高中生物一輪復(fù)習(xí)同步練習(xí)：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(xí)一、選擇題1.如圖所示三個(gè)DNA片段依次表示EcoRⅠ、BamHⅠ和Sau3AⅠ三種限制酶的識(shí)別序列與切割位點(diǎn)。下列有關(guān)敘述錯(cuò)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(huì)增加兩個(gè)游離的磷酸基團(tuán)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(diǎn)。下列有關(guān)敘述錯(cuò)誤的是()A.在基因工程中若只用一種限制酶完成對(duì)質(zhì)粒和外源DNA的切割，則可選EcoRⅠB.如果將一個(gè)外源DNA分子和一個(gè)質(zhì)粒分別用EcoRⅠ酶切后，再用DNA連接酶連接，形成一個(gè)含有目的基因的重組DNA，此重組DNA中EcoRⅠ切割位點(diǎn)有1個(gè)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(shí)可使用BamHⅠ和HindⅢ兩種限制酶同時(shí)處理質(zhì)粒和目的基因D.一個(gè)如圖1所示的質(zhì)粒分子經(jīng)EcoRⅠ切割后，含有2個(gè)游離的磷酸基團(tuán)3.為提高紅豆杉細(xì)胞培養(yǎng)物中紫杉醇的產(chǎn)量，研究人員構(gòu)建紫杉醇合成關(guān)鍵酶基因(Bapt)的超表達(dá)載體，并將其導(dǎo)入紅豆杉細(xì)胞，具體流程如下圖。下列相關(guān)說法錯(cuò)誤的是()A.p1301載體上應(yīng)含有增強(qiáng)Bapt基因表達(dá)的序列B.超表達(dá)載體中應(yīng)含有潮霉素抗性基因作為標(biāo)記基因C.可使用Bapt基因制成的探針檢測(cè)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(xì)胞培養(yǎng)至愈傷組織4.圖甲為培育轉(zhuǎn)基因生物時(shí)選用的載體，圖乙是含有目的基因的一段DNA序列，圖中標(biāo)注了相關(guān)限制酶的酶切位點(diǎn)。下列敘述錯(cuò)誤的是()A.若通過PCR技術(shù)提取該目的基因，應(yīng)該選用引物甲和引物丙B.構(gòu)建表達(dá)載體時(shí)應(yīng)選用BclⅠ和HindⅢ這兩種限制酶以及DNA連接酶C.若將基因表達(dá)載體導(dǎo)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(dǎo)入表達(dá)載體的受體細(xì)胞5.下圖是“DNA的粗提取和鑒定”實(shí)驗(yàn)中幾個(gè)重要操作的示意圖，下列敘述錯(cuò)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(gè)方向輕緩攪拌，便于DNA的析出并保持結(jié)構(gòu)完整C.若圖③操作后接圖②操作，則DNA會(huì)留在濾液中D.若圖④操作后接圖②操作，則DNA會(huì)留在紗布上二、非選擇題6.基因工程的關(guān)鍵步驟是基因表達(dá)載體的構(gòu)建，人類γ基因啟動(dòng)子及其上游的調(diào)控序列中存在著BCL11A蛋白結(jié)合位點(diǎn)，該位點(diǎn)結(jié)合BCL11A蛋白后，γ基因的表達(dá)被抑制。為了確定BCL11A蛋白結(jié)合位點(diǎn)的具體位置，科研人員用PCR技術(shù)擴(kuò)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(dá)載體中進(jìn)行轉(zhuǎn)化和熒光檢測(cè)，相關(guān)信息如下圖所示。請(qǐng)回答下列問題：限制酶識(shí)別序列及切割位點(diǎn)：MunⅠ：C↓AATTGXhoⅠ：C↓TCGAGEcoRⅠ：G↓AATTCSalⅠ：G↓TCGACNheⅠ：G↓CTAGC(1)基因表達(dá)載體包括復(fù)制原點(diǎn)、目的基因、____________________________(答出3點(diǎn))。據(jù)圖可知，擴(kuò)增的γ基因上游不同長度的片段中，擴(kuò)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(dòng)子，為了使熒光蛋白基因正常表達(dá)，需要在其________(填“NheⅠ”或“MunⅠ”)側(cè)接入啟動(dòng)子；啟動(dòng)子的作用是____________________________________________。(3)構(gòu)建基因表達(dá)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(dá)。據(jù)圖分析，為了使熒光蛋白基因正常表達(dá)，γ基因啟動(dòng)子及其上游的____________(填“R”或“F1”)調(diào)控序列應(yīng)接在熒光蛋白基因的MunⅠ端，________(填“R”或“F1”)調(diào)控序列應(yīng)接在熒光蛋白基因的XhoⅠ端。(4)引物的合成是PCR成功的關(guān)鍵，PCR擴(kuò)增時(shí)，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(bǔ)的序列，同一引物內(nèi)部也不能有互補(bǔ)的序列。7.為研究igf2bp3基因的功能，研究者以斑馬魚為研究對(duì)象，通過CRISPR/Cas9技術(shù)構(gòu)建igf2bp3基因缺欠的突變模型。請(qǐng)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(shí)別基因組DNA上的靶點(diǎn)，引導(dǎo)Cas9蛋白在特定位點(diǎn)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(fù)導(dǎo)致DNA片段的缺失、倒位等而導(dǎo)致突變，稱為“中靶”；也可能因同源重組修復(fù)將雙鏈斷裂的DNA恢復(fù)到原始序列，導(dǎo)致________效應(yīng)。(2)gRNA的合成與純化。