高中生物一輪復習同步練習：基因工程的基本工具和基本操作程序

基因工程的基本工具和基本操作程序練習一、選擇題1.如圖所示三個DNA片段依次表示EcoRⅠ、BamHⅠ和Sau3AⅠ三種限制酶的識別序列與切割位點。下列有關敘述錯誤的是()A.三種限制酶切割產(chǎn)生的末端的長度大小相同B.這三種限制酶切割后形成的都是黏性末端C..BamHⅠ和Sau3AⅠ切割DNA片段形成的末端不能彼此連接D.圖中的DNA片段被EcoRⅠ切割后，會增加兩個游離的磷酸基團2.圖1為某種質(zhì)粒簡圖，圖2表示某外源DNA上的目的基因，小箭頭所指分別為限制酶EcoRⅠ、BamHⅠ、HindⅢ的酶切位點。下列有關敘述錯誤的是()A.在基因工程中若只用一種限制酶完成對質(zhì)粒和外源DNA的切割，則可選EcoRⅠB.如果將一個外源DNA分子和一個質(zhì)粒分別用EcoRⅠ酶切后，再用DNA連接酶連接，形成一個含有目的基因的重組DNA，此重組DNA中EcoRⅠ切割位點有1個C.為了防止質(zhì)粒和含目的基因的外源DNA片段自身環(huán)化，酶切時可使用BamHⅠ和HindⅢ兩種限制酶同時處理質(zhì)粒和目的基因D.一個如圖1所示的質(zhì)粒分子經(jīng)EcoRⅠ切割后，含有2個游離的磷酸基團3.為提高紅豆杉細胞培養(yǎng)物中紫杉醇的產(chǎn)量，研究人員構建紫杉醇合成關鍵酶基因(Bapt)的超表達載體，并將其導入紅豆杉細胞，具體流程如下圖。下列相關說法錯誤的是()A.p1301載體上應含有增強Bapt基因表達的序列B.超表達載體中應含有潮霉素抗性基因作為標記基因C.可使用Bapt基因制成的探針檢測過程⑤是否成功D.工廠化生產(chǎn)紫杉醇需將改造后的紅豆杉細胞培養(yǎng)至愈傷組織4.圖甲為培育轉(zhuǎn)基因生物時選用的載體，圖乙是含有目的基因的一段DNA序列，圖中標注了相關限制酶的酶切位點。下列敘述錯誤的是()A.若通過PCR技術提取該目的基因，應該選用引物甲和引物丙B.構建表達載體時應選用BclⅠ和HindⅢ這兩種限制酶以及DNA連接酶C.若將基因表達載體導入大腸桿菌中，需用Ca2＋處理大腸桿菌D.只利用含四環(huán)素的培養(yǎng)基就可以直接篩選出成功導入表達載體的受體細胞5.下圖是“DNA的粗提取和鑒定”實驗中幾個重要操作的示意圖，下列敘述錯誤的是()A.圖①的原理是DNA不溶于酒精，而某些蛋白質(zhì)可溶于酒精B.圖①和圖③都需要用玻璃棒沿一個方向輕緩攪拌，便于DNA的析出并保持結構完整C.若圖③操作后接圖②操作，則DNA會留在濾液中D.若圖④操作后接圖②操作，則DNA會留在紗布上二、非選擇題6.基因工程的關鍵步驟是基因表達載體的構建，人類γ基因啟動子及其上游的調(diào)控序列中存在著BCL11A蛋白結合位點，該位點結合BCL11A蛋白后，γ基因的表達被抑制。為了確定BCL11A蛋白結合位點的具體位置，科研人員用PCR技術擴增了γ基因上游不同長度的片段，將這些片段分別插入表達載體中進行轉(zhuǎn)化和熒光檢測，相關信息如下圖所示。請回答下列問題：限制酶識別序列及切割位點：MunⅠ：C↓AATTGXhoⅠ：C↓TCGAGEcoRⅠ：G↓AATTCSalⅠ：G↓TCGACNheⅠ：G↓CTAGC(1)基因表達載體包括復制原點、目的基因、____________________________(答出3點)。據(jù)圖可知，擴增的γ基因上游不同長度的片段中，擴增出最長的片段需要選用的引物組合為________。(2)由于熒光蛋白基因缺少啟動子，為了使熒光蛋白基因正常表達，需要在其________(填“NheⅠ”或“MunⅠ”)側接入啟動子；啟動子的作用是____________________________________________。(3)構建基因表達載體的過程中，除了注意酶切后目的基因和載體露出相同的黏性末端，還需要注意連接方向以便表達。