課時訓(xùn)練35基因工程1.(2018浙江名校新高考研究聯(lián)盟第一次聯(lián)考)回答與基因工程和動物克隆有關(guān)的問題。(1)以人基因組DNA為模板,采用擴(kuò)增人胰島素原基因,然后將其與含有標(biāo)記基因的載體用相同的切割之后,用DNA連接酶將目的基因和載體連接在一起形成重組DNA分子。(2)若要利用轉(zhuǎn)基因動物的乳腺來生產(chǎn)人胰島素,則可將重組DNA分子用的方法導(dǎo)入動物的受精卵中,受精卵在體外培養(yǎng)到階段,再移植到代孕母親的著床,并繼續(xù)生長發(fā)育。也可以將重組DNA先導(dǎo)入動物的體細(xì)胞中,再通過標(biāo)記基因的表現(xiàn)來篩選出含有人胰島素原基因的體細(xì)胞,然后在一定物質(zhì)的介導(dǎo)下使其與去核卵細(xì)胞進(jìn)行形成一個重建的“合子”,經(jīng)過胚激活、胚胎培養(yǎng)和胚胎移植后得到轉(zhuǎn)基因動物。(3)相比細(xì)菌基因工程,以轉(zhuǎn)基因動物的乳腺作為反應(yīng)器來生產(chǎn)人胰島素的優(yōu)點(diǎn)是。答案(1)PCR技術(shù)限制性核酸內(nèi)切酶(2)顯微注射早期胚胎或早期囊胚子宮細(xì)胞融合(或融合)(3)乳腺細(xì)胞可以將無生物活性的胰島素原蛋白加工成有生物活性的胰島素解析(1)已知序列情況下可用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因。形成重組DNA分子要用同種限制性內(nèi)切酶切割載體與目的基因。(2)基因工程中,受體細(xì)胞是動物細(xì)胞時一般用顯微注射法導(dǎo)入受精卵,體外培養(yǎng)至早期胚胎階段再進(jìn)行移植到代孕母親子宮中繼續(xù)生長。還可進(jìn)行核移植。(3)由于細(xì)菌是原核生物,沒有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)等細(xì)胞器,相比細(xì)菌基因工程,以轉(zhuǎn)基因動物的乳腺作為反應(yīng)器來生產(chǎn)人胰島素的優(yōu)點(diǎn)是乳腺細(xì)胞可以將無生物活性的胰島素原蛋白加工成有生物活性的胰島素。2.基因工程基本操作流程如圖,請據(jù)圖分析回答問題。(1)圖中X是,在目的基因與載體DNA的兩端形成后,才能在DNA連接酶的催化下形成X。(2)在上述基因工程的操作過程中,與堿基互補(bǔ)配對無關(guān)的步驟有(A.B.C.D.)。(3)若要培育能生產(chǎn)彩色羊毛的轉(zhuǎn)基因羊,則一般用作受體細(xì)胞。(4)在培育抗枯萎病的金茶花時,離體金茶花葉組織經(jīng)形成愈傷組織,再通過培養(yǎng)得到單細(xì)胞,將外源基因?qū)肫渲?經(jīng)篩選培養(yǎng)形成抗枯萎病植株。該過程中用到的植物細(xì)胞工程技術(shù)是。答案(1)重組DNA分子相同的粘性末端(2)C(3)受精卵(4)脫分化液體懸浮植物組織培養(yǎng)解析(1)圖中X為重組DNA分子,目的基因與載體DNA兩端形成相同粘性末端后,才能連接起來。(2)是將目的基因?qū)牖蚬こ讨?受體細(xì)胞,不涉及堿基互補(bǔ)配對。(3)動物基因工程一般用受精卵作為受體細(xì)胞。(4)植物組織培養(yǎng)中植物組織要經(jīng)過脫分化和再分化兩個階段。3.科研人員擬將已知的花色基因(目的基因)轉(zhuǎn)入矮牽牛的核基因組中,培育具有新花色的矮牽牛。請回答下列問題。(1)為了獲得大量的目的基因,可將目的基因與含有抗生素抗性基因的質(zhì)粒DNA連接形成重組DNA,再與經(jīng)(A.氯化鈣B.氯化鈉C.蔗糖D.葡萄糖)處理的大腸桿菌液混合,使重組DNA進(jìn)入大腸桿菌。(2)從擴(kuò)大培養(yǎng)的大腸桿菌中提取含有目的基因的DNA后,用分別切割含目的基因的DNA和農(nóng)桿菌的Ti質(zhì)粒,然后用DNA連接酶連接,形成重組DNA分子。(3)取田間矮牽牛的幼嫩葉片,經(jīng)自來水沖洗后,先用70%浸泡,再用5%次氯酸鈉浸泡,最后用清洗,作為轉(zhuǎn)基因的受體材料。