專題29基因工程考點基因工程3.(2012浙江理綜,6,6分)天然的玫瑰沒有藍色花,這是由于缺少控制藍色色素合成的基因B,而開藍色花的矮牽牛中存在序列已知的基因B。現用基因工程技術培育藍玫瑰,下列操作正確的是()A.提取矮牽牛藍色花的mRNA,經逆轉錄獲得互補的DNA,再擴增基因BB.利用限制性核酸內切酶從開藍色花矮牽牛的基因文庫中獲取基因BC.利用DNA聚合酶將基因B與質粒連接后導入玫瑰細胞D.將基因B直接導入大腸桿菌,然后感染并轉入玫瑰細胞答案A此題考查基因工程及其應用的相關知識。要獲取目的基因B,可先提取矮牽牛藍色花的mRNA,經逆轉錄獲得互補的DNA,再經PCR技術擴增基因B,A正確;基因文庫構建是將目的基因與載體連接起來,形成重組載體,再導入受體菌中儲存和擴增,提取目的基因時不需使用限制酶,B錯誤;連接目的基因與質粒的酶是DNA連接酶,C錯誤;將目的基因導入植物細胞,常用農桿菌轉化法,不使用大腸桿菌,D錯誤。4.(2016課標全國Ⅲ,40,15分)圖(a)中的三個DNA片段上依次表示出了EcoRⅠ、BamHⅠ和Sau3AⅠ三種限制性內切酶的識別序列與切割位點,圖(b)為某種表達載體的示意圖(載體上的EcoRⅠ、Sau3AⅠ的切點是唯一的)。圖(a)圖(b)根據基因工程的有關知識,回答下列問題:(1)經BamHⅠ酶切后得到的目的基因可以與上述表達載體被酶切后的產物連接,理由是。

(2)若某人利用圖(b)所示的表達載體獲得了甲、乙、丙三種含有目的基因的重組子,如圖(c)所示。這三種重組子中,不能在宿主細胞中表達目的基因產物的有,不能表達的原因是。

圖(c)(3)DNA連接酶是將兩個DNA片段連接起來的酶,常見的有和,其中既能連接黏性末端又能連接平末端的是。

4.答案(1)Sau3AⅠ兩種酶切割后產生的片段具有相同的黏性末端(每空2分,共4分)(2)甲和丙(2分)甲中目的基因插入在啟動子的上游,丙中目的基因插入在終止子的下游,二者的目的基因均不能被轉錄(3分,其他合理答案可酌情給分)(3)E·coliDNA連接酶T4DNA連接酶T4DNA連接酶(每空2分,共6分,其他合理答案可酌情給分)解析(1)分析圖(a)可知,限制酶Sau3AⅠ與BamHⅠ切割DNA后形成的黏性末端相同,故經這兩種酶切割得到的產物可以用DNA連接酶進行連接。(2)構建基因表達載體時,為保證目的基因能在宿主細胞中成功表達,目的基因應插入在啟動子和終止子之間,據此可判斷甲、丙均不符合要求,目的基因均不能表達。(3)常見的DNA連接酶有E·coliDNA連接酶和T4DNA連接酶,其中T4DNA連接酶既能連接黏性末端又能連接平末端。5.(2015課標Ⅱ,40,15分)已知生物體內有一種蛋白質(P),該蛋白質是一種轉運蛋白,由305個氨基酸組成。如果將P分子中158位的絲氨酸變成亮氨酸,240位的谷氨酰胺變成苯丙氨酸,改變后的蛋白質(P1)不但保留P的功能,而且具有了酶的催化活性。回答下列問題:(1)從上述資料可知,若要改變蛋白質的功能,可以考慮對蛋白質的進行改造。

(2)以P基因序列為基礎,獲得P1基因的途徑有修飾基因或合成基因。所獲得的基因表達時是遵循中心法則的,中心法則的全部內容包括

的復制;以及遺傳信息在不同分子之間的流動,即:。

(3)蛋白質工程也被稱為第二代基因工程,其基本途徑是從預期蛋白質功能出發,通過和,進而確定相對應的脫氧核苷酸序列,據此獲得基因,再經表達、純化獲得蛋白質,之后還需要對蛋白質的生物進行鑒定。

答案(1)氨基酸序列(或結構)(其他合理答案也給分)(2)PP1DNA和RNA(或遺傳物質)DNA→RNA、RNA→DNA、RNA→蛋白質(或轉錄、逆轉錄、翻譯)(3)設計蛋白質的結構推測氨基酸序列功能解析(1)蛋白質的功能與結構相關,若要改變蛋白質的功能,需要對其結構進行改造。(2)確定目的基因的堿基序列后,可通過對現有基因進行改造或者重新合成來獲得目的基因。中心法則的內容包括遺傳信息的復制、轉錄、逆轉錄和翻譯。(3)蛋白質工程的基本途徑是從預期蛋白質功能出發,通過設計蛋白質的結構和推測氨基酸序列,進而確定相對應的脫氧核苷酸序列。獲得蛋白質之后要對蛋白質的生物功能進行鑒定。6.(2015天津理綜,8,16分)纖維素分子不能進入酵母細胞。為了使酵母菌能夠利用環境中的纖維素為原料生產酒精,構建了含3種不同基因片段的重組質粒。下面是酵母菌轉化及纖維素酶在工程菌內合成與運輸的示意圖。據圖回答:(1)本研究構建重組質粒時可選用四種限制酶,其識別序列如下圖。為防止酶切片段的自身連接,可選用的限制酶組合是或。

