高中生物一輪復習同步練習：PCR技術與電泳相關問題

PCR技術與電泳相關問題練習一、選擇題1.大引物PCR定點突變常用來研究蛋白質結構改變導致的功能變化。單核苷酸的定點誘變僅需進行兩輪PCR即可獲得，第一輪加誘變引物和側翼引物，第一輪產(chǎn)物作為第二輪PCR擴增的大引物，過程如圖所示。下列敘述正確的是()A.第一輪PCR過程中復性所用的溫度與第二輪PCR復性的溫度是一樣的B.PCR擴增的定點誘變產(chǎn)物通常需要連接到載體分子上才能表達出相應的性狀，該定點誘變產(chǎn)物需具備啟動子、終止子等結構才能進行轉錄和翻譯C.第二輪PCR所用的引物是第一輪PCR的產(chǎn)物DNA的兩條鏈D.將某功能蛋白的第17位Cys(UGU)改造成Ser(UCU)，屬于蛋白質工程2.惡性高熱是一種潛在致命性單基因遺傳病，患者一般無癥狀，但當接觸麻醉劑后，會誘發(fā)患者出現(xiàn)高熱等癥狀，死亡率極高。某家庭的母親和女兒皆患有惡性高熱，母親因該病去世，女兒經(jīng)及時搶救而康復。科研人員對該家庭成員進行了基因檢測?？刂圃撔誀畹哪骋换蚩稍谙拗泼傅淖饔孟虑懈畛蓛蓷l不同長度的DNA片段，用凝膠電泳法分離后可顯示出不同的帶譜如圖所示(控制該性狀的基因為完全顯性，且不位于X、Y染色體的同源區(qū)段)。下列說法錯誤的是()A.該遺傳病屬于常染色體顯性遺傳病B.結合3、4可推斷2號不患病的概率是100%C.該致病基因是由正?；驂A基的替換形成的D.4號與無麻醉劑接觸史的女子結婚，后代能出現(xiàn)的基因型最多有3種3.某研究小組利用轉基因技術，將綠色熒光蛋白基因(GFP)整合到野生型小鼠Gata3基因一端，如圖甲所示。實驗得到能正常表達兩種蛋白質的雜合子雌雄小鼠各1只，交配以期獲得Gata3－GFP基因純合子小鼠。為了鑒定交配獲得的4只新生小鼠的基因型，設計了引物1和引物2用于PCR擴增，PCR產(chǎn)物電泳結果如圖乙所示。下列敘述正確的是()A.Gata3基因的啟動子無法控制GFP基因的表達B.翻譯時先合成Gata3蛋白，再合成GFP蛋白C.2號條帶的小鼠是野生型，4號條帶的小鼠是Gata3－GFP基因純合子D.若用引物1和引物3進行PCR，能更好地區(qū)分雜合子和純合子4.如圖所示，在一段未知序列的突變體DNA片段中，插入了已知序列的T－DNA，要想對T－DNA兩側的未知序列進行測序，下列做法正確的是()A.用引物①和引物④直接進行PCR擴增之后再測序B.用引物②和引物③直接進行PCR擴增之后再測序C.用DNA連接酶連接成環(huán)狀后，再用引物①④PCR擴增后測序D.用DNA連接酶連接成環(huán)狀后，再用引物②③PCR擴增后測序5.重疊延伸PCR技術是采用具有互補末端的引物，使PCR產(chǎn)物形成重疊鏈，從而在隨后的擴增反應中通過重疊鏈的延伸，獲得想要的目的基因。某科研團隊運用重疊延伸PCR技術在水蛭素基因的特定位點引入特定突變，以實現(xiàn)基因的定點突變，原理如圖。下列說法錯誤的是()注：引起凸起處代表與模板鏈不能互補的突變位點。A.過程②需要含Mg2＋的緩沖液、DNA模板、引物、4種脫氧核苷酸、耐高溫的DNA聚合酶等B.若引物1、引物2組成的反應系統(tǒng)和引物3、引物4組成的反應系統(tǒng)中均進行一次DNA分子的復制后，一共會產(chǎn)生2種DNA分子C.經(jīng)過程④獲得的雜交DNA有2種，其中只有一種可以經(jīng)過程⑤獲得目的基因D.過程⑤使用耐高溫的DNA聚合酶延伸，不需要引物二、非選擇題6.人體內(nèi)的t－PA蛋白能高效降解血栓，是心梗和腦血栓的急救藥，但大劑量使用會誘發(fā)顱內(nèi)出血。如果將t－PA蛋白第84位的半胱氨酸換成絲氨酸，能顯著降低出血副作用。先對天然的t－PA基因進行序列改造，然后在大腸桿菌中表達改造后的基因，可得到性能優(yōu)異的改良t－PA蛋白。如圖是通過重疊延伸PCR獲取t－PA改良基因和利用質粒pCLYⅡ構建含t－PA改良基因的重組質粒示意圖(圖中重疊延伸PCR過程中，引物a、b用來擴增含有突變位點及其上游序列的DNA片段，引物c、d用來擴增含突變位點及其下游序列的DNA片段)。