生物第2节 基因工程的基本操作程序教学设计

第2节　基因工程的基本操作程序

课后篇巩固提升

基础巩固

1.(2020·辽宁营口二中高二期末)利用PCR技术从某种生物的基因组DNA中获取目的基因。有关这一过程下列说法错误的是(　　)

A.有目的基因的DNA片段作为模板

B.目的基因的一段核苷酸序列已知,以便根据这一序列合成两种引物

C.有足够的脱氧核苷酸作为原料

D.加入足够数量的DNA连接酶进行指数式扩增

答案D

解析用PCR技术扩增目的基因,应以含目的基因的DNA片段作为模板,A项正确;PCR技术的前提条件是目的基因的一段核苷酸序列已知以便合成一对引物,B项正确;DNA复制需要有足够的脱氧核苷酸作为原料,C项正确;PCR技术需要耐高温的DNA聚合酶,不需要加入DNA连接酶,D项错误。

2.下列对基因工程中基因表达载体的叙述,错误的是(　　)

A.基因表达载体上的标记基因不一定是抗生素抗性基因

B.基因表达载体的构建是基因工程的核心

C.基因表达载体中一定不含有起始密码子和终止密码子

D.基因表达载体的构建需要使用限制性内切核酸酶和DNA聚合酶等特殊工具

答案D

解析基因表达载体上的标记基因可以是抗性基因或荧光蛋白基因等。基因表达载体一般包含启动子、目的基因、标记基因、终止子等结构,起始密码子和终止密码子位于mRNA上。构建基因表达载体时,需要使用限制性内切核酸酶和DNA连接酶,不需要DNA聚合酶。

3.在基因表达载体的构建中,下列说法中不正确的是(　　)

①一个表达载体的组成只需目的基因、启动子、终止子　②表达载体有了启动子才能驱动基因转录出mRNA　③终止子的作用是使转录在相应地方停止　④所有基因表达载体的构建是完全相同的

A.②③ B.①④

C.①② D.③④

答案B

解析一个基因表达载体的组成有目的基因、启动子、终止子和标记基因等。由于受体细胞的种类不同,目的基因导入受体细胞的方法不同,基因表达载体的构建不可能完全相同。

4.土壤农杆菌侵染植物细胞时,其Ti质粒上的T-DNA片段可转入植物的基因组中。以Ti质粒作载体,利用农杆菌转化法培育转基因植物,下列相关叙述正确的是              (　　)

A.目的基因应插入T-DNA片段外,以防止破坏T-DNA

B.用Ca2+处理农杆菌,以利于其侵染植物细胞

C.Ti质粒是一种环状DNA分子,属于农杆菌的拟核DNA

D.T-DNA可介导外源DNA整合到植物细胞的染色体上

答案D

解析农杆菌的Ti质粒上的T-DNA可转移至受体细胞,并且整合到受体细胞染色体的DNA上,根据农杆菌的这一特点,目的基因应插入T-DNA片段中,以便通过农杆菌的转化作用,把目的基因整合到植物细胞染色体的DNA上,A项错误,D项正确;Ca2+处理农杆菌,有利于基因表达载体导入农杆菌,B项错误;Ti质粒是一种环状DNA分子,独立于农杆菌拟核DNA之外,C项错误。

5.(2020·山东泰安一中高二期末)将鱼的抗冻蛋白基因导入番茄,有效地提高了番茄的耐寒能力。能最终鉴定转基因番茄培育是否成功的方法是(　　)

A.在试验田中观察番茄的耐寒能力

B.检测番茄的体细胞中是否存在鱼的抗冻蛋白

C.检测鱼的抗冻蛋白基因是否转录出了mRNA

D.检测番茄体细胞中是否有鱼的抗冻蛋白基因

答案A

解析在试验田中观察番茄的耐寒能力是在个体水平上的鉴定,也是最终鉴定转基因番茄培育是否成功的方法,A项正确;检测番茄的体细胞中是否存在鱼的抗冻蛋白,是检测目的基因是否翻译,B项错误;检测鱼的抗冻蛋白基因是否转录出了mRNA,是检测目的基因是否转录,C项错误;检测番茄体细胞中是否有鱼的抗冻蛋白基因,是检测目的基因是否导入受体细胞,D项错误。