(4)將消毒后的矮牽牛葉片剪成小片,在含有目的基因的農(nóng)桿菌溶液中浸泡后,取出并轉(zhuǎn)移至加有適當(dāng)配比生長調(diào)節(jié)劑的MS培養(yǎng)基(含蔗糖、瓊脂和抗生素,下同)上,使葉小片先經(jīng)脫分化形成,再將其轉(zhuǎn)移至另一培養(yǎng)基中誘導(dǎo)形成芽,芽切割后轉(zhuǎn)移到(A.LB培養(yǎng)基B.MS培養(yǎng)基+適宜濃度NAAC.MS培養(yǎng)基+適宜濃度BAD.NAA/BA小于1的MS培養(yǎng)基)上生根,形成完整植株。(5)為判斷本研究是否達(dá)到預(yù)期目的,可比較轉(zhuǎn)基因植株和非轉(zhuǎn)基因植株的性狀。答案(1)A(2)限制性核酸內(nèi)切酶(3)乙醇無菌水(4)愈傷組織B(5)花色解析(1)氯化鈣處理大腸桿菌可增加其細(xì)胞壁的通透性,有利于大腸桿菌對重組DNA分子的吸收。(2)限制性核酸內(nèi)切酶能夠識別DNA分子中特定的核苷酸序列,并在其中的特定位點(diǎn)進(jìn)行切割,使DNA分子斷裂形成粘性末端,用相同的限制性核酸內(nèi)切酶對含目的基因的DNA和Ti質(zhì)粒進(jìn)行切割,可得到相同的粘性末端,然后用DNA連接酶連接,即形成重組DNA分子。(3)利用乙醇和次氯酸鈉浸泡葉片是為了消除雜菌的干擾,而無菌水是用來洗凈表面殘留的消毒液,避免影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。(4)離體培養(yǎng)的植物組織經(jīng)適宜條件誘導(dǎo)會脫分化形成愈傷組織,然后在相應(yīng)條件的誘導(dǎo)下會再分化,生出莖、根,長成試管苗;LB培養(yǎng)基是培養(yǎng)細(xì)菌的,MS培養(yǎng)基才是植物組織培養(yǎng)使用的,NAA為生長素類似物,BA為細(xì)胞分裂素類似物,當(dāng)生長素濃度大于細(xì)胞分裂素濃度時,促進(jìn)生根。(5)轉(zhuǎn)入花色基因是為了讓矮牽牛產(chǎn)生新的花色,因此比較轉(zhuǎn)基因植株和非轉(zhuǎn)基因植株的花色,即可知實(shí)驗(yàn)是否達(dá)到目的。4.基因敲除是針對某個序列已知但功能未知的基因,改變其基因結(jié)構(gòu),令該基因功能喪失,從而對生物體造成影響,進(jìn)而推測出該基因功能的一門技術(shù)。以下是制備APOE基因敲除小鼠的常規(guī)過程。(Neor基因是新霉素抗性基因;APOE是指載脂蛋白E,參與脂質(zhì)白的代謝與轉(zhuǎn)化)(1)為了獲得APOE基因,可以用或者PCR擴(kuò)增。過程中所需的工具酶有。Neor基因除了破壞APOE基因外,還具有的作用最可能是。(2)培養(yǎng)小鼠胚胎干細(xì)胞時,首先要在培養(yǎng)皿底部制備飼養(yǎng)層,用于飼養(yǎng)層的細(xì)胞一般是。經(jīng)過克隆以后的細(xì)胞的后裔細(xì)胞群稱為純系,細(xì)胞純系的特點(diǎn)是,從而便于研究。(3)純合的APOE基因敲除小鼠(填“能”或“不能”)表達(dá)APOE,與正常小鼠相比表現(xiàn)出性狀。答案(1)化學(xué)方法合成限制性核酸內(nèi)切酶和DNA連接酶作為標(biāo)記基因,用于篩選(2)胚胎成纖維細(xì)胞遺傳性狀均一,表現(xiàn)的性狀相似(3)不能脂蛋白的代謝和轉(zhuǎn)化異常解析(1)分析題意可知,APOE基因序列已知,因此可采用PCR擴(kuò)增或化學(xué)方法合成。過程表示構(gòu)建重組DNA分子,需要的工具酶有限制性核酸內(nèi)切酶和DNA連接酶。由圖示可知,Neor基因正好整合到APOE基因序列上,破壞了該基因,即相當(dāng)于將APOE基因進(jìn)行了敲除,利于對APOE基因功能進(jìn)行研究。Neor基因?yàn)樾旅顾乜剐曰?其還具有標(biāo)記基因的作用,用于篩選。(2)培養(yǎng)胚胎干細(xì)胞時,為防止胚胎干細(xì)胞分化,一般會在培養(yǎng)皿底部鋪一層胚胎成纖維細(xì)胞。將細(xì)胞進(jìn)行純化、克隆培養(yǎng)后,所得細(xì)胞來自相同細(xì)胞,因此細(xì)胞的遺傳性狀均一,表現(xiàn)的性狀相似。