专题26 基因工程与生物技术的安全性和伦理问题专题检测A组一、单项选择题1.(2020届浙江七彩阳光高三联考,9)若要使目的基因在受体细胞中表达,需要通过质粒等载体导入受体细胞而不能直接将目的基因导入受体细胞,其原因不包括( )A.目的基因无法插入受体细胞DNAB.目的基因无法复制C.目的基因无转录所需的启动部位D.目的基因与受体细胞遗传信息传递方式不同答案 D 目的基因无法插入受体细胞DNA,也无法完成复制,且缺少转录所需的启动部位,因此需要借助质粒等载体导入受体细胞,而目的基因与受体细胞遗传信息传递方式相同,这不是需要借助质粒等载体的原因,D符合题意。2.(2020届5·3改编)下面是4种限制酶所识别的DNA分子序列和剪切位点(↓表示剪切点、切出的断面为黏性末端):限制酶1:—↓GATC—。限制酶2:—CATG↓—。限制酶3:—G↓GATCC—。限制酶4:—CCGC↓GG—。请指出下列哪项表达正确( )A.在使用限制酶的同时还需要解旋酶B.限制酶1和3剪出的黏性末端相同C.限制酶1、2、4识别的序列都由4个脱氧核苷酸组成D.限制酶1和2切出的DNA片段可通过T4DNA连接酶拼接答案 B 使用限制性核酸内切酶是为了切割目的基因和载体,不需要解旋酶解开DNA双螺旋,A错误;限制性核酸内切酶1和3切出的黏性末端相同,都是GATC—,B正确;限制性核酸内切酶1、2识别的序列都由4个脱氧核苷酸组成,限制酶3、4识别的序列都由6个脱氧核苷酸组成,C错误;限制性核酸内切酶1和2切割形成的DNA片段的黏性末端不同,前者是GATC—,后者是—CATG,不能通过T4DNA连接酶拼接,D错误。3.(2020浙江宁波一模,25)为获得抗病毒的马铃薯植株,采用转基因技术将病毒复制酶基因转移到马铃薯体内。下列相关叙述正确的是( )A.该转基因马铃薯植株产生的配子中,一定含有目的基因B.将目的基因导入植物细胞可用农杆菌转化法或显微注射法C.由愈伤组织产生胚状体后再萌发形成完整植株的过程需要生根培养基D.转化了的马铃薯细胞在合适条件下经脱分化即可形成抗病毒马铃薯植株答案 B 若只将目的基因整合到马铃薯细胞的一条染色体上,则通过减数分裂产生的配子中不一定含有目的基因,A错误;将目的基因导入植物细胞可用农杆菌转化法或显微注射法,B正确;由愈伤组织产生胚状体后再萌发形成完整植株的过程不需要生根培养基,C错误;转化了的马铃薯细胞在合适条件下经脱分化和再分化形成抗病毒马铃薯植株,D错误。4.(2018江苏扬、通、泰、徐、淮、宿二模,20)农杆菌中的Ti质粒是植物基因工程中常用的载体,相关叙述正确的是( )A.Ti质粒是能够自主复制的单链DNA分子B.Ti质粒中磷酸基团都与两个脱氧核糖相连接C.重组Ti质粒的受体细胞只能是植物愈伤组织细胞D.Ti质粒上的基因可全部整合到受体细胞染色体上答案 B Ti质粒是能够自主复制的环状双链DNA分子,其分子内部的磷酸基团都与两个脱氧核糖相连接,A错误,B正确;重组Ti质粒的受体细胞可以是植物愈伤组织细胞,,也可以是植物的其他细胞,C错误;农杆菌有Ti质粒,Ti质粒上有一段T-DNA,目的基因可插入Ti质粒上的T-DNA中,从而导入农杆菌,让农杆菌侵染植物,农杆菌的Ti质粒上的T-DNA片段(内有目的基因)整合到受体细胞的染色体上,即只有Ti质粒上的T-DNA片段(内有目的基因)而不是Ti质粒上的全部基因可整合到受体细胞染色体上,D错误。误区警示 环状的双链DNA分子中没有游离的磷酸基团,而链状的双链DNA分子中有2个游离的磷酸基团,分别分布在单链的一端。5.(2020海南调研,20)某实验小组将人生长激素基因导入大肠杆菌以制备工程菌,下列相关叙述正确的是( )A.人生长激素基因可以通过以下丘脑细胞的mRNA为模板的反转录获得B.将人的生长激素基因导入大肠杆菌常采用Ca2+处理细胞C.利用工程菌制备的生长激素和人体细胞合成的具有相同的空间结构D.在生长激素基因的首端插入终止子的目的是保证目的基因成功转录答案 B 人的生长激素mRNA只能从人的垂体细胞中提取,下丘脑细胞生长激素基因不表达,A错误;用Ca2+处理大肠杆菌可使大肠杆菌成为易于吸收周围环境中DNA分子的状态,B正确;生长激素属于分泌蛋白,人体细胞合成的生长激素需要经过内质网和高尔基体的加工,工程菌内没有内质网和高尔基体,故人体细胞和工程菌内合成的生长激素的空间结构不同,C错误;为保证生长激素基因的正常转录,表达载体中目的基因的首端应有启动子,尾端应有终止子,D错误。6.(2019江苏南京、盐城二模,17)下列关于生物学中常见的几种酶的叙述,正确的是( )A.DNA连接酶将目的基因的黏性末端与载体的黏性末端之间的碱基黏合B.用限制性核酸内切酶从质粒上切下一个目的基因需消耗4个水分子C.Taq酶是PCR仪扩增DNA分子时常用的一种耐高温的DNA连接酶D.在解离根尖分生区细胞时加入纤维素酶有利于提高解离的效果答案 B 黏性末端与黏性末端之间的互补配对的碱基自动形成氢键,DNA连接酶催化形成磷酸二酯键,A错误;切下一个目的基因需要打开2个切口,水解4个磷酸二酯键,故需消耗4个水分子,B正确;Taq酶是耐高温的DNA聚合酶,C错误;对根尖分生区细胞进行解离时用解离液处理,不需要纤维素酶,D错误。