2019高考生物三輪沖刺 大題提分 大題精做13 基因工程(含解析)
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1、基因工程 精選大題 例:(2018全國卷II)某種熒光蛋白(GFP)在紫外光或藍(lán)光激發(fā)下會(huì)發(fā)出綠色熒光,這一特性可用于檢測(cè)細(xì)胞中目的基因的表達(dá)。某科研團(tuán)隊(duì)將某種病毒的外殼蛋白(L1)基因連接在GFP基因的5′末端,獲得了L1-GFP融合基因(簡(jiǎn)稱為甲),并將其插入質(zhì)粒P0,構(gòu)建了真核表達(dá)載體P1,其部分結(jié)構(gòu)和酶切位點(diǎn)的示意圖如下,圖中E1~E4四種限制酶產(chǎn)生的黏性末端各不相同。 回答下列問題: (1)據(jù)圖推斷,該團(tuán)隊(duì)在將甲插入質(zhì)粒P0時(shí),使用了兩種限制酶,這兩種酶是_________。使用這兩種酶進(jìn)行酶切是為了保證_______________,也是為了保證______
2、____________。 (2)將P1轉(zhuǎn)入體外培養(yǎng)的牛皮膚細(xì)胞后,若在該細(xì)胞中觀察到了綠色熒光,則說明L1基因在牛的皮膚細(xì)胞中完成了________和_________過程。 (3)為了獲得含有甲的牛,該團(tuán)隊(duì)需要做的工作包括:將能夠產(chǎn)生綠色熒光細(xì)胞的_____________移入牛的____________中、體外培養(yǎng)、胚胎移植等。 (4)為了檢測(cè)甲是否存在于克隆牛的不同組織細(xì)胞中,某同學(xué)用PCR方法進(jìn)行鑒定。在鑒定時(shí)應(yīng)分別以該牛不同組織細(xì)胞中的____________(填“mRNA”“總RNA”或“核DNA”)作為PCR模板。 【答案】(1)E1和E4 甲的完整甲與載體正確連接
3、 (2)轉(zhuǎn)錄翻譯 (3)細(xì)胞核去核卵母細(xì)胞 (4)核DNA 【解析】(1)要保證目的基因在受體細(xì)胞中能夠正確表達(dá),目的基因的首端應(yīng)有啟動(dòng)子,尾端應(yīng)有終止子。甲是將某種病毒的外殼蛋白(L1)基因連接在GFP基因的5ˊ末端而獲得的L1-GFP融合基因,據(jù)此結(jié)合題意并分析圖示可知:該團(tuán)隊(duì)在將甲插入質(zhì)粒P0時(shí),如果用E2或E3,則目的基因不完整,而使用E1和E4這兩種限制酶進(jìn)行酶切保證了甲的完整,而且也保證了甲與載體正確連接,因此,使用的兩種限制酶,是E1和E4。(2)構(gòu)建的真核表達(dá)載體P1中含有GFP基因,而GFP基因的表達(dá)產(chǎn)物“某種熒光蛋白(GFP)”在紫外光或藍(lán)光激發(fā)下會(huì)發(fā)出綠色熒光。若在
4、導(dǎo)入P1的牛皮膚細(xì)胞中觀察到了綠色熒光,則說明L1基因在牛的皮膚細(xì)胞中完成了表達(dá)。基因的表達(dá)過程包括轉(zhuǎn)錄和翻譯。(3)若要獲得含有甲的牛,可采用核移植技術(shù),即將能夠產(chǎn)生綠色熒光細(xì)胞的細(xì)胞核移入牛的去核卵母細(xì)胞中獲得重組細(xì)胞,并將該重組細(xì)胞在體外培養(yǎng)成重組胚胎,再經(jīng)過胚胎移植等獲得含有甲的牛。(4)PCR是多聚酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的縮寫,是一種在生物體外復(fù)制特定DNA片斷的核酸合成技術(shù)。若利用PCR方法檢測(cè)甲是否存在于克隆牛的不同組織細(xì)胞中,則應(yīng)分別以該牛不同組織細(xì)胞中的核DNA作為PCR模板。 模擬精做 1.(2018屆黑龍江省普通高等學(xué)校招生全國統(tǒng)一考試仿真模擬(十))馬鈴薯含有豐富的淀粉
5、、氨基酸、多種維生素和無機(jī)鹽,是種植廣泛的農(nóng)作物。侵染病毒后導(dǎo)致產(chǎn)量大幅下降,培育脫毒和抗毒的馬鈴薯品種是提高產(chǎn)量的有效方法。請(qǐng)回答下列問題: (1)利用馬鈴薯的莖尖進(jìn)行離體培養(yǎng)可以獲得脫毒苗,原因在于____________________,該過程依據(jù)的原理是_________________________________。 (2)為獲得抗病毒的馬鈴薯植株,往往采用轉(zhuǎn)基因技術(shù),將病毒復(fù)制酶基因轉(zhuǎn)移到馬鈴薯體內(nèi)。其過程大致如圖所示: ①構(gòu)建基因表達(dá)載體過程中需要用__________(酶)處理。目的基因轉(zhuǎn)錄過程中,__________能使轉(zhuǎn)錄在所需要的地方停止下來。 ②將目的基因