請回答：(1)已知t－PA蛋白第84位是半胱氨酸，相應的基因模板鏈(圖中t－PA基因的上鏈)上的堿基序列是ACA，絲氨酸的密碼子是UCU。重疊延伸PCR，示意圖中的點表示突變部位的堿基，引物b中該部位的堿基是____________，引物c該部位的堿基是________。PCR中需要引物的原因是_______________________。(2)重疊延伸PCR中，PCR1和PCR2分別進行，產(chǎn)物混合后再進行PCR3。PCR1和PCR2需要分別進行的原因是_______________________________。7.種子大小是作物重要的產(chǎn)量性狀。研究者對野生型擬南芥(2n＝10)進行誘變篩選到一株種子增大的突變體。通過遺傳分析和測序，發(fā)現(xiàn)野生型DAI基因發(fā)生一個堿基G到A的替換，突變后的基因為隱性基因，據(jù)此推測突變體的表型與其有關，開展相關實驗?；卮鹣铝袉栴}：(1)擬采用農(nóng)桿菌轉化法將野生型DAI基因轉入突變體植株，若突變體表型確由該突變造成，則轉基因植株的種子大小應與________植株的種子大小相近。(2)用PCR反應擴增DAI基因，用限制性內(nèi)切核酸酶對PCR產(chǎn)物和________進行切割，用DNA連接酶將兩者連接。為確保插入的DAI基因可以正常表達，其上下游序列需具備__________________________。(3)轉化后，T－DNA(其內(nèi)部基因在減數(shù)分裂時不發(fā)生交換)可在基因組單一位點插入也可以同時插入多個位點。在插入片段均遵循基因分離及自由組合定律的前提下，選出單一位點插入的植株，并進一步獲得目的基因穩(wěn)定遺傳的植株(如圖)，用于后續(xù)驗證突變基因與表型的關系。①農(nóng)桿菌轉化T0代植株并自交，將T1代種子播種在選擇培養(yǎng)基上，能夠萌發(fā)并生長的陽性個體即表示其基因組中插入了_______________________________。②T1代陽性植株自交所得的T2代種子按單株收種并播種于選擇培養(yǎng)基，選擇陽性率約________%的培養(yǎng)基中幼苗繼續(xù)培養(yǎng)。③將②中選出的T2代陽性植株________(填“自交”“與野生型雜交”或“與突變體雜交”)所得的T3代種子按單株收種并播種于選擇培養(yǎng)基，陽性率達到________%的培養(yǎng)基中的幼苗即為目標轉基因植株。為便于在后續(xù)研究中檢測該突變，研究者利用PCR擴增野生型和突變型基因片段，再使用限制性內(nèi)切核酸酶X切割產(chǎn)物，通過核酸電泳即可進行突變檢測，相關信息見下，在電泳圖中將酶切結果對應位置的條帶涂黑。8.科研人員構建了可表達J－V5融合蛋白的重組質粒并進行了檢測，該質粒的部分結構如圖甲所示，其中V5編碼序列表達標簽短肽V5。(1)與圖甲中啟動子結合的酶是________。除圖甲中標出的結構外，作為載體，質粒還需具備的結構有______________________________(答出2個結構即可)。(2)構建重組質粒后，為了確定J基因連接到質粒中且插入方向正確，需進行PCR檢測，若僅用一對引物，應選擇圖甲中的引物________。已知J基因轉錄的模板鏈位于b鏈，由此可知引物F1與圖甲中J基因的________(填“a鏈”或“b鏈”)相應部分的序列相同。(3)重組質粒在受體細胞內(nèi)正確表達后，用抗J蛋白抗體和抗V5抗體分別檢測相應蛋白是否表達以及表達水平，結果如圖乙所示。其中，出現(xiàn)條帶1證明細胞內(nèi)表達了____________，條帶2所檢出的蛋白________(填“是”或“不是”)由重組質粒上的J基因表達的。9.基因定點突變是指按照特定的要求，使基因的特定序列發(fā)生插入、刪除、置換、重排等變異。下圖甲是一種PCR介導的基因定點突變示意圖，圖乙是研究人員利用基因M1構建基因表達載體的過程。請回答下列問題：(1)進行基因定點突變的PCR反應體系中，除加入引物和模板DNA外，一般還需要加入________________________；圖甲所示的基因定點突變技術需要________次PCR；獲得產(chǎn)物A需要的引物是____________。