰ
Hind
Ⅲ
识别序列及切割位点
(1)用图中质粒和目的基因构建重组质粒,应选用 两种限制酶切割,酶切后的载体和目的基因片段,通过 酶作用后获得重组质粒。为了扩增重组质粒,需将其转入处于 态的大肠杆菌。
(2)为了筛选出转入了重组质粒的大肠杆菌,应在筛选平板培养基中添加 ,平板上长出的菌落,常用PCR鉴定,所用的引物组成为图2中 。
(3)若BamH
Ⅰ酶切的DNA末端与Bcl
Ⅰ酶切的DNA末端连接,连接部位的6个碱基对序列为 ,对于该部位,这两种酶 (填“都能”、“都不能”或“只有一种能”)切开。
(4)若用Sau3A
Ⅰ切图1质粒最多可能获得 种大小不同的DNA片段。
解析(1)构建基因表达载体时,需要用限制酶和DNA连接酶。质粒上有四环素抗性基因和氨苄青霉素抗性基因,若用BamH
Ⅰ
酶切割,则两个抗性基因都将被破坏,质粒和目的基因所在的DNA片段都有BclⅠ和HindⅢ的切割位点,且四环素抗性基因上无这两种酶的切割位点,故应用BclⅠ和HindⅢ两种限制酶切割。将重组质粒导入大肠杆菌进行扩增时,需要用钙离子处理大肠杆菌,使其处于感受态。
(2)由(1)知,氨苄青霉素抗性基因已经被破坏,四环素抗性基因完好,故应在培养基中添加四环素。PCR技术要求两种引物分别和目的基因的两条单链结合,沿相反的方向合成子链。
(3)根据BamHⅠ和BclⅠ的切割位点,BamHⅠ酶切的DNA末端与BclⅠ酶切的DNA末端连接,连接部位的6个碱基对序列为,与BamHⅠ和BclⅠ的切割位点均不同。
(4)根据BamHⅠ、BclⅠ和Sau3AⅠ的切割位点,Sau3AⅠ
在质粒上有三个切割位点,完全酶切可得到三种片段,记为A、B、C,若部分位点被切开,可得到AB、AC、BC、ABC四种片段,所以用Sau3AⅠ
切图1质粒最多可能获得7种大小不同的DNA片段。
答案(1)BclⅠ和HindⅢ DNA连接 感受
(2)四环素 引物甲和引物丙
(3) 都不能
(4)71.2 基因工程的基本操作程序
基础巩固
1下列有关基因工程操作的顺序组合中正确的是( )
①目的基因的检测与鉴定 ②基因表达载体的构建 ③将目的基因导入受体细胞 ④目的基因的获取
A.①②③④
B.④③②①
C.④②③①
D.③④②①
答案C
2在已知某目的基因的一段核苷酸序列的情况下,要在短时间内大量获取该目的基因,最简便的方法是( )
A.化学合成法
B.基因组文库法
C.cDNA文库法
D.利用PCR技术扩增
解析利用PCR技术扩增目的基因的前提是要有一段已知目的基因的核苷酸序列,根据这一序列合成引物,进而在一定条件下利用DNA双链复制的原理,将目的基因的核苷酸序列不断地加以复制。通过这一技术,可以在短时间内大量扩增目的基因。
答案D
3下列不属于基因表达载体的组成部分的是( )
A.启动子
B.终止密码
C.标记基因
D.目的基因
解析一个基因表达载体的组成,除了有目的基因外,还需有启动子、终止子和标记基因。终止子和终止密码不同,前者位于DNA上,后者位于mRNA上。
答案B
4下列不可能作为基因工程受体细胞的是( )
A.动物的受精卵细胞
B.人的神经细胞
C.大肠杆菌细胞
D.酵母菌细胞
解析动植物的受精卵细胞均可作为基因工程的受体细胞,以培育成转基因动植物;大肠杆菌细胞和酵母菌细胞是人们最常利用的受体细胞,它们具有很强的繁殖能力,是生产某些药品的良好实验材料。人的神经细胞高度分化,已失去分裂能力,不能作为基因工程的受体细胞。
答案B
5在基因工程技术中,需要用氯化钙处理的环节是( )
A.目的基因的提取和导入
B.目的基因与运载体结合
C.将目的基因导入受体细胞
D.目的基因的检测与表达
解析如果载体是质粒,受体细胞是细菌,一般是将细菌用氯化钙处理,以增大细菌细胞壁的通透性,使含有目的基因的重组质粒进入受体细胞。
答案C
6目的基因导入受体细胞后,是否可以稳定维持和表达其遗传特性,只有通过鉴定和检测才能知道。下列属于目的基因检测和鉴定的是( )
①检测受体细胞是否含有目的基因 ②检测受体细胞是否含有致病基因 ③检测目的基因是否转录出mRNA ④检测目的基因是否翻译成蛋白质
A.①②③
B.②③④
C.①③④
D.①②④
解析目的基因的检测包括检测转基因生物的DNA上是否插入了目的基因,方法是用基因探针与基因组DNA杂交。检测目的基因是否转录出了mRNA,方法是用基因探针与mRNA杂交。最后检测目的基因是否翻译出了蛋白质,方法是进行抗原—抗体杂交。
答案C
7基因工程技术可使大肠杆菌合成人的蛋白质。下列叙述不正确的是( )
A.常用相同的限制性核酸内切酶处理目的基因和质粒
B.常用Ca2+处理大肠杆菌,有利于目的基因与载体的结合
C.可通过检测标记基因来检测重组质粒是否成功导入受体细胞
D.导入大肠杆菌的目的基因不一定能成功表达
解析将目的基因导入微生物细胞时,常用Ca2+处理微生物细胞,如大肠杆菌细胞,使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态,这种细胞称为感受态细胞,有利于目的基因的导入。
答案B
8在基因表达载体的构建中,下列说法错误的是( )
①一个基因表达载体的组成包括目的基因、启动子、终止子 ②有启动子才能驱动基因转录出mRNA ③终止子的作用是使转录在相应地方停止 ④所有基因表达载体的构建都是完全相同的
