隨堂真題演練35 基因工程及其安全性 (2017高考全國卷)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(dāng)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(xué)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)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，原因是相對于老葉而言嫩葉組織細胞更容易被破碎。提取RNA時，提取液中需添加RNA酶抑制劑，其目的是防止RNA降解。(2)以mRNA為材料獲得cDNA的原理是在逆轉(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)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，原因是目的基因無復(fù)制原點且目的基因無表達所需啟動子。(4)DNA連接酶催化形成的化學(xué)鍵是磷酸二酯鍵。(5)若獲得的轉(zhuǎn)基因植株不具備所期望的性狀表現(xiàn)，根據(jù)中心法則分析，其可能的原因是目的基因的轉(zhuǎn)錄或翻譯異常。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(fù)制原點；目的基因無表達所需啟動子(4)磷酸二酯鍵(5)目的基因的轉(zhuǎn)錄或翻譯異常 (2017高考全國卷)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。 回答下列問題：(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(xué)在用PCR技術(shù)獲取DNA片段B或D的過程中，在PCR反應(yīng)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(xué)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(dāng)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)若在啟動子的下游直接接上編碼蛋白乙的DNA序列(TTCGCTTCTCAGGAAGGA)，則轉(zhuǎn)錄出的mRNA上缺少起始密碼子，故不能翻譯出蛋白乙。(2)使用PCR技術(shù)獲取DNA片段時，應(yīng)在PCR反應(yīng)體系中添加引物、耐高溫的DNA聚合酶、模板、dNTP作為原料。(3)T淋巴細胞濃度之所以不再增加，是因為細胞間出現(xiàn)接觸抑制，因此若要使T淋巴細胞繼續(xù)增殖，需要對貼滿瓶壁的細胞使用胰蛋白酶處理，然后分瓶培養(yǎng)，即細胞傳代培養(yǎng)。細胞培養(yǎng)過程中，培養(yǎng)箱中通常要維持一定的CO2濃度，以維持培養(yǎng)液的pH。據(jù)圖分析，蛋白丙與對照接近說明B、D片段對于T淋巴細胞增殖不是非常重要，蛋白甲和乙對T淋巴細胞的增殖都有較大影響，甲、乙兩種蛋白中共同的片段是C，所以缺少C片段會降低其刺激T淋巴細胞增殖的效果。答案：(1)編碼乙的DNA序列起始端無ATG，轉(zhuǎn)錄出的mRNA無起始密碼子(2)模板dNTP(3)進行細胞傳代培養(yǎng)維持培養(yǎng)液的pHC (高考新課標(biāo)全國卷)閱讀如下資料：資料甲：科學(xué)家將牛生長激素基因?qū)胄∈笫芫阎?，得到了體型巨大的“超級小鼠”；科學(xué)家采用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法培育出轉(zhuǎn)基因煙草。資料乙：T4溶菌酶在溫度較高時易失去活性?？茖W(xué)家對編碼T4溶菌酶的基因進行了改造，使其表達的T4溶菌酶第3位的異亮氨酸變?yōu)榘腚装彼?，在該半胱氨酸與第97位的半胱氨酸之間形成了一個二硫鍵，提高了T4溶菌酶的耐熱性。資料丙：兔甲和兔乙是同一物種的兩個雌性個體，科學(xué)家將兔甲受精卵發(fā)育成的胚胎移植到兔乙體內(nèi)，成功產(chǎn)出兔甲的后代，證實了同一物種的胚胎可在不同個體的體內(nèi)發(fā)育?