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知识点19
现代生物科技专题
1.(2017·江苏高考·T11)牛雄性胚胎中存在特异性H-Y抗原,可在牛早期胚胎培养液中添加H-Y单克隆抗体,筛选胚胎进行移植,以利用乳腺生物反应器进行生物制药。下列相关叙述正确的是()
A.H-Y单克隆抗体由骨髓瘤细胞分泌
B.应选用原肠胚做雌雄鉴别
C.鉴别后的雄性胚胎可直接做胚胎移植
D.用H-Y抗原免疫母牛可获得相应抗体
【解析】选D。H-Y单克隆抗体一般是用骨髓瘤细胞和B淋巴细胞相融合形成的杂交瘤细胞来制备,A项错误;早期胚胎细胞分化程度低、全能性高,应选用囊胚的滋养层做雌雄鉴别,B项错误;进行胚胎移植应选用雌性胚胎,C项错误;用H-Y抗原免疫母牛,该母牛可以产生相应的抗体抵御H-Y抗原,D项正确。
2.(2017·江苏高考·T14)下列关于小鼠体外受精及胚胎发育的叙述,错误的是()
A.精子在获能液中于37℃、5%
CO2条件下培养的目的是使精子获能
B.小鼠在特定光控周期条件下饲养,注射相关激素有促进超数排卵的作用
C.分割的胚胎细胞有相同的遗传物质,因此发育成的个体没有形态学差异
D.注射到囊胚腔中的胚胎干细胞可以参与个体器官的发育
【解析】选C。在37℃、5%
CO2条件下,精子在获能液中培养是为了使精子获能,获能后的精子才有受精能力,A项正确;小鼠在特定光控周期条件下饲养,并注射促性腺激素,可以促进排卵(或超数排卵),B项正确;分割的胚胎细胞有相同的遗传物质,但是遗传物质在发育过程中可能有差异性的表达,所以发育成的个体可能有形态学差异,C项错误;注射到囊胚腔中的胚胎干细胞因为具有发育的全能性,且有滋养层为其提供营养,可以参与个体器官的发育,D项正确。
3.(2017·北京高考·T5)为了增加菊花花色类型,研究者从其他植物中克隆出花色基因C(图1),拟将其与质粒(图2)重组,再借助农杆菌导入菊花中。下列操作与实验目的不符的是()
A.用限制性核酸内切酶EcoRⅠ和连接酶构建重组质粒
B.用含C基因的农杆菌侵染菊花愈伤组织,将C基因导入细胞
C.在培养基中添加卡那霉素,筛选被转化的菊花细胞
D.用分子杂交方法检测C基因是否整合到菊花染色体上
【解析】选C。据题干和题图分析可知,C基因为目的基因,其两侧含有EcoRⅠ限制性核酸内切酶的切割位点,质粒中也有EcoRⅠ限制性核酸内切酶的切割位点,因此可以用限制性核酸内切酶EcoRⅠ和连接酶构建重组质粒,A项正确;用含C基因的农杆菌侵染菊花愈伤组织,C基因随着农杆菌转移到受体细胞中,B项正确;由于质粒中含有潮霉素抗性基因,不含卡那霉素抗性基因,在添加卡那霉素的培养基中不能筛选出被转化的菊花细胞,C项错误;应用标记的DNA探针和C基因杂交,即分子杂交方法检测C基因是否整合到菊花染色体上,D项正确。
4.(2017·全国卷甲·T38)几丁质是许多真菌细胞壁的重要成分,几丁质酶可催化几丁质水解。通过基因工程将几丁质酶基因转入植物体内,可增强其抗真菌病的能力。回答下列问题:
(1)在进行基因工程操作时,若要从植物体中提取几丁质酶的mRNA,常选用嫩叶而不选用老叶作为实验材料,原因是。提取RNA时,提取液中需添加RNA酶抑制剂,其目的是。
(2)以mRNA为材料可以获得cDNA,其原理是。
(3)若要使目的基因在受体细胞中表达,需要通过质粒载体而不能直接将目的基因导入受体细胞,原因是
