课时作业(三十八) 基因工程(本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！)1．(2020·山东东营模拟)北极比目鱼中有抗冻基因，其编码的抗冻蛋白具有11个氨基酸的重复序列，该序列重复次数越多，抗冻能力越强。下图是获取转基因抗冻番茄植株的过程示意图，有关叙述正确的是( )A．过程①是获取抗冻基因的过程，用到的酶只有限制酶B．在重组质粒上，抗冻基因首端和末端一定具有启动子和终止子，启动和终止翻译的进程C．过程②用到的质粒是农杆菌的Ti质粒，要将重组质粒转入农杆菌才能进行筛选D．根据抗冻基因制作的DNA探针，可以用来检测转基因抗冻番茄植株中目的基因的存在D [据题图可知，该转基因技术操作中，获取目的基因的方法是利用抗冻基因(目的基因)的mRNA进行人工化学合成，需要的酶是逆转录酶和限制酶，A项错误；目的基因首端和末端的启动子和终止子均是DNA片段，分别启动和终止转录的进程，B项错误；重组质粒转入农杆菌的目的是通过农杆菌转化法将目的基因导入番茄细胞中，C项错误；检测目的基因是否导入受体细胞，通常是用DNA探针进行检测，即所谓DNA分子杂交技术，D项正确。]2．(2020·山东烟台质检)下列有关基因工程和蛋白质工程的叙述，不正确的是( )A．将基因表达载体导入小鼠的受精卵中常用显微注射法B．设计扩增目的基因的引物时，不必考虑表达载体的序列C．蛋白质工程是通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新蛋白质的技术D．蛋白质工程可合成自然界中不存在的蛋白质B [将基因表达载体导入小鼠的受精卵中常用显微注射法，A正确；设计的引物应能与表达载体两端的序列互补配对，B不正确；蛋白质工程是指以分子生物学相关理论为基础，通过基因修饰或基因合成，对现有的蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质的技术，C正确；通过蛋白质工程可合成自然界中不存在的蛋白质，D正确。]3．为增加菊花的花色类型，研究者从其他植物的cDNA文库中提取出花色基因C(图1)，拟将其与质粒(图2)重组，再借助农杆菌导入菊花细胞中。图3表示EcoRⅠ、BamHⅠ和Sau3AⅠ三种限制酶的识别序列与切割位点。请分析回答：-6-\n(1)利用PCR技术扩增目的基因C的原理是_______________________________________________________________________。(2)图2所示质粒被____________切割获得的产物可与图1所示基因C连接，理由是______________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)经BamHⅠ处理后构建的重组质粒导入菊花细胞后，基因C不能表达，原因是质粒酶切部位的两端无________________，导致基因C不能________。(4)在添加四环素的固体培养基上，________(填“能”或“不能”)筛选出含有插入基因C的重组质粒的农杆菌单菌落，原因是______________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析：： (1)利用PCR技术扩增目的基因C的原理是DNA双链复制。(2)据图3可知，由于BamHⅠ和Sau3AⅠ两种酶切割后产生的片段具有相同的黏性末端，因此图2所示质粒被BamHⅠ和Sau3AⅠ切割获得的产物可与图1所示基因C连接。(3)据图可知，经BamHⅠ处理后构建的重组质粒导入菊花细胞后，基因C不能表达，原因是质粒酶切部位的两端无启动子和终止子，导致基因C不能转录。(4)由于含质粒的农杆菌和含重组质粒的农杆菌均含有抗四环素基因，在含四环素的培养基上均能生长，所以在添加四环素的固体培养基上，不能筛选出含有插入基因C的重组质粒的农杆菌单菌落。答案： (1)DNA双链复制 (2)BamHⅠ和Sau3AⅠ 两种酶切割后产生的片段具有相同的黏性末端 (3)启动子和终止子 转录 (4)不能 含质粒的农杆菌和含重组质粒的农杆菌均含有抗四环素基因，在含四环素的培养基上均能生长4．水稻是一种重要的粮食作物，选育高抗性良种是有效防治病虫危害、增加水稻单位面积产量的关键措施。转基因技术为得到抗病虫水稻种子开辟了一条新路。下面是水稻某抗性基因获得的过程。