选修3.1基因工程

选修3现代生物科技专题专题1 基因工程1.(2011山东高考理综,35)人类疾病的转基因动物模型常用于致病机理的探讨及治疗药物的筛选。

利用正常大鼠制备遗传性高血压转基因模型大鼠的流程如图所示。

(1)卵母细胞除从活体输卵管中采集外,还可从已处死的雌鼠中获取。

(2)图中的高血压相关基因作为,质粒作为,二者需用切割后连接成重组载体,该过程与质粒上含有有关。

(3)子代大鼠如果和,即可分别在分子水平和个体水平上说明高血压相关基因已成功表达,然后可用其建立高血压转基因动物模型。

(4)在上述转基因大鼠的培育过程中,所用到的主要胚胎工程技术是、早期胚胎培养和胚胎移植。

【解析】从已处死的雌鼠的卵巢中也可获取卵母细胞。

图示高血压相关基因为目的基因,先用同一种限制酶切割目的基因和质粒,再用DNA连接酶将两者连接形成重组质粒。

子代大鼠如果出现高血压,则在个体水平上说明高血压相关基因成功表达。

在子代大鼠体内检测到高血压相关基因控制的蛋白质,则在分子水平上说明高血压相关基因已经表达。

【答案】(1)卵巢(2)目的基因载体同种限制性核酸内切酶(或同种限制酶) 限制酶切割位点(3)检测到体内有相关蛋白出现高血压(4)体外受精2.(2010江苏高考,27)下表中列出了几种限制酶识别序列及其切割位点,图1、图2中箭头表示相关限制酶的酶切位点。

请回答下列问题:(1)一个图1所示的质粒分子经SmaⅠ切割前后,分别含有个游离的磷酸基团。

(2)若对图中质粒进行改造,插入的SmaⅠ酶切位点越多,质粒的热稳定性越。

(3)用图中的质粒和外源DNA构建重组质粒,不能使用SmaⅠ切割,原因是。

(4)与只使用EcoRⅠ相比较,使用BamHⅠ和HindⅢ两种限制酶同时处理质粒、外源DNA的优点在于可以防止 。

(5)为了获取重组质粒,将切割后的质粒与目的基因片段混合,并加入酶。

(6)重组质粒中抗生素抗性基因的作用是为了。

(7)为了从cDNA文库中分离获取蔗糖转运蛋白基因,将重组质粒导入丧失吸收蔗糖能力的大肠杆菌突变体,然后在的培养基中培养, 以完成目的基因表达的初步检测。

【解析】(1)质粒是双链环状DNA分子,在SmaⅠ切割前没有游离的磷酸基团,Sma Ⅰ作用于两个核苷酸之间的磷酸二酯键,切割产生的DNA片段末端是平末端,因而质粒经切割后含有2个游离的磷酸基团。

(2)质粒的热稳定性主要由氢键的数量决定,氢键数量越多,质粒的热稳定性越高,反之则越低,DNA分子中A与T之间存在2个氢键,C与G之间存在3个氢键,因此DNA分子中G—C碱基对越多,热稳定性就越高,SmaⅠ识别CCCGGG序列,并在C 和G之间将这段序列切开,也就是质粒中SmaⅠ酶切位点越多,G—C碱基对越多,热稳定性越高。

(3)据图1可知,SmaⅠ切割的位点在抗生素抗性基因之中,抗生素抗性基因是标记基因,应尽量避免破坏,据图2可知SmaⅠ切割的位点在目的基因之中,如果用Sma Ⅰ切割目的基因,会破坏目的基因。

(4)用同种限制酶切割后的质粒和目的基因,在基因表达载体构建时,常形成三种直接方式,其中目的基因与目的基因的连接、质粒与质粒的连接是无效的连接,用两种限制酶可避免此类现象。

(5)基因表达载体的构建过程中需加DNA连接酶来连接目的基因和切割后的质粒。

(6)抗生素抗性基因属于标记基因,可用来筛选含目的基因的细胞。

(7)目的基因是蔗糖转运蛋白基因,将其导入丧失吸收蔗糖能力的大肠杆菌突变体后,应进行目的基因的检测与鉴定,可根据受体细胞是否含有蔗糖转运蛋白,即是否具备吸收蔗糖的能力判断基因工程是否成功,因而可在含有蔗糖(唯一碳源)的培养基中培养。

【答案】(1)0、2 (2)高(3)SmaⅠ会破坏质粒的抗性基因、外源DNA中的目的基因(4)质粒和含目的基因的外源DNA片段自身环化(5)DNA连接(6)鉴别和筛选含有目的基因的细胞(7)蔗糖为唯一含碳营养物质3.(2010天津高考理综,7Ⅰ)下图是培育表达人乳铁蛋白的乳腺生物反应器的技术路线。

图中tet R表示四环素抗性基因,amp R表示氨苄青霉素抗性基因, BamHⅠ 、HindⅢ、SmaⅠ直线所示为三种限制酶的酶切位点。

据图回答:(1)图中将人乳铁蛋白基因插入载体,需用限制酶同时酶切载体和人乳铁蛋白基因。

筛选含有重组载体的大肠杆菌首先需要在含的培养基上进行。

(2)能使人乳铁蛋白基因在乳腺细胞中特异性表达的调控序列是(填字母代号)。

A.启动子B.tet RC.复制原点D.amp R(3)过程①可采用的操作方法是(填字母代号) 。

A.农杆菌转化B.大肠杆菌转化C.显微注射D.细胞融合(4)过程②采用的生物技术是。

(5)对早期胚胎进行切割,经过程②可获得多个新个体。

这利用了细胞的性。

(6)为检测人乳铁蛋白是否成功表达,可采用(填字母代号)技术。

A.核酸分子杂交B.基因序列分析C.抗原—抗体杂交D. PCR【解析】(1)由图示可知:需用HindⅢ和BamHⅠ限制酶同时酶切载体和人乳铁蛋白基因,因酶切后tet R四环素抗性基因结构被破坏而amp R结构完好,故用含氨苄青霉素的选择培养基可筛选含有重组载体的大肠杆菌。