6.肺细胞中的let7基因表达减弱,癌基因RAS表达增强,会引发肺癌。研究人员利用基因工程技术将let7基因导入肺癌细胞实现表达,发现肺癌细胞的增殖受到抑制。该基因工程技术基本流程如图1。

图1

图2

请回答下列问题。

(1)进行过程①时,需用　　　　　　　　酶切开载体。载体应有RNA聚合酶识别和结合的部位,以驱动let7基因转录,该部位称为　　　　　　。 

(2)研究发现,let7基因能影响癌基因RAS的表达,其影响机理如图2。据图分析,可从细胞中提取　　　　　　　　进行分子杂交,以直接检测let7基因是否转录。肺癌细胞增殖受到抑制,可能是由于细胞中　　　　　　　　　　(填“RAS mRNA”或“RAS蛋白”)含量减少。 

答案(1)限制(或限制性内切核酸)　启动子　(2)RNA　RAS蛋白

解析(1)过程①表示基因表达载体的构建,在该过程中需要用限制酶对载体进行切割;启动子是一段特殊的DNA序列,是RNA聚合酶识别和结合的位点,RNA聚合酶结合到该位点,可驱动基因转录。(2)判断目的基因是否在受体细胞中转录,可用分子杂交技术来检测,从细胞中提取mRNA和用含放射性同位素标记或者荧光标记的目的基因单链DNA片段进行杂交。由图2知,当let7基因转录出来的miRNA与癌基因RAS转录出的mRNA结合时,会抑制RAS蛋白的翻译过程,减少RAS蛋白的产生,故肺癌细胞增殖受到抑制的原因可能是细胞内RAS蛋白含量减少。

7.有关科学家将苏云金芽孢杆菌的Bt抗虫蛋白基因转入到普通棉花细胞内,并成功地实现了表达,从而培育出了能抗棉铃虫的棉花植株——抗虫棉。其过程大致如下图所示。

(1)基因工程的操作程序主要包括四个步骤,其核心步骤是　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(2)获取Bt抗虫蛋白基因的方法一般有　　　　　　　　　　　　　　等。 

(3)Ti质粒是农杆菌中的一种质粒,其上有T-DNA,把目的基因插入Ti质粒的T-DNA中是利用了T-DNA　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　的特点。 

(4)将目的基因导入受体细胞的方法很多,在本题中涉及的方法是　　　　　　　　　　　。 

答案(1)基因表达载体的构建　(2)从基因文库中提取、PCR扩增、人工合成　 (3)可转移到受体细胞并整合到受体细胞染色体DNA分子上　 (4)农杆菌转化法

解析(1)基因工程的基本操作程序主要包括四个步骤:目的基因的筛选与获取、基因表达载体的构建、将目的基因导入受体细胞、目的基因的检测与鉴定,其核心步骤是基因表达载体的构建。(2)Bt抗虫蛋白基因属于目的基因,获取目的基因的方法一般有:从基因文库中提取、利用PCR技术扩增、人工合成等。(3)农杆菌中的Ti质粒上的T-DNA可转移至受体细胞,并整合到受体细胞染色体DNA分子上。在培育转基因植物时,利用Ti质粒上的T-DNA的这一特点,可将目的基因转移到受体细胞染色体DNA上。(4)由图可知,在该题中将目的基因导入受体细胞,采用的方法是农杆菌转化法。

8.如图是获得转基因抗虫棉的技术流程示意图。

请回答下列问题。

(1)A→B过程利用的技术称为　　　　,该过程需要热稳定的　　　　　　　　　　　　　　　酶才能完成。 

(2)图中将目的基因导入棉花细胞需要经过③过程,该过程为构建　　　　　　　　　　　　　　,其目的是使目的基因在受体细胞中稳定存在且可以遗传给下一代,并能表达。 

(3)上述流程示意图中,将目的基因导入棉花细胞所采用的方法是　　　　　　　　　　法,该方法一般　　　　　　(填“适宜”或“不适宜”)用于将目的基因导入单子叶植物。 