A.②③
B.①④
C.①②
D.③④
解析一个基因表达载体必须具有目的基因、启动子、终止子和标记基因等。由于受体细胞和目的基因导入受体细胞的方法不同,基因表达载体的构建不可能是完全相同的。
答案B
9下列获取目的基因的方法中需要模板链的是( )
①从基因文库中获取目的基因 ②利用PCR技术扩增目的基因 ③反转录法 ④通过DNA合成仪利用化学方法人工合成
A.①②③④ B.①②③
C.①②④
D.②③
解析PCR利用的是DNA双链复制原理,即将双链DNA之间的氢键打开,变成单链DNA,作为聚合反应的模板。反转录法则是以目的基因转录成的信使RNA为模板,在逆转录酶的作用下,先反转录形成互补的单链DNA,再合成双链DNA。①④均不需要模板。
答案D
10家蚕细胞具有高效表达外源基因的能力,将人的干扰素基因导入家蚕细胞并大规模培养可以提取干扰素用于制药。
(1)从人的DNA分子中获取干扰素基因时,要用到限制酶。假设该限制酶能专一性地识别DNA上的GAATTC序列,并在某一位点切割某化学键,该化学键是 。
A.G与A之间的键
B.G与C之间的键
C.A与T之间的键
D.两个核苷酸之间的键
(2)将外源基因导入家蚕细胞的常用方法是 。
(3)在此基因工程操作过程中的核心步骤是 。启动子位于基因的 ,是 识别和结合的部位。
(4)人的干扰素基因一般来自cDNA文库,其属于 (填“基因组”或“部分基因”)文库。
(5)通过PCR技术可大量获取目的基因,PCR技术的原理是 。
解析(1)该限制酶切割的是识别序列上两个核苷酸之间的磷酸二酯键。(2)在基因工程的操作过程中,将目的基因导入动物细胞最常用的方法是显微注射法。(3)基因工程的核心步骤是基因表达载体的构建。在基因表达载体上,目的基因的首端(上游)是启动子,这是一段特殊的DNA片段,是RNA聚合酶识别和结合的位点,启动目的基因的转录。(4)cDNA文库属于部分基因文库,它只含有该种生物的部分基因。(5)PCR技术是一种体外DNA复制技术,原理是DNA复制。
答案(1)D
(2)显微注射法
(3)基因表达载体的构建 首端 RNA聚合酶
(4)部分基因
(5)DNA(双链)复制
11水稻种子中70%的磷以植酸形式存在。植酸易同铁、钙等金属离子或蛋白质结合排出体外,是多种动物的抗营养因子,同时,排出的大量磷进入水体易引起水华。为从根本上解决水稻中的高植酸问题,可将植酸酶基因导入水稻,培育低植酸转基因水稻品种。下图是获取植酸酶基因的流程。
请据图回答下列问题。
(1)图中基因组文库 (填“小于”或“大于”)
cDNA文库。
(2)B过程需要的酶是 ;A、C过程中 (填“可以”或“不可以”)使用同一种探针筛选含目的基因的菌株。
(3)目的基因Ⅰ和目的基因Ⅱ除从构建的文库中分离外,还可以分别利用图中 和 为模板直接进行PCR扩增,该过程中所用酶的显著特点是 。
答案(1)大于
(2)逆转录酶 可以
(3)DNA cDNA 耐高温
能力提升
1将目的基因导入玉米茎尖分生区细胞和小鼠受精卵,应分别采用的方法是( )
A.显微注射法 农杆菌转化法
B.基因枪法 花粉管通道法
C.农杆菌转化法 显微注射法
D.基因枪法 显微注射法
解析玉米是单子叶植物,对单子叶植物细胞来说,常用的方法是基因枪法;对于动物细胞来说,常用的方法是显微注射法。
答案D
2基因工程是在DNA分子水平上进行设计施工的,在基因操作的基本步骤中,不进行碱基互补配对的步骤是
( )
A.人工合成基因
B.制备重组DNA分子
C.将目的基因导入受体细胞
D.目的基因的检测和表达
解析人工合成目的基因有两条途径:mRNA反转录形成DNA;或者由蛋白质序列推测DNA核苷酸序列,然后化学合成,这两个过程都涉及碱基互补配对。制备重组DNA涉及黏性末端的互补配对。检测目的基因是否存在于受体细胞,以及目的基因是否转录形成mRNA的时候,都要用DNA探针进行检测,其原理都是碱基互补配对原则。
答案C
3下图为基因表达载体的模式图,下列有关基因工程中载体的说法,错误的是( )
A.基因工程的核心步骤是基因表达载体的构建
B.任何基因表达载体的构建都是一样的,没有差别
C.图中启动子位于基因的首端,是RNA聚合酶识别和结合的部位
D.抗生素抗性基因的作用是作为标记基因,用于鉴别受体细胞中是否导入了目的基因
解析由于受体细胞有植物、动物和微生物之分,目的基因导入受体细胞的方式也不同,所以基因表达载体的构建也会有差别。
答案B
4下图表示一项重要的生物技术,对图中物质a、b、c、d的描述,正确的是( )
A.a通常存在于细菌体内,是目前该生物技术中唯一的载体
B.b识别特定的脱氧核苷酸序列,并将A与T之间的氢键切开
C.c连接双链间的A和T,使黏性末端处碱基互补配对
D.若要获得已知序列的d,可采用化学合成法
解析a为环状双链DNA,推测其为质粒,可作为基因工程的载体,但不是唯一的,动植物病毒等也可作为基因工程的载体。能将双链DNA打开,形成黏性末端的b为限制酶,它可以识别特定的脱氧核苷酸序列,但作用部位是磷酸二酯键,而不是氢键。d能与a连接,所以推测d为目的基因,如果序列已知可以采用化学合成法获得。
c为DNA连接酶,作用部位也是磷酸二酯键,而不是氢键。
答案D
5下图表示一项重要生物技术的关键步骤,字母X可能代表( )