據(jù)圖分析，為了使熒光蛋白基因正常表達，γ基因啟動子及其上游的____________(填“R”或“F1”)調(diào)控序列應接在熒光蛋白基因的MunⅠ端，________(填“R”或“F1”)調(diào)控序列應接在熒光蛋白基因的XhoⅠ端。(4)引物的合成是PCR成功的關鍵，PCR擴增時，要有________________________，以便合成引物。制作引物過程中需要注意________之間不能有互補的序列，同一引物內(nèi)部也不能有互補的序列。7.為研究igf2bp3基因的功能，研究者以斑馬魚為研究對象，通過CRISPR/Cas9技術構建igf2bp3基因缺欠的突變模型。請回答下列問題：(1)如圖1示意CRISPR/Cas9的基本原理。向?qū)NA(gRNA)____________端序列識別基因組DNA上的靶點，引導Cas9蛋白在特定位點上切斷DNA雙鏈。雙鏈斷裂的DNA可能通過非同源性末端連接修復導致DNA片段的缺失、倒位等而導致突變，稱為“中靶”；也可能因同源重組修復將雙鏈斷裂的DNA恢復到原始序列，導致________效應。(2)gRNA的合成與純化。設計并合成特定的引物(圖2示意引物之一：T7－靶點6序列－sfd)，以pMD19－gRNAscaffold質(zhì)粒為模板，按照PCR反應程序：預變性5min；變性30s，復性30s，延伸40s，35個循環(huán)；再延伸10min。再延伸時間較長的目的是___________________________。擴增出的DNA在體外轉(zhuǎn)錄出gRNA并純化。下圖2中T7啟動子的作用是___________________________________________________。(3)突變體的構建與篩選。受精卵分成2組，通過________技術注入特定濃度的Cas9蛋白和gRNA混合液1nL作實驗組，另一組不注入作對照。欲判斷靶點敲除是否有效，可________挑選實驗組20枚發(fā)育48h的胚胎提取DNA用于鑒定。若有效，剩下的胚胎培養(yǎng)至性成熟即F0。(4)igf2bp3基因在不同組織中的表達。為了解igf2bp3基因在野生型斑馬魚不同組織中的表達量，研究人員提取了年齡為90d的野生型斑馬魚生殖腺等不同組織的____________，逆轉(zhuǎn)錄后進行定量PCR，結果見下圖3。由圖3的結果分析可知：__________________________________。8.研究發(fā)現(xiàn)人溶菌酶(hLZ)是天然抗生素替代品?？茖W家培育出轉(zhuǎn)人溶菌酶基因山羊，可大規(guī)模生產(chǎn)人溶菌酶(從乳汁中提取)。其過程如圖所示，其中①～⑨表示過程。亮氨酸是山羊細胞維持生命活動必不可少的一種必需氨基酸，質(zhì)粒S中的基因Leu通過控制相關酶的合成控制亮氨酸的合成，基因GFP控制合成綠色熒光蛋白。四種限制酶的識別序列及切割位點見下表。請回答下列問題：限制酶識別序列和切割位點BamHⅠ—G↓GATCC—BglⅡ—A↓GATCT—HindⅢ—A↓AGCTT—XbaⅠ—T↓CTAGA—(1)以胞內(nèi)的mRNA為模板通過反(逆)轉(zhuǎn)錄合成cDNA，將其儲存于受體菌群，從而構建________。過程②需要的限制酶是________。(2)為成功篩選出含重組質(zhì)粒T的成纖維細胞，質(zhì)粒S中用作標記基因的是____________。為達到篩選目的，培養(yǎng)基的營養(yǎng)成分中不應含有__________。將成纖維細胞培養(yǎng)一段時間后觀察，篩選出__________(填“顯示”或“不顯示”)綠色熒光的細胞用于過程⑤。(3)過程④常用儀器為________。培養(yǎng)過程需對早期胚胎進行性別鑒定和胚胎分割，性別鑒定應取________________(填“滋養(yǎng)層”或“內(nèi)細胞團”)進行SRY－PCR，篩選出雌性動物胚胎并進行分割，分割時應注意_________________。9.