6、導(dǎo)入馬鈴薯細(xì)胞使用了__________法,要用__________處理土壤農(nóng)桿菌,使之轉(zhuǎn)變?yōu)楦惺軕B(tài),然后將它們?cè)诰彌_液中混合培養(yǎng)以完成轉(zhuǎn)化過程。 ③目的基因?qū)腭R鈴薯細(xì)胞后,是否可以穩(wěn)定維持和表達(dá),要通過檢測(cè)與鑒定,馬鈴薯的DNA上是否插入了目的基因的檢測(cè)方法是____________________。 (3)生產(chǎn)上常將上述轉(zhuǎn)基因作物與非轉(zhuǎn)基因作物混合播種,其目的是降低病毒的__________基因頻率的增長(zhǎng)速率。 【答案】(1)莖尖病毒極少甚至無病毒(植物)細(xì)胞具有全能性 (2)①限制酶(或限制性核酸內(nèi)切酶)和DNA連接酶終止子②農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化Ca2+③DNA分子雜交技術(shù) (3)抗性
7、 【解析】(1)馬鈴薯莖尖病毒極少甚至無病毒,可以用來培養(yǎng)脫毒苗,植物組織培養(yǎng)依據(jù)的原理是植物細(xì)胞的全能性。(2)①構(gòu)建基因表達(dá)載體,需要的工具酶有限制性核酸內(nèi)切酶和DNA連接酶,基因表達(dá)載體中的終止子使轉(zhuǎn)錄在所需要的地方停止下來。②將外源基因?qū)胫参矬w內(nèi)用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法,用Ca2+處理土壤農(nóng)桿菌,使之轉(zhuǎn)變?yōu)楦惺軕B(tài),使外源基因容易導(dǎo)入。③DNA上是否插入了目的基因的檢測(cè)方法是DNA分子雜交技術(shù)。(3)轉(zhuǎn)基因作物與非轉(zhuǎn)基因作物混合播種,可降低抗性作物對(duì)害蟲的選擇性,使害蟲種群中的抗性基因頻率增長(zhǎng)率減慢。 2.(2019屆河南省洛陽市高三上學(xué)期尖子生第一次聯(lián)考)科研人員利用胚胎干細(xì)胞(ES細(xì)胞)
8、對(duì)干擾素基因缺失小鼠進(jìn)行基因治療,其技術(shù)流程如下圖。請(qǐng)回答相關(guān)問題: (1)過程①獲得重組胚胎之前,需要通過____________技術(shù)獲得重組細(xì)胞。 (2)將基因?qū)隕S細(xì)胞而不是導(dǎo)入到上皮細(xì)胞,是因?yàn)開_________________。 (3)步驟③中,需要構(gòu)建含有干擾素基因的__________。由于DNA復(fù)制時(shí),子鏈只能由5′向 3′方向延伸,故構(gòu)建前利用PCR技術(shù)擴(kuò)增干擾素基因時(shí),可以從圖2中A、B、C、D四種單鏈DNA片段中選取_______________作為引物。對(duì)干擾素基因片段和質(zhì)粒進(jìn)行酶切時(shí),可選用限制酶的組合為________________或________
9、_______。 (4)將步驟③獲得的ES細(xì)胞在熒光顯微鏡下觀察,選擇發(fā)___________色熒光的細(xì)胞進(jìn)行體外誘導(dǎo)。為檢測(cè)干擾素基因是否表達(dá),可以采用_____________的方法。 【答案】(1)核移植 (2)ES細(xì)胞具有發(fā)育的全能性 (3)基因表達(dá)載體B和CHindⅢ和PstⅠEcoRⅠ和PstⅠ (4)綠抗原-抗體雜交 【解析】 (1) 圖1是利用胚胎干細(xì)胞(ES 細(xì)胞)對(duì)干擾素基因缺失小鼠進(jìn)行基因治療的流程,其中過程①采用了動(dòng)物細(xì)胞核移植技術(shù)。(2) 圖1中的ES細(xì)胞是取自于囊胚期的內(nèi)細(xì)胞團(tuán)。ES細(xì)胞在功能上具有發(fā)育的全能性,體外誘導(dǎo)ES細(xì)胞可以使其向不同方向分化,所
