北师大版 (2019)选择性必修3 生物技术与工程第3章 基因工程第三节 基因工程的操作程序一 目的基因的获得第1课时同步训练题

第三节　基因工程的操作程序

第1课时　目的基因的获得和基因表达载体的构建

基础巩固

1.下列关于cDNA文库和基因组文库的说法,错误的是(　　)。

A.cDNA文库中的DNA来源于mRNA的反转录过程

B.如果某种生物的cDNA文库中的某个基因与该生物的基因组文库中的某个基因控制的性状相同,则这两个基因的结构也完全相同

C.cDNA具有组织特异性

D.一种生物的cDNA文库可以有许多种,但基因组文库只有一种

答案:B

解析:cDNA文库中的DNA来源于mRNA的反转录过程,A项正确。mRNA是由基因中的外显子转录形成的,因此cDNA文库中的基因不包含启动子和内含子等结构,与该生物的基因组文库中的基因结构不同,B项错误。cDNA文库可反映某种生物特定发育阶段、特定组织中的编码基因,因此cDNA具有组织特异性,C项正确。cDNA文库中只含有某种生物的部分基因,因此cDNA文库可能有多种,而基因组文库中含有某种生物的全部基因,因此只有一种,D项正确。

2.下列哪项不属于获取目的基因的方法?(　　)

A.利用DNA连接酶复制目的基因

B.利用化学反应合成目的基因

C.从基因组文库中分离目的基因

D.利用PCR快速扩增目的基因

答案:A

3.图3-3-1表示从细菌细胞中获取目的基因的两种方法,下列说法错误的是(　　)。

图3-3-1

A.甲方法可建立该细菌的基因组文库

B.乙方法可建立该细菌的cDNA文库

C.甲方法要以脱氧核苷酸为原料

D.乙方法需要反转录酶参与

答案:C

解析:甲方法获取的是该细菌的全部DNA分子,因此用限制酶切割后可用于构建基因组文库,A项正确。乙方法是用反转录法获得的DNA分子,只包含该生物的部分基因,因此可建立该细菌的cDNA文库,B项正确。甲方法只利用限制性内切核酸酶将其原有的DNA切断即可,不需要以脱氧核苷酸为原料,C项错误。乙方法中的d过程为反转录,需要反转录酶参与,D项正确。

4.图3-3-2是利用基因工程技术培育转基因植物,进而生产可食用疫苗的部分过程示意图,其中PstⅠ、SmaⅠ、EcoR Ⅰ、ApaⅠ为四种限制性内切核酸酶。下列相关叙述错误的是(　　)。

图3-3-2

A.图示过程是基因工程的核心步骤

B.基因表达载体构建时需要用到限制酶SmaⅠ

C.卡那霉素抗性基因的存在有利于将含有抗原基因的细胞筛选出来

D.除图示组成外,基因表达载体中还应该含有启动子和终止子等结构

答案:B

解析:题图为基因表达载体的构建过程,是基因工程中的核心步骤,A项正确。构建基因表达载体过程中需要将目的基因完整切割下来,此时要用到限制酶PstⅠ、EcoRⅠ,B项错误。卡那霉素抗性基因是标记基因,目的是便于鉴定和筛选含有目的基因的细胞,C项正确。基因表达载体应包括启动子、目的基因、终止子和标记基因等结构,D项正确。

5.科学家在培育抗虫棉时,首先把苏云金芽孢杆菌的抗虫基因插入载体质粒中,然后导入棉花的受精卵中,结果抗虫基因在棉花体内没有表达;后来在插入抗虫基因的质粒中插入启动子(位于抗虫基因上游),导入棉花受精卵,培育出的棉花植株还是没有抗虫能力;科学家又在有启动子、抗虫基因的质粒中插入终止子(抗虫基因下游),导入棉花受精卵,结果培育出的植株有了抗虫能力。由以上过程推知,作为重组载体除了标记基因外,还应具备的结构是(　　)。　