(答出两点即可)。
(4)当几丁质酶基因和质粒载体连接时,DNA连接酶催化形成的化学键是。
(5)若获得的转基因植株(几丁质酶基因已经整合到植物的基因组中)抗真菌病的能力没有提高,根据中心法则分析,其可能的原因是。
【解析】(1)嫩叶相对于老叶,细胞壁较薄,较易破碎,容易提取几丁质酶的mRNA;由于RNA酶可降解RNA,提取RNA时,提取液中应添加RNA酶抑制剂,以防止所提取的RNA降解。
(2)以mRNA为模板、4种脱氧核苷酸为原料,在逆转录酶的作用下,按照碱基互补配对原则,mRNA可通过逆转录合成cDNA。
(3)目的基因中缺乏表达所需要的复制原点、启动子等,而质粒载体中含有,为了使目的基因在受体细胞中表达,应将目的基因与质粒载体形成重组质粒,导入受体细胞。
(4)DNA连接酶可将同种限制酶切割产生的末端连接起来,恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。
(5)几丁质酶基因整合到植物基因组中,但植物抗真菌病的能力没有提高,说明几丁质酶基因在植物细胞中未表达。依据中心法则可知,基因表达包括转录和翻译两个过程,可能是目的基因的转录或翻译过程异常导致目的基因在受体细胞中未表达,进而导致植物抗真菌病的能力没有提高。
答案:(1)嫩叶组织细胞易破碎 防止RNA降解
(2)在逆转录酶的作用下,以mRNA为模板按照碱基互补配对的原则可以合成cDNA
(3)目的基因无复制原点;目的基因无表达所需的启动子
(4)磷酸二酯键
(5)目的基因的转录或翻译异常
5.(2017·全国卷乙·T38)真核生物基因中通常有内含子,而原核生物基因中没有,原核生物没有真核生物所具有的切除内含子对应的RNA序列的机制。已知在人体中基因A(有内含子)可以表达出某种特定蛋白(简称蛋白A)。回答下列问题:
(1)某同学从人的基因组文库中获得了基因A,以大肠杆菌作为受体细胞却未得到蛋白A,其原因是。
(2)若用家蚕作为表达基因A的受体,在噬菌体和昆虫病毒两种载体中,不选用
作为载体,其原因是。
(3)若要高效地获得蛋白A,可选用大肠杆菌作为受体。因为与家蚕相比,大肠杆菌具有
(答出两点即可)等优点。
(4)若要检测基因A是否翻译出蛋白A,可用的检测物质是(填“蛋白A的基因”或“蛋白A的抗体”)。
(5)艾弗里等人的肺炎双球菌转化实验为证明DNA是遗传物质做出了重要贡献,也可以说是基因工程的先导。如果说他们的工作为基因工程理论的建立提供了启示,那么,这一启示是。
【解析】本题主要考查了基因工程的相关知识。
(1)人体基因A有内含子,将获得的基因A导入大肠杆菌中,经过转录得到含有内含子的mRNA,因为大肠杆菌没有真核生物所具有的切除内含子对应的RNA序列的机制。内含子部分对应的mRNA序列阻断了蛋白A的合成。
(2)若用家蚕作为表达基因A的受体,选用昆虫病毒作为载体,不选用噬菌体作载体的原因是噬菌体的宿主细胞是细菌,噬菌体不能侵染家蚕。
(3)大肠杆菌是原核生物,原核生物作为受体细胞,有以下优点:结构简单、繁殖速度快、容易培养等。
(4)要检测基因A是否翻译出蛋白A,最准确的方法是利用蛋白A的抗体,因抗体具有特异性,一种抗体只能与特定的蛋白质结合,可根据蛋白A抗体的杂交情况来判断是否合成了蛋白A。