10、以將目的基因?qū)隕S細(xì)胞而不是上皮細(xì)胞。(3) 步驟③是將干擾素基因(目的基因)導(dǎo)入ES細(xì)胞中,在導(dǎo)入之前需要構(gòu)建含有干擾素基因的基因表達(dá)載體。因DNA復(fù)制時(shí),子鏈總是從5′向 3′方向延伸,子鏈與模板鏈反向平行,所以利用PCR技術(shù)擴(kuò)增干擾素基因時(shí),可以從圖2的A、B、C、D四種單鏈DNA片段中選取B和C片段作為引物。由圖2可以看出,用限制酶SmaⅠ切割會(huì)破壞干擾素基因,為將完整的干擾素基因切割下來,需要利用限制酶組合HindⅢ和 PstⅠ或 EcoRⅠ和 PstⅠ切割干擾素基因的兩端,這樣也可以使如圖3所示質(zhì)粒上保留一個(gè)完整的標(biāo)記基因,即綠色熒光蛋白基因。(4) 綜上分析,在構(gòu)建的重組質(zhì)粒上
11、,紅色熒光蛋白基因的結(jié)構(gòu)已經(jīng)被破壞,但綠色熒光蛋白基因的結(jié)構(gòu)完整,因此將步驟③獲得的 ES 細(xì)胞在熒光顯微鏡下觀察,應(yīng)選擇只發(fā)綠色熒光的細(xì)胞進(jìn)行體外誘導(dǎo)。為檢測(cè)干擾素基因是否表達(dá),需采用抗原-抗體雜交技術(shù),若有雜交帶出現(xiàn),表明干擾素基因已經(jīng)成功表達(dá)。 3.(2019屆河南省示范性高中高三上學(xué)期期終考試)馬鈴薯是全球第四大重要的糧食作物,僅次于小麥、水稻和玉米。近年來對(duì)馬鈴薯育種的研究越來越多。請(qǐng)回答下列問題 (1)馬鈴薯在無性繁殖過程中感染的病毒易傳播給后代,從而影響后代的產(chǎn)量和品質(zhì),可采用___________技術(shù)來脫除病毒,原因是____________________________
12、_____。 (2)科學(xué)家常采用___________法將控制HPV-16病毒(人宮頸癌病毒)外殼蛋白合成的基因?qū)腭R鈴薯細(xì)胞,培育出可生產(chǎn)的且抗該病毒的轉(zhuǎn)基因馬鈴薯,人食用后可獲得抗性。若要使目的基因在受體細(xì)胞中表達(dá),需要構(gòu)建基因表達(dá)載體而不能直接將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞,原因是______________________、______________________。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),該轉(zhuǎn)基因馬鈴薯經(jīng)烹煮后抗病毒效果較差,分析其原因可能是 。 (3)轉(zhuǎn)基因食品的安全性備受關(guān)注,若要確定某食品是不是轉(zhuǎn)基因生物或是通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)加工而成的,可以從______________________、___
13、___________________等方面進(jìn)行檢測(cè)。 【答案】(1)莖尖組織培養(yǎng)植物分生區(qū)附近如莖尖的病毒極少,甚至無病毒 (2)農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化目的基因無復(fù)制原點(diǎn)目的基因無表達(dá)所需的啟動(dòng)子烹煮時(shí),高溫破壞了病毒外殼蛋白的空間結(jié)構(gòu),使其抗病毒的功能喪失 (3)檢測(cè)其是否含有外源基因或DNA 檢測(cè)其是否含有外源基因表達(dá)的蛋白質(zhì) 【解析】(1)根據(jù)分析可知,馬鈴薯莖尖病毒極少甚至無病毒,因此可將馬鈴薯莖尖接種在培養(yǎng)基中,經(jīng)過組織培養(yǎng)獲得脫毒苗。(2)馬鈴薯為雙子葉植物,將目的基因?qū)腚p子葉植物細(xì)胞常用的方法為農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法。啟動(dòng)子位于基因的首端,它是RNA聚合酶結(jié)合和識(shí)別的部位,有了它才能
14、啟動(dòng)基因轉(zhuǎn)錄,由于目的基因無復(fù)制原點(diǎn)、無表達(dá)所需的啟動(dòng)子,故需要將目的基因與運(yùn)載體結(jié)合構(gòu)建形成基因表達(dá)載體,然后再導(dǎo)入受體細(xì)胞。由于目的基因表達(dá)的產(chǎn)物是病毒外殼蛋白,烹煮時(shí),高溫破壞了病毒外殼蛋白的空間結(jié)構(gòu),使其抗病毒的功能喪失,故該轉(zhuǎn)基因馬鈴薯經(jīng)烹煮后抗病毒效果較差。(3)基因工程是將外源基因?qū)胧荏w細(xì)胞并在細(xì)胞內(nèi)表達(dá)的過程。若要確定某食品是不是轉(zhuǎn)基因生物或是通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)加工而成的,可以檢測(cè)其是否含有外源基因或DNA以及檢測(cè)其是否含有外源基因表達(dá)的蛋白質(zhì)等方面進(jìn)行檢測(cè)。 4.(2019屆安徽省蕪湖市高三上學(xué)期期末考試)國際水稻研究所人員從產(chǎn)量低的耐淹水稻中找到一種耐淹基因,將其移入到高產(chǎn)