A.不能合成胰岛素的细菌细胞
B.能合成抗体的人类细胞
C.能合成胰岛素的细菌细胞
D.不能合成抗生素的人类细胞
解析目的基因是人胰岛素基因,受体细胞是细菌,通过载体将目的基因导入受体细胞后,带有人胰岛素基因的细菌分裂形成能合成人胰岛素的子代。
答案C
6利用外源基因在受体细胞中表达,可生产人类所需的产品。下列选项中能说明目的基因完成表达的是( )
A.棉花细胞中检测到载体上的标记基因
B.山羊乳腺细胞中检测到人的生长激素基因
C.大肠杆菌中检测到人的胰岛素基因转录出的mRNA
D.酵母菌细胞中提取到人的干扰素
解析目的基因完成表达是指目的基因在细胞中翻译成相应的蛋白质,在酵母菌细胞中提取到人的干扰素,说明导入酵母菌中的人的干扰素基因完成了表达。
答案D
★7天然的玫瑰没有蓝色花,这是由于缺少控制蓝色色素合成的基因B,而开蓝色花的矮牵牛中存在序列已知的基因B。现用基因工程技术培育蓝玫瑰。下列操作正确的是( )
A.提取矮牵牛蓝色花的mRNA,经反转录获得互补的DNA,再扩增基因B
B.利用限制性核酸内切酶从开蓝色花矮牵牛的基因文库中获取基因B
C.利用DNA聚合酶将基因B与质粒连接后导入玫瑰细胞
D.将基因B直接导入大肠杆菌,然后感染并转入玫瑰细胞
解析可以利用mRNA经反转录合成目的基因后再进一步扩增,A项正确。因为开蓝色花的矮牵牛基因B的序列是已知的,所以该目的基因宜采用化学方法合成或用聚合酶链式反应(PCR)扩增,而不是从开蓝色花矮牵牛的基因文库中获取,从基因文库中获取目的基因具有很大的盲目性,B项错误。目的基因必须与载体结合后才能导入受体细胞,且需要DNA连接酶缝合,C、D两项错误。
答案A
8科学家通过基因工程,成功培育出能抗棉铃虫的棉花植株——抗虫棉,其过程大致如下图。
(1)基因工程的核心是 。
(2)上述过程中,将目的基因导入棉株细胞内使用了 法,先要将目的基因插入农杆菌Ti质粒的 中,然后用该农杆菌感染棉株细胞,通过DNA重组将目的基因插入棉株细胞的 上。
(3)目的基因在棉株体内能否成功转录,在分子水平上可采用 法检测。
(4)如果把该基因导入叶绿体DNA中,将来产生的卵细胞中 (填“一定”或“不一定”)含有抗虫基因。
解析(1)基因工程的核心步骤是基因表达载体的构建。
(2)将目的基因导入棉株细胞内使用了农杆菌转化法,先要将目的基因插入农杆菌Ti质粒的T-DNA中,然后用该农杆菌感染棉株细胞,通过DNA重组将目的基因插入棉株细胞的染色体上。
(3)目的基因在棉株体内能否成功转录,从分子水平上可采用分子杂交法检测。
(4)由于在产生配子的过程中,细胞质基因是随机分配的,因此产生的配子中不一定含有抗虫基因。
答案(1)基因表达载体的构建
(2)农杆菌转化 T-DNA 染色体
(3)分子杂交
(4)不一定
★9科学家将外源目的基因与大肠杆菌的质粒进行重组,并在大肠杆菌中成功表达。右上图表示构建重组质粒和筛选含目的基因的大肠杆菌的过程。请据图回答问题。
(1)步骤①和②中常用的工具酶分别是 和 。
(2)图中质粒上有抗氨苄青霉素和抗四环素两个标记基因,经过①和②步骤后,有些质粒上的 基因内插入了外源目的基因,形成重组质粒,由于目的基因的分隔使得该抗性基因失活。
(3)步骤③是 的过程,为了促进该过程,应该用 处理大肠杆菌。
(4)步骤④:将三角瓶内的大肠杆菌接种到含四环素的培养基C上培养,目的是筛选 ,能在C中生长的大肠杆菌有 种。
(5)步骤⑤:用无菌牙签挑取C上的若干单个菌落,分别接种到D(含氨苄青霉素和四环素)和E(含四环素)两个培养基的相同位置上,一段时间后,菌落的生长状况如左图所示。含目的基因的菌落位于 (填“D”或“E”)上,请在图中相应的位置上圈出来。
解析(4)能在含四环素的培养基上生长的一定是含四环素抗性基因的大肠杆菌。而具有该基因的大肠杆菌不是具有质粒,就是具有重组质粒,因而能在C中生长的大肠杆菌有两种。(5)步骤⑤的目的是从在C中生长的两种大肠杆菌中筛选出含重组质粒(目的基因)的大肠杆菌。E培养基的条件与C相同,因而从C上挑取的菌落依然能在E上生长。而D培养基中除了含有四环素外,还含有氨苄青霉素,这样使得含重组质粒(目的基因)的大肠杆菌无法生长,因为在构建重组质粒时,氨苄青霉素抗性基因已被破坏,而含质粒的大肠杆菌可以生长,因为完整的质粒中氨苄青霉素抗性基因是完好无损的。由此判断,在E中出现,而在D中相应位置上不出现的菌落即为含有目的基因的菌落。
答案(1)限制性核酸内切酶 DNA连接酶 (2)氨苄青霉素抗性 (3)将重组质粒(目的基因)导入大肠杆菌(受体细胞) CaCl2溶液 (4)含四环素抗性基因的大肠杆菌 两 (5)E1.3 基因工程的应用
基础巩固
1转基因动物是指( )
A.提供基因的动物
B.基因组成中转入了外源基因的动物
C.能产生白蛋白的动物
D.能表达基因遗传信息的动物
解析转基因动物是指基因组中增加了外源基因的动物。
答案B
2若利用基因工程技术培育能固氮的水稻新品种,其在环境保护上的重要意义是( )
A.减少氮肥使用量,降低生产成本
B.减少氮肥生产量,节约能源
C.避免因施用氮肥过多引起的环境污染
D.改良土壤的群落结构
解析农业生产中大量使用氮肥容易造成水体富营养化,引起淡水“水华”、海洋“赤潮”现象,污染环境。利用基因工程技术培育能固氮的水稻新品种,可减少氮肥施用量,避免水体富营养化,保护环境。
