2025版高考生物一輪總復習素養(yǎng)提升選擇性必修3第10單元生物技術與工程第7講基因工程的基本操作程序和應用及蛋白質工程

第10單元生物技術與工程第7講基因工程的基本操作程序和應用及蛋白質工程構|建|網|絡|情境試題規(guī)范作答|閱讀下列材料，回答下列問題：基因的魔剪——CRISPR/Cas系統二倍體馬鈴薯存在自交不親和的現象，導致無法運用種子種植馬鈴薯①。二倍體馬鈴薯的自交不親和是由核糖核酸酶基因(S－RNase)限制的，科研人員通過基因編輯技術敲除了馬鈴薯的S－RNase基因，獲得自交親和的二倍體馬鈴薯②，為馬鈴薯雜交育種供應了新的技術。如圖是科研人員用CRISPR/Cas9基因編輯技術定點敲除S－RNase基因的示意圖。(1)用于編輯不同基因的CRISPR/Cas9復合物中向導RNA堿基序列不同，因此首先要確定S－RNase基因中的待編輯序列，可以通過PCR技術擴增S－RNase基因③，作為編碼特定向導RNA的模板。擴增時須要依據S－RNase基因的脫氧核苷酸序列設計引物，引物的作用是使DNA聚合酶能夠從引物的3′端起先連接脫氧核苷酸。(2)CRISPR/Cas9系統能精準識別相關基因，依據的原理是向導RNA與目標DNA發(fā)生堿基互補配對；Cas9蛋白可催化磷酸二酯鍵(填化學鍵名稱)水解，剪切特定DNA片段。(3)欲檢測經上述基因編輯技術得到的植株是否已具有自交親和性狀，最簡便的方法是讓該植株自交，視察能否產生種子。【解題策略】真|題|再|現1．(2024·浙江卷)紫外線引發(fā)的DNA損傷，可通過“核苷酸切除修復(NER)”方式修復，機制如圖所示。著色性干皮癥(XP)患者的NER酶系統存在缺陷，受陽光照射后，皮膚出現炎癥等癥狀。患者幼年發(fā)病，20歲后起先發(fā)展成皮膚癌。下列敘述錯誤的是(C)A．修復過程須要限制酶和DNA聚合酶B．填補缺口時，新鏈合成以5′到3′的方向進行C．DNA有害損傷發(fā)生后，在細胞增殖后進行修復，對細胞最有利D．隨年齡增長，XP患者幾乎都會發(fā)生皮膚癌的緣由，可用突變累積說明解析：由圖可知，修復過程中須要將損傷部位的序列切斷，因此須要限制酶的參與；同時修復過程中，單個的脫氧核苷酸須要依次連接，要借助DNA聚合酶，A正確；填補缺口時，新鏈即子鏈的延長方向為5′到3′的方向進行，B正確；DNA有害損傷發(fā)生后，在細胞增殖中進行修復，保證DNA復制的正確進行，對細胞最有利，C錯誤；癌癥的發(fā)生是多個基因累積突變的結果，隨年齡增長，XP患者幾乎都會發(fā)生皮膚癌的緣由，可用突變累積說明，D正確。故選C。2．(2024·浙江卷)某探討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。試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產物電泳結果如圖乙所示。下列敘述正確的是(B)A．Gata3基因的啟動子無法限制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)分雜合子和純合子解析：分析圖中可知，啟動子在左側，GFP基因整合在Gata3基因的右側，啟動子啟動轉錄后，可以使GFP基因轉錄，Gata3基因的啟動子能限制GFP基因的表達，A錯誤；因啟動子在左側，轉錄的方向向右，合成的mRNA從左向右為5′→3′，剛好是翻譯的方向，所以翻譯時先合成Gata3蛋白，再合成GFP蛋白，B正確；整合GFP基因后，核酸片段變長，2號個體只有大片段，所以是Gata3－GFP基因純合子，4號個體只有小片段，是野生型，C錯誤；用引物1和引物3進行PCR擴增，擴增出的片段大小差異較小，無法較好的區(qū)分片段，D錯誤。故選B。3．(2024·山東卷)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_RNA聚合酶__。除圖甲中標出的結構外，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__(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_F2與R1或F1與R2__。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_a鏈__(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，出現條帶1證明細胞內表達了_J－V5融合蛋白__，條帶2所檢出的蛋白_不是__(填“是”或“不是”)由重組質粒上的J基因表達的。解析：(1)基因表達載體中啟動子是RNA聚合酶識別和結合的部位，有了它才能驅動基因轉錄出mRNA。