2025版高考生物二輪復習課件 限時練24 賦予生物新的遺傳特性的基因工程

賦予生物新的遺傳特性的基因工程限時練24

(時間：40分鐘

分值：50分)重點1基因工程和蛋白質(zhì)工程1.(2024·廣西南寧市摸底)鐮狀細胞貧血是一種常染色體隱性遺傳病，由正常血紅蛋白基因(HbA)突變?yōu)殓牋罴毎氀?Hbs)引起，HbA和Hbs的某片段如圖甲。對胎兒進行基因檢測的主要原理是：用MstⅡ限制酶處理PCR擴增后的DNA；加熱使被酶切的DNA片段解旋，用熒光標記的CTGACTCCT序列與其雜交；凝膠電泳分離。圖乙是凝膠電泳后熒光出現(xiàn)的三種可能性。回答下列問題：(1)圖甲為基因HbA和Hbs的部分片段，據(jù)圖可知，鐮狀細胞貧血是基因中發(fā)生___________導致的?；蛲蛔兙哂胁欢ㄏ蛐裕僧a(chǎn)生_________________基因。(2)胎兒c的基因型為________，與胎兒c具有相同基因型的一對夫婦生下患鐮狀細胞貧血女兒的概率為________。堿基替換一個以上的等位HbAHbs1/8(3)基因治療是治療鐮狀細胞貧血最有效的方法，治療時要構(gòu)建含HbA的基因表達載體，構(gòu)建基因表達載體首先需要用同一種限制酶切割HbA和質(zhì)粒，目的是_________________，再用DNA連接酶連接，DNA連接酶的主要功能是___________________________________________________________________。構(gòu)建基因表達載體的目的是_______________________________________________________________________________________________________________。產(chǎn)生相同的末端將切下來的雙鏈DNA片段“縫合”起來，恢復被限制酶切開的磷酸二酯鍵(合理即可)

讓目的基因在受體細胞中穩(wěn)定存在，并且遺傳給下一代，同時能夠使目的基因表達并發(fā)揮作用解析

(1)據(jù)圖甲分析可知，鐮狀細胞貧血是相應基因中發(fā)生堿基替換的結(jié)果。基因突變具有不定向性，可以產(chǎn)生一個以上的等位基因。(2)(3)用同一種限制酶切割HbA和質(zhì)粒，目的是讓HbA和質(zhì)粒形成相同的末端。之后再用DNA連接酶連接，DNA連接酶的主要功能是將切下來的雙鏈DNA片段“縫合”起來，恢復被限制酶切開的磷酸二酯鍵。構(gòu)建基因表達載體的目的是讓目的基因在受體細胞中穩(wěn)定存在，并且遺傳給下一代，同時能夠使目的基因表達并發(fā)揮作用。2.(2024·南京市調(diào)研)PSMA3是蛋白酶體的重要組成成分之一，與惡性腫瘤的發(fā)生和發(fā)展有密切關(guān)系。為探尋PSMA3與肝細胞癌(HCC)的關(guān)系，科研人員通過構(gòu)建含人PSMA3基因的重組腺病毒(pAd/PSMA3)并開展了相關(guān)研究，以期為HCC早期診斷和治療奠定基礎(chǔ)。如圖為重組腺病毒的構(gòu)建流程，其中GFP為綠色熒光蛋白基因。請回答下列問題。限制酶識別序列和酶切位點限制酶識別序列和酶切位點PacⅠTTAAT↓TAABclⅠT↓GATCAPmeⅠGTTT↓AAACEcoRⅤGAT↓ATCSalⅠG↓TCGACSau3AⅠ↓GATC(1)過程①以提取的總RNA為模板，在__________酶的作用下獲得PSMA3的cDNA，該cDNA與人體細胞核中PSMA3基因在結(jié)構(gòu)上的區(qū)別是該cDNA沒有_______________________。逆轉(zhuǎn)錄啟動子、終止子、內(nèi)含子(2)為防止過程②中PSMA3基因與質(zhì)粒1錯誤連接，可在PSMA3基因的上游引物和下游引物的5′端分別添加限制酶________________________________的識別序列。SalⅠ、EcoRⅤ(順序不能顛倒)(3)過程④為同源重組，該過程首先需要用核酸外切酶從線性化DNA分子一條鏈的末端按3′→5′的方向順次水解若干個磷酸二酯鍵，其目的是形成________末端，再經(jīng)____________酶的作用形成重組腺病毒載體。黏性DNA連接(4)過程⑥常用脂質(zhì)體包裹DNA片段，目的是______________________________。轉(zhuǎn)染后，可通過熒光顯微鏡觀察____________________基因的表達強度來初步篩選目標239A細胞。促進目的DNA片段進入239A細胞綠色熒光蛋白(GFP)解析