妊娠與子宮內(nèi)膜基質(zhì)細胞的功能密切相關。某研究小組通過如圖所示的實驗流程獲得子宮內(nèi)膜基質(zhì)細胞，以期用于妊娠相關疾病的研究。(1)手術獲得的皮膚組織需在低溫下運至實驗室，低溫對細胞中各種蛋白質(zhì)的作用為________________________。(2)過程①中，誘導形成iPS細胞時，需提高成纖維細胞中4個基因的表達量，可采用____________________技術將這些基因?qū)朐摷毎＿@4個基因的主要作用為：M基因促進增殖，S基因和C基因控制干細胞特性，K基因抑制凋亡和衰老。若成纖維細胞形成腫瘤細胞，最有可能的基因是__________基因過量表達。(3)培養(yǎng)iPS細胞時，應對所處環(huán)境定期消毒以降低細胞被污染風險?？捎米贤饩€進行消毒的是________。A.培養(yǎng)基 B.培養(yǎng)瓶C.細胞培養(yǎng)室 D.CO2培養(yǎng)箱(4)過程②中，iPS細胞經(jīng)歷的生命歷程為________。PCR技術可用于檢測子宮內(nèi)膜基質(zhì)細胞的mRNA水平。mRNA經(jīng)過________才能作為PCR擴增的模板。答案：1.C根據(jù)題圖并結合三種限制酶的切割位點可知，這三種限制酶切割后形成的都是黏性末端，且長度大小相同，A、B正確；用BamHⅠ和Sau3AⅠ切割DNA片段會形成相同的黏性末端，故BamHⅠ和Sau3AⅠ切割DNA片段形成的末端能按照堿基互補配對彼此連接，C錯誤；圖中的DNA片段被EcoRⅠ切割后，會斷裂兩個磷酸二酯鍵，從而增加兩個游離的磷酸基團，D正確。2.B圖中目的基因兩側都有EcoRⅠ酶切位點，質(zhì)粒上也存在EcoRⅠ酶切位點，若只用一種限制酶完成對質(zhì)粒和外源DNA的切割，可選EcoRⅠ，A正確；EcoRⅠ切割外源DNA分子和質(zhì)粒，再用DNA連接酶連接，形成的含目的基因的重組DNA分子中，EcoRⅠ酶切割位點有2個，B錯誤；為了防止質(zhì)粒和含目的基因的外源DNA片段自身環(huán)化，酶切時可使用BamHⅠ和HindⅢ兩種限制酶同時處理質(zhì)粒和目的基因，C正確；該質(zhì)粒分子經(jīng)EcoRⅠ切割后，產(chǎn)生兩個黏性末端，含有2個游離的磷酸基團，D正確。3.C根據(jù)題干推測，p1301載體上應含有增強Bapt基因表達的序列，A正確；超表達載體中應含有潮霉素抗性基因作為標記基因，在含有潮霉素的培養(yǎng)基上，超表達載體能夠存活，從而起到篩選作用，B正確；由于紅豆杉細胞中本身存在Bapt基因，無論超表達載體是否成功導入，都能與Bapt基因探針形成雜交分子，因此不能通過Bapt基因探針來檢測過程⑤是否成功，C錯誤；工廠化生產(chǎn)紫杉醇屬于細胞產(chǎn)物的獲得，只需要培養(yǎng)到愈傷組織階段即可，D正確。4.D根據(jù)乙圖引物引導子鏈延伸的方向可知，若用PCR技術提取該目的基因，所用的引物組成為圖乙中引物甲和引物丙，A正確；選擇的限制酶應在目的基因兩端和質(zhì)粒上存在識別位點，BamHⅠ會使2種抗性基因都被破壞，同時為防止目的基因和質(zhì)粒自身環(huán)化，應選BclⅠ和HindⅢ兩種限制酶切割，B正確；將目的基因?qū)氪竽c桿菌細胞中，需要用Ca2＋處理大腸桿菌，使之成為感受態(tài)細胞，C正確；由于選擇BclⅠ和HindⅢ這兩種限制酶，破壞了氨芐青霉素抗性基因，但沒有破壞四環(huán)素抗性基因，因此應該先用含四環(huán)素的培養(yǎng)基篩選出含有基因表達載體和普通質(zhì)粒的大腸桿菌，再用含氨芐青霉素的培養(yǎng)基篩選含基因表達載體重組質(zhì)粒的大腸桿菌，D錯誤。