作為運載體必需具備的條件：①要具有限制酶的切割位點；②要有標記基因(如抗性基因)，以便于重組DNA分子的篩選；③能在宿主細胞中穩(wěn)定存在并復制；④是平安的，對受體細胞無害，而且要易從供體細胞分別出來，圖中甲有啟動子和終止子等，因此質粒還需具備的結構有限制酶的切割位點、標記基因、復制原點等。(2)據圖甲可知，引物F2與R1或F1與R2結合部位包含J基因的堿基序列，因此推想為了確定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與R1或F1與R2。b是模板鏈，而依據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當是3′－5′，非模板鏈(也就是a鏈)是5′－3′；考慮到DNA復制的方向是子鏈的5′－3′，引物延長的方向確定是5′－3′，所以引物結合的單鏈其方向是3′－5′；圖中F1是前引物，在左側，所以其配對的單鏈是3′－5′的b鏈，故其序列應當與a鏈相應部分的序列相同。(3)據圖乙可知，用抗J蛋白抗體和抗V5抗體分別檢測，均出現條帶1，說明條帶1是J－V5融合蛋白。抗J蛋白抗體檢測出現條帶2，抗V5抗體檢測不出條帶2，說明條帶2所檢出的蛋白不是由重組質粒上的J基因表達的。4．(2024·廣東卷)種子大小是作物重要的產量性狀。探討者對野生型擬南芥(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)覺野生型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，據此推想突變體的表型與其有關，開展相關試驗。回答下列問題：(1)擬接受農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)用PCR反應擴增DAI基因，用限制性內切核酸酶對PCR產物和運載體進行切割，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啟動子和終止子。(3)轉化后，T－DNA(其內部基因在減數分裂時不發(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別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農桿菌轉化T0代植株并自交，將T1代種子播種在選擇培育基上，能夠萌發(fā)并生長的陽性個體即表示其基因組中插入了DAI基因和卡那霉素抗性基因。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育基，選擇陽性率約75%的培育基中幼苗接著培育。③將②中選出的T2代陽性植株自交(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育基，陽性率達到100%的培育基中的幼苗即為目標轉基因植株。為便于在后續(xù)探討中檢測該突變，探討者利用PCR擴增野生型和突變型基因片段，再運用限制性內切核酸酶X切割產物，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。答案：(3)③解析：(1)依據題干信息可知，突變后的基因為隱性基因，則野生型DAI基因為顯性基因，因此接受農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，應當用同種限制性內切核酸酶對DAI基因和運載體進行切割，再用DNA連接酶將兩者連接起來；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依據題干信息和圖形分析，將T0代植株的花序浸沒在農桿菌(T－DNA上含有DAI基因和卡那霉素抗性基因)液中轉化，再將獲得的T1代種子播種在選擇培育基(含有卡那霉素)上，若在選擇培育基上有能夠萌發(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(其內部基因在減數分裂時不發(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，若是單一位點插入，相當于一對等位基因的雜合子，其自交后代應當出現3∶1的性狀分別比，而題干要求選出單一位點插入的植株，因此應當選擇陽性率約75%的培育基中幼苗接著培育。③將以上獲得的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育基上，若某培育基上全部為具有卡那霉素抗性的植株即為須要選擇的植株，即陽性率達到100%的培育基中的幼苗即為目標轉基因植株。