(1)以RNA為模板合成DNA的過程稱為逆轉(zhuǎn)錄，該過程需要逆轉(zhuǎn)錄酶參與。與人體細胞核中的PSMA3基因相比，經(jīng)逆轉(zhuǎn)錄獲得的PSMA3的cDNA在結(jié)構(gòu)上缺少啟動子、終止子和內(nèi)含子。(2)應將PSMA3基因插到質(zhì)粒1的啟動子和終止子之間，為防止目的基因和質(zhì)粒發(fā)生自身環(huán)化和目的基因在質(zhì)粒中反向連接，需要進行雙酶切。由題圖可知，質(zhì)粒1啟動子和終止子之間含有限制酶SalⅠ、EcoRⅤ和Sau3AⅠ的識別序列，且質(zhì)粒1中還含有限制酶BclⅠ的識別序列。由題表知，BclⅠ的識別序列和酶切位點為T↓GATCA，Sau3AⅠ的識別序列和酶切位點為↓GATC，若使用限制酶Sau3AⅠ對質(zhì)粒1進行切割，會將終止子切下來，因此不能使用限制酶Sau3AⅠ對質(zhì)粒1進行切割。經(jīng)分析可知，應選擇限制酶SalⅠ和EcoRⅤ對質(zhì)粒1進行酶切，又知質(zhì)粒1中限制酶SalⅠ的識別序列位于限制酶EcoRⅤ識別序列的上游，因此，為了使PSMA3基因與質(zhì)粒1正確連接，可在PSMA3基因的上游引物和下游引物的5′端分別添加限制酶SalⅠ和EcoRⅤ的識別序列。(3)據(jù)題表可知，過程③是用限制酶PmeⅠ切割的，形成的是平末端。過程④為同源重組，該過程首先需要用核酸外切酶從線性化DNA分子一條鏈的末端按3′→5′的方向順次水解若干個磷酸二酯鍵，形成黏性末端，再經(jīng)DNA連接酶的作用形成重組腺病毒載體。(4)過程⑥是脂質(zhì)體轉(zhuǎn)染，常用脂質(zhì)體包裹DNA片段，以促進目的DNA片段進入239A細胞。轉(zhuǎn)染后，可通過熒光顯微鏡觀察綠色熒光蛋白基因(GFP基因)的表達強度來初步篩選目標239A細胞。重點2