；卮鹣铝袉栴}：(1)資料甲屬于基因工程的范疇。將基因表達載體導(dǎo)入小鼠的受精卵中常用_法。構(gòu)建基因表達載體常用的工具酶是_和_。在培育有些轉(zhuǎn)基因植物時，常用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法，農(nóng)桿菌的作用是_。(2)資料乙中的技術(shù)屬于_工程的范疇，該工程是指以分子生物學(xué)相關(guān)理論為基礎(chǔ)，通過基因修飾或基因合成，對_進行改造，或制造一種_的技術(shù)。在該實例中，引起T4溶菌酶空間結(jié)構(gòu)改變的原因是組成該酶肽鏈的_序列發(fā)生了改變。(3)資料丙屬于胚胎工程的范疇。胚胎移植是指將獲得的早期胚胎移植到_種的、生理狀態(tài)相同的另一個雌性動物體內(nèi)，使之繼續(xù)發(fā)育成新個體的技術(shù)。在資料丙的實例中，兔甲稱為_體，兔乙稱為_體。解析：(1)小鼠細胞為動物細胞，將基因表達載體導(dǎo)入動物細胞常用的方法是顯微注射法；構(gòu)建基因表達載體常用的工具酶是限制酶和DNA連接酶；將基因表達載體導(dǎo)入植物細胞常用的方法是農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法，農(nóng)桿菌的作用是作為載體，將目的基因?qū)胧荏w細胞。(2)從資料乙中可以得出是對基因進行改造，結(jié)果是得到耐熱性提高的蛋白質(zhì)，因此屬于蛋白質(zhì)工程的范疇，該工程是指以分子生物學(xué)相關(guān)理論為基礎(chǔ)，通過基因修飾或基因合成，對現(xiàn)有的蛋白質(zhì)進行改造，或制造一種新蛋白質(zhì)的技術(shù)。對基因進行改造后，第3位的異亮氨酸變?yōu)榘腚装彼?，該半胱氨酸與第97位的半胱氨酸之間形成二硫鍵，引起了空間結(jié)構(gòu)的改變，所以最終是由于氨基酸序列的改變導(dǎo)致了空間結(jié)構(gòu)的改變。(3)胚胎工程中胚胎移植是指將雌性動物的早期胚胎，或者通過體外受精及其他方式得到的胚胎，移植到同種的、生理狀態(tài)相同的其他雌性動物的體內(nèi)，使之繼續(xù)發(fā)育為新個體的技術(shù)。資料丙中甲兔提供受精卵，所以甲兔是供體；胚胎在乙兔子宮內(nèi)發(fā)育，所以乙兔為受體。答案：(1)顯微注射限制酶DNA連接酶農(nóng)桿菌可感染植物，將目的基因轉(zhuǎn)移到受體細胞中(2)蛋白質(zhì)現(xiàn)有的蛋白質(zhì)新蛋白質(zhì)氨基酸(3)同供受 課時作業(yè)1DNA是豐富多彩的生命現(xiàn)象的“劇本”?，F(xiàn)在人們借助生物科學(xué)技術(shù)可以對“劇本”進行“拷貝”或“改編”。據(jù)圖回答下列問題：(1)催化過程的酶是_，經(jīng)過程產(chǎn)生的DNA片段末端的形式為_。(2)催化過程的酶是_，與催化過程的酶相比較，該酶的專一性_(填“較強”或“較弱”)。(3)催化過程的酶是_，實現(xiàn)該過程還可以采用的方法是_。(4)催化過程的酶是_，該過程體現(xiàn)了DNA復(fù)制_的特點。答案：(1)限制酶黏性末端(2)DNA連接酶較弱(3)解旋酶加熱(4)DNA聚合酶半保留復(fù)制、邊解旋邊復(fù)制2(2018遼寧五校協(xié)作體高三聯(lián)考)白細胞介素是一類淋巴因子。研究人員將人白細胞介素的基因?qū)氲浇湍妇毎?，使其分泌出有活性的白細胞介素。請?jù)圖回答下列問題：(1)為增加白細胞介素基因的數(shù)量，可使用_技術(shù)，但前提是必須知道基因的部分序列，目的是_。(2)在重組載體導(dǎo)入酵母菌細胞之前，需用_處理酵母菌，白細胞介素基因進入酵母菌細胞內(nèi)，并且在其細胞內(nèi)維持穩(wěn)定和表達的過程，稱為_。在表達過程中，啟動子需與_識別和結(jié)合，從而驅(qū)動轉(zhuǎn)錄過程。(3)在體液免疫過程中，白細胞介素是由_細胞分泌的，為了能成功表達出白細胞介素，不使用細菌，而使用酵母菌細胞作為受體細胞，可能原因是_。(4)在分泌型表達載體和白細胞介素基因所在DNA分子上均有多個限制酶的酶切位點，圖示過程獲得有效表達的重組載體使用了EcoR和EcoR 52兩種限制酶，與使用單一的限制酶相比，其優(yōu)點是_。