7.(2020浙江稽阳联考,11)如图是基因文库的构建和获取目的基因的示意图。下列叙述正确的是( )A.通过该途径获得的目的基因,通常是序列已知的B.①过程通常只用一种DNA酶切割全部DNAC.③过程需用CaCl2处理,使大肠杆菌细胞壁的通透性增加D.④过程可用相应抗体,利用核酸分子杂交技术钓取目的基因答案 C 通过该途径获得的目的基因,通常是序列未知的,A错误;①过程要用限制性核酸内切酶切割全部DNA,B错误;③过程需用CaCl2处理,使大肠杆菌细胞壁的通透性增加而成为感受态细胞,C正确;④过程可利用核酸分子杂交技术钓取目的基因,但不能用抗体,D错误。8.(2019江苏苏、锡、常、镇三模,15)科研人员利用CRISPR/Cas9技术敲除了生物节律核心基因BMAL1,获得了具有睡眠紊乱症状的猕猴,取其中一只猕猴的体细胞又克隆了5只BMAL1基因敲除的克隆猴,用作睡眠障碍等疾病的药物研发模型。下列叙述错误的是( )A.该研究涉及的现代生物技术有基因工程、核移植、胚胎工程B.不用鼠作药物研发模型的原因是鼠昼伏夜出的生活习性与人相反C.BMAL1基因只存在于下丘脑细胞并可在下丘脑细胞中表达D.用这5只克隆猴作模型是因为它们基因型等遗传背景一致,答案 C 本题主要考查生命观念中的结构与功能观。分析题干信息可知,上述研究涉及了利用基因工程的工具酶敲除生物节律核心基因BMAL1,克隆猕猴时需利用核移植技术,另外还需要将早期胚胎移植到子宫,这又涉及了胚胎工程,A正确;由于鼠的习性与人不同,特别是它的昼伏夜出的生活习性与人相反,因此鼠不适合用作睡眠障碍等疾病的药物研发模型,而用克隆猴作模型是因为它们基因型等遗传背景一致,B、D正确;下丘脑与生物节律有关,可推测BMAL1基因在下丘脑中表达,但并非该基因只存在于下丘脑,C错误。二、非选择题9.(2020届浙江嘉兴高三9月测试,30)(8分)人的S细胞可以产生某种具有临床价值的蛋白质,该蛋白质由基因yie编码。目前可利用现代生物技术生产该蛋白质。回答下列问题:(1)要获得yie基因,可从人的S细胞中提取 作为模板,在逆转录酶的催化下合成互补DNA,再利用 技术在体外扩增获得大量yie基因。 (2)通过农杆菌转化可将yie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yie基因能稳定表达的愈伤组织,则说明yie基因已经 。把愈伤组织放在摇床上,通过 培养可以获得单细胞,这种单细胞具有 细胞的特征,最终可以形成植株。 (3)也可将yie基因通过 法注入植物的原生质体。为获取原生质体,需要制备含 酶以及渗透压稳定剂、细胞膜保护剂等的反应液。将外植体放入反应液后要严格控制好温度、pH和 ,避免脆弱的原生质体受到持续的伤害。 答案 (8分,每空1分)(1)mRNA PCR(2)整合到叶肉细胞的染色体DNA上 液体悬浮 胚性 (3)显微注射 纤维素酶和果胶 反应时间解析 (1)要获得yie基因,可从人的S细胞提取mRNA作为模板,在逆转录酶的催化下合成互补DNA,再利用PCR技术在体外扩增获得大量yie基因。(2)愈伤组织能稳定表达yie基因,说明yie基因已经整合到叶肉细胞的染色体DNA上。愈伤组织在摇床上通过液体悬浮培养可以获得单细胞,这种单细胞具有胚性细胞的特征,最终可以形成植株。(3)yie基因通过显微注射法注入植物的原生质体。原生质体的获得要制备含纤维素酶和果胶酶以及渗透压稳定剂、细胞膜保护剂等的反应液。外植体放入反应液后要严格控制好温度、pH和反应时间。10.(2020浙江绍兴一模,29)(8分)如图是基因文库的构建示意图。请回答下列问题。(1)获取目的基因时,如果目的基因的 是未知的,可以建立一个包括目的基因在内的基因文库,再从基因文库中获得目的基因。对于高等动植物复杂的染色体DNA来说,单个基因所占比例极小,将其分离出来并非易事,一般需要先对DNA进行 ,以产生足够多的数量。 (2)如图所示基因文库用克隆载体构建,载体中目的基因可通过细菌的 完成片段的克隆。从基因文库中分离目的基因时主要利用核酸探针,核酸探针在基因工程的操作过程中还有很多方面的应用,如检测目的基因是否导入受体细胞,以及 。 ,(3)培育转基因羊时,可利用显微注射法将从基因文库中获得的目的基因导入 (受体)细胞,再经过 ,移植到 的发情母羊的输卵管或子宫角。目的基因在受体细胞中的整合率不太稳定,这除与注射的位置和时间有关外,还要考虑目的基因的构型和 。 答案 (1)核苷酸序列 扩增 (2)繁殖 ①检测目的基因是否插入受体细胞的染色体DNA中;②检测目的基因是否转录出mRNA(答对1点即可) (3)受精卵 胚胎体外培养 未经配种 浓度解析 (1)获取目的基因时,如果目的基因的核苷酸序列是未知的,可以通过建立基因文库并从中获取。由于单个基因占比很小,需要对DNA进行扩增,以便产生足够多的数量用于实验。(2)基因文库的基因可通过细菌的繁殖完成克隆。核酸探针除了可以从基因文库中调取目的基因,还可以检测目的基因是否导入受体细胞,检测目的基因是否插入受体细胞的染色体DNA中,检测目的基因是否转录出mRNA。