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知識點19

現代生物科技專題

1.(2017·江蘇高考·T11)牛雄性胚胎中存在特異性H-Y抗原,可在牛早期胚胎培養液中添加H-Y單克隆抗體,篩選胚胎進行移植,以利用乳腺生物反應器進行生物制藥。下列相關敘述正確的是()

A.H-Y單克隆抗體由骨髓瘤細胞分泌

B.應選用原腸胚做雌雄鑒別

C.鑒別后的雄性胚胎可直接做胚胎移植

D.用H-Y抗原免疫母?？色@得相應抗體

【解析】選D。H-Y單克隆抗體一般是用骨髓瘤細胞和B淋巴細胞相融合形成的雜交瘤細胞來制備,A項錯誤;早期胚胎細胞分化程度低、全能性高,應選用囊胚的滋養層做雌雄鑒別,B項錯誤;進行胚胎移植應選用雌性胚胎,C項錯誤;用H-Y抗原免疫母牛,該母牛可以產生相應的抗體抵御H-Y抗原,D項正確。

2.(2017·江蘇高考·T14)下列關于小鼠體外受精及胚胎發育的敘述,錯誤的是()

A.精子在獲能液中于37℃、5%

CO2條件下培養的目的是使精子獲能

B.小鼠在特定光控周期條件下飼養,注射相關激素有促進超數排卵的作用

C.分割的胚胎細胞有相同的遺傳物質,因此發育成的個體沒有形態學差異

D.注射到囊胚腔中的胚胎干細胞可以參與個體器官的發育

【解析】選C。在37℃、5%

CO2條件下,精子在獲能液中培養是為了使精子獲能,獲能后的精子才有受精能力,A項正確;小鼠在特定光控周期條件下飼養,并注射促性腺激素,可以促進排卵(或超數排卵),B項正確;分割的胚胎細胞有相同的遺傳物質,但是遺傳物質在發育過程中可能有差異性的表達,所以發育成的個體可能有形態學差異,C項錯誤;注射到囊胚腔中的胚胎干細胞因為具有發育的全能性,且有滋養層為其提供營養,可以參與個體器官的發育,D項正確。

3.(2017·北京高考·T5)為了增加菊花花色類型,研究者從其他植物中克隆出花色基因C(圖1),擬將其與質粒(圖2)重組,再借助農桿菌導入菊花中。下列操作與實驗目的不符的是()

A.用限制性核酸內切酶EcoRⅠ和連接酶構建重組質粒

B.用含C基因的農桿菌侵染菊花愈傷組織,將C基因導入細胞

C.在培養基中添加卡那霉素,篩選被轉化的菊花細胞

D.用分子雜交方法檢測C基因是否整合到菊花染色體上

【解析】選C。據題干和題圖分析可知,C基因為目的基因,其兩側含有EcoRⅠ限制性核酸內切酶的切割位點,質粒中也有EcoRⅠ限制性核酸內切酶的切割位點,因此可以用限制性核酸內切酶EcoRⅠ和連接酶構建重組質粒,A項正確;用含C基因的農桿菌侵染菊花愈傷組織,C基因隨著農桿菌轉移到受體細胞中,B項正確;由于質粒中含有潮霉素抗性基因,不含卡那霉素抗性基因,在添加卡那霉素的培養基中不能篩選出被轉化的菊花細胞,C項錯誤;應用標記的DNA探針和C基因雜交,即分子雜交方法檢測C基因是否整合到菊花染色體上,D項正確。

4.(2017·全國卷甲·T38)幾丁質是許多真菌細胞壁的重要成分,幾丁質酶可催化幾丁質水解。通過基因工程將幾丁質酶基因轉入植物體內,可增強其抗真菌病的能力。回答下列問題:

(1)在進行基因工程操作時,若要從植物體中提取幾丁質酶的mRNA,常選用嫩葉而不選用老葉作為實驗材料,原因是。提取RNA時,提取液中需添加RNA酶抑制劑,其目的是。