解析：(1)基因工程中，擴增目的基因利用的是PCR技術(shù)，但前提是要有一段已知目的基因的核苷酸序列，以便設(shè)計引物。(2)在重組載體導(dǎo)入酵母菌細胞之前，需用Ca2處理酵母菌，使酵母菌細胞處于感受態(tài)，白細胞介素基因進入酵母菌細胞內(nèi)，并且在其細胞內(nèi)維持穩(wěn)定和表達的過程稱為轉(zhuǎn)化。在表達過程中，啟動子需與RNA聚合酶識別和結(jié)合，從而驅(qū)動轉(zhuǎn)錄過程。(3)在體液免疫過程中，白細胞介素是由T淋巴細胞分泌的；由于細菌屬于原核生物，細胞中無內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體等加工白細胞介素的細胞器，因此為了能成功表達出白細胞介素，不使用細菌，而使用酵母菌細胞作為受體細胞。(4)在分泌型表達載體和白細胞介素基因所在的DNA分子上均有多個限制酶的酶切位點，圖示過程獲得有效表達的重組載體使用了EcoR和EcoR 52兩種限制酶，與使用單一的限制酶相比，其優(yōu)點是能防止目的基因、表達載體發(fā)生自身環(huán)化或者目的基因反向接入分泌型表達載體中。答案：(1)PCR設(shè)計引物(2)Ca2轉(zhuǎn)化RNA聚合酶(3)T淋巴細菌細胞中無內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體等加工白細胞介素的細胞器(4)能防止目的基因、表達載體發(fā)生自身環(huán)化或者目的基因反向接入分泌型表達載體中3(2018德州高三調(diào)研)凡是具有抗原性、接種于機體可產(chǎn)生特異性免疫、可抵抗傳染病的發(fā)生和流行的物質(zhì)均可稱為疫苗。以下是三代乙肝疫苗的生產(chǎn)原理示意圖，回答下列問題。(1)目前臨床使用的乙肝疫苗是第二代疫苗。圖中外衣殼蛋白基因A的大量擴增可通過_技術(shù)，需要用到的一種重要酶是_和_種引物。構(gòu)建含基因A的重組質(zhì)粒需要用到的工具酶是_。(2)據(jù)信息和所學(xué)知識分析：第一代疫苗基本處于淘汰的原因是：_。(3)結(jié)合圖中第二代、第三代疫苗的化學(xué)本質(zhì)，分析推測哪一代疫苗利于運輸及其原因：_。(4)處源DNA進入機體后，如果整合到人體基因組中可能會引起_和_發(fā)生突變而導(dǎo)致機體癌變，這也是第三代疫苗可能存在的安全隱患，目前正在研究中。解析：(1)目的基因大量擴增可通過PCR技術(shù)，該過程需要熱穩(wěn)定DNA聚合酶。由于DNA的結(jié)構(gòu)特點是兩條鏈反向平行，因此擴增過程需要2種引物。構(gòu)建基因表達載體需要用到的工具酶是限制酶和DNA連接酶。(2)第一代疫苗用的是減毒或滅活的病毒，病毒有可能恢復(fù)致病性或引起血源性疾病。(3)從圖中分析，第三代疫苗要比第二代疫苗更有利于運輸，因為第三代疫苗本質(zhì)是DNA，第二代疫苗本質(zhì)是蛋白質(zhì)，DNA的穩(wěn)定性比蛋白質(zhì)高。(4)細胞癌變的原因是原癌基因和抑癌基因發(fā)生突變。答案：(1)PCR熱穩(wěn)定DNA聚合酶(或Taq DNA聚合酶)2限制酶與DNA連接酶(2)有引起血源性疾病的嫌疑(或病毒有可能恢復(fù)致病性)(3)第三代疫苗更有利于運輸，因為第三代疫苗的本質(zhì)是DNA，第二代疫苗的本質(zhì)是蛋白質(zhì)，DNA穩(wěn)定性比蛋白質(zhì)高(4)原癌基因抑癌基因4(2016高考江蘇卷)下表是幾種限制酶識別序列及其切割位點，圖1、圖2中標(biāo)注了相關(guān)限制酶的酶切位點，其中切割位點相同的酶不重復(fù)標(biāo)注。請回答下列問題：限制酶BamHBclSau3AHind識別序列及切割位點GGATCCCCTAGGTGATCAACTAGTGATCCTAGAAGCTTTTCGAA(1)用圖中質(zhì)粒和目的基因構(gòu)建重組質(zhì)粒，應(yīng)選用_兩種限制酶切割，酶切后的載體和目的基因片段，通過_酶作用后獲得重組質(zhì)粒。(2)若BamH酶切的DNA末端與Bcl酶切的DNA末端連接，連接部位的6個堿基對序列為_，對于該部位，這兩種酶_(填“都能”“都不能”或“只有一種能”)切開。(3)若用Sau3A切圖1質(zhì)粒最多可能獲得_種大小不同的DNA片段。