知識點19 現(xiàn)代生物科技專題1. (2017·江蘇高考·T11)牛雄性胚胎中存在特異性H-Y抗原,可在牛早期胚胎培養(yǎng)液中添加H-Y單克隆抗體,篩選胚胎進行移植,以利用乳腺生物反應器進行生物制藥。下列相關(guān)敘述正確的是()A.H-Y單克隆抗體由骨髓瘤細胞分泌B.應選用原腸胚做雌雄鑒別C.鑒別后的雄性胚胎可直接做胚胎移植D.用H-Y抗原免疫母牛可獲得相應抗體【解析】選D。H-Y單克隆抗體一般是用骨髓瘤細胞和B淋巴細胞相融合形成的雜交瘤細胞來制備,A項錯誤;早期胚胎細胞分化程度低、全能性高,應選用囊胚的滋養(yǎng)層做雌雄鑒別,B項錯誤;進行胚胎移植應選用雌性胚胎,C項錯誤;用H-Y抗原免疫母牛,該母?？梢援a(chǎn)生相應的抗體抵御H-Y抗原,D項正確。2. (2017·江蘇高考·T14)下列關(guān)于小鼠體外受精及胚胎發(fā)育的敘述,錯誤的是()A.精子在獲能液中于37、5% CO2條件下培養(yǎng)的目的是使精子獲能B.小鼠在特定光控周期條件下飼養(yǎng),注射相關(guān)激素有促進超數(shù)排卵的作用C.分割的胚胎細胞有相同的遺傳物質(zhì),因此發(fā)育成的個體沒有形態(tài)學差異D.注射到囊胚腔中的胚胎干細胞可以參與個體器官的發(fā)育【解析】選C。在37、5% CO2條件下,精子在獲能液中培養(yǎng)是為了使精子獲能,獲能后的精子才有受精能力,A項正確;小鼠在特定光控周期條件下飼養(yǎng),并注射促性腺激素,可以促進排卵(或超數(shù)排卵),B項正確;分割的胚胎細胞有相同的遺傳物質(zhì),但是遺傳物質(zhì)在發(fā)育過程中可能有差異性的表達,所以發(fā)育成的個體可能有形態(tài)學差異,C項錯誤;注射到囊胚腔中的胚胎干細胞因為具有發(fā)育的全能性,且有滋養(yǎng)層為其提供營養(yǎng),可以參與個體器官的發(fā)育,D項正確。3. (2017·北京高考·T5)為了增加菊花花色類型,研究者從其他植物中克隆出花色基因C(圖1),擬將其與質(zhì)粒(圖2)重組,再借助農(nóng)桿菌導入菊花中。下列操作與實驗目的不符的是()A.用限制性核酸內(nèi)切酶EcoR和連接酶構(gòu)建重組質(zhì)粒B.用含C基因的農(nóng)桿菌侵染菊花愈傷組織,將C基因?qū)爰毎鸆.在培養(yǎng)基中添加卡那霉素,篩選被轉(zhuǎn)化的菊花細胞D.用分子雜交方法檢測C基因是否整合到菊花染色體上【解析】選C。據(jù)題干和題圖分析可知,C基因為目的基因,其兩側(cè)含有EcoR限制性核酸內(nèi)切酶的切割位點,質(zhì)粒中也有EcoR限制性核酸內(nèi)切酶的切割位點,因此可以用限制性核酸內(nèi)切酶EcoR和連接酶構(gòu)建重組質(zhì)粒,A項正確;用含C基因的農(nóng)桿菌侵染菊花愈傷組織,C基因隨著農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)移到受體細胞中,B項正確;由于質(zhì)粒中含有潮霉素抗性基因,不含卡那霉素抗性基因,在添加卡那霉素的培養(yǎng)基中不能篩選出被轉(zhuǎn)化的菊花細胞,C項錯誤;應用標記的DNA探針和C基因雜交,即分子雜交方法檢測C基因是否整合到菊花染色體上,D項正確。4.(2017·全國卷甲·T38)幾丁質(zhì)是許多真菌細胞壁的重要成分,幾丁質(zhì)酶可催化幾丁質(zhì)水解。通過基因工程將幾丁質(zhì)酶基因轉(zhuǎn)入植物體內(nèi),可增強其抗真菌病的能力?；卮鹣铝袉栴}:(1)在進行基因工程操作時,若要從植物體中提取幾丁質(zhì)酶的mRNA,常選用嫩葉而不選用老葉作為實驗材料,原因是。提取RNA時,提取液中需添加RNA酶抑制劑,其目的是。(2)以mRNA為材料可以獲得cDNA,其原理是。(3)若要使目的基因在受體細胞中表達,需要通過質(zhì)粒載體而不能直接將目的基因?qū)胧荏w細胞,原因是(答出兩點即可)。