PCR技術(shù)及應用3.(2024·衡陽八中質(zhì)檢)科學家用抗旱基因培育出了耐旱玉米新品系，為解決我國糧食問題做出了重要貢獻。若測得某耐旱基因(mt1D)編碼鏈首端到末端(其中一條鏈)的序列為5′—ATCTACGCGCTCATCCG…(省略3n個核苷酸序列)…CGCAGCAATGAGTAGCG—3′。下圖1為構(gòu)建重組質(zhì)粒的過程示意圖，BamHⅠ、BclⅠ、SmaⅠ、Sau3AⅠ為限制酶(四種酶的識別序列詳見表)，箭頭表示轉(zhuǎn)錄方向?；卮鹣铝袉栴}。Q1：5′—GGATCCCGCAGCAA—3′Q2：5′—CCCGGGATCTACGC—3′Q3：5′—TGATCCATCTACGC—3′Q4：5′—TGATCACGCTACTC—3′圖2限制酶識別序列及切割位點(5′→3′)BamHⅠG↓GATCCBclⅠT↓GATCASmaⅠCCC↓GGGSau3AⅠ↓GATC(1)為獲取更多mt1D基因，可采用PCR技術(shù)擴增，在反應體系中除加入引物、dNTP、緩沖液、Mg2＋外，還需要加入__________________________。某同學設(shè)計了如下六種PCR引物，其中適合選用的一對引物是________(選填序號)。①5′—GACTACTCGCGCATCTA—3′②5′—ATCTACGCGCTCATCCG—3′③5′—GCGATGAGTAACGACGC—3′④5′—CGCTACTCATTGCTGCG—3′⑤5′—TAGATGCGCGAGTAGGC—3′⑥5′—CGCAGCAATGAGTAGCG—3′模板、耐高溫的DNA聚合酶②④(2)若PCR反應得到的非特異性擴增產(chǎn)物偏多，從引物設(shè)計和溫度控制角度考慮，主要原因可能是______________________________________________。(3)為將圖中質(zhì)粒A和mt1D基因正確連接構(gòu)建重組質(zhì)粒B，設(shè)計mt1D基因的引物時，應在兩種引物的5′端分別添加___________________限制酶的識別序列，選用______________限制酶切割質(zhì)粒A，酶切后的載體和目的基因片段通過____________酶作用后獲得重組質(zhì)粒。為了篩選出轉(zhuǎn)入了重組質(zhì)粒的受體細胞，應首先在篩選平板培養(yǎng)基中添加________，再將平板上長出的菌落通過影印平板法接種到添加____________的平板培養(yǎng)基上繼續(xù)培養(yǎng)觀察。復性溫度低，引物設(shè)計不恰當(合理即可)BamHⅠ、SmaⅠBclⅠ、SmaⅠT4DNA連接四環(huán)素氨芐青霉素(4)若從平板上長出的菌落中提取重組質(zhì)粒B，利用Sau3AⅠ進行完全酶切，最多可以得到________種大小不同的DNA片段。(5)圖2是對重組質(zhì)粒測序所得到的部分序列，若目的基因與質(zhì)粒正確連接，則圖中M連接處的序列正確的是________(填序列編號)。3Q3解析

