學(xué)案第十一單元第39講基因工程

第39講基因工程考綱解讀考情播報最新考綱核心內(nèi)容1.基因工程的誕生(Ⅰ)主要是基因工程的工具和基因工程的操作步驟及在實際中的應(yīng)用，對蛋白質(zhì)工程考查較少1.考查方式：主要通過構(gòu)建基因表達(dá)載體來考查基因工程的工具和基因工程操作步驟，也可以聯(lián)系細(xì)胞工程和胚胎工程進(jìn)行考查。2．考查題型：課標(biāo)以一道非選擇題進(jìn)行考查，屬于高檔題。2.基因工程的原理及技術(shù)(Ⅱ)3.基因工程的應(yīng)用(Ⅱ)4.蛋白質(zhì)工程(Ⅰ)1．(2015·江蘇卷)熒光原位雜交可用熒光標(biāo)記的特異DNA片段為探針，與染色體上對應(yīng)的DNA片段結(jié)合，從而將特定的基因在染色體上定位。請答復(fù)以下問題：(1)DNA熒光探針的制備過程如圖1所示，DNA酶Ⅰ隨機(jī)切開了核苷酸之間的______________鍵從而產(chǎn)生切口，隨后在DNA聚合酶Ⅰ作用下，以熒光標(biāo)記的____________為原料，合成熒光標(biāo)記的DNA探針。(2)圖2表示探針與待測基因結(jié)合的原理。先將探針與染色體共同煮沸，使DNA雙鏈中_______鍵斷裂，形成單鏈。隨后在降溫復(fù)性過程中，探針的堿基依據(jù)________________________________原那么，與染色體上的特定基因序列形成較穩(wěn)定的雜交分子。圖中兩條姐妹染色單體中最多可有________________條熒光標(biāo)記的DNA片段。(3)A、B、C分別代表不同來源的一個染色體組，AA和BB中各有一對同源染色體可被熒光探針標(biāo)記。假設(shè)植物甲(AABB)與植物乙(AACC)雜交，那么其F1有絲分裂中期的細(xì)胞中可觀看到________個熒光點(diǎn)；減數(shù)第一次分裂形成的兩個子細(xì)胞中分別可觀看到____________個熒光點(diǎn)。解析：(1)如下圖，DNA酶Ⅰ處理后將DNA分成一個個DNA片段，說明DNA酶Ⅰ切開了核苷酸之間的磷酸二酯鍵。DNA聚合酶Ⅰ催化DNA的合成，以熒光標(biāo)記的脫氧核苷酸為原料，合成熒光標(biāo)記的DNA探針。(2)煮沸高溫能夠使DNA雙鏈間的氫鍵斷裂，形成單鏈。在降溫復(fù)性過程中，探針的堿基依據(jù)堿基互補(bǔ)配對原那么，與待測基因序列形成穩(wěn)定的雜交分子。兩條姐妹染色體含有4個DNA分子，分別與DNA探針互補(bǔ)，最多形成4個熒光標(biāo)記的DNA片段。(3)植物甲(AABB)與植物乙(AACC)雜交，那么F1染色體組成是AABC，由于AA和BB中各有一對同源染色體可被熒光探針標(biāo)記，所以F1有絲分裂中期，其為AB或AC，或A和ABC，由于染色體經(jīng)過復(fù)制，那么兩個子細(xì)胞中含有2個A和2個B或2個A，那么可觀看到2和4個熒光點(diǎn)。答案：(1)磷酸二酯脫氧核苷酸(2)氫堿基互補(bǔ)配對4(3)62和42．(2014·課標(biāo)全國Ⅱ卷)植物甲具有極強(qiáng)的耐旱性，其耐旱性與某個基因有關(guān)。假設(shè)從該植物中獲得該耐旱基因，并將其轉(zhuǎn)移到耐旱性低的植物乙中，有可能提高后者的耐旱性。答復(fù)以下問題：(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)假設(shè)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?qū)朕r(nóng)桿菌，并通過農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法將其導(dǎo)入植物________的體細(xì)胞中，經(jīng)過一系列的過程得到再生植株。