(5)艾弗里等人的肺炎双球菌转化实验中将一种生物个体的DNA转移到了另一种生物个体中,并表达合成了相应的蛋白质。
答案:(1)基因A有内含子,在大肠杆菌中,其初始转录产物中与内含子对应的RNA序列不能被切除,无法表达出蛋白A(2)噬菌体 噬菌体的宿主是细菌,而不是家蚕(3)繁殖快,容易培养(4)蛋白A的抗体(5)DNA可以从一种生物个体转移到另一种生物个体
6.(2017·全国卷丙·T38)编码蛋白甲的DNA序列(序列甲)由A、B、C、D、E五个片段组成,编码蛋白乙和丙的序列由序列甲的部分片段组成,如图1所示。
回答下列问题:
(1)现要通过基因工程的方法获得蛋白乙,若在启动子的下游直接接上编码蛋白乙的DNA序列(TTCGCTTCT……CAGGAAGGA),则所构建的表达载体转入宿主细胞后不能翻译出蛋白乙,原因是。
(2)某同学在用PCR技术获取DNA片段B或D的过程中,在PCR反应体系中加入了DNA聚合酶、引物等,还加入了序列甲作为 ,加入了 作为合成DNA的原料。
(3)现通过基因工程方法获得了甲、乙、丙三种蛋白,要鉴定这三种蛋白是否具有刺激T淋巴细胞增殖的作用,某同学做了如下实验:将一定量的含T淋巴细胞的培养液平均分成四组,其中三组分别加入等量的蛋白甲、乙、丙,另一组作为对照,培养并定期检测T淋巴细胞浓度,结果如图2。
①由图2可知:当细胞浓度达到a时,添加蛋白乙的培养液中T淋巴细胞浓度不再增加,此时若要使T淋巴细胞继续增殖,可采用的方法是。细胞培养过程中,培养箱中通常要维持一定的CO2浓度,CO2的作用是。
②仅根据图1、图2可知,上述甲、乙、丙三种蛋白中,若缺少(填“A”“B”“C”“D”或“E”)片段所编码的肽段,则会降低其刺激T淋巴细胞增殖的效果。
【解析】(1)编码蛋白乙的DNA序列(TTCGCTTCT……CAGGAAGGA)转录后的mRNA无起始密码子AUG或GUG,无法进行翻译,所以不能翻译出蛋白乙。
(2)用PCR技术获取DNA片段B或D的过程中,在PCR反应体系中加入序列甲作为模板,加入4种脱氧核苷酸作为合成DNA的原料。
(3)①细胞培养过程中会出现贴壁生长、接触抑制现象,可采用胰蛋白酶处理,进行传代培养。细胞培养过程中,培养箱中CO2的作用是维持培养液一定的pH。
②根据图1、图2可知,蛋白乙促进T淋巴细胞增殖的效果最好,与编码蛋白甲和乙的DNA序列相比,编码蛋白丙的序列缺少C片段,蛋白丙缺少C片段所编码的肽段,促进T淋巴细胞增殖的效果最差。
答案:(1)编码乙的DNA序列中无起始密码子对应的碱基序列,转录出的mRNA无起始密码子
(2)模板 脱氧核苷酸
(3)①进行细胞传代培养 维持培养液的pH ②C
7.(2017·天津高考·T9)玉米自交系(遗传稳定的育种材料)B具有高产、抗病等优良性状,但难以直接培育成转基因植株,为使其获得抗除草剂性状,需依次进行步骤Ⅰ、Ⅱ试验。
Ⅰ.获得抗除草剂转基因玉米自交系A,技术路线如下图。
(1)为防止酶切产物自身环化,构建表达载体需用2种限制酶,选择的原则是(单选)。
①Ti质粒内,每种限制酶只有一个切割位点
②G基因编码蛋白质的序列中,每种限制酶只有一个切割位点
③酶切后,G基因形成的两个黏性末端序列不相同
④酶切后,Ti质粒形成的两个黏性末端序列相同
A.①③ B.①④ C.②③ D.②④
(2)下表是4种玉米自交系幼胚组织培养不同阶段的结果。据表可知,细胞脱分化时使用的激素是 ,自交系 的幼胚最适合培养成愈伤组织作为转化受体。