答案C
3下列哪项不是植物基因工程技术的主要应用 ( )
A.提高农作物的抗逆性
B.生产某些天然药物
C.改良农作物的品质
D.作器官移植的供体
解析D项为动物基因工程技术的重要应用。
答案D
4基因治疗是指( )
A.把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中,达到治疗疾病的目的
B.对有基因缺陷的细胞进行修复,从而使其恢复正常,达到治疗疾病的目的
C.运用人工诱变的方法,使有基因缺陷的细胞发生基因突变后恢复正常
D.运用基因工程技术,把有缺陷的基因切除,达到治疗疾病的目的
解析目前实施的基因治疗措施有体外基因治疗和体内基因治疗,其基本方法都是把相应的正常基因导入有基因缺陷的相关细胞中,从而使病人恢复正常。
答案A
5科学家运用转基因技术,将苏云金芽孢杆菌的抗虫基因转到大白菜细胞中,培育出抗虫效果很好的优质大白菜,减少了农药的使用量,保护了环境。下列说法正确的是( )
A.抗虫基因中含有终止密码子
B.抗虫基因能在大白菜细胞中正常表达
C.转基因技术所用的工具酶是限制酶、连接酶和载体
D.限制酶识别的序列一定是GAATTC
解析基因中不含有终止密码子,终止密码子存在于mRNA上。载体不是酶。限制酶有多种,不同的限制酶识别的序列大都不相同。
答案B
6以下关于抗病转基因植物成功表达抗病毒基因后的说法,正确的是( )
A.可以抵抗所有病毒
B.对病毒的抗性具有局限性或特异性
C.可以抵抗害虫
D.可以稳定遗传,不会变异
解析抗病毒转基因植物只可以抵抗某些病毒,并不是所有病毒,也不可以抗虫。抗病毒基因也会发生变异。
答案B
7下列不属于利用基因工程技术制取药物的是( )
A.从大肠杆菌体内获取白细胞介素
B.从酵母菌体内获得干扰素
C.利用青霉菌获取青霉素
D.从大肠杆菌体内获得胰岛素
解析基因工程制药的实质是先用基因工程的方法将药物基因导入微生物细胞(如大肠杆菌、酵母菌等)中,并使该基因得到高效表达以产生药物,然后通过培养微生物来获得药物的一种技术。利用基因工程生产的人类蛋白药物有白细胞介素、干扰素、胰岛素等。青霉菌自身含有控制青霉素合成的基因,不需导入外源基因,因此不是利用基因工程技术制取的药物。
答案C
8我国科学家运用基因工程技术,将苏云金芽孢杆菌的抗虫基因导入棉花细胞并成功表达培育出了抗虫棉。下列叙述不正确的是( )
A.启动子对于抗虫基因在棉花细胞中的表达不可缺少
B.重组DNA分子中改变一个碱基对,不一定导致毒蛋白的毒性丧失
C.抗虫棉的抗虫基因可通过花粉传递至近缘作物,从而造成基因污染
D.转基因棉花是否具有抗虫特性是通过检测棉花对抗生素抗性来确定的
解析启动子是RNA聚合酶识别和结合的位点,没有启动子,目的基因无法转录。根据是否具有抗生素抗性可用来筛选含有目的基因的细胞,而不能用来检测转基因棉花是否具有抗虫特性。
答案D
9金茶花是中国特有的观赏品种,但易被有害真菌感染得枯萎病,降低观赏价值。科学家在某种植物中找到了抗枯萎病的基因,用转基因方法培育出了抗枯萎病的新品种。请据图回答下列问题。
(1)将②连接到①上并形成③,常用到的酶有 。
(2)抗枯萎病的金茶花培育成功,从变异的角度来说属于 。
(3)经过转基因方法获得的抗病金茶花,将来产生的配子中是否一定含有抗病基因 。
(4)通过检测,被③侵染的金茶花叶片细胞具备了抗病性,这说明②已经 。判断抗病基因是否表达可以从个体水平上做 实验。
解析(1)①是用限制性核酸内切酶切割质粒,②是指目的基因的获取,③是指目的基因与质粒在DNA连接酶的作用下形成重组质粒。(2)基因工程是在人为作用下将控制不同性状的基因重新组合从而改造生物性状,从本质上来说这种变异属于基因重组。(3)经过转基因方法获得的抗病金茶花可能相当于杂合子,将来产生的配子中不一定含有抗病基因。(4)金茶花叶片细胞具备了抗病性,说明目的基因已在受体细胞中得到了表达。
答案(1)限制性核酸内切酶、DNA连接酶
(2)基因重组
(3)不一定
(4)表达 抗病接种
10(2017全国Ⅱ理综)几丁质是许多真菌细胞壁的重要成分,几丁质酶可催化几丁质水解。通过基因工程将几丁质酶基因转入植物体内,可增强其抗真菌病的能力。回答下列问题。
(1)在进行基因工程操作时,若要从植物体中提取几丁质酶的mRNA,常选用嫩叶而不选用老叶作为实验材料,原因是 。提取RNA时,提取液中需添加RNA酶抑制剂,其目的是 。
(2)以mRNA为材料可以获得cDNA,其原理是 。
(3)若要使目的基因在受体细胞中表达,需要通过质粒载体而不能直接将目的基因导入受体细胞,原因是 (答出两点即可)。
(4)当几丁质酶基因和质粒载体连接时,DNA连接酶催化形成的化学键是 。
(5)若获得的转基因植株(几丁质酶基因已经整合到植物的基因组中)抗真菌病的能力没有提高,根据中心法则分析,其可能的原因是 。
解析(1)选取嫩叶为实验材料提取mRNA的原因是嫩叶细胞的细胞壁易破碎。提取RNA时加入RNA酶抑制剂的目的是防止RNA降解。
(2)以mRNA为材料获得cDNA的过程为逆转录,其原理是在逆转录酶的作用下,以mRNA为模板按照碱基互补配对的原则可以合成cDNA。
(3)目的基因无复制原点,无表达所需的启动子、终止子等,其不能在受体细胞内表达,要使目的基因在受体细胞中表达,需要通过含有这些结构的质粒载体将目的基因导入受体细胞。