(2)以mRNA為材料可以獲得cDNA,其原理是。

(3)若要使目的基因在受體細胞中表達,需要通過質粒載體而不能直接將目的基因導入受體細胞,原因是

(答出兩點即可)。

(4)當幾丁質酶基因和質粒載體連接時,DNA連接酶催化形成的化學鍵是。

(5)若獲得的轉基因植株(幾丁質酶基因已經整合到植物的基因組中)抗真菌病的能力沒有提高,根據中心法則分析,其可能的原因是。

【解析】(1)嫩葉相對于老葉,細胞壁較薄,較易破碎,容易提取幾丁質酶的mRNA;由于RNA酶可降解RNA,提取RNA時,提取液中應添加RNA酶抑制劑,以防止所提取的RNA降解。

(2)以mRNA為模板、4種脫氧核苷酸為原料,在逆轉錄酶的作用下,按照堿基互補配對原則,mRNA可通過逆轉錄合成cDNA。

(3)目的基因中缺乏表達所需要的復制原點、啟動子等,而質粒載體中含有,為了使目的基因在受體細胞中表達,應將目的基因與質粒載體形成重組質粒,導入受體細胞。

(4)DNA連接酶可將同種限制酶切割產生的末端連接起來,恢復被限制酶切開的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵。

(5)幾丁質酶基因整合到植物基因組中,但植物抗真菌病的能力沒有提高,說明幾丁質酶基因在植物細胞中未表達。依據中心法則可知,基因表達包括轉錄和翻譯兩個過程,可能是目的基因的轉錄或翻譯過程異常導致目的基因在受體細胞中未表達,進而導致植物抗真菌病的能力沒有提高。

答案:(1)嫩葉組織細胞易破碎　防止RNA降解

(2)在逆轉錄酶的作用下,以mRNA為模板按照堿基互補配對的原則可以合成cDNA

(3)目的基因無復制原點;目的基因無表達所需的啟動子

(4)磷酸二酯鍵

(5)目的基因的轉錄或翻譯異常

5.(2017·全國卷乙·T38)真核生物基因中通常有內含子,而原核生物基因中沒有,原核生物沒有真核生物所具有的切除內含子對應的RNA序列的機制。已知在人體中基因A(有內含子)可以表達出某種特定蛋白(簡稱蛋白A)。回答下列問題:

(1)某同學從人的基因組文庫中獲得了基因A,以大腸桿菌作為受體細胞卻未得到蛋白A,其原因是。

(2)若用家蠶作為表達基因A的受體,在噬菌體和昆蟲病毒兩種載體中,不選用

作為載體,其原因是。

(3)若要高效地獲得蛋白A,可選用大腸桿菌作為受體。因為與家蠶相比,大腸桿菌具有

(答出兩點即可)等優點。

(4)若要檢測基因A是否翻譯出蛋白A,可用的檢測物質是(填“蛋白A的基因”或“蛋白A的抗體”)。

(5)艾弗里等人的肺炎雙球菌轉化實驗為證明DNA是遺傳物質做出了重要貢獻,也可以說是基因工程的先導。如果說他們的工作為基因工程理論的建立提供了啟示,那么,這一啟示是。

【解析】本題主要考查了基因工程的相關知識。

(1)人體基因A有內含子,將獲得的基因A導入大腸桿菌中,經過轉錄得到含有內含子的mRNA,因為大腸桿菌沒有真核生物所具有的切除內含子對應的RNA序列的機制。內含子部分對應的mRNA序列阻斷了蛋白A的合成。

(2)若用家蠶作為表達基因A的受體,選用昆蟲病毒作為載體,不選用噬菌體作載體的原因是噬菌體的宿主細胞是細菌,噬菌體不能侵染家蠶。

(3)大腸桿菌是原核生物,原核生物作為受體細胞,有以下優點:結構簡單、繁殖速度快、容易培養等。

(4)要檢測基因A是否翻譯出蛋白A,最準確的方法是利用蛋白A的抗體,因抗體具有特異性,一種抗體只能與特定的蛋白質結合,可根據蛋白A抗體的雜交情況來判斷是否合成了蛋白A。