激素
结果
自交系
2,4-D(2.0
mg/L)
6-BA(0.5
mg/L)
IBA(2.0
mg/L)
愈伤组织形成率(%)
芽的分化率(%)
根的诱导率(%)
甲
乙
丙
丁
(3)农杆菌转化愈伤组织时,T-DNA携带插入其内的片段转移到受体细胞。筛选转化的愈伤组织,需使用含的选择培养基。
(4)转化过程中,愈伤组织表面常残留农杆菌,导致未转化的愈伤组织也可能在选择培养基上生长。含有内含子的报告基因只能在真核生物中正确表达,其产物能催化无色物质K呈现蓝色。用K分别处理以下愈伤组织,出现蓝色的是(多选)。
A.无农杆菌附着的未转化愈伤组织
B.无农杆菌附着的转化愈伤组织
C.农杆菌附着的未转化愈伤组织
D.农杆菌附着的转化愈伤组织
(5)组织培养获得的转基因植株(核DNA中仅插入一个G基因)进行自交,在子代含G基因的植株中,纯合子占。继续筛选,最终选育出抗除草剂纯合自交系A。
Ⅱ.通过回交使自交系B获得抗除草剂性状
(6)抗除草剂自交系A(GG)与自交系B杂交产生F1,然后进行多轮回交(下图)。自交系B作为亲本多次回交的目的是使后代。
(7)假设子代生活力一致,请计算上图育种过程F1、H1、H2、H3各代中含G基因植株的比例,并在图1中画出对应的折线图。若回交后每代不进行鉴定筛选,直接回交,请在图2中画出相应的折线图。
(8)下表是鉴定含G基因植株的4种方法。请预测同一后代群体中,4种方法检出的含G基因植株的比例,从小到大依次是。
方法
检测对象
检测目标
检出的含G基
因植株的比例
PCR扩增
基因组DNA
G基因
x1
分子杂交
总mRNA
G基因转录产物
x2
抗原-抗体杂交
总蛋白质
G基因编码的蛋白质
x3
喷洒除草剂
幼苗
抗除草剂幼苗
x4
对Hn继续筛选,最终选育出高产、抗病、抗除草剂等优良性状的玉米自交系。
【解析】(1)Ti质粒内,每种限制酶若有两个以上切割位点,则产生相同的黏性末端,会导致酶切产物自身环化,①正确;G基因编码蛋白质的序列中,不应有限制酶的切割位点,否则会破坏目的基因的完整结构,②错误;酶切后,G基因或Ti质粒形成的两个黏性末端序列应不相同,防止酶切产物自身环化,③正确、④错误。
(2)细胞脱分化的目的是培养出愈伤组织,从表中数据可以看出,脱分化使用的激素是2,4-D;对比甲、乙、丙、丁四组的各项结果,乙组在保证愈伤组织的形成率时,其芽的分化率与根的诱导率比较高,因此自交系乙的幼胚最适合培养成愈伤组织作为转化受体。
(3)转移到受体细胞内的目的基因是除草剂抗性基因,因此要筛选转化的愈伤组织,要使用含有除草剂的选择培养基。
(4)题干中提到含有内含子的报告基因只能在真核生物中正确表达,转化后的愈伤组织不管是否有农杆菌附着都是真核细胞,所以只要是转化的愈伤组织都会出现蓝色。
(5)组织培养获得的转基因植株(核DNA中仅插入一个G基因)相当于杂合子Gg,进行自交,子代含G基因的植株包括1/3GG、2/3Gg,纯合子占1/3。
(6)B具有高产、抗病等优良性状,自交系B作为亲本多次回交的目的是使后代积累越来越多自交系B的遗传物质/优良性状。
