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1、第十单元 现代生物科技专题第1讲 基因工程课时跟踪练1(2016全国卷)图(a)中的三个DNA片段上依次表示出了EcoR、BamH和Sau3A三种限制内切酶的识别序列与切割位点，图(b)为某种表达载体的示意图(载体上的EcoR、Sau3A的切点是唯一的)。图(a)图(b)根据基因工程的有关知识，回答下列问题：(1)经BamH酶切后得到的目的基因可以与上述表达载体被_酶切后的产物连接，理由是_。(2)若某人利用图(b)所示的表达载体获得了甲、乙、丙三种含有目的基因的重组子，如图(c)所示。这三种重组子中，不能在宿主细胞中表达目的基因产物的有_，不能表达的原因是_。甲乙 丙图(c)(3)DNA连接
2、酶是将两个DNA片段连接起来的酶，常见的有_和_，其中既能连接黏性末端又能连接平末端的是_。解析：(1)由题图可知，BamH 和Sau3A 两种限制性内切酶的共同识别序列是，二者切割可以形成相同的黏性末端，因此经BamH 酶切后得到的目的基因可以与图(b)所示表达载体被Sau3A 酶切后的产物连接。(2)在基因表达载体中，启动子应位于目的基因的首端，终止子应位于目的基因的尾端，这样基因才能顺利地转录，再完成翻译过程，即顺利表达。图中甲所示的目的基因插入在启动子的上游，丙所示目的基因插入在终止子的下游，二者的目的基因均不能被转录，因此目的基因不能表达。(3)常见的DNA连接酶有E.coliDNA
3、连接酶和T4DNA连接酶，其中T4DNA连接酶既能连接黏性末端又能连接平末端。答案：(1)Sau3A 两种酶切割后产生的片段具有相同的黏性末端(2)甲和丙甲中目的基因插入在启动子的上游，丙中目的基因插入在终止子的下游，二者的目的基因均不能被转录(其他合理答案均可)(3)E.coliDNA连接酶T4DNA连接酶T4DNA连接酶(其他合理答案均可)2(2015全国卷)HIV属于逆转录病毒，是艾滋病的病原体。回答下列问题：(1)用基因工程方法制备HIV的某蛋白(目的蛋白)时，可先提取HIV中的_，以其作为模板，在_的作用下合成_，获取该目的蛋白的基因，构建重组表达载体，随后导入受体细胞。(2)从受体
4、细胞中分离纯化出目的蛋白，该蛋白作为抗原注入肌体后，刺激机体产生的可与此蛋白结合的相应分泌蛋白是_，该分泌蛋白可用于检测受试者血清中的HIV，检测的原理是_。(3)已知某种菌导致的肺炎在健康人群中罕见，但是在艾滋病患者中却多发。引起这种现象的根本原因是HIV主要感染和破坏了患者的部分_细胞，降低了患者免疫系统的防卫功能。(4)人体的免疫系统有_癌细胞的功能。艾滋病患者由于免疫功能缺陷，易发生恶性肿瘤。解析：(1)HIV的遗传物质是RNA，所以要想获得相应的目的基因，应以HIV的RNA为模板，在逆转录酶的作用下合成cDNA(或DNA)。(2)目的蛋白注入机体后相当于抗原。在抗原的刺激下，机体进行
5、体液免疫，由浆细胞产生相应抗体(分泌蛋白)，由于该抗体能与目的蛋白(抗原)发生特异性结合，所以可通过抗体检测出有无目的蛋白，从而确定体内有无HIV。(3)HIV主要攻击人体的T(或T淋巴)细胞，从而降低机体免疫系统的防卫功能。(4)癌细胞在机体中属于抗原，人体的免疫系统能够监控和清除癌细胞。答案：(1)RNA逆转录酶cDNA(或DNA)(2)抗体抗原抗体特异性结合(3)T(或T淋巴)(4)监控和清除3(2015海南卷)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
6、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)由题意可知，前胰岛素原在细胞内经加工后成为胰岛素，人体合成