(3)培育转基因羊时,利用显微注射法可将目的基因导入受精卵细胞,再通过胚胎体外培养,移植到未经配种的发情母羊的输卵管或子宫角。目的基因在受体细胞中的整合率不太稳定的原因与注射时间和位置、目的基因的构型和浓度等有关。11.(2020辽宁大连一模,38)(10分)微卫星DNA是广泛分布于真核生物基因组中的简单重复序列。由于重复单位的重复次数在个体间呈高度特异性并且数量丰富,因此,微卫星DNA可以作为分子标记,并有着广泛应用。(1)为了分离捕获到某种生物的微卫星DNA分子标记,可以用生物素标记的特定简单重复序列作为探针,与该生物的 文库进行杂交,然后再经多个步骤筛选获取微卫星DNA。 (2)扩增分离到的微卫星DNA序列的PCR反应体系中含缓冲液、模板DNA、dNTP(包含dATP、dCTP、dGTP、dTTP)、引物及热稳定DNA聚合酶等。其中dNTP的作用是 ;该技术的前提是 ,以便根据这一序列合成引物,所以引物应选用图中 (填图中标号)。 (3)PCR的基本反应步骤为 ,其产物量以 形式扩增。 (4)根据“微卫星DNA”的特点判断,这种分子标记可应用于 (填字母)。 A.人类亲子鉴定 B.种群遗传多样性研究C.诱导基因突变D.冠状病毒遗传物质测序答案 (1)基因组 (2)合成DNA的原料、提供能量 有一段已知目的基因的核苷酸序列 Ⅰ和Ⅳ (3)DNA解链—引物结合到互补链—互补链的合成(或变性、复性/退火、延伸或高温解链—冷却引物结合—加热互补链合成) 指数(约为2n) (4)AB解析 (1)由于微卫星DNA是简单重复序列,可以用生物素标记的特定简单重复序列作为探针,与该生物的基因组文库进行杂交,然后再经多个步骤筛选获取微卫星DNA。(2)dNTP在PCR过程中作为合成DNA分子的原料和提供能量。PCR技术的前提是有一段已知目的基因的核苷酸序列,以便根据这一序列合成引物,这两个DNA引物分别与目的基因双链各一端序列相互补,所以引物应选用图中Ⅰ和Ⅳ。(3)PCR的反应步骤为目的基因DNA受热变性后解链为单链,引物与单链相应互补序列结合,然后在DNA聚合酶作用下进行延伸,如此重复循环,因而每一次循环后目的基因的量可以增加一倍,即成指数形式扩增(约为2n,其中n为扩增循环的次数)。PCR技术的步骤可简单概括为变性、复性/退火、延伸。(4)微卫星DNA是真核生物基因组中的简单重复序列,且重复单位的重复次数在个体间呈高度特异性,因此可用于人类亲子鉴定、物种间亲缘关系鉴定、遗传多样性的研究等,A、B正确;诱导基因突变的因素有物理因素、化学因素和生物因素,与微卫星DNA的特性无关,C错误;冠状病毒的遗传物质是RNA,其测序不能用微卫星DNA进行标记,D错误。12.(2020浙江台州一模,30)现代生物技术在医药、农业等领域都有广泛应用。回答下列问题:(1)将人体中B蛋白基因导入大肠杆菌,以生产药物B蛋白。,①由于人体基因的转录初始产物需切除部分序列,才能加工成为成熟的mRNA,因此直接将从人类基因文库中获取的B蛋白基因导入大肠杆菌,B蛋白基因无法正常表达。可采用 的方法合成B蛋白基因,以解决这一问题。 ②导入过程所用载体pUC19质粒如图所示,LacZ基因表达产物能水解X-gal,使菌落呈蓝色,不能水解X-gal的菌落呈白色。已知三种限制性核酸内切酶X、Y、Z所识别的序列分别是C↓CGG、G↓GATCC、↓GATC(↓表示剪切点)。为便于筛选导入重组质粒的大肠杆菌,应选用的限制性核酸内切酶是 ,并且在培养基中加入 ,接种培养后选择 色菌落。 ③筛选得到成功导入B蛋白基因的大肠杆菌菌株,为检验B蛋白基因是否表达,可以用含放射性标记的B蛋白基因单链作为探针,检测受体菌是否 。 (2)现代生物技术应用于农作物育种,也取得可喜成绩。利用基因工程育种技术可培育转基因农作物。在此过程中,为成功获得新植株,应选择性状优良、 作为受体材料。除此之外,影响受体材料能否成功再生出新植株的因素还有光温条件、植物生长调节剂及 的配比。利用多倍体育种技术或者 技术则可培育异源多倍体。 答案 (1)①提取mRNA进行逆转录(或人工合成、化学合成) ②Y 氨苄青霉素、X-gal(写全给分) 白 ③成功转录(合成相应RNA) (2)全能性表达充分的基因型 营养物质 植物体细胞杂交(植物细胞工程)解析 (1)①人体基因转录的mRNA需要加工为成熟的mRNA用于翻译,所以人体基因直接导入大肠杆菌无法正常表达。采用提取成熟的mRNA进行逆转录的方法合成相应目的基因(或化学合成)可以解决这个问题。②LacZ基因表达产物能水解X-gal,使菌落呈蓝色,不能水解X-gal的菌落呈白色,因此可通过LacZ基因是否完整来判断目的基因是否插入质粒,选择的限制性核酸内切酶应是Y,并且在培养基中加入氨苄青霉素、X-gal,接种培养后选择白色菌落。③为检验B蛋白基因是否表达,可用含放射性标记的B蛋白基因单链作为探针,检测受体菌有无合成相应的RNA。(2)转基因植株培育中,要选择性状优良、全能性表达充分的基因型作为受体材料,培育条件应为适宜的光照温度、植物生长调节剂以及营养物质的配比。利用多倍体育种技术或者植物体细胞杂交技术可培育异源多倍体。