要確認(rèn)該耐旱基因是否在再生植株中正確表達(dá)，應(yīng)檢測此再生植株中該基因的____________，假設(shè)檢測結(jié)果呈陽性，再在田間試驗中檢測植株的__________是否得到提高。(4)假設(shè)用得到的二倍體轉(zhuǎn)基因耐旱植株自交，子代中耐旱與不耐旱植株的數(shù)量比為3：1時，那么可推想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〞)。解析：(1)基因組文庫含有生物的全部基因，而cDNA文庫中含有生物的局部基因。(2)植物甲具有極強(qiáng)的耐旱性，其耐旱性與某個基因有關(guān)，假設(shè)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，包含該生物的全部基因，然后再從中篩選出所需的耐旱基因。(3)假設(shè)從植物甲中獲得該耐旱基因，并將其轉(zhuǎn)移到耐旱性低的植物乙中，通常采納的方法是農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法。將耐旱基因?qū)胫参镆业捏w細(xì)胞后，經(jīng)過植物組織培育得到再生植株。要確認(rèn)該耐旱基因是否在再生植株中正確表達(dá)，應(yīng)檢測該耐旱基因是否合成了相應(yīng)的蛋白質(zhì)，即檢測此再生植株中該基因的表達(dá)產(chǎn)物，假設(shè)檢測結(jié)果呈陽性，說明已經(jīng)合成了相應(yīng)的蛋白質(zhì)，這時再進(jìn)行個體生物學(xué)檢測，即在田間試驗中檢測植株的耐旱性是否得到提高。(4)假設(shè)用得到的二倍體轉(zhuǎn)基因耐旱植株自交，子代中耐旱和不耐旱植株的數(shù)量比為3：1，符合基因的別離定律，說明得到的二倍體轉(zhuǎn)基因耐旱植株為雜合子，因此可推想該耐旱基因只整合到了同源染色體的一條上。答案：(1)全部局部(2)篩選(3)乙表達(dá)產(chǎn)物耐旱性(4)同源染色體的一條上3．(2015·江蘇卷)胰島素A、B鏈分別表達(dá)法是生產(chǎn)胰島素的方法之一。圖1是該方法所用的基因表達(dá)載體，圖2表示利用大腸桿菌作為工程菌生產(chǎn)人胰島素的根本流程(融合蛋白A、B分別表示β-半乳糖苷酶與胰島素A、B鏈融合的蛋白)。請答復(fù)以下問題：(1)圖1基因表達(dá)載體中沒有標(biāo)注出來的根本結(jié)構(gòu)是__________________。(2)圖1中啟動子是______________酶識別和結(jié)合的部位，有了它才能啟動目的基因的表達(dá)；氨芐青霉素抗性基因的作用是_____________________________________________________________________________________________________________________。(3)構(gòu)建基因表達(dá)載體時必需的工具酶有__________________________。(4)β-半乳糖苷酶與胰島素A鏈或B鏈融合表達(dá)，可將胰島素肽鏈上蛋白酶的切割位點(diǎn)隱蔽在內(nèi)部，其意義在于__________________________________________________________。(5)溴化氰能切斷肽鏈中甲硫氨酸羧基端的肽鍵，用溴化氰處理相應(yīng)的融合蛋白能獲得完整的A鏈或B鏈，且β-半乳糖苷酶被切成多個肽段，這是由于________________________________________。