(7)根据(6)中图示分析,自交系B是不含有G基因的,由于自交系A的基因型为GG,所以F1肯定含有G基因,因为经过筛选后与B回交的是含有G基因的,所以筛选组的含G基因的植株比例会在H1下降到50%后保持稳定,都是Gg与gg杂交。而未筛选组H1的含G基因的植株比例为50%,则H1的基因型为50%Gg、50%gg,与B(gg)杂交后H2的基因型及比例为Gg∶gg=1∶3,即含G基因的植株比例为25%,同理H3中含G基因的植株比例为12.5%。绘制图1曲线时,F1为100%,H1、H2、H3均为50%;绘制图2曲线时,F1为100%,H1为50%,H2为25%,H3为12.5%。
(8)含G基因的细胞中,G基因不一定能正常转录;如果G基因能正常转录,形成的mRNA不一定能指导合成G基因编码的蛋白质;如果G基因编码的蛋白质能合成,不一定能表达出抗除草剂的性状。所以4种方法检出的含G基因植株的比例,从小到大依次是x4、x3、x2、x1。
答案:(1)A(2)2,4-D 乙(3)除草剂(4)B、D(5)1/3(6)积累越来越多自交系B的遗传物质/优良性状
(7)
(8)x4,x3,x2,x1
【易错警示】第(3)小题容易答为“抗生素”,错因在于思维定式,习惯性地认为抗生素抗性基因作为标记基因,可用于目的基因的筛选,而没有考虑到可以直接用含除草剂的选择培养基筛选含有除草剂抗性基因的愈伤组织。
8.(2017·江苏高考·T33)金属硫蛋白(MT)是一类广泛存在的金属结合蛋白,某研究小组计划通过多聚酶链式反应(PCR)扩增获得目的基因,构建转基因工程菌,用于重金属废水的净化处理。PCR扩增过程示意图如下,请回答下列问题:
(1)从高表达MT蛋白的生物组织中提取mRNA,通过 获得 用于PCR扩增。
(2)设计一对与MT基因两端序列互补配对的引物(引物1和引物2),为方便构建重组质粒,在引物中需要增加适当的 位点。设计引物时需要避免引物之间形成 ,而造成引物自连。
(3)图中步骤1代表 ,步骤2代表退火,步骤3代表延伸,这三个步骤组成一轮循环。
(4)PCR扩增时,退火温度的设定是成败的关键。退火温度过高会破坏 的碱基配对。退火温度的设定与引物长度、碱基组成有关,长度相同但 的引物需要设定更高的退火温度。
(5)如果PCR反应得不到任何扩增产物,则可以采取的改进措施有(填序号:①升高退火温度 ②降低退火温度 ③重新设计引物)。
【解析】(1)从高表达MT蛋白的生物组织中提取mRNA,mRNA在逆转录酶的催化下,通过逆转录过程形成cDNA,然后用于PCR扩增。(2)目的基因与质粒形成重组质粒时需要用限制性核酸内切酶切出相同的黏性末端,因此在设计一对与MT基因两端序列互补配对的引物(引物1和引物2)时,要在引物中增加适当的限制性核酸内切酶位点。设计引物时,两种引物之间不能有互补性,否则引物之间会配对形成双链DNA。(3)图中步骤1代表高温变性,目的是使DNA分子解旋。(4)PCR扩增时,退火步骤中引物与模板结合,因此退火温度过高会破坏引物与模板的碱基配对。由于A和T之间有2个氢键,而C和G之间有3个氢键,因此C和G的含量越高,DNA分子越稳定,所以引物中含C与G的碱基对较多时,需要采用较高的退火温度。(5)如果PCR反应得不到任何扩增产物,一是引物没有和模板结合,二是退火步骤中退火温度过高破坏了引物与模板的碱基配对,所以采取的改进措施应该选②和③。
答案:(1)逆转录 cDNA(2)限制性核酸内切酶 碱基互补配对(3)变性(4)引物与模板 GC含量高(5)②③
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