13.(2019江苏南京、盐城二模,33)(15分)图甲为构建重组质粒过程中的三种备选质粒,其中Ap为氨苄青霉素抗性基因,Tc为四环素抗性基因。图乙为培育转AFPs基因(抗冻基因)番茄的示意图,外源DNA和质粒上均标出了酶切位点及相关抗性基因,请回答下列问题。甲乙(1)图甲中通常选用质粒C构建重组质粒,而不选用质粒A或质粒B的原因分别是 。 (2)据图乙分析,若需使用插入失活法筛选并鉴定重组质粒,应优先选用限制酶 切割目的基因和质粒。 ,(3)通过PCR技术获取目的基因时需设计 种引物;从cDNA文库中获得的目的基因 (填“含有”或“不含有”)启动子和终止子。 (4)在构建基因表达载体过程中常把两个启动子串联在一起形成双启动子,加在目的基因上游。双启动子的作用可能是 。 (5)图乙农杆菌中的质粒应含有T-DNA,其作用是 。若要获得抗冻能力更强的抗冻番茄,可以对AFPs基因进行改造,最终得到相应的蛋白质,该过程需用到 工程。 (6)为使改造后的AFPs基因能够表达,人工设计质粒D并对它的多个酶切位点进行研究。若用HindⅢ酶或KpnⅠ酶单独切割质粒D,均获得一条长链,若用HindⅢ酶和EcoRⅠ酶同时切割,则获得2个500bp和1个2666bp片段,若用KpnⅠ酶和EcoRⅠ酶同时切割,则获得2个250bp和1个3166bp片段。若以HindⅢ酶切割位点为计算起点,则KpnⅠ酶切割位点与HindⅢ酶切割位点最短长度为 ,EcoRⅠ酶的两个切割位点与HindⅢ切割位点的最短距离为 。 答案 (1)质粒A中没有标记基因,质粒B的复制原点中含有HindⅢ酶切位点 (2)BamHⅠ和HindⅢ (3)2 不含有 (4)保证目的基因的高效转录(高效表达) (5)携带目的基因进入番茄细胞并整合到番茄细胞的染色体DNA上蛋白质 (6)750bp 500bp解析 (1)(4)(5)见答案。(2)图乙中,选用的质粒C作为基因工程的载体,结合目的基因两端的酶切位点,可以选择BamHⅠ和HindⅢ同时切割目的基因和载体,或者EcoRⅠ和HindⅢ同时切割,若需使用插入失活法筛选并鉴定重组质粒,应优先选用限制酶BamHⅠ(会破坏Tc)和HindⅢ切割,可以根据是否对四环素有抗性来筛选。(3)PCR扩增目的基因需设计2种引物来确保DNA两条链同时扩增,cDNA由mRNA反转录而来,所以从cDNA文库中获得的目的基因不含有启动子和终止子。(6)若用HindⅢ酶或KpnⅠ酶单独切割质粒D,均获得一条长链,说明该质粒上只含有HindⅢ酶的1个切割位点和KpnⅠ酶的1个切割位点。若用HindⅢ酶和EcoRⅠ酶同时切割,则获得2个500bp和1个2666bp片段,若用KpnⅠ酶和EcoRⅠ酶同时切割,则获得2个250bp和1个3166bp片段,说明该质粒上有2个EcoRⅠ酶切割位点,且两个位点之间的最短距离是500bp,而KpnⅠ酶的切割位点在2个EcoRⅠ酶切割位点之间,且距离每个EcoRⅠ酶的切割位点250bp,HindⅢ酶切割位点距离EcoRⅠ酶切割位点的最短距离是500bp,KpnⅠ酶切割位点与HindⅢ酶切割位点最短长度为250+500=750bp,EcoRⅠ酶的两个切割位点与HindⅢ切割位点的最短距离为500bp。名师点睛 标记基因的作用筛选和鉴定受体细胞中是否含有目的基因,故构建基因表达载体时需要保证至少一个标记基因的完整性。14.(2020届浙江温丽地区高三一模,30)(10分)研究发现,PVY-CP基因位于某种环状DNA分子中。将PVY-CP基因导入马铃薯,使之表达即可获得抗PVY病毒的马铃薯。如图表示PVY-CP重组质粒的构建过程,相关酶切位点如表。BamHⅠHindⅢBglⅡSmaⅠSau3AⅠ↓ GGATCCCCTAGG ↑↓ AAGCTTTTCGAA ↑↓ AGATCTTCTAGA ↑↓CCCGGGGGGCCC↑↓ GATCCTAG ↑(1)步骤②选用的klenow酶与细胞内的 (填酶的名称)的功能相似。步骤④应选用的限制性核酸内切酶是 。 ,(2)若BamHⅠ酶切的粘性末端与BglⅡ酶切的粘性末端连接,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。 (3)若用Sau3AⅠ切图中所示的质粒(多个),最多可能获得 种大小不同的DNA片段。 (4)步骤⑤获得的重组质粒通过农杆菌转入马铃薯的原生质体,并诱导形成细胞壁,再转入 (A.细胞分裂素多,生长素少 B.细胞分裂素少,生长素多 C.细胞分裂素和生长素比例适合 D.细胞分裂素中等,生长素少)的培养基中培养,形成 ,再进行生根培养,获得转基因马铃薯。 (5)可用 的方法,从个体水平检测马铃薯植株中PVY-CP基因是否成功表达。 答案 (1)DNA聚合酶 BglⅡ和SmaⅠ (2)—GGATCT——CCTAGA—(或—AGATCC——TCTAGG—) 都不能 (3)7 (4)A 丛状苗 (5)PVY病毒感染解析 (1)图示过程②,klenow酶将DNA片段的粘性末端补平,因此相当于DNA聚合酶的作用。