15、熱帶水稻中,終于培育出耐淹的高產(chǎn)水稻品系,其產(chǎn)量比高產(chǎn)熱帶水稻產(chǎn)量還要高。耐淹基因移入的方法可通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)實(shí)現(xiàn)。請(qǐng)回答下列相關(guān)問題: (1)為培育耐淹的高產(chǎn)水稻品系,應(yīng)需將耐淹基因進(jìn)行體外擴(kuò)增。在PCR反應(yīng)體系中加入了熱穩(wěn)定DNA聚合酶、引物等,還加入耐淹基因作為___________,加入___________作為合成DNA的原料。 (2)質(zhì)粒常被用作運(yùn)載體,因?yàn)橘|(zhì)粒具有___________(答2點(diǎn)即可)。構(gòu)建耐淹基因的質(zhì)粒表達(dá)載體時(shí),常用不同的限制酶對(duì)耐淹基因和質(zhì)粒進(jìn)行切割,目的是___________。 (3)根據(jù)耐淹基因表達(dá)的蛋白質(zhì),研究人員通過對(duì)它的氨基酸序列設(shè)計(jì)并人工合成
16、耐淹基因。與水稻的耐淹基因相比,人工合成的耐淹基因在結(jié)構(gòu)上缺少了___________。雖然兩種基因轉(zhuǎn)錄的產(chǎn)物不同,但最終表達(dá)出相同的蛋白質(zhì),可能原因是___________。 (4)蛋白質(zhì)工程中,要對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)改造,必須通過基因修飾或基因合成來完成,而不直接改造蛋白質(zhì)的原因是___________。 【答案】(1)模板 dNTP(dATP、dTTP、dGTP、dCTP) (2)能在宿主細(xì)胞內(nèi)復(fù)制并穩(wěn)定存在;具有多個(gè)限制酶切位點(diǎn),方便剪切;具有標(biāo)記基因,便于檢測(cè)和篩選減少耐淹基因及質(zhì)粒的自身環(huán)化、增大耐淹基因正向(正確)連接的概率 (3)啟動(dòng)子、終止子和內(nèi)含子
17、密碼子具有簡(jiǎn)并性 (4)改造基因易于操作且改造后能夠遺傳 【解析】 (1)利用PCR技術(shù)在體外擴(kuò)增耐淹基因(目的基因)時(shí),在PCR反應(yīng)體系中除了加入熱穩(wěn)定DNA聚合酶、引物等外,還加入耐淹基因作為模板,加入dNTP(dATP、dTTP、dGTP、dCTP) 作為合成DNA的原料。(2) 質(zhì)粒被用作運(yùn)載體,應(yīng)具備的條件有:能在宿主細(xì)胞內(nèi)復(fù)制并穩(wěn)定存在;具有多個(gè)限制酶切位點(diǎn),方便剪切;具有標(biāo)記基因,便于檢測(cè)和篩選。構(gòu)建耐淹基因的質(zhì)粒表達(dá)載體時(shí),用不同的限制酶對(duì)耐淹基因和質(zhì)粒進(jìn)行切割,可以減少耐淹基因及質(zhì)粒的自身環(huán)化、使耐淹基因定向連接到質(zhì)粒上,以增大耐淹基因正向(正確)連接的概率。(3) 與水稻的耐淹基因相比,根據(jù)耐淹基因表達(dá)的蛋白質(zhì)的氨基酸序列推測(cè)出的mRNA分子中,缺乏與基因中的啟動(dòng)子、終止子和內(nèi)含子相對(duì)應(yīng)的堿基序列,據(jù)此設(shè)計(jì)并人工合成的耐淹基因在結(jié)構(gòu)上缺少了啟動(dòng)子、終止子和內(nèi)含子。由于密碼子具有簡(jiǎn)并性,雖然兩種基因轉(zhuǎn)錄的產(chǎn)物不同,但最終能夠表達(dá)出相同的蛋白質(zhì)。(4)由于直接改造的蛋白質(zhì)不能遺傳,而改造基因易于操作且改造后能夠遺傳,所以在蛋白質(zhì)工程中,要對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)改造,必須通過基因修飾或基因合成來完成,而不直接改造蛋白質(zhì)。 5
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