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基因工程问题解答

作者:时间:2019-11-02 12:07:27浏览92 次

信息摘要:

基因工程又叫基因拼接技术。在该技术中,用人工合成方法获得目的基因的途径之一是:以目的基因转录的信使RNA(mRNA)为模板,逆转录(反转录)成互补的单链DNA,然后在酶的作用下合成双链DNA(目的基因)。基因工程中常用的受体细胞有细菌、真菌、动植物细胞 。若将真核基因在原核细胞中表达,对该目的基因的基本要求是除去内含子 。假设以大肠杆菌质粒作为运载体,并以同一种限制性内切酶切割运载体与目的基因,将切割后的运载体与目的基因片段混合,并加入DNA连接酶。

1. 花椰菜易受黑腐病菌的危害而患黑腐病。野生黑芥具有黑腐病的抗性基因。用一定剂量的紫外线处理黑芥原生质体可使其染色体片段化,并丧失再生能力。再利用此原生质体作为部分遗传物质的供体与完整的花椰菜原生质体融合,以获得抗黑腐病杂种植株。流程如下图:

640.png

据图回答下列问题:

(1)过程①所需的酶是 纤维素酶和果胶酶

(2)过程②后,在显微镜下观察融合的活细胞中有供体的 叶绿体存在,这一特征可作为初步筛选杂种细胞的标志。

(3)原生质体培养液中需要加入适宜浓度的甘露醇以保持一定的渗透压,其作用是保持原生质体完整性 。原生质体经过 细胞壁 再生,进而分裂和脱分化形成愈伤组织。

(4)若分析再生植株的染色体变异类型,应剪取再生植株和 双亲(或花椰菜和黑芥) 植株的根尖,通过 解离漂洗 、染色和制片等过程制成装片,然后在显微镜下观察比较染色体的形态和数目。

【解析】(1)过程①是利用纤维素酶和果胶酶去除幼叶细胞和根细胞的细胞壁,制备相应原生质体(2)过程②在PEG的作用下两个原生质体融合在一起,形成杂种细胞,来自幼叶的原生质体中有叶绿体存在,可以作为显微镜下初步筛选杂种细胞的标志(3)原生质体及刚形成的杂种细胞因为没有了细胞壁的束缚作用,必须浸泡在适宜浓度且无毒害作用的等渗溶液中,以保持原生质体的完整性,原生质体经过细胞壁的再生后,才能进而分裂和脱分化形成愈伤组织(4)若分析再生植株的染色体变异类型,应剪取再生植株和双亲植株的分生组织(如根尖),通过解离、漂洗、染色和制片等过程制成装片,再在显微镜下观察比较染色体的形态和数目。


第2题 下面是将某细菌的基因A导入大肠杆菌内,制备“工程菌”的示意图。请据图回答:

6401.png
⑴获得A有两条途径:一是以A的mRNA为模板,在 逆转录酶的催化下,合成互补的单链DNA,然后在 DNA聚合酶作用下合成双链DNA,从而获得所需基因;二是根据目标蛋白质的氨基酸 序列,推测出相应的mRNA序列,然后按照碱基互补配对原则,推测其DNA的 脱氧核苷酸序列,再通过化学方法合成所需基因。

⑵利用PCR技术扩增DNA时,需要在反应体系中添加的有机物质有 ▲ 、 ▲ 、4种脱氧核苷酸三磷酸和耐热性的DNA聚合酶,扩增过程可以在PCR扩增仪中完成。

⑶由A和载体B拼接形成的C通常称为 ▲ 。

⑷在基因工程中,常用Ca2+处理D,其目的是 ▲ 。

【答案】(1)逆转录酶   DNA聚合酶   氨基酸   脱氧核苷酸(2)引物   (目的基因或A基因)模板(3)基因表达载体(4)使其成为感受态细胞,使大肠杆菌更容易吸收重组DNA分子

【解析】(1)利用反转录法合成目的基因的过程是:以mRNA为模板,在逆转录酶的催化作用下合成单链DNA,然后在DNA聚合酶的作用下,合成双链DNA分子;根据目标蛋白质的氨基酸序列,推测相应的mRNA序列,然后按照碱基互补配对原则,推测DNA中脱氧核苷酸的排列顺序,通过化学方法合成(2)PCR过程中需要酶、底物、模板、引物和能量等条件(3)目的基因和载体结合,形成基因表达载体(4)在利用大肠杆菌做受体细胞时,需要先用Ca2+处理,使之成为感受态细胞,有利于其吸收重组DNA分子。