(2)启动子是一段特殊的DNA序列,是RNA聚合酶识别和结合的位点,可调控基因的特异性表达。

(3)过程①表示把重组载体导入受体细胞的过程,当受体细胞为动物细胞时,常采用显微注射法。

(4)过程②表示把早期胚胎移植到代孕母牛子宫的过程,属于胚胎移植技术。

(5)经过程②得到新个体是细胞全能性的体现。

(6)人乳铁蛋白基因是否成功表达,关键看是否有其表达产物即人乳铁蛋白,可用抗原—抗体杂交法检测该蛋白是否存在。

【答案】(1)HindⅢ和BamHⅠ氨苄青霉素(2)A (3)C (4)胚胎移植技术(5)全能(6)C4.(2010福建高考理综,32)红细胞生成素(EPO)是体内促进红细胞生成的一种糖蛋白,可用于治疗肾衰性贫血等疾病。

由于天然EPO来源极为有限,目前临床上使用的红细胞生成素主要来自于基因工程技术生产的重组人红细胞生成素(rhEPO),其简要生产流程如下图。

请回答:(1)图中①所指的是技术。

(2)图中②所指的物质是,③所指的物质是。

(3)培养重组CHO细胞时,为便于清除代谢产物,防止细胞产物积累对细胞自身造成危害,应定期更换。

(4)检测rhEPO的体外活性需用抗rhEPO的单克隆抗体。

分泌该单克隆抗体的细胞,可由rhEPO免疫过的小鼠B淋巴细胞与小鼠骨髓瘤细胞融合而成。

【解析】(1)核DNA的体外扩增即是PCR技术。

(2)由图示分析:从人胚胎干细胞提取出②,经反转录可形成 cDNA ,可知②为翻译EPO的模板mRNA,③为rhEPO。

(3)细胞培养过程中,应定期更换培养液,以添加营养物质,清除代谢废物。

(4)由rhEPO免疫过的小鼠B淋巴细胞与小鼠骨髓瘤细胞融合,可以筛选出能够分泌抗rhEPO的单克隆抗体的杂交瘤细胞。

【答案】(1)PCR (2)mRNA rhEPO (3)培养液 (4)杂交瘤5.(2009福建高考理综,32)转基因抗病香蕉的培育过程如图所示。

质粒上有PstⅠ、SmaⅠ、EcoRⅠ、ApaⅠ等四种限制酶切割位点。

请回答:(1)构建含抗病基因的表达载体A时,应选用限制酶,对进行切割。

(2)培养基中的卡那霉素会抑制香蕉愈伤组织细胞的生长,欲利用该培养基筛选已导入抗病基因的香蕉细胞,应使基因表达载体A中含有,作为标记基因。

(3)香蕉组织细胞具有,因此,可以利用组织培养技术将导入抗病基因的香蕉组织细胞培育成植株。

图中①②依次表示组织培养过程中香蕉组织细胞的。

【解析】(1)抗病基因在PstⅠ与EcoRⅠ之间,所以应选用限制酶PstⅠ、EcoRⅠ对含抗病基因的DNA、质粒进行切割。

若选用SmaⅠ,会将抗病基因切为两段。

(2)抗卡那霉素基因应是标记基因,根据是否在含卡那霉素的培养基上生长来判断是否有抗病基因。

(3)植物组织培养过程包括脱分化形成愈伤组织,再分化形成具根、芽的结构,再发育成试管苗等。

【答案】(1)PstⅠ、EcoRⅠ含抗病基因的DNA、质粒(2)抗卡那霉素基因(3)全能性脱分化、再分化6.(2009广东高考,39)饲料原料中的磷元素有相当一部分存在于植酸中,猪、禽等动物由于缺乏有关酶,无法有效利用植酸,造成磷源浪费,而且植酸随粪便排出后易造成环境有机磷污染。

植酸酶能催化植酸水解成肌醇和磷酸,因此成为目前重要的饲料添加剂之一。

(1)饲料加工过程温度较高,要求植酸酶具有较好的高温稳定性。

利用蛋白质工程技术对其进行改造时,首先必须了解植酸酶的,然后改变植酸酶的,从而得到新的植酸酶。

(2)培育转植酸酶基因的大豆,可提高其作为饲料原料时磷的利用率。

将植酸酶基因导入大豆细胞常用的方法是。

请简述获得转基因植株的完整过程: 。

(3)为了提高猪对饲料中磷的利用率,科学家将带有植酸酶基因的重组质粒通过转入猪的受精卵中。

该受精卵培养至一定时期后可通过方法,从而一次得到多个转基因猪个体。

【解析】对蛋白质改造时,首先要知道蛋白质的结构,包括由氨基酸序列构成的一级结构和肽链折叠组装成的空间结构等。

转基因技术有四个基本步骤,经常采用农杆菌转化法。

重组质粒被导入动物的受体细胞时,经常用到显微注射法,而胚胎分割移植能快速繁育优良种畜。

【答案】(1)空间结构氨基酸序列(2)农杆菌转化法外源植酸酶基因→农杆菌→大豆细胞→大豆植株再生→鉴定(3)显微注射法胚胎分割移植。