7、胰岛素的细胞是胰岛B细胞，所以合成前胰岛素原的细胞也是胰岛B细胞；合成胰高血糖素的细胞是胰岛A细胞。(2)根据胰岛素原的氨基酸序列，可设计并合成编码胰岛素原的DNA序列(即目的基因)；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人胰岛素原的基因工程菌。 (3)根据题意，培养液无抗原抗体反应，菌体有抗原抗体反应，所以用该工程菌进行工业发酵时，应从菌体中分离、纯化胰岛素原，经酶处理便可转变为胰岛素。 答案：(1)胰岛B细胞胰岛A细胞(2)DNA胰岛素原(3)菌体4(2014全国卷)植物甲具有极强的耐旱性，其耐旱性与某个基因有关。若从该植物中获得
8、该耐旱基因，并将其转移到耐旱性低的植物乙中，有可能提高后者的耐旱性。回答下列问题：(1)理论上，基因组文库含有生物的_基因；而cDNA文库中含有生物的_基因。(2)若要从植物甲中获得耐旱基因，可首先建立该植物的基因组文库，再从中_出所需的耐旱基因。(3)将耐旱基因导入农杆菌，并通过农杆菌转化法将其导入植物_的体细胞中，经过一系列的过程得到再生植株。要确认该耐旱基因是否在再生植株中正确表达，应检测此再生植株中该基因的_，如果检测结果呈阳性，再在田间试验中检测植株的_是否得到提高。(4)假如用得到的二倍体转基因耐旱植株自交，子代中耐旱与不耐旱植株的数量比为31时，则可推测该耐旱基因整合到了 _ (
9、填“同源染色体的一条上”或“同源染色体的两条上”)。解析：(1)基因组文库包含某种生物的全部基因，cDNA文库又称为部分基因文库，含有生物的部分基因。(2)植物甲基因组文库中有该种植物的全部基因，从中可筛选出耐旱基因。(3)植物乙的耐旱性低，所以植物乙体细胞作为受体细胞；要确定耐旱基因是否正确表达，应检测该基因的表达产物，对于个体水平的检测，应在干旱的田间进行试验，检测植物乙耐旱性是否得到了提高。(4)将耐旱基因看作A，不耐旱基因看作a，AaAa耐旱与不耐旱数量比为31，则耐旱基因整合到了同源染色体的一条上。答案：(1)全部部分(2)筛选(其他合理答案也可) (3)乙表达产物(其他合理答案也可
10、) 耐旱性(4)同源染色体的一条上5(2016海南卷)基因工程又称为DNA重组技术，回答相关问题：(1)在基因工程中，获取目的基因主要有两大途径，即_和从_中分离。(2)利用某植物的成熟叶片为材料，同时构建cDNA文库和基因组文库，两个文库相比，cDNA文库中含有的基因数目比基因组文库中的少，其原因是_。(3)在基因表达载体中，启动子是_聚合酶识别并结合的部位。若采用原核生物作为基因表达载体的受体细胞，最常用的原核生物是_。(4)将目的基因通过基因枪法导入植物细胞时，常用的携带目的基因的金属颗粒有_和_颗粒。解析：(1)获取目的基因主要有两大途径，即人工合成和从自然界已有的物种中分离。(2)植
11、物的成熟叶片中基因选择性表达，因此由所有RNA逆转录形成的cDNA文库中只含有叶细胞已转录(或已表达)的基因，而基因组文库中含有该植物的全部基因。(3)在基因表达载体中，启动子是RNA聚合酶识别并结合的部位。采用原核生物作为基因表达载体的受体细胞，由于易于培养，最常选用大肠杆菌(或细菌)。(4)将目的基因通过基因枪法导入植物细胞时，常用的携带目的基因的金属颗粒有金粉和钨粉颗粒。答案：(1)人工合成生物材料(2)cDNA文库中只含有叶细胞已转录(或已表达)的基因，而基因组文库中含有该植物的全部基因(3)RNA大肠杆菌(或答细菌)(4)金粉钨粉6(2014海南卷)下图是将某细菌的基因A导入大肠杆菌
12、内，制备“工程菌”的示意图。据图回答：(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、三磷酸腺苷和耐热性的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Ca2处理D，其目的是：_。解析：(1)利用逆转录法合成目的基因