A.①② B.①③ C.②④ D.③④(2)設置菌株Ⅰ為對照,是為了驗證不攜帶纖維素酶基因。

(3)纖維素酶基因的表達包括和過程。與菌株Ⅱ相比,在菌株Ⅲ、Ⅳ中參與纖維素酶合成和分泌的細胞器還有。

(4)在以纖維素為唯一碳源的培養基上分別培養菌株Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ,菌株不能存活,原因是。

(5)酵母菌生成酒精的細胞部位是,產生酒精時細胞的呼吸方式是。在利用纖維素生產酒精時,菌株Ⅳ更具優勢,因為導入的重組質粒含有,使分泌的纖維素酶固定于細胞壁,減少因培養液更新而造成的酶的流失,提高酶的利用率。

答案(1)B(或C)C(或B)(2)質粒DNA和酵母菌基因組(3)轉錄翻譯內質網、高爾基體(4)Ⅱ缺少信號肽編碼序列,合成的纖維素酶不能分泌到胞外,細胞無可利用的碳源(5)細胞質基質無氧呼吸A基因片段解析本題借助新情境材料考查對照實驗結果分析、基因工程、分泌蛋白表達、呼吸等相關知識,考查學生獲取信息能力、實驗能力、理解能力。(1)為防止酶切片段的自身連接,必須用不同限制酶切割,且酶切片段兩端的黏性末端不相同(不存在堿基互補片段)。從圖示看,符合要求的限制酶有以下組合:①③、①④、②③、②④,B、C正確。(2)分析對照實驗首先要確定自變量,本題中自變量是導入含不同基因片段的重組質粒。菌株Ⅰ為空白對照,與其他三個組別比較,不難發現設置菌株Ⅰ的目的是驗證質粒自身及酵母菌原基因組不攜帶纖維素酶基因。(3)基因表達包括轉錄和翻譯兩個過程。通過圖示來看,菌株Ⅱ中纖維素酶只分布在細胞質基質中,而菌株Ⅲ和菌株Ⅳ的纖維素酶分布在內質網、高爾基體、囊泡、細胞外,所以菌株Ⅲ、Ⅳ中參與纖維素酶合成和分泌的細胞器還有內質網、高爾基體。(4)菌株Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ進行對比,不難發現信號肽的作用是引導多肽(纖維素酶)進入內質網加工,再經高爾基體分泌到胞外,這樣纖維素酶可在胞外將纖維素水解為葡萄糖,供酵母菌吸收利用。而菌株Ⅱ纖維素酶在胞內無法水解纖維素,故在以纖維素為唯一碳源的培養基上,菌株Ⅱ不能存活。(5)酵母菌無氧呼吸生成酒精,場所為細胞質基質。菌株Ⅲ和Ⅳ均能水解纖維素產生酒精,兩組進行對比,菌株Ⅲ的纖維素酶流失多,菌株Ⅳ因導入A基因片段使得纖維素酶固定于細胞壁,減少因培養液更新而造成的酶的流失,酶的利用率更高。7.(2015福建理綜,33,10分)GDNF是一種神經營養因子,對損傷的神經細胞具有營養和保護作用。研究人員構建了含GDNF基因的表達載體(如圖1所示),并導入到大鼠神經干細胞中,用于干細胞基因治療的研究。請回答:圖1圖2(1)在分離和培養大鼠神經干細胞的過程中,使用胰蛋白酶的目的是。

(2)構建含GDNF基因的表達載體時,需選擇圖1中的

限制酶進行酶切。(3)經酶切后的載體和GDNF基因進行連接,連接產物經篩選得到的載體主要有3種:單個載體自連、GDNF基因與載體正向連接、GDNF基因與載體反向連接(如圖1所示)。為鑒定這3種連接方式,選擇HpaⅠ酶和BamHⅠ酶對篩選得到的載體進行雙酶切,并對酶切后的DNA片段進行電泳分析,結果如圖2所示。圖中第泳道顯示所鑒定的載體是正向連接的。

(4)將正向連接的表達載體導入神經干細胞后,為了檢測GDNF基因是否成功表達,可用相應的與提取的蛋白質雜交。當培養的神經干細胞達到一定密度時,需進行培養以得到更多數量的細胞,用于神經干細胞移植治療實驗。