(5)艾弗里等人的肺炎雙球菌轉化實驗中將一種生物個體的DNA轉移到了另一種生物個體中,并表達合成了相應的蛋白質。

答案:(1)基因A有內含子,在大腸桿菌中,其初始轉錄產物中與內含子對應的RNA序列不能被切除,無法表達出蛋白A(2)噬菌體　噬菌體的宿主是細菌,而不是家蠶(3)繁殖快,容易培養(4)蛋白A的抗體(5)DNA可以從一種生物個體轉移到另一種生物個體

6.(2017·全國卷丙·T38)編碼蛋白甲的DNA序列(序列甲)由A、B、C、D、E五個片段組成,編碼蛋白乙和丙的序列由序列甲的部分片段組成,如圖1所示。

回答下列問題:

(1)現要通過基因工程的方法獲得蛋白乙,若在啟動子的下游直接接上編碼蛋白乙的DNA序列(TTCGCTTCT……CAGGAAGGA),則所構建的表達載體轉入宿主細胞后不能翻譯出蛋白乙,原因是。

(2)某同學在用PCR技術獲取DNA片段B或D的過程中,在PCR反應體系中加入了DNA聚合酶、引物等,還加入了序列甲作為　　　　　　　　,加入了　　　　　　　　作為合成DNA的原料。

(3)現通過基因工程方法獲得了甲、乙、丙三種蛋白,要鑒定這三種蛋白是否具有刺激T淋巴細胞增殖的作用,某同學做了如下實驗:將一定量的含T淋巴細胞的培養液平均分成四組,其中三組分別加入等量的蛋白甲、乙、丙,另一組作為對照,培養并定期檢測T淋巴細胞濃度,結果如圖2。

①由圖2可知:當細胞濃度達到a時,添加蛋白乙的培養液中T淋巴細胞濃度不再增加,此時若要使T淋巴細胞繼續增殖,可采用的方法是。細胞培養過程中,培養箱中通常要維持一定的CO2濃度,CO2的作用是。

②僅根據圖1、圖2可知,上述甲、乙、丙三種蛋白中,若缺少(填“A”“B”“C”“D”或“E”)片段所編碼的肽段,則會降低其刺激T淋巴細胞增殖的效果。

【解析】(1)編碼蛋白乙的DNA序列(TTCGCTTCT……CAGGAAGGA)轉錄后的mRNA無起始密碼子AUG或GUG,無法進行翻譯,所以不能翻譯出蛋白乙。

(2)用PCR技術獲取DNA片段B或D的過程中,在PCR反應體系中加入序列甲作為模板,加入4種脫氧核苷酸作為合成DNA的原料。

(3)①細胞培養過程中會出現貼壁生長、接觸抑制現象,可采用胰蛋白酶處理,進行傳代培養。細胞培養過程中,培養箱中CO2的作用是維持培養液一定的pH。

②根據圖1、圖2可知,蛋白乙促進T淋巴細胞增殖的效果最好,與編碼蛋白甲和乙的DNA序列相比,編碼蛋白丙的序列缺少C片段,蛋白丙缺少C片段所編碼的肽段,促進T淋巴細胞增殖的效果最差。

答案:(1)編碼乙的DNA序列中無起始密碼子對應的堿基序列,轉錄出的mRNA無起始密碼子

(2)模板　脫氧核苷酸

(3)①進行細胞傳代培養　維持培養液的pH　②C

7.(2017·天津高考·T9)玉米自交系(遺傳穩定的育種材料)B具有高產、抗病等優良性狀,但難以直接培育成轉基因植株,為使其獲得抗除草劑性狀,需依次進行步驟Ⅰ、Ⅱ試驗。

Ⅰ.獲得抗除草劑轉基因玉米自交系A,技術路線如下圖。

(1)為防止酶切產物自身環化,構建表達載體需用2種限制酶,選擇的原則是(單選)。

①Ti質粒內,每種限制酶只有一個切割位點

②G基因編碼蛋白質的序列中,每種限制酶只有一個切割位點

③酶切后,G基因形成的兩個黏性末端序列不相同

④酶切后,Ti質粒形成的兩個黏性末端序列相同

A.①③　　B.①④　　C.②③　　D.②④

(2)下表是4種玉米自交系幼胚組織培養不同階段的結果。據表可知,細胞脫分化時使用的激素是　　　　　　　,自交系　　　　　　　的幼胚最適合培養成愈傷組織作為轉化受體。