13、的过程是：以mRNA为模板，在逆转录酶的催化作用下合成单链DNA，然后在DNA聚合酶作用下，合成双链DNA分子；根据蛋白质工程合成目的基因的过程是：根据目标蛋白质的氨基酸序列，推测相应的mRNA序列，然后按照碱基互补配时原则，推测DNA中脱氧核苷酸的排列顺序，通过化学方法合成。(2)PCR过程中需要酶、底物、模板、引物和能量等条件。(3)目的基因和运载体结合，形成重组DNA(基因表达载体)。(4)在利用大肠杆菌作受体细胞时，需要先用Ca2处理，使之成为感受态细胞，有利于其吸收重组DNA分子。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(重组载体或基因表达载
14、体)(4)提高受体细胞的转化率7(2017衡水高三联考)埃博拉病毒(EBOV)是一种能引起人类和灵长类动物发生埃博拉出血热(EBHF)的烈性病毒，利用相应的生物学技术制备出抗EBOV的单克隆抗体，可快速检测EBOV。请回答下列问题：(1)方法一：给小鼠注射纯化的EBOV蛋白，一段时间后，从小鼠的_中获取浆细胞，将获得的浆细胞与小鼠的_细胞融合，再经过至少_次筛选、检测，最终可获得所需的杂交瘤细胞。(2)方法二：科学家从细胞中分离出无限增殖基因(prG)，可将prG基因导入能产生抗EBOV抗体的小鼠浆细胞中，导入prG基因的浆细胞具有_的特点。(3)以上两种方法获得的杂交瘤细胞或带有prG基因的
15、浆细胞，可在_的环境、营养、适宜的_和一定的气体环境等条件下进行体外培养，以便源源不断的产生抗EBOV的单克隆抗体。(4)方法二中，若用PCR扩增方法获取目的基因，则需要用到_酶，该方法能够成功获取目的基因的前提是_，以便合成引物。解析：(1)给小鼠注射抗原一段时间后，可从小鼠的脾脏中获得浆细胞，浆细胞和小鼠骨髓瘤细胞融合，第一次筛选出杂交瘤细胞，第二次筛选出能产生特异性抗体的杂交瘤细胞。(2)将能无限增殖的prG基因导入浆细胞，由于prG基因具有调控细胞无限增殖的功能，因此得到的浆细胞既能无限增殖，又能产生特异性抗体。(3)以上两种方法获得的杂交瘤细胞或带有prG基因的浆细胞，可在无菌、无毒
16、的环境、营养、适宜的温度和pH、一定的气体环境等条件下进行体外培养，以便源源不断的产生抗EBOV的单克隆抗体。(4)体外扩增prG基因可采用PCR技术，其中需要热稳定DNA聚合酶(Taq酶)。该方法能够成功获取目的基因的前提是已知目的基因的一段序列，以便合成引物。答案：(1)脾脏骨髓瘤两(2)既能无限增殖，又能产生抗EBOV的(特异性或专一性或所需的)抗体(3)无菌、无毒温度和pH(4)耐高温的DNA聚合(或“Taq”)要有一段已知目的基因的核苷酸序列8植物的抗旱机制很大程度上依赖植物激素脱落酸。2016年2月，中、美两国科学家宣布发现了PYL9蛋白(脱落酸的一种受体蛋白)，利用转基因技术实现
17、了启动子pRD29A控制PYL9过量表达，让水稻自身产生大量PYL9蛋白，显著提高了其抗旱性。请回答：(1)已知PYL9蛋白的氨基酸序列，培育转基因抗旱水稻可用_法来获得PYL9基因。(2)一个PYL9基因进行扩增最简便的方法是使用_技术，如果这个过程中消耗了引物62个，则进行了_轮的DNA复制。(3)科学家通过农杆菌转化法成功培育了该转基因水稻。构建的基因表达载体上除了如下图示标注外，还必须含有_，所填充的这些序列_(需要/不需要)全部转入到农杆菌Ti质粒的TDNA区域。(4)导入目的基因的重组细胞可通过_技术培育成完整植株。(5)检测水稻细胞是否含有PYL9基因的分子工具是_。从个体水平上