(1)該耐旱基因(mt1D)編碼鏈首端到末端(其中一條鏈)的序列為5′—ATCTACGCGCTCATCCG…(省略3n個核苷酸序列)…CGCAGCAATGAGTAGCG—3′。設(shè)計引物時，其中一種引物需要與編碼鏈3′端的一段序列發(fā)生堿基互補配對，另一種引物需要與模板鏈3′端的部分序列發(fā)生堿基互補配對，六種PCR引物中可選用的引物是②④。(2)擴增時復性溫度過低，可能會導致引物與非目的基因序列發(fā)生結(jié)合，從而擴增出不同長度的DNA分子，出現(xiàn)多條條帶。PCR擴增產(chǎn)物的電泳結(jié)果顯示，除目的基因條帶外，還有非特異性條帶，從引物的角度考慮可能的原因是引物設(shè)計不合理，設(shè)計的引物可與非目的基因序列發(fā)生互補配對，從而擴增出非目的基因序列，產(chǎn)生非特異性條帶。(3)為將圖中質(zhì)粒A和mt1D基因正確連接構(gòu)建重組質(zhì)粒B，設(shè)計mt1D基因的引物時，由于目的基因中有BclⅠ的識別序列，因此設(shè)計的引物中不能含有BclⅠ的識別序列，又由于質(zhì)粒A的氨芐青霉素抗性基因和四環(huán)素抗性基因中都含有BamHⅠ的識別序列，結(jié)合題表信息可知，限制酶BamHⅠ和BclⅠ酶切后產(chǎn)生的黏性末端相同，故設(shè)計mt1D基因的引物時，需要在兩種引物的5′端分別添加BamHⅠ、SmaⅠ限制酶的識別序列，同時需要選用BclⅠ、SmaⅠ限制酶切割質(zhì)粒A。酶切后的載體和目的基因片段會出現(xiàn)相同的黏性末端和平末端，可用T4DNA連接酶(既可連接黏性末端，又可連接平末端)將酶切后的載體和目的基因連接起來，獲得重組質(zhì)粒。重組質(zhì)粒B中含有四環(huán)素抗性基因，質(zhì)粒A中含有兩種抗性基因(四環(huán)素抗性基因和氨芐青霉素抗性基因)。為了篩選出轉(zhuǎn)入了重組質(zhì)粒的受體細胞，應首先在篩選平板培養(yǎng)基中添加四環(huán)素，再將平板上長出的菌落通過影印平板法接種到添加氨芐青霉素的平板培養(yǎng)基上繼續(xù)培養(yǎng)觀察。(4)從平板上長出的菌落中提取重組質(zhì)粒B，利用Sau3AⅠ進行完全酶切，由于重組質(zhì)粒中有限制酶BamHⅠ、BclⅠ、SmaⅠ的識別序列以及重組的接口處的序列5′—TGATCC—3′，由于限制酶Sau3AⅠ可識別GATC序列，因此利用Sau3AⅠ酶切重組質(zhì)粒B，最多可以得到3種大小不同的DNA片段。(5)圖2是對重組質(zhì)粒測序后得到的部分序列，若目的基因與質(zhì)粒正確連接，則圖中連接處的序列為5′—TGATCC—3′，再結(jié)合目的基因的部分堿基序列可知，圖中M連接處的序列正確的是Q3。4.圖1是某基因工程中構(gòu)建重組質(zhì)粒的過程示意圖，載體質(zhì)粒P0具有四環(huán)素抗性基因(tetr)和氨芐青霉素抗性基因(ampr)。請回答下列問題：圖1平(2)用TaqDNA聚合酶進行PCR擴增獲得的目的基因片段，其兩端各自帶有一個腺嘌呤脫氧核苷酸。載體P1用酶處理，在兩端各添加了一個堿基為__________的脫氧核苷酸，形成P2；P2和目的基因片段在__________酶作用下，形成重組質(zhì)粒P3。圖1胸腺嘧啶(T)DNA連接(3)為篩選出含有重組質(zhì)粒P3的菌落，采用含有不同抗生素的平板進行篩選，得到A、B、C三類菌落，其生長情況如表(“＋”代表生長，“－”代表不生長)。根據(jù)表中結(jié)果判斷，應選擇的菌落是________(填表中字母)類，另外兩類菌落質(zhì)粒導入情況分別是________________、______________________。菌落類型平板類型ABC無抗生素＋＋＋氨芐青霉素＋＋－四環(huán)素＋－－氨芐青霉素＋四環(huán)素＋－－BA類菌落含有P0C類菌落未轉(zhuǎn)入質(zhì)粒(4)為鑒定篩選出的菌落中是否含有正確插入目的基因的重組質(zhì)粒，擬設(shè)計引物進行PCR鑒定。圖2所示為甲、乙、丙3條引物在正確重組質(zhì)粒中的相應位置，PCR鑒定時應選擇的一對引物是________。某學生嘗試用圖中另外一對引物從某一菌落的質(zhì)粒中擴增出了400bp片段，原因是__________________________。圖2乙、丙目的基因反向連接解析

(1)EcoRⅤ酶切位點在酶所識別序列的中心軸線處，產(chǎn)生的是平末