(4)当几丁质酶基因和质粒载体连接时,DNA连接酶催化形成的化学键是磷酸二酯键。
(5)如果目的基因已经整合到植物的基因组中,但植物未表现出相应性状,可能的原因是目的基因未转录,或是转录出的mRNA未翻译出相应的几丁质酶。
答案(1)嫩叶组织细胞易破碎 防止RNA降解
(2)在逆转录酶的作用下,以mRNA为模板按照碱基互补配对的原则可以合成cDNA
(3)目的基因无复制原点;目的基因无表达所需启动子
(4)磷酸二酯键
(5)目的基因的转录或翻译异常
能力提升
1下列关于基因工程应用的叙述,正确的是( )
A.基因治疗就是把缺陷基因诱变成正常基因
B.基因诊断的基本原理是DNA分子杂交
C.一种基因探针可检测不同细胞中的各种目的基因
D.从基因组文库获取的真核生物基因可以直接导入原核生物细胞内
解析基因治疗是将正常基因导入基因异常的细胞中并表达的方法,不涉及基因的改造。一种基因探针只能与一种特定核苷酸序列的目的基因结合。从基因组文库中获得的真核生物的基因不能直接导入原核生物内,因真核生物基因的结构与原核生物基因的结构有所不同,直接导入后不能在原核细胞中正常表达。
答案B
2采用基因工程技术将人凝血因子基因导入山羊受精卵,培育出了转基因羊。但人凝血因子只存在于该转基因羊的乳汁中。下列叙述正确的是( )
A.如果已知人凝血因子基因的核苷酸序列,可用人工合成的方法获得该目的基因
B.人凝血因子基因进入羊受精卵后,其传递和表达不再遵循中心法则
C.人凝血因子基因存在于该羊的乳腺细胞中,而不存在于其他体细胞中
D.人凝血因子基因开始转录后,在DNA聚合酶的作用下以DNA的一条链为模板合成mRNA
解析人凝血因子基因进入羊的受精卵后,会随着羊染色体DNA的复制而复制,同羊染色体DNA中其他基因一样进行正常表达,其传递和表达也依然遵循中心法则。将人凝血因子基因导入羊受精卵后,该受精卵细胞会分裂分化成各种细胞,进而形成新个体(转基因羊),因而该个体所有体细胞中都会有人凝血因子基因存在。催化转录过程的是RNA聚合酶。
答案A
3下列关于基因工程相关知识的叙述,正确的是( )
A.在基因工程操作中为了获得重组质粒,必须用相同的限制酶,露出的黏性末端可以不相同
B.若要生产转基因抗病水稻,可将目的基因先导入大肠杆菌中,再转入水稻细胞中
C.如要提高作物中某种氨基酸的含量,可以导入控制合成含有该种氨基酸的蛋白质的基因
D.基因治疗主要是对具有缺陷的体细胞进行全面修复
解析要获得重组质粒,目的基因和载体必须有相同的黏性末端,使用的限制酶可以不同。对于水稻等单子叶植物,常用基因枪转化法;对于双子叶植物则常用农杆菌转化法。基因治疗只是将正常基因导入有缺陷基因的细胞中,并使之表达。
答案C
4在用基因工程技术培育抗除草剂的转基因烟草的过程中,下列操作错误的是( )
A.用限制性核酸内切酶切割烟草花叶病毒的核酸
B.用DNA连接酶连接经切割的抗除草剂基因和载体
C.将重组DNA分子导入烟草原生质体
D.用含除草剂的培养基筛选转基因烟草细胞
解析限制性核酸内切酶用于提取目的基因和切割载体,而烟草花叶病毒的遗传物质是RNA,不能用限制性核酸内切酶切割。
答案A
5下列说法不正确的是( )
A.干扰素是动物或人体细胞受到病毒侵染时产生的一种糖蛋白
B.基因治疗是治疗遗传病的最有效手段
C.体内基因治疗是基因治疗的一种形式
D.体外基因治疗仅指体外完成基因转移这个环节
解析人类的遗传病很难用一般药物进行治疗,基因治疗是最有效的手段。体外基因治疗是先从病人体内获得某种细胞,进行培养,然后在体外完成基因转移,再筛选基因成功转移的细胞扩增培养,最后重新输入患者体内。
答案D
★6下页左上图表示细胞膜上乙酰胆碱(一种神经递质)受体基因的克隆技术操作过程,下列相关分析中正确的是( )
A.获得该mRNA的最佳材料是受精卵
B.构建基因表达载体最可能使用的载体是大肠杆菌
C.完成过程①②必不可少的酶分别是逆转录酶、DNA聚合酶
D.探针筛选的目的是淘汰被感染的细菌,获得未被感染的细菌
解析该受体基因在神经细胞中表达,获得该mRNA的最佳材料是神经细胞。构建基因表达载体最可能使用的载体是质粒。探针筛选的目的是检测是否存在cDNA。
答案C
7酵母菌的维生素、蛋白质含量高,可生产食品和药品等。科学家将大麦细胞的LTP1基因植入啤酒酵母菌中,获得的啤酒酵母菌种可产生LTP1蛋白,并酿出泡沫丰富的啤酒。基本操作过程如下图:
请回答下列问题。
(1)该技术定向改变了酵母菌的性状,这在可遗传变异的来源中属于 。
(2)从大麦细胞中可直接分离获得LTP1基因,还可采用 方法获得目的基因。本操作中为了将LTP1基因导入酵母菌细胞内,所用的载体是 。
(3)此操作中可以用分别含有青霉素、四环素的两种选择培养基进行筛选,则有含C的酵母菌在选择培养基上的生长情况是
。
(4)除了看啤酒泡沫丰富与否外,还可以怎样检测LTP1基因在啤酒酵母菌中的表达
。
解析(1)将大麦的LTP1基因重组入啤酒酵母菌的遗传物质中属于基因重组。
(2)目的基因可从相应生物细胞中直接分离获得,也可用人工合成的方法获得。基因工程中常用的载体是质粒。
(3)质粒中含有青霉素抗性基因和四环素抗性基因,重组质粒中四环素抗性基因已遭破坏,如果成功导入受体细胞,则重组酵母菌在含有青霉素的培养基上能存活,但在含有四环素的培养基上不能存活。