18、检测转基因水稻是否有抗性及抗性程度的方法是_。解析：(1)已知PYL9蛋白的氨基酸序列，可以推测基因的脱氧核苷酸序列，因此培育转基因抗旱水稻可用人工合成方法来获得目的基因。(2)一个PYL9基因进行扩增最简便的方法是使用PCR技术。第一轮：1个DNA含2条脱氧核苷酸链复制得2个DNA 4条脱氧核苷酸链消耗2个引物；第二轮：2个DNA含4条脱氧核苷酸链复制得4个DNA 8条脱氧核苷酸链消耗(222)226个引物；第三轮：4个DNA含8条脱氧核苷酸链复制得8个DNA16条脱氧核苷酸链消耗(232)2214个引物；第四轮：8个DNA含16条脱氧核苷酸链复制得16个DNA32条脱氧核苷酸链消耗(242
19、)2230个引物；第五轮：16个DNA含32条脱氧核苷酸链复制得32个DNA64条脱氧核苷酸链消耗(252)2262个引物。(3)基因表达载体的组成包括目的基因(PYL9基因)、标记基因、复制原点、启动子和终止子等。使用农杆菌转化法培育该转基因水稻时，需要将目的基因转入到农杆菌Ti质粒的TDNA区域，之后才可以转移到水稻细胞的染色体上。(4)导入目的基因的重组细胞培育成完整植株，所用的技术是植物组织培养技术，这一过程体现了植物细胞的全能性。(5)检测目的基因是否导入受体细胞常用DNA分子杂交技术，该方法常用的分子工具是DNA分子探针；从个体水平上检测转基因水稻是否有抗性及抗性程度的方法是将转基
20、因水稻植株分别种植在干旱程度(或含水量)不同的田地里(观察其生长状况以检测其是否有抗性及抗性程度)。答案：(1)人工合成(2)PCR 5(3)启动子pRD29A、PYL9基因、终止子需要(4)植物组织培养(5)DNA分子探针/基因探针将转基因水稻植株分别种植在干旱程度(或含水量)不同的田地里(观察其生长状况以检测其是否有抗性及抗性程度)9(2018泰安一模)种猪成功率较低，该现象与早期胚胎细胞的异常凋亡有关。Bcl2基因是细胞凋亡抑制基因，用PCR技术可检测出该基因的转录水平，进而了解该基因与不同胚胎时期细胞凋亡的关系。克隆猪的培育及该基因转录水平检测流程如图，图中a、b、c、d分别代表流程中
21、某过程。请回答：(1)图中重组细胞的细胞核来自_细胞。a过程采用的技术手段称做_技术。(2)b过程所用的培养液与植物组织的培养基从成分上主要区别是前者必须含有_；c过程表示_。(3)d过程需要_酶的催化。从基因组数据库中查询Bcl2mRNA的核苷酸序列，以便根据这一序列设计合成2种_用于PCR扩增，除此以外在PCR反应体系中还应包含的主要成分有扩增缓冲液、水、4种脱氧核苷酸、模板DNA以及_，PCR扩增过程第一轮循环的模板是_。(4)若cDNA经PCR技术n次扩增后检测出中Bcl2cDNA的分子数为m，则总mRNA中Bcl2mRNA的分子数为_，从而说明不同胚胎时期Bcl2基因的转录水平及其与
22、细胞凋亡的关系。解析：(1)图中a过程采用的技术手段是体细胞核移植技术，即把良种猪的体细胞的细胞核移入去核的卵母细胞中，构建一个新的重组细胞。(2)动物细胞培养的培养液与植物组织培养的培养基的主要区别是动物细胞培养液中需要加入动物血清等天然成分。c表示胚胎移植过程。(3)由以上分析可知d表示逆转录过程。PCR技术需要2种引物，PCR技术是在高温条件下进行的，因此还需要热稳定DNA聚合酶(Taq酶)。扩增第一轮循环的模板是Bcl2cDNA。(4)cDNA是由mRNA逆转录形成的，cDNA经PCR技术n次扩增后可形成2n个子代DNA分子，转录是以DNA分子的一条链为模板合成RNA的过程，因此总的mRNA的数目也为2n，若检测出其中Bcl2cDNA的分子数为m，则Bcl2mRNA的分子数也为m，总mRNA中Bcl2mRNA的分子数为，从而说明不同胚胎时期Bcl2基因的转录水平及其与细胞凋亡的关系。答案：(1)体体细胞核移植(2)动物(猪)血清胚胎移植(3)逆转录引物Taq酶(热稳定DNA聚合酶)Bcl2cDNA(4)