步骤④将目的基因和质粒连接起来,目的基因一端是BamHⅠ剪切后的粘性末端,另一端是平末端,要将目的基因按照转录方向正确连接,需要用BglⅡ和SmaⅠ剪切。(2)BamHⅠ酶切后的粘性末端与BglⅡ酶切的粘性末端相连,连接部位为—GGATCT——CCTAGA—(或—AGATCC——TCTAGG—,对此片段这两种酶都不能切开,体现了酶的专一性。(3)若用Sau3AⅠ切割图示的多个质粒,由于存在3个酶切位点,最多能产生7种大小不同的DNA片段。(4)原生质体诱导形成细胞壁,再转入细胞分裂素多、生长素少的的培养基中,培养形成丛状苗,再进行生根培养。(5)要检测PVY-CP基因是否成功表达,可用PVY病毒感染转基因马铃薯检测其是否有抗性。专题检测B组一、单项选择题1.(2020山东师大附中4月模拟,14)基因工程培育的“工程菌”通常经发酵工程生产的产品有( )①石油 ②人生长激素 ③紫草素 ④聚乙二醇 ⑤胰岛素 ⑥重组乙肝疫苗 A.①③⑥B.②⑤⑥C.③⑤⑥D.②③⑤答案 B 石油是从地层中获得的,①错误;人生长激素的化学本质是蛋白质,可以通过基因工程培育的“工程菌”发酵获得,②正确;紫草素是植物组织培养技术获得的,③错误;聚乙二醇是由环氧乙烷聚合而成的,这是一个化学反应,不需要用基因工程培育的“工程菌”,④错误;胰岛素的化学本质是蛋白质,可以通过基因工程培育的“工程菌”发酵获得,⑤正确;重组乙肝疫苗的化学本质是蛋白质,可以通过基因工程培育的“工程菌”发酵获得,⑥正确。2.(2018北京海淀期中,29)科研人员通过PCR技术获得肝细胞特异性启动子——白蛋白启动子,将该启动子与Cre重组酶基因结合构建表达载体,培育出在肝细胞特异性表达Cre重组酶的转基因小鼠。下列叙述正确的是( )A.将该表达载体导入肝细胞以获得转基因小鼠B.PCR技术获得白蛋白启动子需设计特异性的引物C.构建该表达载体需要限制酶和DNA聚合酶D.通过核酸分子杂交技术检测目的基因是否完成表达答案 B 将表达载体导入肝细胞无法获得转基因小鼠个体,应将表达载体导入受精卵,后者可以发育成新的个体,A选项错误。根据碱基互补配对原则,需设计特异性引物才能通过PCR技术获得白蛋白启动子,B选项正确。构建该表达载体需要限制酶和DNA连接酶,不需要DNA聚合酶,C选项错误。通过核酸分子杂交技术只能检测目的基因是否转入(运用DNA-DNA分子杂交技术)以及目的基因是否转录(运用DNA-RNA分子杂交技术),检测是否表达,需要检测蛋白质,故用抗原—抗体杂交技术,D选项错误。,3.(2019江苏南通、连云港等七市三模,17)科学家构建了含有大洋鳕鱼抗冻蛋白基因启动子和大鳞鲑鱼生长激素基因的表达载体,并将其导入了大西洋鲑的细胞中,获得了生长速度加快的转基因大西洋鲑。相关叙述正确的是( )A.转基因大西洋鲑体内抗冻蛋白明显增加B.构建基因表达载体需要限制酶和DNA聚合酶C.大鳞鲑鱼生长激素基因不能通过PCR技术扩增获得D.转基因大西洋鲑生长激素含量增加导致生长速度加快答案 D 根据题干信息转基因大西洋鲑体内并不含有大洋鳕鱼的抗冻蛋白基因,因此体内抗冻蛋白不会明显增多,A错误;构建基因表达载体需要限制酶和DNA连接酶,不需要DNA聚合酶,B错误;通过PCR方法扩增,可获得大鳞鲑鱼生长激素基因,C错误;转基因大西洋鲑体内的大鳞鲑鱼生长激素基因表达,生长激素含量增加导致生长速度加快,D正确。易错警示 审题不严密,易犯粗心大意的错误,认为转基因大西洋鲑转入了大洋鳕鱼抗冻蛋白基因,题干中给出的信息只是转入了大洋鳕鱼抗冻蛋白基因的启动子,而不是抗冻蛋白基因。4.(2019江苏无锡一模,17)下列关于基因工程的叙述,正确的是( )A.构建表达载体时需要在目的基因前加上起始密码子B.农杆菌转化法可以将目的基因随机插入受体细胞的染色体DNAC.标记基因中不能有限制酶的识别位点以防止其被破坏而失去作用D.导入人胰岛素基因的大肠杆菌可直接生产出有活性的人胰岛素答案 B 本题考查学生对基因工程的基本操作程序的相关知识的识记和理解能力。构建基因表达载体时需要在目的基因前加上启动子,A错误;采用农杆菌转化法,可以将目的基因随机插入受体细胞的染色体DNA上,B正确;标记基因中可以有限制酶的识别位点,为了防止标记基因被破坏而失去作用,在构建基因表达载体时,使用的限制酶应该不具有识别标记基因中的限制酶的识别位点的能力,C错误;导入人胰岛素基因的大肠杆菌,因没有内质网和高尔基体,不能对胰岛素进行加工,所以不能直接生产出有活性的人胰岛素,D错误。5.矮牵牛花瓣紫色的深浅由花青素的含量高低决定,花青素由查耳酮合酶(CHS)催化合成,为获得紫色更深的矮牵牛,科研人员将CHS基因导入野生型紫花矮牵牛叶肉细胞中,得到的转基因植株花色反而出现了浅紫色,检测CHS基因的转录水平,得到如图所示电泳图谱(2道和3道分别表示野生型和转基因植株)。下列判断正确的是( )A.用不同的限制酶处理含CHS基因的DNA和运载体B.转基因植株中内源CHS基因的转录水平明显低于野生型C.转基因植株内外源CHS基因的转录均被抑制D.