(3)由于Neor基因整合部位在APOE基因上,相當(dāng)于敲除了APOE基因,因此純合的APOE基因敲除小鼠不能表達(dá)相應(yīng)產(chǎn)物,APOE基因參與脂蛋白的代謝與轉(zhuǎn)化,故與正常小鼠相比,基因敲除小鼠表現(xiàn)出脂蛋白的代謝與轉(zhuǎn)化異常。5.下圖為科學(xué)家利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)培育抗蟲番茄植株的過程示意圖,請回答以下問題。(1)圖中所選的Ti質(zhì)粒中往往需含有(A.抗蟲B.胰島素C.抗生素抗性D.抗凍)基因,以利于重組質(zhì)粒的篩選。A過程中常用的酶有。(2)獲取序列未知的抗蟲基因的方法是從中提取。(3)B過程中常用氯化鈣處理,其目的是。(4)E過程需要借助技術(shù),在含有營養(yǎng)物質(zhì)、等成分的培養(yǎng)基中,番茄細(xì)胞經(jīng)過脫分化形成,該細(xì)胞具有細(xì)胞質(zhì)豐富、(A.液泡大、細(xì)胞核大B.液泡大、細(xì)胞核小C.液泡大、細(xì)胞核小D.液泡小、細(xì)胞核小)等特征。答案(1)C限制性核酸內(nèi)切酶和DNA連接酶(2)基因文庫(3)增加細(xì)胞壁的通透性(4)植物組織培養(yǎng)植物激素愈傷組織B解析(1)質(zhì)粒作為基因工程的載體時,往往需要含有抗生素抗性基因作為標(biāo)記基因,有利于重組質(zhì)粒的篩選。A過程是基因表達(dá)載體的構(gòu)建,操作時首先用限制酶切割載體和外源DNA分子,然后用DNA連接酶將目的基因與載體連接形成重組DNA分子。(2)獲取序列未知的抗蟲基因時,應(yīng)該從基因文庫中提取。(3)B過程中常用氯化鈣處理農(nóng)桿菌細(xì)胞,其目的是增加農(nóng)桿菌細(xì)胞細(xì)胞壁的通透性,使其成為易于吸收周圍環(huán)境中DNA分子的感受態(tài)細(xì)胞。(4)E過程中將導(dǎo)入目的基因的番茄細(xì)胞培育成轉(zhuǎn)基因植株需要借助植物組織培養(yǎng)技術(shù)。在含有營養(yǎng)物質(zhì)、植物激素(細(xì)胞分裂素和生長素)等成分的培養(yǎng)基中,番茄細(xì)胞經(jīng)過脫分化形成愈傷組織,愈傷組織細(xì)胞具有細(xì)胞質(zhì)豐富、液泡小、細(xì)胞核大等特征。6.科學(xué)家將魚抗凍蛋白基因轉(zhuǎn)入番茄,使番茄的耐寒能力大大提高,可以在相對寒冷的環(huán)境中生長。質(zhì)粒上有Pst、Sma、Hind 、Alu等四種限制性核酸內(nèi)切酶的切割位點(diǎn),如圖是轉(zhuǎn)基因抗凍番茄培育過程的示意圖(Ampr為氨芐青霉素抗性基因),其中是轉(zhuǎn)基因抗凍番茄培育過程中的相關(guān)步驟,、表示相關(guān)結(jié)構(gòu)或細(xì)胞。請據(jù)圖回答下列問題。(1)在構(gòu)建重組DNA時,可用一種或多種限制性核酸內(nèi)切酶進(jìn)行切割,為了避免目的基因和載體在酶切后產(chǎn)生的末端發(fā)生任意連接,在此實(shí)驗(yàn)中應(yīng)該選用限制性核酸內(nèi)切酶分別對、進(jìn)行切割,切割后產(chǎn)生的DNA片段分別為、種。(2)培養(yǎng)基中的氨芐青霉素會抑制番茄愈傷組織細(xì)胞的生長,要利用該培養(yǎng)基篩選已導(dǎo)入魚的抗凍蛋白基因的番茄細(xì)胞,應(yīng)使重組DNA中含有作為標(biāo)記基因。(3)研究人員通常采用法將魚抗凍蛋白基因?qū)敕鸭?xì)胞內(nèi)。答案(1)Pst 、Sma 含魚抗凍蛋白基因的DNA質(zhì)粒42(2)氨芐青霉素抗性基因(3)農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化解析(1)在構(gòu)建基因表達(dá)載體時,如果目的基因和載體用同一種限制酶切割,產(chǎn)生的粘性末端相同,將會發(fā)生任意連接,可選用不同的限制酶分別對目的基因和載體切割,以產(chǎn)生不同的粘性末端,故應(yīng)選用Pst和Sma對含魚抗凍蛋白基因的DNA和質(zhì)粒進(jìn)行切割,Pst和Sma在魚抗凍蛋白基因的DNA上共有3個酶切位點(diǎn),切割后產(chǎn)生4個DNA片段,而環(huán)狀質(zhì)粒上有2個酶切位點(diǎn),切割后產(chǎn)生2個DNA片段。