(4)當幾丁質(zhì)酶基因和質(zhì)粒載體連接時,DNA連接酶催化形成的化學鍵是。(5)若獲得的轉(zhuǎn)基因植株(幾丁質(zhì)酶基因已經(jīng)整合到植物的基因組中)抗真菌病的能力沒有提高,根據(jù)中心法則分析,其可能的原因是。【解析】(1)嫩葉相對于老葉,細胞壁較薄,較易破碎,容易提取幾丁質(zhì)酶的mRNA;由于RNA酶可降解RNA,提取RNA時,提取液中應添加RNA酶抑制劑,以防止所提取的RNA降解。(2)以mRNA為模板、4種脫氧核苷酸為原料,在逆轉(zhuǎn)錄酶的作用下,按照堿基互補配對原則,mRNA可通過逆轉(zhuǎn)錄合成cDNA。(3)目的基因中缺乏表達所需要的復制原點、啟動子等,而質(zhì)粒載體中含有,為了使目的基因在受體細胞中表達,應將目的基因與質(zhì)粒載體形成重組質(zhì)粒,導入受體細胞。(4)DNA連接酶可將同種限制酶切割產(chǎn)生的末端連接起來,恢復被限制酶切開的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵。(5)幾丁質(zhì)酶基因整合到植物基因組中,但植物抗真菌病的能力沒有提高,說明幾丁質(zhì)酶基因在植物細胞中未表達。依據(jù)中心法則可知,基因表達包括轉(zhuǎn)錄和翻譯兩個過程,可能是目的基因的轉(zhuǎn)錄或翻譯過程異常導致目的基因在受體細胞中未表達,進而導致植物抗真菌病的能力沒有提高。答案:(1)嫩葉組織細胞易破碎防止RNA降解(2)在逆轉(zhuǎn)錄酶的作用下,以mRNA為模板按照堿基互補配對的原則可以合成cDNA(3)目的基因無復制原點;目的基因無表達所需的啟動子(4)磷酸二酯鍵(5)目的基因的轉(zhuǎn)錄或翻譯異常5.(2017·全國卷乙·T38)真核生物基因中通常有內(nèi)含子,而原核生物基因中沒有,原核生物沒有真核生物所具有的切除內(nèi)含子對應的RNA序列的機制。已知在人體中基因A(有內(nèi)含子)可以表達出某種特定蛋白(簡稱蛋白A)。回答下列問題:(1)某同學從人的基因組文庫中獲得了基因A,以大腸桿菌作為受體細胞卻未得到蛋白A,其原因是。(2)若用家蠶作為表達基因A的受體,在噬菌體和昆蟲病毒兩種載體中,不選用 作為載體,其原因是。(3)若要高效地獲得蛋白A,可選用大腸桿菌作為受體。因為與家蠶相比,大腸桿菌具有(答出兩點即可)等優(yōu)點。(4)若要檢測基因A是否翻譯出蛋白A,可用的檢測物質(zhì)是(填“蛋白A的基因”或“蛋白A的抗體”)。(5)艾弗里等人的肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗為證明DNA是遺傳物質(zhì)做出了重要貢獻,也可以說是基因工程的先導。如果說他們的工作為基因工程理論的建立提供了啟示,那么,這一啟示是?！窘馕觥勘绢}主要考查了基因工程的相關(guān)知識。(1)人體基因A有內(nèi)含子,將獲得的基因A導入大腸桿菌中,經(jīng)過轉(zhuǎn)錄得到含有內(nèi)含子的mRNA,因為大腸桿菌沒有真核生物所具有的切除內(nèi)含子對應的RNA序列的機制。內(nèi)含子部分對應的mRNA序列阻斷了蛋白A的合成。(2)若用家蠶作為表達基因A的受體,選用昆蟲病毒作為載體,不選用噬菌體作載體的原因是噬菌體的宿主細胞是細菌,噬菌體不能侵染家蠶。(3)大腸桿菌是原核生物,原核生物作為受體細胞,有以下優(yōu)點:結(jié)構(gòu)簡單、繁殖速度快、容易培養(yǎng)等。(4)要檢測基因A是否翻譯出蛋白A,最準確的方法是利用蛋白A的抗體,因抗體具有特異性,一種抗體只能與特定的蛋白質(zhì)結(jié)合,可根據(jù)蛋白A抗體的雜交情況來判斷是否合成了蛋白A。(5)艾弗里等人的肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗中將一種生物個體的DNA轉(zhuǎn)移到了另一種生物個體中,并表達合成了相應的蛋白質(zhì)。