A.目的基因、启动子

B.目的基因、终止子

C.启动子、终止子

D.目的基因、启动子、终止子

答案:D

6.用限制酶XbaⅠ和SacⅠ(两种酶切出的黏性末端不同)切割某DNA,获得含目的基因的片段。若利用该片段构建基因表达载体,应选用的质粒是图3-3-3中的(　　)。

图3-3-3

注T-DNA可转移至受体细胞,并整合到受体细胞的染色体DNA上。

答案:C

解析:质粒上的T-DNA可转移至受体细胞,并整合到受体细胞的染色体DNA上,因此构建基因表达载体时,应该将目的基因插入T-DNA上,则限制酶XbaⅠ和SacⅠ的切割位点都应该在T-DNA上。

7.下列有关电泳的叙述,错误的是(　　)。

A.电泳是指带电粒子在电场的作用下发生迁移的过程

B.DNA片段在凝胶中的泳动速率主要取决于其分子大小

C.进行电泳时,带电粒子会向着与其所带电荷相同的电极移动

D.琼脂糖凝胶电泳是分离、纯化、鉴定DNA的方法

答案:C

解析:进行电泳时,带电粒子会向着与其所带电荷相反的电极移动。

8.基因工程中可以通过PCR技术扩增目的基因。回答下列问题。

(1)生物体细胞内的DNA复制开始时,解开DNA双链的酶是　　　　　　,在体外利用PCR技术扩增目的基因时,使反应体系中的模板DNA解链为单链的条件是　　　　　　　　　　　　　。上述两个解链过程的共同点是破坏了DNA双链分子中的　　　　。 

(2)目前在PCR反应中使用Taq DNA聚合酶而不使用大肠杆菌DNA聚合酶的主要原因是  　　　　　　　。 

答案:(1)解旋酶　加热使DNA在高温(94 ℃)下变性　氢键

(2)Taq DNA聚合酶热稳定性高,而大肠杆菌DNA聚合酶在高温下会失活

9.图3-3-4为某种质粒表达载体简图,小箭头所指分别为限制性内切核酸酶EcoR Ⅰ、BamH Ⅰ的酶切位点,ampr为氨苄青霉素抗性基因,tetr为四环素抗性基因,P为启动子,T为终止子,ori为复制原点。已知目的基因的两端分别有包括EcoR Ⅰ、BamH Ⅰ在内的多种酶的酶切位点。

图3-3-4

据图回答下列问题。

(1)将含有目的基因的DNA与质粒表达载体分别用EcoRⅠ酶切,酶切产物用DNA连接酶进行连接后,其中由2个DNA片段之间连接形成的产物有　　　　　　　　　　　　　　　、　　　　　　　　　　　　　　、　　　　　　　　　　　　　　　3种。 

(2)用上述3种连接产物与无任何耐药性的原核受体细胞进行转化实验。之后将这些受体细胞接种到含四环素的培养基上,能生长的原核受体细胞所含有的连接产物是　　　　　　　　　　　;若接种到含氨苄青霉素的培养基上,能生长的原核受体细胞所含有的连接产物是　 　　　　。 

(3)目的基因表达时,RNA聚合酶结合的位点是　　　　,其合成的产物是　　　　。 

(4)在上述实验中,为了防止目的基因和质粒自身环化,酶切时应选用的酶是 　　　　。 

答案:(1)目的基因-载体连接物　载体-载体连接物　目的基因-目的基因连接物

(2)载体-载体连接物　目的基因-载体连接物、载体-载体连接物

(3)启动子　mRNA

(4)EcoR Ⅰ和BamH Ⅰ(不能只答一种酶)

解析:将含有目的基因的DNA与质粒表达载体分别用EcoRⅠ酶切,所产生的黏性末端相同,用DNA连接酶处理后,不同的片段随机结合,由2个DNA片段之间连接可形成3种不同的产物。将这3种连接产物导入受体细胞后,可根据不同连接产物所携带抗性基因的差异选择不同的选择培养基进行筛选。由题图和题目中提供的信息可知,同时应用EcoRⅠ和BamHⅠ进行酶切可有效防止目的基因和质粒自身环化。