(2)具有氨芐青霉素抗性基因的細(xì)胞能在含氨芐青霉素的培養(yǎng)基中生長,故中應(yīng)含有氨芐青霉素抗性基因作為標(biāo)記基因。(3)將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞的常用方法是農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法。7.農(nóng)業(yè)科技工作者在煙草中找到了一抗病基因,現(xiàn)擬采用基因工程技術(shù)將該基因轉(zhuǎn)入棉花,培育抗病棉花品系。請回答下列問題。(1)要獲得該抗病基因,可采用、等方法。為了能把該抗病基因轉(zhuǎn)入到棉花細(xì)胞中,常用的載體是。(2)要使載體與該抗病基因連接,首先應(yīng)使用進(jìn)行切割。假如載體被切割后,得到的分子末端序列為AATTCG,則能與該載體連接的抗病基因分子末端是。A.GCTTAAB.TAATCCC.CTTTAGD.AAATCT(3)切割完成后,使用DNA連接酶將載體與該抗病基因連接,連接后得到的DNA分子稱為。(4)再將連接得到的DNA分子導(dǎo)入農(nóng)桿菌,然后用該農(nóng)桿菌去感染棉花細(xì)胞,利用植物細(xì)胞具有性的原理進(jìn)行植物組織培養(yǎng),從培養(yǎng)出的植株中篩選出抗病的棉花。(5)該抗病基因在棉花細(xì)胞中表達(dá)的產(chǎn)物是。A.淀粉B.脂類C.蛋白質(zhì)D.核酸(6)已知BamH與Bgl的識別序列及切割位點(diǎn)如下圖所示,用這兩種酶和DNA連接酶對一段含有數(shù)個BamH和Bgl識別序列的DNA分子進(jìn)行反復(fù)的切割、連接操作,若干循環(huán)后序列明顯增多。A.GGATCTCCTAGAB.AGATCCTCTAGGC.AGATCTTCTAGAD.GGATCCCCTAGGE.GGATCTCCTAGA和AGATCCTCTAGG答案(1)從基因文庫中獲取化學(xué)方法合成Ti質(zhì)粒(2)限制性內(nèi)切酶(限制酶)A(3)重組DNA分子(4)全能(5)C(6)E解析(1)抗病基因?qū)儆谀康幕?獲取目的基因的方法通常有三種:從基因文庫中獲取、從細(xì)胞中直接分離獲得、化學(xué)方法合成。將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞常采用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法,即借助農(nóng)桿菌中的Ti質(zhì)粒。(2)構(gòu)建基因表達(dá)載體時,需先用限制酶切割載體和含有目的基因的外源DNA分子。含有相同粘性末端或粘性末端互補(bǔ)的DNA分子片段才能在DNA連接酶的作用下連接起來,若載體被切割后,得到的分子末端序列為AATTCG,則能與該載體連接的抗病基因分子末端是GCTTAA。(3)切割完成后,需用DNA連接酶將載體與抗病基因連接形成重組DNA分子。(4)采用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞,即將連接得到的DNA分子導(dǎo)入農(nóng)桿菌,然后用該農(nóng)桿菌去感染棉花細(xì)胞,進(jìn)而將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞。根據(jù)植物細(xì)胞全能性原理,采用植物組織培養(yǎng)技術(shù)將受體細(xì)胞培養(yǎng)成轉(zhuǎn)基因植株,最后篩選出抗病的棉花。(5)基因表達(dá)包括轉(zhuǎn)錄和翻譯,因此該抗病基因在棉花細(xì)胞中表達(dá)的產(chǎn)物是蛋白質(zhì)。(6)由題圖和題意可知,BamH切割后形成的粘性末端是ATCTAG和GATCTA,Bgl切割后形成的粘性末端是GCCTAG和GATCC G。由于兩種限制酶切割形成的粘性末端互補(bǔ),因此粘性末端的連接方式有四種:兩種自身粘性末端連接、兩種粘性末端互連。兩種自身粘性末端連接形成的序列仍然可以被這兩種限制酶切割,而兩種粘性末端互連形成的序列這兩種限制酶無法再識別切割,因此若干循環(huán)之后兩種粘性末端互連形成的序列明顯增多。