(4)欲确定抗虫基因在G体内是否表达,在　　　　水平上检测需要做抗虫接种实验。如果抗虫基因导入成功,且与某条染色体的DNA整合起来,该转基因抗虫棉可视为杂合子,将该转基因抗虫棉自交,预计子一代中抗虫植株占　　　　　　。 

答案(1)PCR　DNA聚合(Taq)　(2)基因表达载体(重组DNA)　(3)农杆菌转化　不适宜　(4)个体　3/4

解析PCR技术需要用到热稳定的DNA聚合酶(Taq酶)。图中③过程为构建基因表达载体过程,将目的基因导入棉花细胞所采用的方法是农杆菌转化法,农杆菌在自然条件下对大多数单子叶植物没有侵染能力。欲确定抗虫基因在转基因植株体内是否表达,在个体水平上检测时应做抗虫接种实验。由于抗虫基因只整合到一条染色体DNA上,则该抗虫棉产生的配子只有一半含有抗虫基因,雌雄配子随机结合,后代抗虫植株占3/4。

能力提升

9.(2020·上海师大附中高二期中)应用基因工程技术诊断疾病的过程中需要使用基因探针。这里的基因探针是指(　　)

A.能够指导合成免疫球蛋白的DNA分子

B.细胞工程生产的单克隆抗体

C.用放射性同位素或荧光分子等标记的蛋白质分子

D.用放射性同位素或荧光分子等标记的DNA分子

答案D

解析基因探针是用放射性同位素或荧光分子等标记的DNA单链;基因探针与患者基因进行DNA分子杂交,若出现碱基互补配对的杂交带,即可从浩瀚的基因组中把致病基因显示出来,D项正确。

10.(2020·河北高二期末)利用苏云金芽孢杆菌的抗虫基因培育的抗虫棉,培育是否成功,最好检测 (　　)

A.是否有抗生素产生

B.是否有目的基因表达

C.是否有抗虫的性状出现

D.是否能分离到目的基因

答案C

解析鉴定转基因生物具有了相应性状,说明转基因生物培育成功。一般对转基因抗虫棉接种棉铃虫,观察棉铃虫存活情况,来鉴定转基因抗虫棉是否具有抗虫特性,综上所述,C项正确。

11.(多选)(2020·山东历城二中高二期末,改编)利用基因工程技术生产羧酸酯酶(CarE)制剂的流程如下图所示,下列叙述正确的是(　　)

A.过程①需要进行碱基互补配对

B.图中质粒的化学本质是DNA

C.过程③需要用CaCl2溶液处理大肠杆菌

D.过程④只需进行DNA检测即可确定是否成功获得了“工程菌”

答案ABC

解析①表示逆转录过程,需要进行碱基的互补配对,A项正确;质粒是环状DNA分子,B项正确;③表示把目的基因导入受体细胞,需要用钙离子处理大肠杆菌,使大肠杆菌细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态,C项正确;④表示目的基因的检测和鉴定,除需要DNA检测外,还需要进行基因是否表达的检测(检测mRNA、蛋白质)及个体水平的检测等,D项错误。

12.(2020·陕西西安中学高二期末)腺病毒为双链DNA病毒,具有很高的致病性。我国科学家对腺病毒载体重组新冠病毒疫苗的研发进展顺利,该疫苗以改造过的复制缺陷型腺病毒为载体,搭载上新冠病毒的S基因,进入受试者体内,使人体产生对S蛋白的免疫记忆。回答下列问题。

(1)新冠病毒为RNA病毒,获得新冠病毒的S基因的过程一般为提取病毒RNA,通过　　　　　　　过程获取相应DNA,构建cDNA文库,利用　　　　技术扩增得到S基因。 