能力提升

1.利用PCR技术扩增目的基因,其原理与细胞内DNA复制类似(如图3-3-5所示)。图中引物为短单链核酸,它是子链合成延伸的基础。下列叙述错误的是(　　)。　

图3-3-5

A.以原来的母链为模板合成的两个新DNA分子中,只含有引物A或引物B

B.推测第四轮循环产物中含有引物A的DNA片段所占的比值为7/8

C.变性过程中被切断的是DNA分子内碱基对之间的氢键

D.与细胞内DNA复制相比,PCR所需酶的最适温度较高

答案:B

解析:因为DNA复制为半保留复制,而引物为短单链核酸,所以以原来的母链为模板合成的两个新DNA分子中,只含有引物A或引物B。从理论上推测,第二轮循环产物中含引物A的比例为3/4,第三轮中含引物A的比例为7/8,第四轮中含引物A的比例为15/16。DNA双链之间通过氢键形成碱基对,所以变性过程中被切断的是DNA分子内碱基对之间的氢键。PCR技术需要高温解链为单链,故与细胞内DNA复制相比,PCR所需酶的最适温度较高。

2.基因工程利用某目的基因(图3-3-6)和P1噬菌体载体(图3-3-7)构建重组DNA(图3-3-8)。限制酶的酶切位点分别是BglⅡ(A↓GATCT)、EcoRⅠ(G↓AATTC)和Sau3AⅠ(↓GATC)。下列分析合理的是(　　)。

A.用EcoRⅠ切割目的基因和P1噬菌体载体

B.用BglⅡ和EcoRⅠ切割目的基因和P1噬菌体载体

C.用BglⅡ和Sau3AⅠ切割目的基因和P1噬菌体载体

D.用EcoRⅠ和Sau3AⅠ切割目的基因和P1噬菌体载体

答案:D

解析:用EcoRⅠ切割目的基因和P1噬菌体载体,产生相同的黏性末端,用DNA连接酶连接时可能会发生反向连接,A项错误。用BglⅡ和EcoRⅠ切割目的基因会产生两种DNA片段,一种含有目的基因,一种不含目的基因,且有目的基因的片段(该片段相当于只用EcoRⅠ切割)与载体结合时容易发生反向连接,B项错误。用BglⅡ和Sau3AⅠ切割目的基因和P1噬菌体载体,可能会发生反向连接,C项错误。只有用EcoRⅠ和Sau3AⅠ切割目的基因和P1噬菌体载体,会产生不同的末端,防止发生反向连接,这样目的基因插入载体后,RNA聚合酶的移动方向才会与图丙相同,D项正确。

3.大肠杆菌的质粒上含有lacZ基因,其编码的产物β-半乳糖苷酶在X-gal和IPTG同时存在时,可以产生蓝色沉淀,使菌落呈现蓝色,否则菌落呈现白色。图3-3-9为利用该质粒进行的转基因过程,请据图分析菌落①②③的颜色分别是(　　)。　

图3-3-9

A.蓝色　白色　白色

B.蓝色　蓝色　白色

C.蓝色　白色　蓝色

D.白色　蓝色　白色

答案:B

解析:由题图可知,用限制酶EcoRⅠ切割质粒时,会破坏质粒上的lacZ基因,但切割后的质粒自身环化后,lacZ基因又被修复,其编码的产物β-半乳糖苷酶在X-gal和IPTG存在时,可以产生蓝色沉淀,使菌落呈现蓝色,所以菌落①②呈现蓝色。菌落③导入的是重组质粒,其lacZ基因被破坏,不能表达产生β-半乳糖苷酶,在X-gal和IPTG 存在时,菌落颜色呈现白色。