(6)依據(jù)圖2中胰島素的結(jié)構(gòu)，請推想每個胰島素分子中所含游離氨基的數(shù)量。你的推想結(jié)果是____________，理由是_____________________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)基因表達(dá)載體包括復(fù)制原點(diǎn)、啟動子、終止子、標(biāo)記基因和目的基因，圖1基因表達(dá)載體缺少終止子。(2)啟動子中RNA聚合酶識別和結(jié)合的部位，使目的基因轉(zhuǎn)錄；氨芐青霉素抗性基因是標(biāo)記基因，能夠?qū)⒑兄亟M質(zhì)粒的大腸桿菌篩選出來。(3)構(gòu)建基因表達(dá)載體需要的工具酶是限制酶和DNA連接酶。(4)將胰島素肽鏈上蛋白酶的切割位點(diǎn)隱蔽在內(nèi)部，可防止胰島素的A、B鏈被菌體內(nèi)蛋白酶降解。(5)由于β-半乳糖苷酶中含多個甲硫氨酸，而胰島素A、B鏈中不含甲硫氨酸，所以用溴化氰處理相應(yīng)的融合蛋白，可獲得完整的A鏈或B鏈，β-半乳糖苷酶被切成多個肽段。(6)胰島素共有兩條肽鏈，每條肽鏈的一端各有一個游離的氨基，而氨基酸的R基中可能還含有游離的氨基，所以每個胰島素分子中至少含有2個游離的氨基。答案：(1)終止子(2)RNA聚合作為標(biāo)記基因，將含有重組質(zhì)粒的大腸桿菌篩選出來(3)限制酶和DNA連接酶(4)防止胰島素的A、B鏈被菌體內(nèi)蛋白酶降解(5)β-半乳糖苷酶中含多個甲硫氨酸，而胰島素A、B鏈中不含甲硫氨酸(6)至少2個兩條肽鏈的一端各有一個游離的氨基，氨基酸R基團(tuán)中可能還含有游離的氨基4．(2015·安徽卷，節(jié)選)科研人員采納轉(zhuǎn)基因體細(xì)胞克隆技術(shù)獲得轉(zhuǎn)基因綿羊，以便通過乳腺生物反響器生產(chǎn)人凝血因子IX醫(yī)用蛋白，其技術(shù)路線如圖。(1)由過程①獲得的A為_________________________________。(2)在核移植之前，必需先去掉受體卵母細(xì)胞的核，目的是_______________________________________。受體應(yīng)選用________期卵母細(xì)胞。(3)進(jìn)行胚胎移植時，代孕母羊?qū)σ迫胱訉m的重組胚胎根本上不發(fā)生________________，這為重組胚胎在代孕母羊體內(nèi)的存活供應(yīng)了可能。(4)采納胎兒成纖維細(xì)胞進(jìn)行轉(zhuǎn)基因體細(xì)胞克隆，理論上可獲得無限個轉(zhuǎn)基因綿羊，這是由于________________________________。解析：(1)分析圖示可知，過程①表示構(gòu)建基因表達(dá)載體。(2)對卵細(xì)胞去核的目的是保證后代的核遺傳物質(zhì)全部來自目的基因的成纖維細(xì)胞。受體應(yīng)選用減數(shù)其次次分裂中期。(3)胚胎移植能勝利，緣由是代孕母羊?qū)χ萌胱訉m的重組胚胎根本上不發(fā)生免疫排斥反響。(4)轉(zhuǎn)基因體細(xì)胞克隆屬于無性繁殖，細(xì)胞能經(jīng)過傳代培育不斷增殖，且遺傳物質(zhì)一般不會發(fā)生轉(zhuǎn)變。答案：(1)含目的基因的表達(dá)載體(2)保證核遺傳物質(zhì)來自含目的基因的成纖維細(xì)胞MⅡ(3)免疫排斥反響(4)整合有目的基因的成纖維細(xì)胞可進(jìn)行傳代培育5．菊天牛是菊花的主要害蟲之一。科研人員將抗蟲基因轉(zhuǎn)入菊花，培育出抗蟲菊花。