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专题能力训练十六基因工程1.(2018天津理综)甲型流感病毒为RNA病毒,易引起流感大规模流行。我国科学家在2017年发明了一种制备该病毒活疫苗的新方法,主要环节如下。(1)改造病毒的部分基因,使其失去在正常宿主细胞内增殖的能力。以病毒RNA为模板,逆转录成对应DNA后,利用技术扩增,并将其中某些基因(不包括表面抗原基因)内个别编码氨基酸的序列替换成编码终止密码子的序列。与改造前的基因相比,改造后的基因表达时不能合成完整长度的,因此不能产生子代病毒。将该改造基因、表面抗原等其他基因分别构建重组质粒,并保存。(2)构建适合改造病毒增殖的转基因宿主细胞。设计合成一种特殊tRNA的基因,其产物的反密码子能与(1)中的终止密码子配对结合,并可携带一个非天然氨基酸(Uaa)。将该基因与连接后导入宿主细胞。提取宿主细胞的进行分子杂交鉴定,筛选获得成功表达上述tRNA的转基因宿主细胞。(3)利用转基因宿主细胞制备疫苗。将(1)中的重组质粒导入(2)中的转基因宿主细胞,并在补加的培养基中进行培养,则该宿主细胞能利用上述特殊tRNA,翻译出改造病毒基因的完整蛋白,产生大量子代病毒,用于制备疫苗。特殊tRNA基因转录时,识别其启动子的酶是(单选)。A.病毒的DNA聚合酶B.宿主的DNA聚合酶C.病毒的RNA聚合酶D.宿主的RNA聚合酶(4)上述子代病毒不能在正常宿主细胞中增殖,没有致病性,因此不经灭活或减毒即可制成疫苗。与不具侵染性的流感病毒灭活疫苗相比,该病毒活疫苗的优势之一是可引起免疫,增强免疫保护效果。答案:(1)PCR多肽(或蛋白质)(2)载体总RNA(3)非天然氨基酸(Uaa)D(4)细胞解析:(1)利用逆转录得到病毒DNA后,可利用PCR技术对该DNA进行扩增。据题意,改造后的某些基因在表达时会提前终止,不能合成改造前完整长度的多肽或蛋白质。(2)导入宿主细胞的是携带目的基因的载体,故需将该特殊基因与载体连接。该特殊基因的表达产物是携带Uaa的tRNA,故检测该基因是否表达时可提取宿主细胞的总RNA进行分子杂交。(3)(1)中改造基因表达时,因终止密码子提前出现,无法合成子代病毒的蛋白质而不能产生子代病毒。经过(2)改造的宿主细胞,在基因表达遇到终止密码子时,因有特殊的携带Uaa的tRNA与之结合,故可继续完成翻译表达出完整蛋白,可产生子代病毒用于制备疫苗。与正常培养基相比,(3)中所用培养基需补加Uaa。特殊tRNA基因转录形成RNA,所需的酶是宿主细胞的RNA聚合酶。(4)因正常宿主细胞不含特殊tRNA基因,也无Uaa,故子代病毒侵入正常细胞后,无法合成病毒蛋白质,不能表现出致病性。该病毒与不具侵染性的流感疫苗相比,因其还可侵入体细胞,故除引起体液免疫外,还可引起细胞免疫。2.紫薯富含花青素,有清除体内自由基、抗癌、预防衰老等保健功效。研究人员通过现代分子技术手段,克隆了控制紫薯的着色基因BL。回答下列问题。(1)获取基因BL的方法之一是利用PCR技术扩增大量的DNA。此方法使用的DNA聚合酶与生物体内的DNA聚合酶相比,最主要的特点是。PCR技术能把某一DNA片段进行扩增,依据的原理是。(2)PCR过程中复性温度必须根据引物的碱基数量和种类来设定。下表为根据模板设计的两对引物序列,右上图为引物与模板结合的示意图。可采用较高的复性温度的是,理由是。