解析：(1)選擇的限制酶應(yīng)在目的基因兩端存在識別位點，但BamH可能使質(zhì)粒中標(biāo)記基因丟失，因此只能選Bcl和Hind。酶切后的載體和目的基因片段，通過DNA連接酶作用后獲得重組質(zhì)粒。(2)根據(jù)BamH和Bcl的酶切位點，BamH酶切的DNA末端與Bcl酶切的DNA末端連接，在連接部位的6個堿基對序列為，與這兩種酶的酶切位點均不同。(3)根據(jù)BamH、Bcl和Sau3A的酶切位點， Sau3A 在質(zhì)粒上有三個酶切位點，完全酶切可得到記為A、B、C三種片段，若部分位點被切開，可得到AB、AC、BC、ABC四種片段，所以用Sau3A切圖1質(zhì)粒最多可能獲得7種大小不同的DNA片段。答案：(1)Bcl和HindDNA連接(2)都不能(3)75下圖表示科學(xué)家培育耐寒生物的過程，請回答下列問題：cDNA文庫受體細胞耐寒生物(1)從cDNA文庫中獲取的目的基因_(填“有”或“無”)啟動子。實現(xiàn)過程常用_技術(shù)，該技術(shù)的前提是要有一段已知目的基因的核苷酸序列，以便合成_。(2)表示_，其中標(biāo)記基因的作用是_。(3)轉(zhuǎn)基因技術(shù)是否成功，需要對受體細胞進行分子水平的檢測，首先是用DNA分子雜交技術(shù)檢測受體細胞染色體上的DNA上是否插入目的基因，這種方法需要遵循_原則。(4)若要培育抗凍能力強的轉(zhuǎn)基因羊，可將魚的抗凍蛋白基因?qū)胙虻腳中，培育該轉(zhuǎn)基因羊的最后一道“工序”是胚胎工程的_技術(shù)。解析：(1)用某種生物發(fā)育的某個時期的mRNA逆轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的多種互補DNA片段，與載體連接后儲存在一個受體菌群中，這個受體菌群就叫這種生物的cDNA文庫，啟動子不能逆轉(zhuǎn)錄，由逆轉(zhuǎn)錄獲得的cDNA中沒有啟動子。獲得更多的目的基因的方法是PCR技術(shù)，該技術(shù)的前提是要有一段已知目的基因的核苷酸序列，以便合成引物。(2)表示基因表達載體，其中標(biāo)記基因的作用是鑒別受體細胞中是否含有目的基因。(3)DNA分子雜交技術(shù)遵循堿基互補配對原則。(4)培養(yǎng)轉(zhuǎn)基因動物時，受體細胞一般為受精卵，培育該轉(zhuǎn)基因羊的最后一道“工序”是胚胎移植。答案：(1)無PCR引物(2)基因表達載體鑒別受體細胞中是否含有目的基因(3)堿基互補配對(4)受精卵胚胎移植6科學(xué)家通過利用PCR定點突變技術(shù)改造Rubisco酶基因，提高了光合作用過程中Rubisco酶對CO2的親和力，從而顯著提高了植物的光合作用速率。請回答下列問題：(1)PCR過程所依據(jù)的原理是_；擴增過程需要加入_酶。(2)啟動子是一段有特殊結(jié)構(gòu)的DNA片段，其作用是_。目的基因能在不同生物體內(nèi)正常表達原來的蛋白質(zhì)，說明整個生物界_。PCR定點突變技術(shù)屬于_的范疇。(3)可利用定點突變的DNA構(gòu)建基因表達載體。常用_將基因表達載體導(dǎo)入植物細胞，還需用到植物細胞工程中的_技術(shù)，來最終獲得轉(zhuǎn)基因植物。解析：(1)PCR依據(jù)的原理是DNA雙鏈復(fù)制；擴增過程需要加入耐高溫的DNA聚合(或TaqDNA聚合)酶。(2)啟動子是RNA聚合酶識別和結(jié)合部位，可驅(qū)動基因轉(zhuǎn)錄出mRNA；因生物界共用一套遺傳密碼，所以目的基因可以在不同細胞內(nèi)表達合成相同蛋白質(zhì)。(3)常用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法將基因表達載體導(dǎo)入植物細胞，借助于植物組織培養(yǎng)技術(shù)，獲得轉(zhuǎn)基因植物。答案：(1)DNA雙鏈復(fù)制耐高溫的DNA聚合(或TaqDNA聚合)(2)RNA聚合酶識別和結(jié)合部位，可驅(qū)動基因轉(zhuǎn)錄出mRNA共用一套密碼子蛋白質(zhì)工程(3)農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法植物組織培養(yǎng)