5.B圖①的原理是DNA不溶于酒精，某些蛋白質(zhì)可溶于酒精，以便除去溶于酒精的雜質(zhì)，提取含雜質(zhì)較少(或較純凈)的DNA，A正確；圖①需用玻璃棒沿一個方向輕緩攪拌，目的是提取出含雜質(zhì)較少的DNA，圖③需沿一個方向快速攪拌，目的是加速細胞吸水破裂，B錯誤；圖③操作是加入蒸餾水，破碎細胞，若圖③操作后接圖②操作，圖②操作是過濾，獲取含DNA的濾液，使DNA留在濾液中，C正確；圖④操作是去除濾液中雜質(zhì)，析出DNA，若圖④操作后接圖②操作，圖②操作是過濾，將DNA留在紗布上，D正確。6.(1)標記基因、啟動子、終止子F1和R(2)MunⅠRNA聚合酶識別和結合的部位，可驅(qū)動基因轉(zhuǎn)錄(3)RF1(4)一段已知目的基因的核苷酸序列兩種引物解析(1)基因表達載體需要在受體細胞中穩(wěn)定存在和表達，因此其結構需要含有復制原點、目的基因、標記基因、啟動子和終止子等組分。據(jù)圖可知，擴增的γ基因上游不同長度的片段中，若要擴增出最長的片段，需要選用的引物組合為F1和R。(2)由于熒光蛋白基因缺少啟動子，且熒光蛋白基因的NheⅠ側有終止子，為了使熒光蛋白基因正常啟動轉(zhuǎn)錄，進而完成蛋白質(zhì)的合成，需要在熒光蛋白基因的MunⅠ側接入啟動子。啟動子是位于DNA上的一段特殊序列，其作用是RNA聚合酶特異性識別和結合的部位，能驅(qū)動基因轉(zhuǎn)錄形成RNA。(3)圖中啟動子啟動轉(zhuǎn)錄后，轉(zhuǎn)錄的方向是F1→R，若方向相反，轉(zhuǎn)錄出的RNA序列會發(fā)生改變。因此將相關序列插入熒光蛋白基因MunⅠ側并使其順利表達，轉(zhuǎn)錄方向必須保持F1→R，所以連接方向是MunⅠ端連接R調(diào)控序列，XhoⅠ端連接的是F1調(diào)控序列。(4)PCR擴增時，要有一段已知目的基因的核苷酸序列，以便合成引物，合成的引物能與相應的已知序列堿基互補配對。制作引物的時候需要注意同一引物自身和兩種引物之間都不能有互補序列，防止自身配對，降低引物與目的片段結合的機會，影響PCR效率。7.(1)5′脫靶(2)把沒有延伸完的片段補全(或使子鏈得到充分的延伸)有利于RNA聚合酶識別并啟動轉(zhuǎn)錄(3)顯微注射隨機(4)總RNA(RNA)igf2bp3基因在各種組織中都表達，在生殖腺中表達水平最高解析(1)從題圖上看，向?qū)NA的5′端序列識別基因組DNA上的靶點，引導Cas9蛋白在特定位點上切斷DNA雙鏈。若同源重組修復將雙鏈斷裂的DNA恢復到原始序列，即剪切失敗，導致“脫靶”效應。(2)再延伸時間較長的目的是把沒有延伸完的片段補全。啟動子是RNA聚合酶識別并結合、起始轉(zhuǎn)錄的部位，故T7啟動子的作用是有利于RNA聚合酶識別并啟動轉(zhuǎn)錄。(3)將特定濃度的Cas9蛋白和gRNA混合液注入受精卵用顯微注射法。欲判斷靶點敲除是否有效，隨機挑選實驗組20枚發(fā)育48h的胚胎提取DNA用于鑒定。(4)逆轉(zhuǎn)錄是用RNA做模板合成DNA的過程，所以提取了年齡為90d的野生型斑馬魚生殖腺等不同組織的總RNA逆轉(zhuǎn)錄后進行定量PCR。由圖3的結果分析可知，igf2bp3基因在各種組織中都表達，在生殖腺中表達水平最高。8.(1)基因文庫BamHⅠ、HindⅢ(2)基因Leu、基因GFP亮氨酸不顯示(3)顯微注射儀滋養(yǎng)層將內(nèi)細胞團均等分割解析據(jù)圖可知，①是逆轉(zhuǎn)錄過程，②是目的基因的獲取，③是基因表達載體的構建，④是將重組質(zhì)粒導入受體細胞，⑤⑥⑦是核移植，⑧是早期胚胎培養(yǎng)，⑨是胚胎移植。(1)以胞內(nèi)的mRNA為模板通過反(逆)轉(zhuǎn)錄合成cDNA，將其儲存于受體菌群，從而構建基因文庫；據(jù)圖可知，目的基因兩側的黏性末端分別是—GATC和—AGCT，故應選擇BamHⅠ和HindⅢ進行切割。(2)結合題意可知，質(zhì)粒S中的基因Leu通過控制相關酶的合成控制亮氨酸的合成，基因GFP控制合成綠色熒光蛋白，故質(zhì)粒S中用作標記基因的是基因Leu、基因GFP；由于亮氨酸可通過基因Leu合成，故為達到篩選