(2)研究人員對PCR的中間產(chǎn)物A、B進行純化后，利用圖中相關酶對基因M和產(chǎn)物A、B進行充分酶切后得到不同的片段，長度(kb)如下表，則圖中基因敲除片段的長度為________，基因M1的長度為________。項目基因MAB長度3.24、2.8、0.15、0.132.8、0.093.24、0.05(3)通過圖甲過程獲得的基因M1仍需要大量擴增，此時選擇的引物是________，為了與圖乙中的Ti質粒相連，還需要分別在它們的__________端引入限制酶________的識別序列。(4)構建基因表達載體時，M1基因必需插入Ti質粒的________中，原因是_______________________________________________________。答案：1.D為了使兩輪PCR在同一支試管中進行，引物設計時應考慮不同的復性溫度，第二輪PCR的復性溫度應該比第一輪高，A錯誤；若要使得目的基因可以表達出蛋白質，則載體上需要具備啟動子和終止子等結構才能進行轉錄和翻譯，B錯誤；除第一輪產(chǎn)物作為第二輪PCR擴增的大引物外，第二輪PCR仍需加入的引物是另一種側翼引物，以便進行另一條鏈的延伸，C錯誤；將某功能蛋白的第17位Cys(UGU)改造成Ser(UCU)，屬于蛋白質工程，D正確。2.B據(jù)題意可知，該家庭女兒患惡性高熱，兒子相關致病基因檢測結果與女兒相同，因此兒子也患惡性高熱；父親只有500bp和800bp的片段，女兒和兒子既含1300bp片段，也含500bp和800bp的片段，說明女兒和兒子都是既含致病基因，又含正常基因，若是該致病基因在X染色體上，且不位于X、Y染色體的同源區(qū)段，兒子就不會同時含有致病基因和正?；?，因此判斷該病為常染色體顯性遺傳病，A正確；根據(jù)題意，“控制該性狀的某一基因可在限制酶的作用下切割成兩條不同長度的DNA片段”，若是致病基因被切割成兩條不同長度的DNA片段，父親有可能是患者，B錯誤；據(jù)題圖可知，某限制酶作用于相應基因后，正?；蚝椭虏』虻目傞L度不變(都是1300bp)，因此推測該致病基因由正?；驂A基的替換形成，C正確；由分析可知，該病為常染色體顯性遺傳病，4號是雜合子，用A/a表示相關基因，4號與無麻醉劑接觸史的女子(基因型為AA、Aa或aa)結婚，當該女子的基因型為Aa時，后代出現(xiàn)的基因型最多，有AA、Aa、aa，3種，D正確。3.B由圖甲可知，Gata3基因與GFP基因共用一個啟動子，且由題干可知兩基因能正常表達出相關蛋白質，A錯誤；由于啟動子在左側，基因在右側，轉錄基因時，先轉錄Gata3基因，再轉錄GFP基因，由于轉錄和翻譯的方向均是沿mRNA的5′→3′，因此翻譯時先合成Gata3蛋白，再合成GFP蛋白，B正確；由圖乙可知，大片段包含GFP基因編碼區(qū)片段，小片段不包含GFP基因編碼區(qū)片段，則2號小鼠是Gata3－GFP基因純合子，4號小鼠是野生型，C錯誤；若用引物1和引物3進行PCR，雜合子和Gata3－GFP基因純合子均能擴出條帶，僅有Gata3基因時無法擴出條帶，不利于區(qū)分雜合子和純合子，D錯誤。4.C直接選用引物①、④組合進行PCR，引物選擇方向相反，無法完成擴增，A錯誤；用引物②和引物③可實現(xiàn)對已知的T－DNA序列進行擴增，但達不到預期目的，B、D錯誤；用DNA連接酶連接成環(huán)狀后，用引物①④PCR擴增后測序，恰好可擴增出T－DNA兩側的未知序列，C正確。5.B過程②為PCR反應，需要在添加了Mg2＋的緩沖液中才能進行，需要提供DNA模板、分別與兩條模板鏈結合的引物、4種脫氧核苷酸和耐高溫的DNA聚合酶等，A正確；兩個反應系統(tǒng)中各自形成兩種DNA分子，但由于引物1和引物4形成兩個與原DNA相同的DNA分子，所以含有引物1和4的DNA屬于同一種DNA，故總共形成3種DNA分子，B錯誤；過程④獲得的雜交DNA有2種，一種3′端為單鏈，一種5′端為單鏈，5′端為單鏈的雜交DNA為所需DNA，C正確；過程⑤是延伸過程，該過程使用耐高溫的DNA聚合酶進行催化，不需要引物，D正確。