引物对AP1AACTGAAATGTAGCTATCP2TTAAGTCCATTACTCTAC引物对BS1GTCCGACTAGTGGCTGTGS2AGCTGGCGTTTAGCCTCG(3)若想将着色基因导入另一植物中获得红色果实,可将获取的BL基因插入Ti质粒的上,通过农杆菌的转化作用将目的基因导入植物的体细胞,获得能稳定遗传和表达的转基因植株。该过程的依据是。(4)若要检测目的基因是否转录出了mRNA,需从转基因植株中提取mRNA,用作探针与mRNA杂交。若,则表明目的基因转录出了mRNA。答案:(1)耐高温DNA双链复制(2)引物对B引物对B中G/C含量较高(3)T-DNAT-DNA可转移至受体细胞并整合到受体细胞染色体的DNA上(4)标记的目的基因出现杂交带解析:(1)PCR技术使用的是热稳定的DNA聚合酶(Taq酶)。PCR技术能把某一DNA片段进行扩增,依据的原理是DNA双链复制。(2)引物对B中G/C含量较高,可采用较高的复性温度。(3)将获取的目的基因插入Ti质粒的T-DNA上,T-DNA可转移至受体细胞并整合到受体细胞染色体的DNA上。(4)若要检测目的基因是否转录出了mRNA,需从转基因植株中提取mRNA,用标记的目的基因作探针与mRNA杂交。若出现杂交带,则表明目的基因转录出了mRNA。3.下图为利用生物技术获得生物新品种的过程,据图回答下列问题。(1)在基因工程中,A表示目的基因的获取,通过PCR技术可大量产生目的基因,PCR技术的原理是;B表示构建的基因表达载体,其组成除了目的基因外,还必须有启动子、终止子以及等,其中启动子是酶识别和结合的部位。(2)BC为转基因绵羊的培育过程,其中过程常用的方法是,使用的绵羊受体细胞为,用到的生物技术主要有动物细胞培养和。(3)BD为转基因抗虫棉的培育过程,其中过程常用的方法是,过程的原理是。要确定目的基因(抗虫基因)导入受体细胞后,在棉花细胞中是否成功表达,从分子水平上鉴定可以采用的方法是。答案:(1)DNA(双链)复制标记基因RNA聚合(2)显微注射法受精卵早期胚胎培养(或胚胎移植)(3)农杆菌转化法植物细胞的全能性抗原抗体杂交4.某些微生物能表达黄曲霉毒素B1(AFB1)解毒酶。将该酶添加在饲料中可以降解AFB1,清除其毒性。下图为采用基因工程技术生产AFB1解毒酶的流程图。据图回答问题。(1)过程中,需要用引物的原因是。(2)构建酵母工程菌最常用的运载工具是,操作程序中的关键环节是。检测酵母工程菌中AFB1解毒酶基因是否转录,应采用的方法。(3)采用蛋白质工程进一步改造该酶的基本途径是,从提高酶的活性出发,设计预期的,推测应有的氨基酸序列,找到相对应的。答案:(1)DNA聚合酶不能从头开始合成DNA,而只能从3端延伸DNA链(2)质粒构建基因表达载体分子杂交(3)蛋白质结构脱氧核苷酸序列解析:(1)由于DNA聚合酶不能从头开始合成DNA,而只能从3端延伸DNA链,因此过程中需要用引物。(2)构建酵母工程菌时,常用的运载体是质粒,关键步骤是构建基因表达载体;转录的产物是mRNA,可以利用分子杂交法进行检测。(3)蛋白质工程的本质是通过基因改造或基因合成,对现有蛋白质进行改造或制造一种新的蛋白质。所以其基本途径是设计预期的蛋白质结构,推测应有的氨基酸序列,找到相对应的脱氧核苷酸序列,从而获得活性较高的酶。5.大豆花叶病是世界性大豆病害,是造成大豆减产的重要原因。某科研小组制备了大豆花叶病毒(RNA病毒)的空衣壳蛋白(CP蛋白),生产过程大致如下。请回答问题。(1)图中的是指。(2)过程中应用的酶是。