没有获得紫色更深的植株是因为CHS基因没有成功转入答案 B 用相同的限制酶组合(都选用固定的两种黏性末端不同的限制酶)处理含CHS基因的DNA和运载体,使两者含有相同的粘性末端,以便两者构建重组分子,A错误;由图分析2道野生型内源的条带较粗,而3道转基因内源的条带较细,说明转基因植物的内源基因的转录水平明显低于野生型,B正确;转基因植株内源CHS基因的转录被抑制,外源CHS基因的转录正常,C错误;从图中看到,,外源基因转入成功,没有获得紫色更深的植株可能是因为转基因植株内源CHS基因表达被抑制,转基因植株外源CHS基因和内源CHS基因的综合表达量没有野生型的内源CHS基因表达量高,D错误。6.(2020浙江超级全能生联考,27)某一品系的棉花野生型植株既不抗虫也不抗除草剂,如图为构建转基因植株M(抗虫、抗除草剂)的过程示意图,有关叙述错误的是( )A.采用Ti质粒作为载体的优势是其具备可转移至受体细胞的T-DNAB.为防止自身环化及相互连接,准备工作①中应至少使用4种不同的限制酶C.过程⑤可能依次经历了细胞团、球形胚、心形胚、胚状体、完整植株的过程D.基因A、B可能插入到细胞M的染色体上,但不可能同时存在于同一条染色体上答案 D 本题中转基因植物的培育采用了典型的农杆菌转化法,Ti质粒作为载体的优势是其T-DNA可转移至受体细胞,A正确;为防止自身环化,切割目的基因两端的限制酶应是不同的,又要防止基因A、B的相互连接,因此准备工作①中至少需要4种不同的限制酶,B正确;处于适当的液体培养条件的单个植物细胞,经过培养基中成分的诱导,可依次经历从单细胞到细胞团、球形胚、心形胚、胚状体、完整植株的过程,C正确;植株M自交后,抗虫∶不抗虫=15∶1,抗除草剂∶不抗除草剂=15∶1,说明植株M的2对染色体上插入了2个A基因和2个B基因,各自符合自由组合定律,又因为后代未出现野生型植株,说明一对同源染色体的两条染色体上,分别插入了A和B基因,而另一对同源染色体,有两种情况:可能A、B两个基因都插入到了一条染色体上,也可能分别插入到两条染色体上,以上两者情况均会导致14∶1∶1的结果,植株M的基因型示意图如图:综上所述,D错误。二、非选择题7.[2019浙江新高考研究联盟联考,32(二)](7分)回答与基因工程和动物克隆有关的问题。(1)以人基因组DNA为模板,采用 扩增人胰岛素原基因,然后将其与含有标记基因的载体用相同的 切割之后,用DNA连接酶将目的基因和载体连接在一起形成重组DNA分子。 (2)若要利用转基因动物的乳腺来生产人胰岛素,则可将重组DNA分子用 的方法导入动物的受精卵中,受精卵在体外培养到 阶段,再移植到代孕母体的 ,之后着床、并继续生长发育。也可以将重组DNA分子先导入动物的体细胞中,再通过是否含有标记基因来筛选出含有人胰岛素原基因的体细胞,然后在一定物质的介导下使其与去核卵细胞进行 形成一个重建的“合子”,经过胚激活、胚胎培养和胚胎移植后得到转基因动物。 (3)相比细菌基因工程,以转基因动物的乳腺作为反应器来生产人胰岛素的优点是 。 答案 (1)PCR技术 限制性核酸内切酶 (2)显微注射 早期囊胚 子宫角或输卵管 细胞融合(或融合) (3)乳腺细胞可以将无生物活性的胰岛素原蛋白加工成有生物活性的胰岛素解析 (1)目的基因可采用PCR技术进行大量扩增;对目的基因和载体用相同的限制性核酸内切酶进行切割,产生相同的末端,再用DNA连接酶进行连接形成重组DNA分子。(2)将目的基因导入动物细胞常采用显微注射法,当受精卵在体外培养到早期囊胚时,再移植到代孕母体的子宫角或输卵管,之后,胚胎在子宫着床,并继续生长发育。利用动物细胞来生产人的胰岛素,也可将重组DNA先导入动物的体细胞,再筛选出含有人胰岛素原基因的体细胞,然后在一定物质的介导下使其与去核卵母细胞进行融合,经胚激活、胚胎移植后得到转基因动物。(3)细菌中无内质网、高尔基体等细胞器,因此通过细菌基因工程生产的人的胰岛素没有生物学活性而转基因动物的乳腺细胞可以将无生物活性的胰岛素原蛋白加工成有生物活性的胰岛素。8.(2020福建三明二模,38)(10分)糖尿病是一种常见病,其发病率呈逐年上升的趋势,治疗糖尿病少不了胰岛素。如图表示运用基因工程技术生产胰岛素的几条途径,请据图回答下列问题:(1)图中过程①为 ,在此之前可以根据 设计引物,利用PCR技术对目的基因进行扩增。将重组质粒M转移到受体细胞A中常用的方法是 。 (2)过程②可用的方法是 。过程③用到的技术手段有 。 (3)若该转基因“胰岛素羊”乳汁中检测到胰岛素,该胰岛素与转基因“胰岛素大肠杆菌”产生的胰岛素相比,不同之处是 ,其原因是 。 答案 (1)构建基因表达载体 人胰岛素基因的核苷酸序列 显微注射法 (2)农杆菌转化法(或基因枪法或花粉管通道法) 早期胚胎培养、胚胎移植 (3)“胰岛素羊”乳腺细胞分泌的胰岛素具有生物活性,而转基因“胰岛素大肠杆菌”产生的胰岛素无生物活性 乳腺细胞有内质网与高尔基体,能加工相关的蛋白质,而大肠杆菌没有内质网和高尔基体解析 (1)图中①表示构建基因表达载体,构建之前可以根据人胰岛素基因的核苷酸序列设计引物,利用PCR技术对目的基因进行扩增。将目的基因导入动物细胞最有效的方法是显微注射法。(2)过程②表示目的基因导入植物细胞,可用农杆菌转化法(答基因枪法、花粉管通道法也可)。