(2)基因工程的核心,即实施基因工程的第二步是　　　　　　　　　　　　　　　;若选用两种限制酶对新冠病毒的S基因进行切割,目的是　　　　　　　　　　　　　　　　;基因工程中常用的DNA连接酶有两种,分别是　　　　　　　和　　　　　　,后者既能连接平末端又能连接黏性末端。 

(3)疫苗制备中选取复制缺陷型腺病毒作为载体可以防止　　　　　　　　　　　　　　　　,进而提高疫苗的安全性。 

(4)艾弗里等人的肺炎链球菌转化实验为证明DNA是遗传物质做出了重要贡献,也可以说是基因工程的先导,如果说他们的工作为基因工程理论的建立提供了启示,那么这一启示是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

答案(1)逆转录　PCR　(2)基因表达载体的构建　防止S基因与载体错误连接(或防止S基因自身环化、防止S基因与载体反向连接)　E.coli DNA连接酶　T4 DNA连接酶　(3)病毒在人体内进行增殖　(4)DNA可以在同种生物的不同个体间转移

解析(1)新冠病毒为RNA病毒,获得新冠病毒的S基因的过程一般为提取病毒RNA,在逆转录酶的作用下,通过逆转录过程获取相应DNA,构建cDNA,再经过PCR技术扩增得到S基因。(2)基因工程的核心是基因表达载体的构建;若选用两种限制酶对新冠病毒的S基因进行切割,目的是防止S基因与载体错误连接;基因工程中常用的DNA连接酶有两种,分别是E.coli DNA连接酶、T4 DNA连接酶。(3)疫苗制备中选取复制缺陷型腺病毒作为载体可以防止病毒在人体内进行增殖,进而提高疫苗的安全性。(4)肺炎链球菌转化实验中,S型菌的DNA进入R型菌中并表达,说明DNA可以在同种生物的不同个体间转移,为基因工程理论的建立提供了启示。

13.(2020·江苏启东中学高二期末)荧光蛋白(GFP)在紫外光下会发出绿色荧光,某科研团队将GFP基因插入质粒P中构建了重组质粒载体P0,用于基因工程中基因表达载体(P1)的筛选和鉴定。部分过程如下图所示,下表为部分限制酶的识别序列及切割位点。请回答下列问题。

(1)过程①中,用EcoRⅤ切割目的基因获得　　　　末端。 

(2)过程②是利用　　　　　　技术,多次循环扩增DNA片段;根据P0上的限制酶切割位点,需要在目的基因两端重设限制酶切割位点,则在扩增目的基因时,设计的引物5'端序列必须是　　　　,以获得相应的黏性末端,便于P1的构建和筛选。 

(3)过程③中,P0需用限制酶　　　　　　　　　切割,才能与目的基因在　　　　　　　　酶的作用下形成P1。 

(4)为了筛选出含有P1的菌落,需采用添加　　　　　　　　的培养基进行培养,在紫外光激发下　　　　　　(选填“发出”或“不发出”)绿色荧光的菌落,即为含有P1的菌落。 

答案(1)平　(2)PCR　GATC　(3)BamHⅠ　DNA连接　(4)四环素　不发出

解析(1)根据表中EcoRⅤ的识别序列及切割位点可知,该酶切割目的基因获得平末端。(2)体外扩增目的基因可采用PCR技术;由P0上的限制酶切割位点分析可知,若用限制酶Sau3AⅠ切割会同时破坏GFP基因和四环素抗性基因,而用限制酶BamHⅠ切割只会破坏GFP基因,因此过程③中,P0需用限制酶BamHⅠ切割,由于Sau3AⅠ和BamHⅠ切割形成的黏性末端相同,都是5'-GATC-3',由此可知,该过程设计的引物5'端序列必须是GATC,以获得相应的黏性末端,便于P1的构建和筛选。(3)P0用BamHⅠ切割与目的基因在DNA连接酶的作用下形成 P1。(4)用限制酶BamHⅠ切割P0会破坏GFP基因,但没有破坏四环素抗性基因,因此为了筛选出含有P1的菌落,需采用添加四环素的培养基进行培养,在紫外光激发下不发出绿色荧光的菌落,即为含有P1的菌落。