据图回答下面的问题：-6-\n(1)cDNA文库中的基因在基因组文库中________。(填“都有”“都没有”或“有一部分”)。(2)B过程需要的酶________(填“存在”或“不存在”)于正常真核生物体内，图示中含目的基因的细胞群________(填“是”或“不是”)水稻的体细胞。(3)如果不建基因文库，但需要大量的目的基因Ⅰ和Ⅱ，可分别利用图中________和________为模板直接进行PCR扩增。进行扩增时所使用酶的显著特点是________。(4)抗性基因导入受体细胞后，仅一条染色体含抗性基因，该基因的传递________(填“遵循”或“不遵循”)孟德尔分离定律，试说明判断依据：______________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析：： (1)cDNA文库是部分基因文库，基因组文库是全部基因文库，所以cDNA文库中的基因在基因组文库中都有。(2)B过程是由mRNA获取cDNA的过程，需要逆转录酶的催化，逆转录酶在正常真核细胞中不存在，图示中含目的基因的细胞群不是水稻的体细胞。(3)如果不建基因文库，但需要大量的目的基因Ⅰ和Ⅱ，可分别利用图中DNA和cDNA为模板直接进行PCR扩增。进行扩增时所使用酶的显著特点是耐高温。(4)抗性基因导入受体细胞后，仅一条染色体含抗性基因，该基因的传递遵循孟德尔分离定律，因为仅一条染色体含抗性基因，另一条没有其等位基因，相当于杂合子。答案： (1)都有 (2)不存在 不是 (3)DNA cDNA 耐高温 (4)遵循 仅一条染色体含抗性基因，另一条没有其等位基因5．(2019·东营模拟)如图1所示为用PvuⅠ限制酶切下的某目的基因及其上DNA片段示意图；图2所示为三种质粒示意图。图中Ap为氨苄青霉素抗性基因，Tc为四环素抗性基因。EcoRⅠ、PvuⅠ等为限制酶及其切割的位点。复制原点是在基因组上复制起始的一段序列，是指质粒在受体细胞中复制时的起点。-6-\n(1)组成片段D的基本骨架与细胞膜的基本骨架相同的元素是________。(2)图2中质粒A、质粒C能否作为目的基因运载体最理想的质粒？________(填“能”或“否”)，请说明理由______________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)重组质粒成功导入受体细胞的概率一般仅为10－7，用质粒B构建重组质粒，为了筛选出导入了重组质粒的大肠杆菌，在导入完成后，将所有大肠杆菌分别在含有四环素和氨苄青霉素的培养基中培养，大肠杆菌在两种培养基的生长状况不可能的是_______________________________________________________________________________________，可能性最大的是______________________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)若想在山羊的乳汁中收获上述目的基因的表达产物，则需要将重组质粒导入至山羊的________(细胞)中。解析：： (1)脱氧核糖和磷酸交替连接构成DNA片段D的基本骨架，脱氧核糖由C、H、O三种元素组成，组成磷酸的元素是H、P、O；磷脂双分子层构成细胞膜的基本骨架，磷脂分子是由C、H、O、N、P组成，可见组成片段D的基本骨架与细胞膜的基本骨架相同的元素是C、H、O、P。(2)分析图2可知：质粒A缺少标记基因，质粒C在用和目的基因相同的限制酶切割时，复制原点会被限制酶切割，进而影响重组质粒的自主复制，所以质粒A、质粒C均不能作为目的基因运载体最理想的质粒。(3)用质粒B构建重组质粒，当用和目的基因相同的限制酶(PvuⅠ)切割时，Tc(四环素抗性基因)遭到破坏，而Ap(氨苄青霉素抗性基因)结构完好，因此在重组质粒导入完成后，将所有大肠杆菌分别在含有四环素和氨苄青霉素的培养基中培养，大肠杆菌在两种培养基的生长状况不可能的是在含四环素的培养基上能正常生长，在含氨苄青霉素的培养基上不能正常生长。因重组质粒成功导入受体细胞的概率一般仅为10－7，所以可能性最大的是在含氨苄青霉素的培养基和含四环素的培养基上都不能正常生长。(4)若想在山羊的乳汁中收获上述目的基因的表达产物，则需要将重组质粒导入山羊的受精卵中。