过程③表示动物的个体发育,此过程用到的技术手段有早期胚胎培养、胚胎移植。(3)由于乳腺细胞有内质网与高尔基体,能加工相关的蛋白质,而大肠杆菌没有内质网和高尔基体,因此“胰岛素羊”乳腺细胞分泌的胰岛素具有生物活性,而转基因“胰岛素大肠杆菌”产生的胰岛素无生物活性。知识归纳 不同受体细胞的转化 根据受体细胞不同,导入重组DNA分子的方法也不一样,将目的基因导入植物细胞的方法有农杆菌转化法、基因枪法和花粉管通道法;将目的基因导入动物细胞最有效的方法是显微注射法;将目的基因导入微生物细胞的方法是感受态细胞法。9.(2020届江苏南京一模,32)(14分)乳腺炎和口蹄疫分别是由细菌和病毒引起的危害奶牛养殖业的两种严重疾病。研究者利用生物技术培育出转乳铁蛋白肽(抗细菌)和人干扰素(抗病毒)基因的双转基因奶牛品种。如图1为基因表达载体,图2为培育流程。请据图回答问题:,图1图2图3(1)构建基因表达载体时需要用到的工具酶是 。 (2)基因表达过程包括 ,图1中一般能同时表达的基因是 。新霉素抗性基因的作用是 。 (3)图2中研究者可利用 技术筛选出干扰素基因成功表达的胚胎进行移植。 (4)若利用PCR技术增加目的基因的数量,由图3可知,A、B、C、D四种单链DNA片段中应选取 作为引物(DNA复制子链的延伸方向5'→3')。若上图所示基因复制2次,则共需要这两种引物各 个;PCR程序中“适温延伸”中的适温是 酶的最适温度。 答案 (1)限制酶和DNA连接酶 (2)转录和翻译 干扰素基因和新霉素抗性基因 便于筛选出含有目的基因的细胞 (3)抗原—抗体杂交 (4)B和C 3 Taq(耐高温的DNA聚合)解析 (1)构建基因表达载体时需要用到的工具酶是限制酶和DNA连接酶。(2)基因表达过程包括转录和翻译,据图可知,干扰素基因与新霉素抗性基因均位于相同的启动子和终止子之间,可同时转录。新霉素抗性基因的作用是便于筛选出含有目的基因的细胞。(3)牛乳铁蛋白基因在成年牛的乳腺中才能表达,人干扰素基因可在牛全身细胞表达,因此筛选胚胎时可利用抗原—抗体杂交技术筛选干扰素基因成功表达的胚胎。(4)若利用PCR技术增加目的基因的数量,由图3可知,DNA复制只能从5'到3',因此构建前利用PCR技术扩增干扰素基因时,A、B、C、D四种单链DNA片段中应选取B和C作为引物。若上图所示基因复制2次,则共需要这两种引物各3个;PCR程序中“适温延伸”中的适温是Taq(耐高温的DNA聚合)酶的最适温度。解题关键 明确牛乳铁蛋白肽基因只在转基因奶牛的乳腺细胞表达,人干扰素基因则可在全身细胞表达,据此可判断筛选胚胎时应选择的方法。10.(2020福建漳州二模,38)(11分)新型肺炎的病原体——新冠病毒,结构如图所示(棘突、脂质膜、包膜成分都是含有蛋白质,它们分别是由病毒RNA的基因S、M、E的指导合成的)。根据相关知识回答下列问题:,(1)新冠病毒侵染过程中,棘突首先与细胞膜上受体结合,可能作为病毒的疫苗。如果利用基因工程研制新冠病毒疫苗,第一步是得到目的基因S,以用于后续操作,请简述获取目的基因S过程 。基因工程的核心步骤是 ,完成该步骤所需要的酶有 。理论上,目的基因S应该导入 细胞中让其表达,以得到合适的产物。 (2)制备出来的“产品”必须具备 、 才能作为疫苗来使用。 (3)检测新型肺炎的一般策略是检测疑似病例是否携带新冠病毒。新冠病毒主要由核酸和蛋白质构成,如果检测核酸,一般的方法是 ;如果检测其特异性蛋白,方法是 。 答案 (1)提取病毒的RNA,反转录成对应DNA后,PCR技术扩增得到基因S(或对病毒基因S测序,然后人工合成基因S) 基因表达载体的构建 限制酶和DNA连接酶 哺乳动物(或大肠杆菌、哺乳动物) (2)没有传染性和致病性(或:没有“毒性”) 能引起对新冠病毒的特异性免疫 (3)探针法(或:PCR技术或分子杂交技术) 抗原—抗体杂交解析 (1)如果利用基因工程研制新冠病毒疫苗,第一步是得到基因S,以用于后续操作,由于新冠病毒的遗传物质是RNA,故应提取病毒的RNA,反转录成对应DNA后,PCR技术扩增得到基因S(或对病毒基因S测序,然后人工合成基因S)。基因工程的核心步骤是基因表达载体的构建,完成该步骤所需要的酶有限制酶和DNA连接酶。理论上目的基因S应该导入受体细胞如哺乳动物(或大肠杆菌、哺乳动物)细胞中让其表达,才能得到合适的蛋白质产物。(2)制备出来的“产品”不能对接受疫苗的生物有害,还应使其产生抗体,即必须具备没有传染性和致病性(或:没有“毒性”)、能引起对新冠病毒的特异性免疫才能作为疫苗来使用。(3)检测新型肺炎的一般策略是检测疑似病例是否携带新冠病毒,新冠病毒主要由核酸和蛋白质构成,如果检测其核酸RNA,RNA可由DNA转录而来,一般用探针法(或分子杂交技术或PCR技术);如果检测其表达的特异性蛋白,方法是抗原—抗体杂交。11.(2020浙江9+1高中联盟期中,30)(8分)抗生素滥用导致的耐药性细菌目前已成为一个严重的公共健康问题,近年来“超级细菌”等事件的发生更显示出这一问题的严重性。抗菌肽(AMPs)是一类具有广谱抗菌性,且不易产生耐药性的物质。为了改善抗菌肽的抗菌功能,常利用基因工程技术使抗菌肽在不同来源的宿主细胞内进行蛋白的重组表达。