答案(1)使細胞分散開(2)XhoⅠ(3)②(4)抗體傳代解析(1)因動物細胞體外培養時有接觸抑制現象,故需用胰蛋白酶處理動物組織,使細胞分散開。(2)目的基因兩端及載體DNA分子中均有XhoⅠ酶識別的核苷酸序列,故構建基因表達載體時,應用XhoⅠ酶切割DNA分子。(3)圖示可知載體中酶HpaⅠ與XhoⅠ切割點距離為100bp,GDNF基因切割成600bp和100bp兩種DNA片段,由正向連接的重組載體中GDNF基因方向與HpaⅠ、XhoⅠ酶切割結果可知,正向連接的重組載體被酶HpaⅠ和酶XhoⅠ切割后,將得到6000bp和700bp兩種DNA片段,即為②。(4)可用抗原—抗體雜交技術,對目的基因是否表達進行檢測。當培養液中的細胞達到一定密度后,可分瓶進行傳代培養,以獲得更多數量的細胞。8.(2014課標Ⅱ,40,15分)植物甲具有極強的耐旱性,其耐旱性與某個基因有關。若從該植物中獲得該耐旱基因,并將其轉移到耐旱性低的植物乙中,有可能提高后者的耐旱性。回答下列問題:(1)理論上,基因組文庫含有生物的基因;而cDNA文庫中含有生物的基因。

(2)若要從植物甲中獲得耐旱基因,可首先建立該植物的基因組文庫,再從中出所需的耐旱基因。

(3)將耐旱基因導入農桿菌,并通過農桿菌轉化法將其導入植物的體細胞中,經過一系列的過程得到再生植株。要確認該耐旱基因是否在再生植株中正確表達,應檢測此再生植株中該基因的,如果檢測結果呈陽性,再在田間試驗中檢測植株的是否得到提高。

(4)假如用得到的二倍體轉基因耐旱植株自交,子代中耐旱與不耐旱數量比為3∶1時,則可推測該耐旱基因整合到了(填“同源染色體的一條上”或“同源染色體的兩條上”)。

答案(15分)(1)全部(2分)部分(2分,其他合理答案也給分)(2)篩選(2分,其他合理答案也給分)(3)乙(2分)表達產物(2分,其他合理答案也給分)耐旱性(2分)(4)同源染色體的一條上(3分)解析(1)基因組文庫包含某種生物的全部基因,cDNA文庫又稱為部分基因文庫,含有生物的部分基因。(2)植物甲基因組文庫中有該種植物的全部基因,從中可篩選出耐旱基因。(3)植物乙的耐旱性低,所以植物乙體細胞作為受體細胞;要確定耐旱基因是否正確表達,應檢測該基因的表達產物,對于個體水平的檢測,應在干旱的田間進行試驗,檢測植物乙耐旱性是否得到了提高。(4)將耐旱基因看作A,不耐旱基因看作a,Aa×Aa→耐旱與不耐旱植株的數量比為3∶1,則耐旱基因整合到了同源染色體的一條上。9.(2014天津理綜,8,12分)嗜熱土壤芽孢桿菌產生的β-葡萄糖苷酶(BglB)是一種耐熱纖維素酶,為使其在工業生產中更好地應用,開展了以下試驗:Ⅰ.利用大腸桿菌表達BglB酶(1)PCR擴增bglB基因時,選用基因組DNA作模板。

(2)上圖為質粒限制酶酶切圖譜。bglB基因不含圖中限制酶識別序列。為使PCR擴增的bglB基因重組進該質粒,擴增的bglB基因兩端需分別引入和不同限制酶的識別序列。

(3)大腸桿菌不能降解纖維素,但轉入上述構建好的表達載體后則獲得了降解纖維素的能力,這是因為。

Ⅱ.溫度對BglB酶活性的影響(4)據圖1、2可知,80℃保溫30分鐘后,BglB酶會;為高效利用BglB酶降解纖維素,反應溫度最好控制在(單選)。

A.50℃ B.60℃ C.70℃ D.80℃注:酶的熱穩定性是酶在一定溫度下,保溫一段時間后通過其活性的保持程度來反映的Ⅲ.利用分子育種技術提高BglB酶的熱穩定性在PCR擴增bglB基因的過程中,加入誘變劑可提高bglB基因的突變率。經過篩選,可獲得能表達出熱穩定性高的BglB酶的基因。(5)與用誘變劑直接處理嗜熱土壤芽孢桿菌相比,上述育種技術獲取熱穩定性高的BglB酶基因的效率更高,其原因是在PCR過程中(多選)。

A.僅針對bglB基因進行誘變B.bglB基因產生了定向突變C.bglB基因可快速累積突變D.bglB基因突變不會導致酶的氨基酸數目改變答案(12分)(1)嗜熱土壤芽孢桿菌(2)NdeⅠBamHⅠ(3)轉基因的大腸桿菌分泌出有活性的BglB酶(4)失活B(5)A、C解析(1)BglB由嗜熱土壤芽孢桿菌產生,故PCR擴增bglB基因時,應選用嗜熱土壤芽孢桿菌基因組DNA作模板。(2)目的基因在與質粒連接時,需連接在啟動子和終止子之間,且所用限制酶不能破壞啟動子、終止子和標記基因,所以切割質粒應選用NdeⅠ和BamHⅠ