設(shè)計(jì)并合成特定的引物(圖2示意引物之一：T7－靶點(diǎn)6序列－sfd)，以pMD19－gRNAscaffold質(zhì)粒為模板，按照PCR反應(yīng)程序：預(yù)變性5min；變性30s，復(fù)性30s，延伸40s，35個(gè)循環(huán)；再延伸10min。再延伸時(shí)間較長的目的是___________________________。擴(kuò)增出的DNA在體外轉(zhuǎn)錄出gRNA并純化。下圖2中T7啟動(dòng)子的作用是___________________________________________________。(3)突變體的構(gòu)建與篩選。受精卵分成2組，通過________技術(shù)注入特定濃度的Cas9蛋白和gRNA混合液1nL作實(shí)驗(yàn)組，另一組不注入作對(duì)照。欲判斷靶點(diǎn)敲除是否有效，可________挑選實(shí)驗(yàn)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(dá)。為了解igf2bp3基因在野生型斑馬魚不同組織中的表達(dá)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(jìn)行定量PCR，結(jié)果見下圖3。由圖3的結(jié)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(xué)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(xì)胞維持生命活動(dòng)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(guān)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(shí)別序列及切割位點(diǎn)見下表。請(qǐng)回答下列問題：限制酶識(shí)別序列和切割位點(diǎn)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(chǔ)存于受體菌群，從而構(gòu)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(xì)胞，質(zhì)粒S中用作標(biāo)記基因的是____________。為達(dá)到篩選目的，培養(yǎng)基的營養(yǎng)成分中不應(yīng)含有__________。將成纖維細(xì)胞培養(yǎng)一段時(shí)間后觀察，篩選出__________(填“顯示”或“不顯示”)綠色熒光的細(xì)胞用于過程⑤。(3)過程④常用儀器為________。培養(yǎng)過程需對(duì)早期胚胎進(jìn)行性別鑒定和胚胎分割，性別鑒定應(yīng)取________________(填“滋養(yǎng)層”或“內(nèi)細(xì)胞團(tuán)”)進(jìn)行SRY－PCR，篩選出雌性動(dòng)物胚胎并進(jìn)行分割，分割時(shí)應(yīng)注意_________________。9.妊娠與子宮內(nèi)膜基質(zhì)細(xì)胞的功能密切相關(guān)。某研究小組通過如圖所示的實(shí)驗(yàn)流程獲得子宮內(nèi)膜基質(zhì)細(xì)胞，以期用于妊娠相關(guān)疾病的研究。(1)手術(shù)獲得的皮膚組織需在低溫下運(yùn)至實(shí)驗(yàn)室，低溫對(duì)細(xì)胞中各種蛋白質(zhì)的作用為________________________。(2)過程①中，誘導(dǎo)形成iPS細(xì)胞時(shí)，需提高成纖維細(xì)胞中4個(gè)基因的表達(dá)量，可采用____________________技術(shù)將這些基因?qū)朐摷?xì)胞。這4個(gè)基因的主要作用為：M基因促進(jìn)增殖，S基因和C基因控制干細(xì)胞特性，K基因抑制凋亡和衰老。若成纖維細(xì)胞形成腫瘤細(xì)胞，最有可能的基因是__________基因過量表達(dá)。(3)培養(yǎng)iPS細(xì)胞時(shí)，應(yīng)對(duì)所處環(huán)境定期消毒以降低細(xì)胞被污染風(fēng)險(xiǎn)?？捎米贤饩€進(jìn)行消毒的是________。A.培養(yǎng)基 B.培養(yǎng)瓶C.細(xì)胞培養(yǎng)室 D.CO2培養(yǎng)箱(4)過程②中，iPS細(xì)胞經(jīng)歷的生命歷程為________。PCR技術(shù)可用于檢測(cè)子宮內(nèi)膜基質(zhì)細(xì)胞的mRNA水平。mRNA經(jīng)過________才能作為PCR擴(kuò)增的模板。答案：1.C根據(jù)題圖并結(jié)合三種限制酶的切割位點(diǎn)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(huì)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(bǔ)配對(duì)彼此連接，C錯(cuò)誤；圖中的DNA片段被EcoRⅠ切割后，會(huì)斷裂兩個(gè)磷酸二酯鍵，從而增加兩個(gè)游離的磷酸基團(tuán)，D正確。2.B圖中目的基因兩側(cè)都有EcoRⅠ酶切位點(diǎn)，質(zhì)粒上也存在EcoRⅠ酶切位點(diǎn)，若只用一種限制酶完成對(duì)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(diǎn)有2個(gè)，B錯(cuò)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(shí)可使用BamHⅠ和HindⅢ兩種限制酶同時(shí)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(gè)黏性末端，含有2個(gè)游離的磷酸基團(tuán)，D正確。