β-防御素是一种抗菌肽,构建β-防御素(β-defensin130)表达载体在大肠杆菌中表达。表达载体(pET-28a)和含有目的基因β-防御素的片段如图,结合已知条件回答下列问题:(说明:Kanr和Ampr分别表示卡那霉素和氨苄青霉素抗性基因;promoter表示基因的启动部位)(1)获得含有目的基因的重组DNA分子,需用 和 两种酶分别切割表达载体和含有目的基因的片段,并用 酶将它们连接。 (2)把构建好的重组DNA分子导入受体细胞,用适宜浓度的氯化钙处理受体细胞,增加细胞壁的通透性的目的是 。 (3)筛选含有目的基因β-防御素(β-defensin130)的受体细胞时,先将菌液涂布在含有 (抗生素)的培养基中培养,然后将所有菌落转移至含有 (抗生素)的培养基中培养,最后挑选出目的菌落。 ,(4)在无菌操作下将目的单菌落用接种环取出,再用划线法接种在斜面上,37℃培养24小时后,置于 冰箱中保存。 (5)若受体细胞为双子叶植物,常用 法将目的基因导入植物体细胞,再将体细胞进行组织培养,得到转基因植物。 答案 (1)EcoRⅠ XhoⅠ DNA连接 (2)增加转化的成功率 (3)卡那霉素 氨苄青霉素 (4)4℃ (5)农杆菌转化解析 (1)结合题图所示的酶切位点可知,为获得含有目的基因的重组DNA分子,需要用EcoRⅠ和XhoⅠ两种限制酶分别切割表达载体和含有目的基因的片段,并用DNA连接酶将它们连接。(2)氯化钙处理受体细胞是为了增加细胞壁的通透性,增加转化的成功率。(3)筛选含有目的基因的受体细胞时,先将菌液涂布在含有卡那霉素的培养基中培养,再将菌落转移到含有氨苄青霉素的培养基中培养,最终挑选出目的菌落。(4)菌种置于4℃冰箱中保存。(5)双子叶植物常用农杆菌转化法将目的基因导入植物体细胞。12.(2020届山东等级考模拟,25)(14分)基因定点整合可替换特定基因,该技术可用于单基因遗传病的治疗。苯丙酮尿症是由PKU基因突变引起的。将正常PKU基因定点整合到PKU基因突变的小鼠胚胎干细胞的染色体DNA上,替换突变基因,该方法可用来研究该病的基因治疗过程。定点整合的过程是从染色体DNA上突变PKU基因两侧各选择一段DNA序列HB1和HB2,根据其碱基序列分别合成HB1和HB2,再将两者分别与基因HSV-tk1、HSV-tk2连接,中间插入正常PKU基因和标记基因neor,构建出如图所示的重组载体。重组载体和染色体DNA中的HB1和HB2序列发生交换,导致两者之间区域发生互换,如图所示。(1)构建重组载体时,常用的工具酶有 。该实验用小鼠胚胎干细胞作为PKU基因的受体细胞以培育出转基因小鼠,除了胚胎干细胞能大量增殖外,还因为胚胎干细胞 。 (2)为获得小鼠的胚胎干细胞,可将小鼠囊胚中的 取出,并用 处理使其分散成单个细胞进行培养,培养过程中大部分细胞会贴附在培养瓶的表面生长,这种现象称为 。 (3)用图中重组载体转化胚胎干细胞时,会出现PKU基因错误整合。错误整合时,载体的两个HSV-tk中至少会有一个与neor一起整合到染色体DNA上。已知含有neor的细胞具有G418的抗性,HSV-tk1、HSV-tk2的产物都能把DHPG转化成有毒物质而使细胞死亡。转化后的胚胎干细胞依次在含有G418及同时含有G418和DHPG的培养液中进行培养,在双重选择下存活下来的是 的胚胎干细胞,理由: 。 (4)将筛选得到的胚胎干细胞培育成小鼠,从个体生物学水平检测,若小鼠 ,说明PKU基因成功表达。 答案 (1)限制性核酸内切酶(或限制酶)和DNA连接酶 全能性强 (2)内细胞团 胰蛋白酶(或胶原蛋白酶) 细胞贴壁(或贴壁生长) (3)PKU基因正确整合(或PKU基因定点整合) 在含有G418的培养液中培养时,不含neor的细胞全部死亡,含有PKU基因的细胞可以存活下来;在含有G418和DHPG的培养液中培养时,错误整合的细胞因含HSV-tk而死亡 (4)不患苯丙酮尿症解析 本题涉及的学术情境为基因工程知识的迁移运用。(1)构建重组载体时,要用到基因的“剪刀”限制酶和基因的“针线”DNA连接酶。胚胎干细胞全能性强,可大量增殖,因此能作为转基因技术的,受体细胞。(2)胚胎干细胞来源于早期胚胎或原始性腺,可以从囊胚中的内细胞团得到。分散成单个细胞需要用到胰蛋白酶或胶原蛋白酶。在动物细胞培养过程中,会出现贴壁生长和接触抑制的现象。(3)根据题意可知,含标记基因neor的细胞具有抗G418的功能,因此不含neor的胚胎干细胞,不能在含有G418的培养液中生存;若基因错误整合,至少有一个HSV-tk与neor一起整合到染色体DNA中,形成含有HSV-tk和neor的胚胎干细胞,HSV-tk的产物能将DHPG转化为有毒物质而使胚胎干细胞死亡。则在含有G418的培养液中培养时,不含neor的细胞全部死亡,含有PKU基因的细胞可以存活下来;在含有G418和DHPG的培养液中培养时,错误整合的细胞因含HSV-tk而死亡。因此,经过双重选择存活下来的都是正确互换、整合成功的细胞。(4)转基因是否成功,最后还需要进行个体生物学水平上的检测,若小鼠没有表现出患苯丙酮尿症,即可说明PKU基因成功表达。