在此过程前,先要在大豆花叶病毒的基因文库中查找的核苷酸序列,以便合成特异性引物。(3)在上述生产流程中,(填序号)是基因工程生产CP衣壳蛋白的核心步骤。为检测样液中是否含有有效成分,在处可使用进行检测。答案:(1)RNA(2)Taq DNA聚合酶CP蛋白基因(控制CP蛋白合成的RNA片段)(3)CP蛋白的抗体6.下面为DNA的粗提取和鉴定实验的相关操作。请回答下列问题。实验材料A洗净切成小块加入二氧化硅和B研磨研磨液过滤后得滤液C(1) 图中实验材料A可以是等,研磨前加入的B应该是。(2) 通过上图所示步骤得到滤液C后,再向滤液中加入物质的量浓度为2 mol/L的NaCl溶液,目的是;然后过滤得到滤液D,向滤液D中加入蒸馏水的目的是。(3)在该实验中,将含有一定杂质的DNA丝状物分别放入体积为2 mL的4种溶液中,经搅拌后过滤,获得如下表所示的4种滤液。含DNA最少的是滤液。1B液搅拌研磨后过滤滤液E2物质的量浓度为2 mol/L的NaCl溶液中搅拌后过滤滤液F3物质的量浓度为0.14 mol/L的NaCl溶液中搅拌后过滤滤液G4冷却的体积分数为95%的酒精溶液中搅拌后过滤滤液H(4)DNA鉴定的原理是。答案:(1)洋葱(菜花等)洗涤剂和食盐(2)使DNA溶解使DNA(溶解度下降而沉淀)析出(3)H(4)在沸水浴条件下,DNA遇二苯胺会被染成蓝色解析:(1)选用洋葱、菜花等植物材料提取DNA时,要在切碎的材料中加入一定的洗涤剂和食盐,并进行充分搅拌和研磨。(2)DNA在物质的量浓度为2mol/L的NaCl溶液中的溶解度较高,而在物质的量浓度为0.14mol/L的NaCl溶液中的溶解度最小。向滤液中加入物质的量浓度为2mol/L的NaCl溶液可以使DNA溶解,过滤除去不溶的杂质。向滤液中加入蒸馏水可降低NaCl溶液的浓度,使DNA析出,除去溶解在低盐溶液中的杂质。(3)DNA不溶于冷酒精,可利用这一原理进一步提纯DNA。(4)鉴定DNA的原理是在沸水浴的条件下,DNA遇二苯胺会被染成蓝色。7.苜蓿是目前我国种植最广的豆科牧草,但是病菌往往威胁着苜蓿的生长。为了提高产量,研究人员将溶菌酶基因(LYZ基因)和绿色荧光蛋白基因(GFP基因)连接为LYZGFP基因,利用农杆菌转化法将其导入苜蓿细胞中,并通过组织培养成功获得了抗病植株。图1表示Ti质粒,其中Vir区的基因产物是T-DNA转移的必备条件;图2表示含有LYZGFP基因的DNA片段,图中箭头表示相关限制酶的酶切位点。回答下列问题。图1图2(1)构建含有LYZGFP基因的重组质粒时,应选用限制酶进行切割,原因是。(2)据图分析,在培育转基因苜蓿植株过程中,应选择LYZGFP基因中的GFP基因作为标记基因,而不选择质粒中原有的卡那霉素抗性基因为标记基因,这种做法的优点是。(3)在组织培养过程中,对愈伤组织进行显微检测,若,则表明细胞中GFP基因存在并表达。(4)对该苜蓿植株进行病菌接种实验,通过观察其抗病程度可以进行个体生物学水平的鉴定,原因是。答案:(1)和用限制酶和限制酶切割能获取LYZGFP基因,不会破坏质粒中的Vir区的基因,使目的基因的插入位点位于T-DNA片段上(2)LYZGFP基因在T-DNA片段上,能整合到苜蓿细胞染色体的DNA上,便于追踪检测LYZ基因的表达情况(3)观察到绿色荧光(4)LYZ基因能够表达出溶菌酶,溶菌酶能够杀灭病菌,表现出抗病特性- 5 -
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