激素

結果

自交系

2,4-D(2.0

mg/L)

6-BA(0.5

mg/L)

IBA(2.0

mg/L)

愈傷組織形成率(%)

芽的分化率(%)

根的誘導率(%)

甲

乙

丙

丁

(3)農桿菌轉化愈傷組織時,T-DNA攜帶插入其內的片段轉移到受體細胞。篩選轉化的愈傷組織,需使用含的選擇培養基。

(4)轉化過程中,愈傷組織表面常殘留農桿菌,導致未轉化的愈傷組織也可能在選擇培養基上生長。含有內含子的報告基因只能在真核生物中正確表達,其產物能催化無色物質K呈現藍色。用K分別處理以下愈傷組織,出現藍色的是(多選)。

A.無農桿菌附著的未轉化愈傷組織

B.無農桿菌附著的轉化愈傷組織

C.農桿菌附著的未轉化愈傷組織

D.農桿菌附著的轉化愈傷組織

(5)組織培養獲得的轉基因植株(核DNA中僅插入一個G基因)進行自交,在子代含G基因的植株中,純合子占。繼續篩選,最終選育出抗除草劑純合自交系A。

Ⅱ.通過回交使自交系B獲得抗除草劑性狀

(6)抗除草劑自交系A(GG)與自交系B雜交產生F1,然后進行多輪回交(下圖)。自交系B作為親本多次回交的目的是使后代。

(7)假設子代生活力一致,請計算上圖育種過程F1、H1、H2、H3各代中含G基因植株的比例,并在圖1中畫出對應的折線圖。若回交后每代不進行鑒定篩選,直接回交,請在圖2中畫出相應的折線圖。

(8)下表是鑒定含G基因植株的4種方法。請預測同一后代群體中,4種方法檢出的含G基因植株的比例,從小到大依次是。

方法

檢測對象

檢測目標

檢出的含G基

因植株的比例

PCR擴增

基因組DNA

G基因

x1

分子雜交

總mRNA

G基因轉錄產物

x2

抗原-抗體雜交

總蛋白質

G基因編碼的蛋白質

x3

噴灑除草劑

幼苗

抗除草劑幼苗

x4

對Hn繼續篩選,最終選育出高產、抗病、抗除草劑等優良性狀的玉米自交系。

【解析】(1)Ti質粒內,每種限制酶若有兩個以上切割位點,則產生相同的黏性末端,會導致酶切產物自身環化,①正確;G基因編碼蛋白質的序列中,不應有限制酶的切割位點,否則會破壞目的基因的完整結構,②錯誤;酶切后,G基因或Ti質粒形成的兩個黏性末端序列應不相同,防止酶切產物自身環化,③正確、④錯誤。

(2)細胞脫分化的目的是培養出愈傷組織,從表中數據可以看出,脫分化使用的激素是2,4-D;對比甲、乙、丙、丁四組的各項結果,乙組在保證愈傷組織的形成率時,其芽的分化率與根的誘導率比較高,因此自交系乙的幼胚最適合培養成愈傷組織作為轉化受體。

(3)轉移到受體細胞內的目的基因是除草劑抗性基因,因此要篩選轉化的愈傷組織,要使用含有除草劑的選擇培養基。

(4)題干中提到含有內含子的報告基因只能在真核生物中正確表達,轉化后的愈傷組織不管是否有農桿菌附著都是真核細胞,所以只要是轉化的愈傷組織都會出現藍色。

(5)組織培養獲得的轉基因植株(核DNA中僅插入一個G基因)相當于雜合子Gg,進行自交,子代含G基因的植株包括1/3GG、2/3Gg,純合子占1/3。

(6)B具有高產、抗病等優良性狀,自交系B作為親本多次回交的目的是使后代積累越來越多自交系B的遺傳物質/優良性狀。

(7)根據(6)中圖示分析,自交系B是不含有G基因的,由于自交系A的基因型為GG,所以F1肯定含有G基因,因為經過篩選后與B回交的是含有G基因的,所以篩選組的含G基因的植株比例會在H1下降到50%后保持穩定,都是Gg與gg雜交。而未篩選組H1的含G基因的植株比例為50%,則H1的基因型為50%Gg、50%gg,與B(gg)雜交后H2的基因型及比例為Gg∶gg=1∶3,即含G基因的植株比例為25%,同理H3中含G基因的植株比例為12.5%。繪制圖1曲線時,F1為100%,H1、H2、H3均為50%;繪制圖2曲線時,F1為100%,H1為50%,H2為25%,H3為12.5%。