(4)目的基因是否表达,可以通过检测特定的性状或者目的基因是否控制合成相应的蛋白质进行确定。
答案(1)基因重组 (2)人工合成 质粒 (3)在含有青霉素的培养基上能存活,但在含有四环素的培养基上不能存活 (4)检验转基因啤酒酵母菌能否产生LTP1蛋白
8利用动物乳腺生产产品的技术称为动物乳腺反应器技术。该技术生产的药用蛋白具有表达效率高、成本低、安全性高、易于分离纯化的优点,可产生乙肝表面抗原及抗凝血酶Ⅲ等医药产品,造福人类健康。下图为利用生物技术获得这一生物新品种和抗虫棉的过程,据图回答下列问题。
(1)在基因工程中,A表示 ,如果直接从苏云金芽孢杆菌中获得抗虫基因,①过程使用的酶的功能特点是 ,B表示 。
(2)在研究过程中,研究人员首先从相关基因组中获取了目的基因,并采用 技术对目的基因进行了扩增,然后将目的基因与质粒等载体组合形成了重组载体。在重组载体的构建过程中需要的工具酶有 。
(3)基因表达载体的构建是基因工程的核心,一个完整的基因表达载体至少包括哪些部分 。
(4)将目的基因导入受体细胞的过程中,在③过程中一般是采用 ,在②过程中一般采用 ,受体细胞一般是 。
(5)由于转基因表达产物存在于山羊的乳汁中,检测其体内是否出现药用蛋白,在分子水平上的检测方法及结果是什么 。
(6)要确定目的基因(抗虫基因)导入棉花细胞后,是否能稳定遗传并表达,需进行检测和鉴定工作,请写出在个体水平上的鉴定过程: 。
解析(1)据图可知,A是从人的DNA分子中获取的合成乙肝表面抗原或抗凝血酶Ⅲ的基因,或者是从苏云金芽孢杆菌中提取的Bt毒蛋白基因,是基因工程中的目的基因;基因工程的工具有限制酶、DNA连接酶、载体等,其中限制酶的功能特点是:一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列,并在特定的位点上切割DNA分子;B是载体和目的基因重组形成的基因表达载体(重组DNA分子)。(2)目的基因的获取一般有3种途径:从基因文库中获取目的基因;利用PCR技术扩增目的基因;通过DNA合成仪用化学方法直接人工合成。构建基因表达载体需要限制酶和DNA连接酶。(3)一个完整的基因表达载体至少包括目的基因、启动子、终止子、标记基因等部分。(4)目的基因导入受体细胞的方法因受体细胞的不同而不同,植物细胞通常采用农杆菌转化法,动物细胞是显微注射技术,微生物细胞是Ca2+处理法。其中动物通常的受体细胞是受精卵。(5)检测目的基因是否已经表达出相应的蛋白质,通常采用抗原—抗体杂交技术。(6)进行个体生物学水平的鉴定时,通常采用抗虫或抗病的接种实验。
答案(1)目的基因 一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列,并在特定的位点上切割DNA分子 基因表达载体(重组DNA分子)
(2)PCR 限制酶、DNA连接酶
(3)至少包括目的基因、启动子、终止子、标记基因等部分
(4)农杆菌转化法 显微注射技术 受精卵
(5)从转基因羊的乳汁中提取蛋白质,用相应的抗体进行抗原—抗体杂交,若出现杂交带,表明乳汁中出现了抗原蛋白,实验成功;若没有出现杂交带,表明乳汁中没有出现抗原蛋白,实验失败
(6)让害虫食用转基因棉的叶子,观察害虫的存活情况,以确定其是否具有抗虫性状
9基因敲除是根据DNA重组原理发展起来的一门新兴技术,通常用设计好的DNA片段替代动物细胞内的基因片段,从而达到基因敲除的目的,其基本原理如图所示:
请回答下列问题。
(1)在将目的基因导入受体细胞前,需要构建一个基因表达载体。一个理想的基因表达载体通常由启动子、终止子、目的基因和 等组成。
(2)如果要获得一只含目的基因的小鼠,则选择的受体细胞通常为 。
(3)上述途径所获得的动物,其后代并非每一个个体都含目的基因,原因是 。
(4)假设通过基因敲除构建了一个非球形红细胞型贫血(Ⅱ型)模型动物,该动物因丙酮酸激酶缺陷或葡萄糖-6-
磷酸脱氢酶(G-6-PD)缺陷,使红细胞膜变化引起红细胞自溶现象,但给该动物注射ATP后,自溶现象可明显降低。由此可表明,基因对生物性状的控制方式之一是 。
(5)某实验小组向正常小鼠胚胎细胞内导入某“X基因”后,发现靶基因能正常转录形成mRNA,但细胞内却不能合成相应蛋白质,其原因最可能是 。
解析(1)一个理想的基因表达载体通常由启动子、终止子、目的基因和标记基因等组成。
(2)动物细胞中受精卵的全能性最高,因此常被用作基因工程中的受体细胞。
(3)转基因动物为杂合子,在形成生殖细胞时等位基因发生分离,因此有的配子中含目的基因,有的配子中不含目的基因。
(4)从题干信息中可看出,该基因通过控制酶的合成来控制代谢过程,进而控制生物性状。
(5)靶基因能正常转录形成mRNA,但细胞内却不能合成相应蛋白质,说明转录出来的mRNA不能作为模板合成蛋白质,该情况发生在“X基因”导入小鼠胚胎细胞之后,因此最可能的原因是“X基因”转录出来的mRNA与靶基因转录出来的mRNA形成了杂交分子,从而抑制其控制合成相应的蛋白质。
答案(1)标记基因
(2)受精卵
(3)转基因动物为杂合子,在形成生殖细胞时等位基因发生分离
(4)基因通过控制酶的合成来控制代谢过程,进而控制生物性状
