2020年高考生物讲义：第38讲基因工程

第 38 讲基因工程 测控导航表 知识点 1.基因工程的基本工具 2.基因工程的基本操作程序及应用 3.PCR 技术 4.蛋白质工程 5.综合考查 题号 1 3,4,7 2 6 5,8 1.(2019·山西太原月考)根据基因工程的有关知识,回答下列问题: (1)限制性核酸内切酶切割DNA 分子后产生的片段 ,其末端类型有 和。 (2)质粒运载体用 EcoRⅠ切割后产生的片段如下: 为使运载体与目的基因相连,含有目的基因的 DNA 除可用 EcoRⅠ切割 外,还可用另一种限制性核酸内切酶切割,该酶必须具有的特点是 。 (3)按其来源不同,基因工程中所使用的 DNA 连接酶有两类,即 DNA 连接酶和DNA 连接酶。 (4)反转录作用的模板是,产 物是。若要在体外获得大量反转录产物, 常采用技术。 (5)基因工程中除质粒外,和也 可作为运载体。 (6)若用重组质粒转化大肠杆菌,一般情况下,不能直接用未处理的大 肠杆菌作为受体细胞,原因是 。 解析:(1)限制性核酸内切酶可以将 DNA 分子切成两种类型的末端,平 末端和黏性末端。 (2)为使两种不同酶切割之后能够相连接,所产生的黏性末端必须 相同。 (3)E.coli DNA连接酶可以连接黏性末端,T 4DNA 连接酶可以连接两种 末端。 (4)反转录是以 mRNA 为模板逆转录先合成单链 DNA,再合成双链 DNA, 常利用 PCR 技术进行大量扩增。 (5)基因工程中可以选用质粒、 λ 噬菌体的衍生物及动植物病毒做 载体。 (6)当受体细胞是细菌时,为了增大导入的成功率,常用Ca2+处理,得到 感受态细胞,此时细胞壁和细胞膜的通透性增大,容易吸收重组质粒。 答案:(1)平末端黏性末端 (2)切割产生的 DNA 片段末端与 EcoRⅠ切割产生的相同 (3)T 4 E.coli (4)mRNA单链 DNAPCR(多聚酶链式反应) (5)动植物病毒λ 噬菌体的衍生物 (6)未处理的大肠杆菌吸收质粒(外源 DNA)的能力极弱 2.(2018·湖北武汉调研)含有限制酶的细胞中通常还具有相应的甲 基化酶,这两种酶对 DNA 分子有相同的作用序列,但具有不同的催化 功能。甲基化酶可以对 DNA 序列进行修饰,使限制酶不能对这一序列 进行识别和切割。回答下列问题: (1)目前,基因工程中使用的限制酶主要是从生物中分离 纯化获得的。构建“基因组文库”和“DNA 文库”的过程中需要使用 DNA 连接酶的是(填“基因组文库” “DNA 文库”或“基因组文库和 cDNA 文库”)。 (2)含有某种限制酶的细胞,可以利用限制酶切割外源 DNA,但不破坏 细胞自身的 DNA,其原因可能有①; ②。 (3)利用 PCR 扩增目的基因的过程由高温变性(90～95 ℃)、 低温复性 (55～60 ℃)、适温延伸(70～75 ℃)三个步骤构成一个循环,为使得 DNA 聚合酶能够重复利用,选用的酶应在℃处理后仍然具 备催化活性。 (4)在 PCR 扩增目的基因时,为实现序列中的腺嘌呤被放射性同位素 标记,反应体系中添加的原料应包括碱基已被标记的(填 “腺嘌呤核糖核苷酸”“dATP”或“ATP”)。 解析:(1)限制酶主要是从原核生物中分离纯化出来的。 两者的构建过 程中均将目的基因与载体连接后导入受体菌群,因此均需用到 DNA 连 接酶。 (2)限制酶不切割原核细胞自身的 DNA 的原因在于细胞自身的 DNA 分 子没有该限制酶的识别序列;甲基化酶对细胞自身的 DNA 分子进行了 修饰。 (3)PCR 扩增目的基因时需要耐高温的 TaqDNA 聚合酶,因此选用的酶 应在 90～95(或 95)℃处理后仍然具备催化活性。 (4)PCR 扩增目的基因时,所需原料为四种 dNTP,由此可知反应体系中 添加的原料应包括碱基已被标记的 dATP。 答案:(1)原核基因组文库和 cDNA 文库 (2)①细胞自身的 DNA 分子没有该限制酶的识别序列②甲基化酶对 细胞自身的 DNA 分子进行了修饰 (3)90～95(或 95) (4)dATP 3.(2018·全国Ⅰ卷)回答下列问题: (1)博耶(H.Boyer)和科恩(S.Coben)将非洲爪蟾核糖体蛋白基因与质 粒重组后导入大肠杆菌细胞中进行了表达。 该研究除证明了质粒可以 作为载体外,还证明了 (答出两点即可)。 (2)体外重组的质粒可通过Ca2+参与的方法导入大 肠杆菌细胞;而体外重组的噬菌体 DNA 通常需与组装 成完整噬菌体后,才能通过侵染的方法将重组的噬菌体DNA 导入宿主 细胞,在细菌、心肌细胞、叶肉细胞中,可作为重组噬菌体宿主细胞的 是。 (3)真核生物基因(目的基因)在大肠杆菌细胞内表达时,表达出的蛋 白质可能会被降解。为防止蛋白质被降解,在实验中应选用 的大肠杆菌作为受体细胞,在蛋白质纯化的过程中应添加 的抑制剂。 解析:(1)将非洲爪蟾核糖体蛋白基因与质粒重组后导入大肠杆菌中, 该过程利用的技术是基因工程。该研究除了证明质粒可作为载体外, 还证明了体外重组的质粒可以进入受体细胞,真核生物基因可在原核 细胞中表达等。 (2)重组质粒导入大肠杆菌细胞可采用Ca2+参与的转化方法;体外重组 噬菌体要通过将体外重组的噬菌体 DNA 和外壳蛋白(或噬菌体蛋白) 进行组装获得;因为噬菌体是专门寄生在细菌中的病毒,所以宿主细 胞选用细菌。 (3)为防止蛋白质被降解,在实验中应选用蛋白酶缺陷型的大肠杆菌 作为受体细胞;在蛋白质纯化过程中,为防止目的蛋白质被降解,需要 添加蛋白酶的抑制剂。 答案:(1)体外重组的质粒可以进入受体细胞;真核生物基因可在原核 细胞中表达 (2)转化外壳蛋白(或答噬菌体蛋白)细菌 (3)蛋白酶缺陷型蛋白酶 4.(2018·全国Ⅱ卷)某种荧光蛋白(GFP)在紫外光或蓝光激发下会发 出绿色荧光,这一特性可用于检测细胞中目的基因的表达,某科研团 队将某种病毒的外壳蛋白(L1)基因连接在 GFP 基因的 5′末端,获得 了 L1-GFP 融合基因(简称为甲),并将其插入质粒 P0,构建了真核表达 载体 P1,其部分结构和酶切位点的示意图如下,图中 E1～E4 四种限制 酶产生的黏性末端各不相同。 回答下列问题: (1)据图推断,该团队在将甲插入质粒 P0 时,使用了两种限制酶,这两 种酶是。 使用这两种酶进行酶切是为了 保证,也是为了保证 。 (2)将 P1 转入体外培养的牛皮肤细胞后,若在该细胞中观察到了绿色 荧光,则说明 L1 基因在牛的皮肤细胞中完成了和 过程。 (3)为了获得含有甲的牛,该团队需要做的工作包括:将能够产生绿色 荧光细胞的移入牛的中、体外培养、胚 胎移植等。 (4)为了检测甲是否存在于克隆牛的不同组织细胞中,某同学用 PCR 方法进行鉴定,在鉴定时应分别以该牛不同组织细胞中的 (填“mRNA”“总 RNA”或“核 DNA”)作为 PCR 模板。 解析:(1)由题意可知,L1 基因和 GFP 基因合成了 L1-GFP 融合基因(简 称为甲),题图中显示了四个酶切位点,当将 L1-GFP 融合基因插入质 粒 P0 时,可用 E1 和 E4 限制酶进行酶切,用这两种酶进行酶切不会破 坏甲的完整性,同