答案:(1)基因A有內(nèi)含子,在大腸桿菌中,其初始轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物中與內(nèi)含子對應的RNA序列不能被切除,無法表達出蛋白A(2)噬菌體噬菌體的宿主是細菌,而不是家蠶(3)繁殖快,容易培養(yǎng)(4)蛋白A的抗體(5)DNA可以從一種生物個體轉(zhuǎn)移到另一種生物個體6.(2017·全國卷丙·T38)編碼蛋白甲的DNA序列(序列甲)由A、B、C、D、E五個片段組成,編碼蛋白乙和丙的序列由序列甲的部分片段組成,如圖1所示?；卮鹣铝袉栴}:(1)現(xiàn)要通過基因工程的方法獲得蛋白乙,若在啟動子的下游直接接上編碼蛋白乙的DNA序列(TTCGCTTCTCAGGAAGGA),則所構(gòu)建的表達載體轉(zhuǎn)入宿主細胞后不能翻譯出蛋白乙,原因是。(2)某同學在用PCR技術(shù)獲取DNA片段B或D的過程中,在PCR反應體系中加入了DNA聚合酶、引物等,還加入了序列甲作為,加入了作為合成DNA的原料。(3)現(xiàn)通過基因工程方法獲得了甲、乙、丙三種蛋白,要鑒定這三種蛋白是否具有刺激T淋巴細胞增殖的作用,某同學做了如下實驗:將一定量的含T淋巴細胞的培養(yǎng)液平均分成四組,其中三組分別加入等量的蛋白甲、乙、丙,另一組作為對照,培養(yǎng)并定期檢測T淋巴細胞濃度,結(jié)果如圖2。由圖2可知:當細胞濃度達到a時,添加蛋白乙的培養(yǎng)液中T淋巴細胞濃度不再增加,此時若要使T淋巴細胞繼續(xù)增殖,可采用的方法是。細胞培養(yǎng)過程中,培養(yǎng)箱中通常要維持一定的CO2濃度,CO2的作用是。僅根據(jù)圖1、圖2可知,上述甲、乙、丙三種蛋白中,若缺少(填“A”“B”“C”“D”或“E”)片段所編碼的肽段,則會降低其刺激T淋巴細胞增殖的效果。【解析】(1)編碼蛋白乙的DNA序列(TTCGCTTCTCAGGAAGGA)轉(zhuǎn)錄后的mRNA無起始密碼子AUG或GUG,無法進行翻譯,所以不能翻譯出蛋白乙。(2)用PCR技術(shù)獲取DNA片段B或D的過程中,在PCR反應體系中加入序列甲作為模板,加入4種脫氧核苷酸作為合成DNA的原料。(3)細胞培養(yǎng)過程中會出現(xiàn)貼壁生長、接觸抑制現(xiàn)象,可采用胰蛋白酶處理,進行傳代培養(yǎng)。細胞培養(yǎng)過程中,培養(yǎng)箱中CO2的作用是維持培養(yǎng)液一定的pH。根據(jù)圖1、圖2可知,蛋白乙促進T淋巴細胞增殖的效果最好,與編碼蛋白甲和乙的DNA序列相比,編碼蛋白丙的序列缺少C片段,蛋白丙缺少C片段所編碼的肽段,促進T淋巴細胞增殖的效果最差。答案:(1)編碼乙的DNA序列中無起始密碼子對應的堿基序列,轉(zhuǎn)錄出的mRNA無起始密碼子(2)模板脫氧核苷酸(3)進行細胞傳代培養(yǎng)維持培養(yǎng)液的pHC7.(2017·天津高考·T9)玉米自交系(遺傳穩(wěn)定的育種材料)B具有高產(chǎn)、抗病等優(yōu)良性狀,但難以直接培育成轉(zhuǎn)基因植株,為使其獲得抗除草劑性狀,需依次進行步驟、試驗。.獲得抗除草劑轉(zhuǎn)基因玉米自交系A(chǔ),技術(shù)路線如下圖。(1)為防止酶切產(chǎn)物自身環(huán)化,構(gòu)建表達載體需用2種限制酶,選擇的原則是(單選)。Ti質(zhì)粒內(nèi),每種限制酶只有一個切割位點G基因編碼蛋白質(zhì)的序列中,每種限制酶只有一個切割位點酶切后,G基因形成的兩個黏性末端序列不相同酶切后,Ti質(zhì)粒形成的兩個黏性末端序列相同A.B.C.D.(2)下表是4種玉米自交系幼胚組織培養(yǎng)不同階段的結(jié)果。據(jù)表可知,細胞脫分化時使用的激素是,自交系的幼胚最適合培養(yǎng)成愈傷組織作為轉(zhuǎn)化受體。 