(5)“X基因”转录形成的mRNA与靶基因控制合成的mRNA杂交,抑制其控制合成相应的蛋白质(或抑制了目的基因的翻译过程)专题1 基因工程
1.1 DNA重组技术的基本工具
基础巩固
1实施基因工程的最终目的是( )
A.提取生物体的DNA分子
B.对DNA分子进行人工剪切
C.在生物体外对DNA分子进行改造
D.创造符合人们需要的新的生物类型和生物产品
解析A、B、C三项均为基因工程操作的具体内容,但不是基因工程的目的。实施基因工程的最终目的是通过基因操作定向改造生物的遗传物质,创造符合人们需要的新的生物类型和生物产品。
答案D
2有关DNA重组技术中的工具——“分子缝合针”“分子手术刀”“分子运输车”的组合正确的是( )
①DNA连接酶 ②DNA聚合酶 ③限制酶 ④RNA聚合酶 ⑤载体
A.②③⑤ B.①③④
C.①③⑤
D.④③⑤
解析“分子缝合针”是DNA连接酶,能连接DNA片段;“分子手术刀”
是限制酶,能切割DNA分子;“分子运输车”是载体,能运输目的基因。
答案C
3
右图表示限制酶切割基因分子的过程,从图中可知,该限制酶能识别的核苷酸序列和切点是( )
A.CTTAAG,切点在C和T之间
B.CTTAAG,切点在G和A之间
C.GAATTC,切点在G和A之间
D.GAATTC,切点在C和T之间
答案C
4能催化磷酸二酯键形成的酶有( )
①E·coli
DNA连接酶 ②T4DNA连接酶 ③DNA聚合酶 ④解旋酶 ⑤RNA聚合酶
A.①②③
B.①②③④
C.①②③⑤
D.①②③④⑤
解析DNA连接酶和DNA聚合酶都能催化形成磷酸二酯键,不同之处是DNA连接酶连接的是DNA片段,而DNA聚合酶连接的是单个脱氧核苷酸,将单个脱氧核苷酸连接形成与模板链互补的单链;RNA聚合酶也可催化磷酸二酯键的形成,在转录过程中可将单个核糖核苷酸连接形成mRNA。解旋酶的作用是将双链DNA的氢键解开。
答案C
5如下图所示,两个核酸片段在适宜条件下,经X酶的催化作用发生下述变化。则X酶是( )
A.DNA连接酶
B.RNA聚合酶
C.DNA聚合酶
D.限制酶
解析图中X酶可将两个具有互补黏性末端的DNA片段连接在一起,因此该酶为DNA连接酶。
答案A
6以下有关基因工程的叙述,正确的是( )
A.基因工程是细胞水平上的生物工程
B.基因工程的产物对人类都是有益的
C.基因工程产生的变异属于人工诱变
D.基因工程育种的优点之一是目的性强
解析基因工程是在生物体外,通过对DNA分子进行人工“剪切”和“拼接”,对生物的基因进行改造(目的性强)和重新组合(基因重组),然后导入受体细胞内,使目的基因在受体细胞内表达,产生出人类所需要的基因产物。但并不是所有的基因产物对人类都有益。
答案D
7下列有关基因工程中限制性核酸内切酶的叙述,错误的是( )
A.一种限制性核酸内切酶只能识别一种特定的核糖核苷酸序列
B.限制性核酸内切酶的活性受温度、pH的影响,总有一个最适的条件
C.限制性核酸内切酶能破坏相邻脱氧核苷酸之间的化学键
D.限制性核酸内切酶不只存在于原核生物中,其合成场所是核糖体
解析限制性核酸内切酶只能够识别双链DNA分子的某种特定的脱氧核苷酸序列,不能识别RNA分子的核糖核苷酸序列,A项错误;同其他的酶一样,限制性核酸内切酶同样受温度和pH的影响,而且具有发挥最大催化效率的最适温度和最适pH,B项正确;限制性核酸内切酶催化的是DNA分子上特定部位两个核苷酸之间磷酸二酯键的断裂,C项正确;限制性核酸内切酶主要从原核生物中分离纯化,也有来自真核细胞的,其本质是蛋白质,在核糖体上合成,D项正确。
答案A
8下列关于质粒的叙述,正确的是( )
A.质粒是能够自我复制的环状DNA分子
B.质粒是唯一的载体
C.质粒只有在进入受体细胞后才能复制
D.每个细菌细胞内只有一个质粒
解析基因工程中常用的载体,除质粒外,还有λ噬菌体的衍生物及动植物病毒等。质粒在含有质粒的细胞和受体细胞内均可复制。每一个细菌细胞内一般有多个质粒。
答案A
9下列各项中,一般不作为基因工程中的标记基因的是
( )
A.四环素抗性基因
B.绿色荧光蛋白基因
C.产物具有颜色反应的基因
D.贮藏蛋白的基因
解析在基因工程中利用标记基因可以鉴别和筛选含有目的基因的细胞,A、B、C三项中的基因都能起到此作用。
答案D
10根据基因工程的有关知识,回答下列问题。
(1)限制性核酸内切酶切割DNA分子后产生的片段,其末端类型有 和 。
(2)质粒运载体用EcoRⅠ切割后产生的片段如下:
AATTC……G
G……CTTAA
为使载体与目的基因相连,含有目的基因的DNA除可用EcoRⅠ切割外,还可用另一种限制性核酸内切酶切割,该酶必须具有的特点是
。
(3)按其来源不同,基因工程中所使用的DNA连接酶有两类,即 DNA连接酶和 DNA连接酶。
(4)基因工程中除质粒外, 和 也可作为运载体。
答案(1)黏性末端 平末端 (2)切割产生的DNA片段末端与EcoRⅠ切割产生的相同 (3)E·coli T4 (4)λ噬菌体的衍生物 动植物病毒
能力提升
1基因工程的操作离不开三种工具,下列有关说法不正确的是( )
A.常用相同的限制性核酸内切酶处理目的基因和质粒,从而获得互补的黏性末端
B.在三种工具中最常用载体——质粒的基本单位是脱氧核糖核苷酸,两种酶的基本单位是氨基酸
C.