(8)含G基因的細胞中,G基因不一定能正常轉錄;如果G基因能正常轉錄,形成的mRNA不一定能指導合成G基因編碼的蛋白質;如果G基因編碼的蛋白質能合成,不一定能表達出抗除草劑的性狀。所以4種方法檢出的含G基因植株的比例,從小到大依次是x4、x3、x2、x1。

答案:(1)A(2)2,4-D　乙(3)除草劑(4)B、D(5)1/3(6)積累越來越多自交系B的遺傳物質/優良性狀

(7)

(8)x4,x3,x2,x1

【易錯警示】第(3)小題容易答為“抗生素”,錯因在于思維定式,習慣性地認為抗生素抗性基因作為標記基因,可用于目的基因的篩選,而沒有考慮到可以直接用含除草劑的選擇培養基篩選含有除草劑抗性基因的愈傷組織。

8.(2017·江蘇高考·T33)金屬硫蛋白(MT)是一類廣泛存在的金屬結合蛋白,某研究小組計劃通過多聚酶鏈式反應(PCR)擴增獲得目的基因,構建轉基因工程菌,用于重金屬廢水的凈化處理。PCR擴增過程示意圖如下,請回答下列問題:

(1)從高表達MT蛋白的生物組織中提取mRNA,通過　　　　　　獲得　　　　　　用于PCR擴增。

(2)設計一對與MT基因兩端序列互補配對的引物(引物1和引物2),為方便構建重組質粒,在引物中需要增加適當的　　　　　　　　　　位點。設計引物時需要避免引物之間形成　　　　　　　　　,而造成引物自連。

(3)圖中步驟1代表　　　　　　,步驟2代表退火,步驟3代表延伸,這三個步驟組成一輪循環。

(4)PCR擴增時,退火溫度的設定是成敗的關鍵。退火溫度過高會破壞　　　　　　　的堿基配對。退火溫度的設定與引物長度、堿基組成有關,長度相同但　　　　　　　的引物需要設定更高的退火溫度。

(5)如果PCR反應得不到任何擴增產物,則可以采取的改進措施有(填序號:①升高退火溫度?、诮档屯嘶饻囟取、壑匦略O計引物)。

【解析】(1)從高表達MT蛋白的生物組織中提取mRNA,mRNA在逆轉錄酶的催化下,通過逆轉錄過程形成cDNA,然后用于PCR擴增。(2)目的基因與質粒形成重組質粒時需要用限制性核酸內切酶切出相同的黏性末端,因此在設計一對與MT基因兩端序列互補配對的引物(引物1和引物2)時,要在引物中增加適當的限制性核酸內切酶位點。設計引物時,兩種引物之間不能有互補性,否則引物之間會配對形成雙鏈DNA。(3)圖中步驟1代表高溫變性,目的是使DNA分子解旋。(4)PCR擴增時,退火步驟中引物與模板結合,因此退火溫度過高會破壞引物與模板的堿基配對。由于A和T之間有2個氫鍵,而C和G之間有3個氫鍵,因此C和G的含量越高,DNA分子越穩定,所以引物中含C與G的堿基對較多時,需要采用較高的退火溫度。(5)如果PCR反應得不到任何擴增產物,一是引物沒有和模板結合,二是退火步驟中退火溫度過高破壞了引物與模板的堿基配對,所以采取的改進措施應該選②和③。

答案:(1)逆轉錄　cDNA(2)限制性核酸內切酶　堿基互補配對(3)變性(4)引物與模板　GC含量高(5)②③