答案： (1)C、H、O、P (2)否 质粒A缺少标记基因，质粒C在用和目的基因相同的限制酶切割时，复制原点会被限制酶切割，会影响重组质粒的自主复制 (3)在含四环素的培养基上能正常生长，在含氨苄青霉素的培养基上不能正常生长 在含氨苄青霉素的培养基和含四环素的培养基上都不能正常生长 (4)受精卵6．(2019·山东潍坊期末)青蒿素为名贵药材，由青蒿生产。科研人员尝试从以下方面获得青蒿素：-6-\n(1)利用________________技术，由青蒿外植体通过____________(生理过程)形成愈伤组织。经检测愈伤组织不含青蒿素，而丛芽含少量，造成这种差异的根本原因是________________________。(2)图1表示青蒿和酵母菌细胞内的物质代谢过程，DXP、FPP、青蒿二烯均为青蒿素前体产物，各种酶由相应基因指导合成。图2表示基因工程实验结果。①据图1，如果要通过基因工程技术让酵母菌生产青蒿二烯，则目的基因是________基因，基因表达载体除目的基因外，还需要有________基因便于后期筛选。②将DXR基因导入青蒿，让DXR基因在青蒿中过量表达，通过增加FPP量最终提高青蒿素产量。除了提高青蒿素前体产物的方法外，要获得高产青蒿植株，据图1分析，思路还有：______________________________________________________________________________________________________________________________________________。图2中，导入空白运载体的实验数据能用来说明______________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案： (1)(植物)组织培养 脱分化 基因选择性表达 (2)①ADS(酶) 标记 ②通过抑制GAS酶、SQS酶活性，减少香叶烯、角鲨烯的生成量，让FPP转化成更多的青蒿二烯，达到提高青蒿素产量目的 青蒿导入DXR基因后产量提高，与目的基因表达有关7．基因疗法所涉及的基因工程技术主要有三种，包括病毒载体、基因(编辑)和细胞改造。请回答：(1)第一种是将________通过载体送入目标细胞让其发挥作用。该技术用来传递基因的载体多是病毒类载体，因为它们能________________________________________。经过基因改造后，这些作为载体的病毒具有______________________________________________________________________________________________________________________________________________的特点。-6-\n(2)第二种是直接通过基因(编辑)技术修复目标细胞的__________。基因(编辑)技术可以达到添加基因、消除基因或者____________的效果。(3)第三种则是从患者体内提取细胞在体外进行修改然后再重新输回患者体内发挥作用。例如，对造血干细胞进行基因工程改造让其制造内源性的凝血因子，从理论上说能持续缓解血友病症状，而不需使用______________治疗。基因治疗进入了一个兼具安全性和有效性的时代。但你认为这个领域中的问题是______________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析：： (1)将目的基因通过载体送入目标细胞让其发挥作用是基因工程中最常用的技术手段，该技术常用病毒类载体传递基因，主要是因为某些病毒能将基因整合进宿主细胞的DNA分子，这些作为载体的病毒和转入的目的基因对宿主细胞无毒性。(2)直接通过基因(编辑)技术修复目标细胞的缺陷基因，可以达到添加基因、消除基因或者矫正缺陷基因的效果，这是我们常用的基因治疗技术。(3)对造血干细胞进行基因工程改造让其制造内源性的凝血因子，从理论上说能持续缓解血友病症状，而不需输凝血酶或输血小板或输凝血因子治疗。在目前阶段，基因治疗这个领域中关键需要考虑的是载体的遗传毒性、基因编辑的脱靶效应、基因递送和编辑的效率低或者有临床益处的水平低等问题。答案： (1)目的基因 将基因整合进宿主的DNA分子 将目的基因转移到宿主细胞中且无毒性(或载体无法增殖或无感染性) (2)缺陷基因 矫正缺陷基因 (3)输凝血酶(或输血小板或输凝血因子) 载体的遗传毒性(或者基因编辑的脱靶效应或者基因递送和编辑的效率低或者有临床益处的水平低)-6-