3.C根據(jù)題干推測(cè)，p1301載體上應(yīng)含有增強(qiáng)Bapt基因表達(dá)的序列，A正確；超表達(dá)載體中應(yīng)含有潮霉素抗性基因作為標(biāo)記基因，在含有潮霉素的培養(yǎng)基上，超表達(dá)載體能夠存活，從而起到篩選作用，B正確；由于紅豆杉細(xì)胞中本身存在Bapt基因，無論超表達(dá)載體是否成功導(dǎo)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(cè)過程⑤是否成功，C錯(cuò)誤；工廠化生產(chǎn)紫杉醇屬于細(xì)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(dǎo)子鏈延伸的方向可知，若用PCR技術(shù)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(yīng)在目的基因兩端和質(zhì)粒上存在識(shí)別位點(diǎn)，BamHⅠ會(huì)使2種抗性基因都被破壞，同時(shí)為防止目的基因和質(zhì)粒自身環(huán)化，應(yīng)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(xì)胞中，需要用Ca2＋處理大腸桿菌，使之成為感受態(tài)細(xì)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(yīng)該先用含四環(huán)素的培養(yǎng)基篩選出含有基因表達(dá)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(dá)載體重組質(zhì)粒的大腸桿菌，D錯(cuò)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(gè)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(gè)方向快速攪拌，目的是加速細(xì)胞吸水破裂，B錯(cuò)誤；圖③操作是加入蒸餾水，破碎細(xì)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(biāo)記基因、啟動(dòng)子、終止子F1和R(2)MunⅠRNA聚合酶識(shí)別和結(jié)合的部位，可驅(qū)動(dòng)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(dá)載體需要在受體細(xì)胞中穩(wěn)定存在和表達(dá)，因此其結(jié)構(gòu)需要含有復(fù)制原點(diǎn)、目的基因、標(biāo)記基因、啟動(dòng)子和終止子等組分。據(jù)圖可知，擴(kuò)增的γ基因上游不同長度的片段中，若要擴(kuò)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(dòng)子，且熒光蛋白基因的NheⅠ側(cè)有終止子，為了使熒光蛋白基因正常啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄，進(jìn)而完成蛋白質(zhì)的合成，需要在熒光蛋白基因的MunⅠ側(cè)接入啟動(dòng)子。啟動(dòng)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(shí)別和結(jié)合的部位，能驅(qū)動(dòng)基因轉(zhuǎn)錄形成RNA。(3)圖中啟動(dòng)子啟動(dòng)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(huì)發(fā)生改變。因此將相關(guān)序列插入熒光蛋白基因MunⅠ側(cè)并使其順利表達(dá)，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(kuò)增時(shí)，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(yīng)的已知序列堿基互補(bǔ)配對(duì)。制作引物的時(shí)候需要注意同一引物自身和兩種引物之間都不能有互補(bǔ)序列，防止自身配對(duì)，降低引物與目的片段結(jié)合的機(jī)會(huì)，影響PCR效率。7.(1)5′脫靶(2)把沒有延伸完的片段補(bǔ)全(或使子鏈得到充分的延伸)有利于RNA聚合酶識(shí)別并啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄(3)顯微注射隨機(jī)(4)總RNA(RNA)igf2bp3基因在各種組織中都表達(dá)，在生殖腺中表達(dá)水平最高解析(1)從題圖上看，向?qū)NA的5′端序列識(shí)別基因組DNA上的靶點(diǎn)，引導(dǎo)Cas9蛋白在特定位點(diǎn)上切斷DNA雙鏈。若同源重組修復(fù)將雙鏈斷裂的DNA恢復(fù)到原始序列，即剪切失敗，導(dǎo)致“脫靶”效應(yīng)。(2)再延伸時(shí)間較長的目的是把沒有延伸完的片段補(bǔ)全。啟動(dòng)子是RNA聚合酶識(shí)別并結(jié)合、起始轉(zhuǎn)錄的部位，故T7啟動(dòng)子的作用是有利于RNA聚合酶識(shí)別并啟動(dòng)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(diǎn)敲除是否有效，隨機(jī)挑選實(shí)驗(yàn)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(jìn)行定量PCR。由圖3的結(jié)果分析可知，igf2bp3基因在各種組織中都表達(dá)，在生殖腺中表達(dá)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(xì)胞團(tuán)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(dá)載體的構(gòu)建，④是將重組質(zhì)粒導(dǎo)入受體細(xì)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(chǔ)存于受體菌群，從而構(gòu)建基因文庫；據(jù)圖可知，目的基因兩側(cè)的黏性末端分別是—GATC和—AGCT，故應(yīng)選擇BamHⅠ和HindⅢ進(jìn)行切割。(2)結(jié)合題意可知，質(zhì)粒S中的基因Leu通過控制相關(guān)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(biāo)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(dá)到篩選