依據圖形分析，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，結合圖中的數據分析可知電泳圖中，野生型只有150bp，突變型有50bp和100bp，如圖：5．(2024·遼寧卷)PHB2蛋白具有抑制細胞增殖的作用。為初步探究某動物PHB2蛋白抑制人宮頸癌細胞增殖的緣由，探討者從基因數據庫中獲得了該蛋白的基因編碼序列(簡稱phb2基因)，大小為0.9kb(1kb＝1000堿基對)，利用大腸桿菌表達該蛋白?；卮鹣铝袉栴}：(1)為獲得phb2基因，提取該動物肝臟組織的總RNA，再經逆轉錄過程得到cDNA，將其作為PCR的模板，并設計一對特異性引物來擴增目的基因。(2)圖1為所用載體圖譜示意圖，圖中限制酶的識別序列及切割位點見下表。為使phb2基因(該基因序列不含圖1中限制酶的識別序列)與載體正確連接，在擴增的phb2基因兩端分別引入EcoRⅠ和PstⅡ兩種不同限制酶的識別序列。經過這兩種酶酶切的phb2基因和載體進行連接時，可選用T4_DNA連接酶(填“E.coliDNA連接酶”或“T4DNA連接酶”)。相關限制酶的識別序列及切割位點名稱識別序列及切割位點名稱識別序列及切割位點HindⅢA↓AGCTTTTCGA↑AEcoRⅠG↓AATTCCTTAA↑GPstⅡCAG↓CTGGTC↑GACPstⅠCTGC↓AGGA↑CGTCKpnⅠG↓GTACCCCATG↑GBamHⅠG↓GATCCCCTAG↑G注：箭頭表示切割位點(3)轉化前需用CaCl2處理大腸桿菌細胞，使其處于感受態(tài)的生理狀態(tài)，以提高轉化效率。(4)將轉化后的大腸桿菌接種在含氨芐青霉素的培育基上進行培育，隨機挑取菌落(分別編號為1、2、3、4)培育并提取質粒，用(2)中選用的兩種限制酶進行酶切，酶切產物經電泳分別，結果如圖2，3號菌落的質粒很可能是含目的基因的重組質粒。注：M為指示分子大小的標準參照物；小于0.2kb的DNA分子條帶未出現在圖中解析：(1)利用RNA獲得cDNA的過程稱為逆轉錄。(2)依據啟動子和終止子的作用可知，目的基因應導入啟動子和終止子之間，從圖中看出，兩者之間存在三種限制酶切點，但是由于KpnⅠ在質粒上不止一個酶切位點，所以應當選擇EcoRⅠ和PstⅡ兩種不同限制酶；依據PstⅡ的酶切序列可知，其酶切產物為平末端，所以構建基因表達載體時，應當用T4DNA連接酶連接質粒和目的基因。(3)轉化時用CaCl2處理大腸桿菌細胞，使其處于感受態(tài)的生理狀態(tài)，以提高轉化效率。(4)由于這些菌落都可以生長在含有氨芐青霉素的培育基中，因此都含有質粒，重組質粒包含了目的基因和質粒，假如用EcoRⅠ和PstⅡ兩種酶切割重組質粒，電泳后將獲得含有質粒和目的基因兩條條帶，由于phb2基因大小為0.9kb，所以對應電泳圖中的菌落3。6．(2024·山東卷)某種類型的白血病由蛋白P引發(fā)，蛋白UBC可使P被蛋白酶識別并降解，藥物A可通過影響這一過程對該病起到治療作用。為探究藥物A治療該病的機理，需構建重組載體以獲得融合蛋白FLAG－P和FLAG－P△。P△是缺失特定氨基酸序列的P，FLAG是一種短肽，連接在P或P△的氨基端，使融合蛋白能與含有FLAG抗體的介質結合，但不影響P或P△的功能。(1)為構建重組載體，需先設計引物，通過PCR特異性擴增P基因。用于擴增P基因的引物需滿足的條件是兩種引物分別與兩條模板鏈3′端的堿基序列互補配對。為使PCR產物能被限制酶切割，需在引物上添加相應的限制酶識別序列，該限制酶識別序列應添加在引物的5′端(填“3′端”或“5′端”)。(2)PCR擴增得到的P基因經酶切連接插入載體后，與編碼FLAG的序列形成一個融合基因，如圖甲所示，其中“ATGTGCA”為P基因編碼鏈起始序列。將該重組載體導入細胞后，融合基因轉錄出的mRNA序列正確，翻譯出的融合蛋白中FLAG的氨基酸序列正確，但P基因對應的氨基酸序列與P不同。據圖甲分析，出現該問題的緣由是在轉錄出的mRNA中，限制酶識別序列對應的最終兩個堿基與P基因對應的第一個堿基構成一個密碼子，導致讀碼框變更，翻譯出的氨基酸序列變更。修改擴增P基因時運用的帶有EcoRⅠ識別序列的引物來解決該問題，具體修改方案是在EcoRⅠ識別序列前后增加堿基，使其堿基數目加上FLAG的堿基數目為3的倍數。(3)融合蛋白表達成功后，將FLAG－P、FLAG－P△、藥物A和UBC依據圖乙中的組合方式分成5組。各組樣品混勻后分別流經含FLAG抗體的介質，分別出與介質結合的物質并用UBC抗體檢測，檢測結果如圖丙所示。已知FLAG－P和FLAG－P△不能降解UBC，由①②③組結果的差異推想，藥物A的作用是促進UBC與FLAG－P的結合；由②④組或③⑤組的差異推想，P△中缺失的特定序列的作用是P△中缺失的特定序列是與U