激素 結(jié)果自交系2,4-D(2.0 mg/L)6-BA(0.5 mg/L)IBA(2.0 mg/L)愈傷組織形成率(%)芽的分化率(%)根的誘導率(%)甲991390乙858087丙888312丁168583(3)農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化愈傷組織時,T-DNA攜帶插入其內(nèi)的片段轉(zhuǎn)移到受體細胞。篩選轉(zhuǎn)化的愈傷組織,需使用含  的選擇培養(yǎng)基。(4)轉(zhuǎn)化過程中,愈傷組織表面常殘留農(nóng)桿菌,導致未轉(zhuǎn)化的愈傷組織也可能在選擇培養(yǎng)基上生長。含有內(nèi)含子的報告基因只能在真核生物中正確表達,其產(chǎn)物能催化無色物質(zhì)K呈現(xiàn)藍色。用K分別處理以下愈傷組織,出現(xiàn)藍色的是(多選)。A.無農(nóng)桿菌附著的未轉(zhuǎn)化愈傷組織B.無農(nóng)桿菌附著的轉(zhuǎn)化愈傷組織C.農(nóng)桿菌附著的未轉(zhuǎn)化愈傷組織D.農(nóng)桿菌附著的轉(zhuǎn)化愈傷組織(5)組織培養(yǎng)獲得的轉(zhuǎn)基因植株(核DNA中僅插入一個G基因)進行自交,在子代含G基因的植株中,純合子占。繼續(xù)篩選,最終選育出抗除草劑純合自交系A(chǔ)。.通過回交使自交系B獲得抗除草劑性狀(6)抗除草劑自交系A(chǔ)(GG)與自交系B雜交產(chǎn)生F1,然后進行多輪回交(下圖)。自交系B作為親本多次回交的目的是使后代。(7)假設子代生活力一致,請計算上圖育種過程F1、H1、H2、H3各代中含G基因植株的比例,并在圖1中畫出對應的折線圖。若回交后每代不進行鑒定篩選,直接回交,請在圖2中畫出相應的折線圖。(8)下表是鑒定含G基因植株的4種方法。請預測同一后代群體中,4種方法檢出的含G基因植株的比例,從小到大依次是。方法檢測對象檢測目標檢出的含G基因植株的比例PCR擴增基因組DNAG基因x1分子雜交總mRNAG基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物x2抗原-抗體雜交總蛋白質(zhì)G基因編碼的蛋白質(zhì)x3噴灑除草劑幼苗抗除草劑幼苗x4對Hn繼續(xù)篩選,最終選育出高產(chǎn)、抗病、抗除草劑等優(yōu)良性狀的玉米自交系?！窘馕觥?1)Ti質(zhì)粒內(nèi),每種限制酶若有兩個以上切割位點,則產(chǎn)生相同的黏性末端,會導致酶切產(chǎn)物自身環(huán)化,正確;G基因編碼蛋白質(zhì)的序列中,不應有限制酶的切割位點,否則會破壞目的基因的完整結(jié)構(gòu),錯誤;酶切后,G基因或Ti質(zhì)粒形成的兩個黏性末端序列應不相同,防止酶切產(chǎn)物自身環(huán)化,正確、錯誤。(2)細胞脫分化的目的是培養(yǎng)出愈傷組織,從表中數(shù)據(jù)可以看出,脫分化使用的激素是2,4-D;對比甲、乙、丙、丁四組的各項結(jié)果,乙組在保證愈傷組織的形成率時,其芽的分化率與根的誘導率比較高,因此自交系乙的幼胚最適合培養(yǎng)成愈傷組織作為轉(zhuǎn)化受體。(3)轉(zhuǎn)移到受體細胞內(nèi)的目的基因是除草劑抗性基因,因此要篩選轉(zhuǎn)化的愈傷組織,要使用含有除草劑的選擇培養(yǎng)基。(4)題干中提到含有內(nèi)含子的報告基因只能在真核生物中正確表達,轉(zhuǎn)化后的愈傷組織不管是否有農(nóng)桿菌附著都是真核細胞,所以只要是轉(zhuǎn)化的愈傷組織都會出現(xiàn)藍色。(5)組織培養(yǎng)獲得的轉(zhuǎn)基因植株(核DNA中僅插入一個G基因)相當于雜合子Gg,進行自交,子代含G基因的植株包括1/3GG、2/3Gg,純合子占1/3。