以下圖是獲得轉(zhuǎn)基因菊花的技術(shù)流程，請據(jù)圖答復(fù)。(1)為了促進(jìn)土壤農(nóng)桿菌汲取重組質(zhì)粒，可用________________處理土壤農(nóng)桿菌，使其處于感受態(tài)。(2)將重組質(zhì)粒導(dǎo)入土壤農(nóng)桿菌的目的是利用農(nóng)桿菌能夠______________________________________________________的特點(diǎn)，使目的基因進(jìn)入受體細(xì)胞中，并插入到菊花細(xì)胞的________________上，最終形成轉(zhuǎn)基因植株。(3)將愈傷組織轉(zhuǎn)移到添加肯定濃度植物激素和______的培育基中，在相宜條件下進(jìn)行培育，篩選轉(zhuǎn)基因菊花。(4)用PCR方法檢測轉(zhuǎn)基因菊花是否含有目的基因時，需依據(jù)____________的核苷酸序列設(shè)計特異引物，以________________________________為模板進(jìn)行第一輪擴(kuò)增。(5)將轉(zhuǎn)基因菊花嫩莖及葉片與人工飼料以適當(dāng)比例混合后飼喂菊天牛2齡幼蟲，試驗結(jié)果如下表所示。①對比組應(yīng)飼喂等量的_________________________________。②據(jù)表分析，__________________________差異顯著，說明轉(zhuǎn)基因菊花對菊天牛2齡幼蟲有較強(qiáng)的毒殺作用。解析：(1)用Ca2＋處理土壤農(nóng)桿菌，使其處于感受態(tài)，易于汲取外源重組DNA分子。(2)農(nóng)桿菌能夠感染植物細(xì)胞，并將T-DNA轉(zhuǎn)移至受體細(xì)胞中，并插入到受體細(xì)胞的染色體DNA上，利用這個特點(diǎn)實現(xiàn)導(dǎo)入目的基因。(3)利用添加卡那霉素的培育基可以篩選含卡那霉素抗性基因的轉(zhuǎn)基因植物。(4)用PCR方法檢測轉(zhuǎn)基因菊花是否含有目的基因時，需依據(jù)目的基因的核苷酸序列設(shè)計特異引物，以含目的基因的菊花DNA為模板進(jìn)行第一輪擴(kuò)增。(5)本試驗分對比組和試驗組，對比組飼喂等量的非轉(zhuǎn)基因菊花嫩莖及葉片與人工飼料混合物，試驗組飼喂轉(zhuǎn)基因菊花嫩莖及葉片與人工飼料混合物，通過試驗組與對比組死亡率比擬，說明轉(zhuǎn)基因菊花對菊天牛2齡幼蟲有較強(qiáng)的毒殺作用。答案：(1)Ca2＋(或“CaCl2〞)(2)感染菊花(或“植物〞)細(xì)胞，并將T-DNA轉(zhuǎn)移至受體細(xì)胞染色體的DNA(3)卡那霉素(4)抗蟲基因(目的基因)轉(zhuǎn)基因菊花的DNA(或“含目的基因的菊花DNA〞)(5)①非轉(zhuǎn)基因菊花嫩莖及葉片與人工飼料混合物②試驗組與對比組死亡率6．(2016·石家莊模擬)生物分子間特異性結(jié)合的性質(zhì)廣泛用于生命科學(xué)討論。以下實例為體外處理“蛋白質(zhì)-DNA復(fù)合體〞獲得DNA片段信息的過程圖。據(jù)圖答復(fù)：(1)過程①酶作用的部位是________________，此過程只發(fā)生在非結(jié)合區(qū)DNA，過程②酶作用的部位是________。(2)①②兩過程利用了酶的________特性。(3)假設(shè)將得到的DNA片段用于構(gòu)建重組質(zhì)粒，需要將過程③的測序結(jié)果與______________________酶的識別序列進(jìn)行比對，以確定選用何種酶。