DNA聚合酶能够催化形成磷酸二酯键,是基因工程中的“分子缝合针”
D.限制性核酸内切酶主要从原核生物中分离获得,具有识别特定核苷酸序列的能力
解析DNA聚合酶用于DNA的复制,DNA连接酶才是基因工程中的“分子缝合针”。质粒是一种独立于细菌拟核DNA之外的小型双链环状DNA分子,基本组成单位是脱氧核糖核苷酸;限制性核酸内切酶和DNA连接酶的本质都是蛋白质,基本组成单位是氨基酸。
答案C
2下列关于DNA连接酶的叙述,正确的是( )
①可催化黏性末端互补的DNA片段之间的连接 ②都能催化平末端的DNA片段之间的连接 ③催化两个黏性末端互补碱基间氢键的形成 ④催化被限制酶切开的两个脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键的形成
A.①③
B.②④
C.②③
D.①④
解析E·coli
DNA连接酶只能连接双链DNA片段互补的黏性末端,而不能催化DNA片段平末端的连接。DNA连接酶的作用是催化被限制酶切开的两个脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键的形成,即把“梯子”的“扶手”缝合起来。
答案D
3下列黏性末端属于同一种限制性核酸内切酶切割而成的是( )
A.①②
B.①③
C.②④
D.②③
解析同一种限制性核酸内切酶识别的核苷酸序列相同,且切割形成的黏性末端的碱基能互补配对。
答案C
4下图为DNA分子在不同酶的作用下所发生的变化,图中依次表示限制性核酸内切酶、DNA聚合酶、DNA连接酶、解旋酶作用的正确顺序是( )
A.①②③④
B.①②④③
C.①④②③
D.①④③②
解析限制性核酸内切酶的作用是将DNA双链的磷酸二酯键切开;DNA聚合酶的作用是将单个脱氧核苷酸通过磷酸二酯键连在已有的DNA片段上;DNA连接酶可缝合两个末端互补的双链DNA片段,从而连成一个DNA分子;解旋酶的作用是使双链DNA的氢键断裂,将DNA双螺旋解开。
答案C
5已知某种限制性核酸内切酶在一线性DNA分子上有
3个酶切位点,如下图中箭头所指,如果该线性DNA分子在3个酶切位点上都被该酶切断,则会产生a、b、c、d四种不同长度的DNA片段。现有多个上述线性DNA分子,若在每个DNA分子上至少有
1个酶切位点被该酶切断,则从理论上讲,经该酶酶切后,这些线性DNA分子最多能产生长度不同的DNA片段种类数是
( )
A.3
B.4
C.9
D.12
解析由题意知,最多可产生a、b、c、d、ab、bc、cd、abc、bcd
9种DNA片段。
答案C
6下图所示为部分双链DNA片段,下列有关基因工程中工具酶功能的叙述,错误的是( )
A.切断a处的酶为限制酶
B.连接a处的酶为DNA连接酶
C.切断b处的酶为DNA解旋酶
D.连接b处的酶为RNA聚合酶
解析a处为磷酸二酯键,限制酶能切断该处,DNA连接酶能连接形成该键。b处为氢键,切断该处的酶为DNA解旋酶。
答案D
★7基因工程中,需使用特定的限制酶切割目的基因和质粒,以便于重组和筛选。已知限制酶Ⅰ的识别序列和切点是—G↓GATCC—,限制酶Ⅱ的识别序列和切点是—↓GATC—。根据图判断下列操作正确的是( )
A.目的基因和质粒均用限制酶Ⅱ切割
B.目的基因和质粒均用限制酶Ⅰ切割
C.质粒用限制酶Ⅱ切割,目的基因用限制酶Ⅰ切割
D.质粒用限制酶Ⅰ切割,目的基因用限制酶Ⅱ切割
解析目的基因若用限制酶Ⅰ切割时,只能在目的基因的一侧切开,而不能将其切下;质粒若用限制酶Ⅱ切割,两种标记基因均将被破坏,所以只能用限制酶Ⅰ切割。
答案D
8根据下列所给材料回答问题。
材料一 把人的胰岛素基因拼接到大肠杆菌的质粒上,然后导入大肠杆菌体内,产生出人的胰岛素。
材料二 把萤火虫的发光基因转入烟草体内,培育出能产生荧光的烟草。
材料三 有人把蜘蛛中控制产生丝腺蛋白的基因转入羊的细胞中,在羊分泌的乳汁中加入某种物质后,可抽出细丝,这种细丝可望用作手术的缝合线。
(1)上述生物新品种的产生运用了 技术。
(2)一种生物的基因在另一种生物体内能够表达,而不影响其他基因的表达,这说明基因是有 效应的 片段,具有一定的 性;同时可以说明各种生物共用一套 。
(3)上述技术所用的工具酶有
。
(4)材料三中的缝合线与普通的缝合线相比有何优点
。
(5)可遗传的变异分为三种: 、 、 ,而基因工程可以定向改变一个物种的遗传性状,这属于 。
(6)从上述材料不能得出哪一结论 。
A.动植物之间可以相互转基因
B.真核生物与原核生物之间共用一套密码子
C.基因工程可以定向地改变生物的遗传性状
D.转基因生物的出现对生物的进化是有利的
解析让某种生物实现外源基因的表达需运用体外DNA重组技术(基因工程);基因工程的工具酶包括限制性核酸内切酶、DNA连接酶;用材料三中所述细丝作缝合线的最大优势是该“线”化学本质为蛋白质,将来可被分解吸收,从而免去“拆线”工序;从变异角度看,基因工程应属于基因重组。
答案(1)DNA重组(基因工程) (2)遗传 DNA 独立 遗传密码 (3)限制性核酸内切酶、DNA连接酶 (4)可以被分解吸收,不用拆线 (5)基因突变 基因重组 染色体变异 基因重组 (6)D
★9目前基因工程所用的质粒载体主要是以天然细菌质粒的各种元件为基础重新组建的人工质粒,pBR322质粒是较早构建的质粒载体,其主要结构如下图所示。
说明:ampR为氨苄青霉素抗性基因,tetR为四环素抗性基因
(1)构建人工质粒时要有抗性基因,以便于
。
(2)pBR322分子中有单个EcoRⅠ限制酶作用位点,EcoRⅠ只能识别序列—GAATTC—,并只能在G与A之间切割。若在某目的基因的两侧各有1个EcoRⅠ的切点,请画出目的基因两侧被限制酶EcoRⅠ切割后所形成的黏性末端。
(3)pBR322分子中另有单个的BamHⅠ限制酶作用位点,现将经BamHⅠ处理后的质粒,与用另一种限制酶BglⅡ处理得到的目的基因,通过DNA连接酶作用恢复 键,成功获得了重组质粒。说明
。
解析作为载体的质粒应该有标记基因,以利于重组DNA的鉴定和选择。限制酶的作用是切出黏性末端或平末端,DNA连接酶的作用是催化磷酸二酯键的形成。既然经BamHⅠ处理后的质粒与用另一种限制酶BglⅡ处理得到的目的基因,通过DNA连接酶的作用能恢复磷酸二酯键,则说明BamH
Ⅰ和BglⅡ切割得到的黏性末端互补。
答案(1)重组DNA的鉴定和选择
(2)如下图
(3)磷酸二酯 两种限制酶(BamH
Ⅰ
和Bgl
Ⅱ)切割得到的黏性末端互补