(6)B具有高產(chǎn)、抗病等優(yōu)良性狀,自交系B作為親本多次回交的目的是使后代積累越來越多自交系B的遺傳物質(zhì)/優(yōu)良性狀。(7)根據(jù)(6)中圖示分析,自交系B是不含有G基因的,由于自交系A(chǔ)的基因型為GG,所以F1肯定含有G基因,因為經(jīng)過篩選后與B回交的是含有G基因的,所以篩選組的含G基因的植株比例會在H1下降到50%后保持穩(wěn)定,都是Gg與gg雜交。而未篩選組H1的含G基因的植株比例為50%,則H1的基因型為50%Gg、50%gg,與B(gg)雜交后H2的基因型及比例為Gggg=13,即含G基因的植株比例為25%,同理H3中含G基因的植株比例為12.5%。繪制圖1曲線時,F1為100%,H1、H2、H3均為50%;繪制圖2曲線時,F1為100%,H1為50%,H2為25%,H3為12.5%。(8)含G基因的細胞中,G基因不一定能正常轉(zhuǎn)錄;如果G基因能正常轉(zhuǎn)錄,形成的mRNA不一定能指導合成G基因編碼的蛋白質(zhì);如果G基因編碼的蛋白質(zhì)能合成,不一定能表達出抗除草劑的性狀。所以4種方法檢出的含G基因植株的比例,從小到大依次是x4、x3、x2、x1。答案:(1)A(2)2,4-D乙(3)除草劑(4)B、D(5)1/3(6)積累越來越多自交系B的遺傳物質(zhì)/優(yōu)良性狀(7)(8)x4,x3,x2,x1【易錯警示】第(3)小題容易答為“抗生素”,錯因在于思維定式,習慣性地認為抗生素抗性基因作為標記基因,可用于目的基因的篩選,而沒有考慮到可以直接用含除草劑的選擇培養(yǎng)基篩選含有除草劑抗性基因的愈傷組織。8.(2017·江蘇高考·T33)金屬硫蛋白(MT)是一類廣泛存在的金屬結(jié)合蛋白,某研究小組計劃通過多聚酶鏈式反應(PCR)擴增獲得目的基因,構(gòu)建轉(zhuǎn)基因工程菌,用于重金屬廢水的凈化處理。PCR擴增過程示意圖如下,請回答下列問題:(1)從高表達MT蛋白的生物組織中提取mRNA,通過獲得用于PCR擴增。(2)設計一對與MT基因兩端序列互補配對的引物(引物1和引物2),為方便構(gòu)建重組質(zhì)粒,在引物中需要增加適當?shù)奈稽c。設計引物時需要避免引物之間形成,而造成引物自連。(3)圖中步驟1代表,步驟2代表退火,步驟3代表延伸,這三個步驟組成一輪循環(huán)。(4)PCR擴增時,退火溫度的設定是成敗的關(guān)鍵。退火溫度過高會破壞的堿基配對。退火溫度的設定與引物長度、堿基組成有關(guān),長度相同但的引物需要設定更高的退火溫度。(5)如果PCR反應得不到任何擴增產(chǎn)物,則可以采取的改進措施有(填序號:升高退火溫度降低退火溫度重新設計引物)。【解析】(1)從高表達MT蛋白的生物組織中提取mRNA,mRNA在逆轉(zhuǎn)錄酶的催化下,通過逆轉(zhuǎn)錄過程形成cDNA,然后用于PCR擴增。(2)目的基因與質(zhì)粒形成重組質(zhì)粒時需要用限制性核酸內(nèi)切酶切出相同的黏性末端,因此在設計一對與MT基因兩端序列互補配對的引物(引物1和引物2)時,要在引物中增加適當?shù)南拗菩院怂醿?nèi)切酶位點。設計引物時,兩種引物之間不能有互補性,否則引物之間會配對形成雙鏈DNA。(3)圖中步驟1代表高溫變性,目的是使DNA分子解旋。(4)PCR擴增時,退火步驟中引物與模板結(jié)合,因此退火溫度過高會破壞引物與模板的堿基配對。由于A和T之間有2個氫鍵,而C和G之間有3個氫鍵,因此C和G的含量越高,DNA分子越穩(wěn)定,所以引物中含C與G的堿基對較多時,需要采用較高的退火溫度。(5)如果PCR反應得不到任何擴增產(chǎn)物,一是引物沒有和模板結(jié)合,二是退火步驟中退火溫度過高破壞了引物與模板的堿基配對,所以采取的改進措施應該選和。答案:(1)逆轉(zhuǎn)錄cDNA(2)限制性核酸內(nèi)切酶堿基互補配對(3)變性(4)引物與模板GC含量高(5)8