6.(1)GCDNA聚合酶只能將單個脫氧核苷酸連接到雙鏈DNA片段的引物鏈上(或DNA聚合酶不能從頭開始合成DNA，而只能從3′端延伸DNA鏈)(2)引物b和引物c遵循堿基互補配對，會使引物失效解析(1)已知t－PA蛋白第84位是半胱氨酸，相應的基因模板鏈上的堿基序列是ACA，半胱氨酸的密碼子為UGU，而絲氨酸的密碼子是UCU，由此可知，若要將t－PA蛋白第84位的半胱氨酸換成絲氨酸，則t－PA基因上鏈第84位發(fā)生的堿基替換為C→G，題圖中顯示引物b與t－PA改良基因的下鏈互補，故其中相應部位的堿基與上鏈相同，即該部位的堿基是G，引物c與t－PA改良基因的上鏈互補，故其中相應部位的堿基與下鏈相同，即該部位的堿基是C。由于DNA聚合酶不能從頭開始合成DNA，而只能從3′端延伸DNA鏈，因此PCR中需要加入合適的引物來完成子鏈的延伸。(2)題圖信息顯示，引物b和引物c遵循堿基互補配對，因此，如果PCR1和PCR2同時進行，會使引物失效，無法達到預期目的。7.(1)野生型(2)Ti質粒啟動子和終止子(3)①DAI基因和卡那霉素抗性基因②75③自交100解析(1)根據(jù)題干信息可知，突變后的基因為隱性基因，則野生型DAI基因為顯性基因，因此采用農(nóng)桿菌轉化法將野生型DAI基因轉入突變體植株，若突變體表型確由該突變造成，則轉基因植株的種子大小應與野生型植株的種子大小相近。(2)利用PCR技術擴增DAI基因后，應該用同種限制性內(nèi)切核酸酶對DAI基因和作為載體的Ti質粒進行切割，再用DNA連接酶將兩者連接。在基因表達載體中，啟動子位于目的基因的首端，終止子位于目的基因的尾端，因此為確保插入的DAI基因可以正常表達，其上下游序列需具備啟動子和終止子。(3)①根據(jù)題干信息和圖形分析，將T0代植株的花序浸沒于農(nóng)桿菌(T－DNA上含有DAI基因和卡那霉素抗性基因)菌液進行轉化，再將獲得的T1代種子播種在選擇培養(yǎng)基(含有卡那霉素)上，若在選擇培養(yǎng)基上有能夠萌發(fā)并生長的陽性個體，則說明含有卡那霉素抗性基因，即表示其基因組中插入DAI基因和卡那霉素抗性基因。②T1代陽性植株都含有DAI基因，由于T－DNA(其內(nèi)部基因在減數(shù)分裂時不發(fā)生交換)可在基因組單一位點插入也可以同時插入多個位點，所以不確定是單一位點插入還是多位點插入。根據(jù)題意，選出單一位點插入的植株，相當于一對等位基因的雜合子，其自交后代應該出現(xiàn)3∶1的性狀分離比，因此應該選擇陽性率約75%的培養(yǎng)基中幼苗繼續(xù)培養(yǎng)。③將②中選出的T2代陽性植株自交，再將得到的T3代種子按單株收種并播種于選擇培養(yǎng)基上，若某培養(yǎng)基上全部為具有卡那霉素抗性的植株即為需要選擇的植株，即陽性率達到100%的培養(yǎng)基中的幼苗即為目標轉基因植株。根據(jù)圖形分析，野生型和突變型基因片段的長度都是150bp，野生型的基因沒有限制酶X的切割位點，而突變型的基因有限制酶X的切割位點，結合圖中的數(shù)據(jù)分析可知電泳圖中，野生型只有150bp，突變型有50bp和100bp，如圖：]8.(1)RNA聚合酶復制原點、標記基因、限制酶切割位點(2)F1和R2或者F2和R1a鏈(3)J－V5融合蛋白不是解析(1)與圖甲中啟動子結合的酶是RNA聚合酶。圖甲中有啟動子和終止子等，作為載體，質粒還需具備的結構有限制酶切割位點、標記基因、復制原點等。(2)據(jù)圖甲可知，引物F2與R1或F1與R2結合部位均包含J基因的堿基序列，因此推測為了確定J基因連接到質粒中且插入方向正確，進行PCR檢測時，若僅用一對引物，應選擇圖甲中的引物F2和R1或F1與R2。b是模板鏈，而根據(jù)圖上啟動子和終止子的位置可知轉錄方向是圖上從左向右，對應的模板鏈方向應該是3′→5′，非模板鏈(也就是a鏈)是5′→3′，圖中F1是前引物，在左側，所以其配對的單鏈是3′→5′的b鏈，故其序列應該與a鏈相應部分的序列相同。(3)據(jù)圖乙可知，只有抗V5抗體時，出現(xiàn)條帶1，抗V5抗