4.(不定项选择题)用XhoⅠ和SalⅠ两种限制性内切核酸酶分别处理同一DNA片段,酶切位点(甲)及酶切产物分离结果(乙)如图3-3-10所示。下列叙述错误的是(　　)。

甲

乙

图3-3-10

A.图甲中两种酶识别的碱基序列相同

B.图乙中酶切产物可用于构建重组DNA

C.泳道①中是用XhoⅠ处理得到的酶切产物

D.图中被酶切的DNA片段是单链DNA

答案:ACD

解析:限制酶识别特定的碱基序列,不同的限制酶能识别不同位点的碱基序列,由题图乙可知,XhoI和SalⅠ两种酶分别切割时,识别的序列不同,A项错误。同种限制酶切割出的DNA片段具有相同的末端,再用DNA连接酶进行连接,可以构成重组DNA,B项正确。SalⅠ将DNA片段切成4段,XhoⅠ将DNA片段切成3段,由电泳结果可知,泳道①为SalⅠ,泳道②为XhoⅠ,C项错误。限制酶切割双链DNA,酶切后的DNA片段仍然是双链DNA,D项错误。

5.科研人员利用Ⅰ型糖尿病模型小鼠进行实验,使乳酸菌在小鼠肠道内持续产生人胰岛素抗原,小肠黏膜长期少量吸收胰岛素抗原,能诱导免疫系统识别该抗原后应答减弱,从而缓解症状。技术路线如图3-3-11所示(基因转录方向为启动子→终止子)。

图3-3-11

(1)下列细胞中可获得人胰岛素编码序列的是　　　　(多选)。 

A.胰岛A细胞

B.胰腺细胞

C.肝细胞

D.肾上腺髓质细胞

(2)在胰岛素A、B肽链编码序列间引入一段短肽编码序列,可确保等比例表达A、B肽链。下列有关分析合理的是　　　　(多选)。 

A.短肽编码序列可以改变B链氨基酸序列

B.短肽编码序列中含终止密码子

C.短肽编码序列不能改变A链氨基酸序列

D.短肽不能改变原胰岛素抗原性

(3)若B链碱基长度为90 bp(1 bp=1个碱基对),A链碱基长度为63 bp,不考虑终止密码子,翻译出的重组人胰岛素(不含信号肽)含氨基酸57个,则短肽碱基长度为　　　　bp。 

(4)在重组表达载体中,SacⅠ和XbaⅠ两种限制酶仅有图示的酶切位点。用这两种酶充分酶切重组表达载体,可形成　　　种DNA片段。其中加入DNA连接酶后能自身环化的片段至少有　　　　种。 

(5)检测转化的乳酸菌发现,信号肽-重组人胰岛素分布在细胞壁上。由此推测,信号肽的合成和运输所经历的细胞结构依次是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　→细胞壁(用文字加箭头表示)。 

答案:(1)ABCD　(2)CD　(3)18　(4)3　1　(5)核糖体→细胞质基质→质膜

解析:(1)人胰岛素编码序列在每个体细胞中都有,只是在胰岛B细胞中选择性表达。(2)短肽编码序列是在B链之后插入的,故不影响B链氨基酸序列,A项错误。终止密码子位于mRNA上,短肽编码序列是DNA,B项错误。引入一段短肽编码序列的目的是确保等比例表达A、B肽链,故不能影响它后面的编码序列,C项正确。重组人胰岛素利用的是胰岛素抗原性,故短肽不能改变原胰岛素抗原性,D项正确。(3)90bp控制30个氨基酸,63bp控制21个氨基酸,57-30-21=6(个)。6个氨基酸需要的碱基长度为6×3=18(bp)。(4)由题图可知,基因表达载体为环状,有3个切割位点,形成3种DNA片段。只有2个SacⅠ酶切的那个片段具有相同的末端,可以自身环化。(5)信号肽-重组人胰岛素合成的场所是核糖体,故经历的细胞结构是核糖体→细胞质基质→质膜→细胞壁。