(4)假設(shè)復(fù)合體中的蛋白質(zhì)為RNA聚合酶，那么其識別、結(jié)合的DNA序列區(qū)為基因的________________。解析：(1)DNA酶作用于DNA分子后，假設(shè)將DNA分子切割成片段，應(yīng)作用于磷酸二酯鍵，蛋白酶作用于蛋白質(zhì)中的肽鍵。(2)酶的作用特點(diǎn)是具有專一性。(3)假設(shè)用DNA片段構(gòu)建重組質(zhì)粒，需要與限制性核酸內(nèi)切酶切割的識別序列進(jìn)行比對，選用切割后獲得的相同片段所對應(yīng)的限制性核酸內(nèi)切酶進(jìn)行切割。(4)RNA聚合酶特定結(jié)合啟動子中RNA聚合酶結(jié)合位點(diǎn)。答案：(1)磷酸二酯鍵肽鍵(2)專一性(3)限制性核酸內(nèi)切(4)啟動子(或轉(zhuǎn)錄起始區(qū))7．圖1表示含有目的基因D的DNA片段長度(bp即堿基對)和局部堿基序列，圖2表示一種質(zhì)粒的結(jié)構(gòu)和局部堿基序列?，F(xiàn)有MspⅠ、BamHⅠ、MboⅠ、SmaⅠ4種限制性核酸內(nèi)切酶，它們識別的堿基序列和酶切位點(diǎn)分別為C↓CGG、G↓GATCC、↓GATC、CCC↓GGG。請答復(fù)以下問題：(1)圖1的一條脫氧核苷酸鏈中相鄰兩個堿基之間依次由____________________________連接。(2)假設(shè)用限制酶SmaⅠ完全切割圖1中DNA片段，產(chǎn)生的末端是______末端，其產(chǎn)物長度為________________________________。(3)假設(shè)圖1中虛線方框內(nèi)的堿基對被T-A堿基對替換，那么基因D就突變?yōu)榛騞。從雜合子中別離出圖1及其對應(yīng)的DNA片段，用限制酶SmaⅠ完全切割，產(chǎn)物中共有________種不同長度的DNA片段。(4)假設(shè)將圖2中質(zhì)粒和目的基因D通過同種限制酶處理后進(jìn)行連接，形成重組質(zhì)粒，那么應(yīng)選用的限制酶是________。在導(dǎo)入重組質(zhì)粒后，為了篩選出含重組質(zhì)粒的大腸桿菌，一般需要用添加________的培育基進(jìn)行培育。經(jīng)檢測，局部含有重組質(zhì)粒的大腸桿菌菌株中目的基因D不能正確表達(dá)，其最可能的緣由是_____________________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)兩條脫氧核苷酸鏈之間的堿基通過氫鍵相連，一條脫氧核苷酸鏈中相鄰的堿基通過脫氧核糖-磷酸-脫氧核糖連接。(2)依據(jù)限制酶SmaⅠ識別的堿基序列可知，限制酶SmaⅠ切割產(chǎn)生的末端為平末端。在圖1序列中共有2個SmaⅠ的切割位點(diǎn)，切割后形成3種不同長度的產(chǎn)物，分別為537bp、790bp、661bp。(3)圖1中有SmaⅠ的兩個識別序列，完全切割后產(chǎn)生3個不同長度的DNA片段，假設(shè)虛線方框中的堿基對被T—A堿基對替換，再經(jīng)SmaⅠ識別并完全切割后會產(chǎn)生2個DNA片段，其中1個DNA片段與未替換前完全切割的相同，因此經(jīng)完全切割后共產(chǎn)生4種不同長度的DNA片段。(4)切割目的基因可選用限制酶BamHⅠ和限制酶MboⅠ，但限制酶MboⅠ可將質(zhì)粒中的抗生素A抗性基因和抗生素B抗性基因都破壞，而限制酶BamHⅠ只破壞抗生素A抗性基因，因此只能選用限制酶BamHⅠ；重組質(zhì)粒中含有抗生素B抗性基因，因此可在含抗生素B的培育基上培育。答案：(1)脫氧核糖、磷酸、脫氧核糖(2)平537bp、790