第3题 图1表示含有目的基因D的DNA片段长度(bp即碱基对)和部分碱基序列,图2表示一种质粒的结构和部分碱基序列。现有MspⅠ、BamHⅠ、MboⅠ、SmaⅠ4种限制性核酸内切酶,它们识别的碱基序列和酶切位点分别为C↓CGG、G↓GATCC、↓GATC、CCC↓GGG。请回答下列问题:

3.jpg

(1)图1的一条脱氧核苷酸链中相邻两个碱基之间依次由 ▲ 连接。

(2)若用限制酶SmaⅠ完全切割图1中DNA片段产生的末端是 ▲ 末端,其产物长度为 ▲ 。

(3)若图1中虚线方框内的碱基对被T-A碱基对替换,那么基因D就突变为基因d,从杂合子中分离出图1及其对应的DNA片段,用限制酶SmaⅠ完全切割,产物中共有 ▲ 种不同长度的DNA片段

(4)若将图2中质粒和目的基因D通过同种限制酶处理后进行连接,形成重组质粒,那么应选用的限制酶是 ▲ 。在导人重组质粒后,为了筛选出含重组质粒的大肠杆菌,一般需要用添加 ▲ 的培养基进行培养。经检测,部分含有重组质粒的大肠杆菌菌株中目的基因D不能正确表达,其最可能的原因是 ▲ 。

【答案】(1)脱氧核糖、磷酸、脱氧核糖(2)平   537bp、790bp、661bp(3)4(4)BamHⅠ   抗生素B   同种限制酶切割形成的末端相同,部分目的基因D与质粒反向连接

【解析】(1)一条脱氧核苷酸链中相邻两个碱基之间依次由脱氧核糖、磷酸、脱氧核糖连接(2)限制酶SmaⅠ的酶切位点是CCC↓GGG,其切割产生的是平末端。图1中DNA片段含有两个SmaⅠ酶切位点,被SmaⅠ酶完全切割后出现三个长度的片段,分别是537bp、790bp、661bp(3)杂合子的基因型为Dd,其中D基因片段有两个SmaⅠ酶切位点,完全切割后出现三个片段长度分别是537bp、790bp、661bp,发生基因突变后的d基因片段只有一个SmaⅠ酶切位点,完全切割后出现两个片段长度分别是1327bp、661bp,所以从杂合子中分离的DNA片段被限制酶SmaⅠ完全切割后形成会四种不同的DNA片段

(4)限制酶MspⅠ和SmaⅠ的切割位点位于目的基因D上,若用这两种酶切割会破坏目的基因D;运载体的两个标记基因上都有限制酶MboⅠ的切割位点,用该酶切割会破坏这两个标记基因,因此只能选用限制酶BamHⅠ切割外源DNA分子和运载体。用限制酶BamHⅠ切割质粒会破坏抗生素A抗性基因,但不会破坏抗生素B抗性基因,所以导入重组质粒的大肠杆菌能在含有抗生素B的培养基上生存,因此为了筛选出含重组质粒的大肠杆菌,一般需要用添加抗生素B的培养基培养。由于同种限制酶切割形成的末端相同,部分目的基因D与质粒反向连接(也就是模板链和非模板链互换),这样会导致部分含有重组质粒的大肠杆菌菌株中目的基因D不能正确表达



第4题为扩大可耕地面积,增加粮食产量,黄河三角洲等盐碱地的开发利用备受关注。我国科学家应用耐盐基因培育出了耐盐水稻新品系。

4.png


(1)获得耐盐基因后,构建重组DNA分子所用的限制性内切酶作用于图中的 ▲ 处,DNA连接酶作用于 ▲ 处。(填“a”或“b”)


将重组DNA分子导入水稻受体细胞的常用方法有农杆菌转化法和 ▲ 法

由导入目的基因的水稻细胞培育成植株需要利用 ▲ 技术,该技术的核心是 ▲ 和 ▲

为了确定耐盐转基因水稻是否培育成功,既要用放射性同位素标记的 ▲ 作探针进行分子杂交检测,又要用 ▲ 的方法从个体水平鉴定水稻植株的耐盐性。

【答案】a;a;基因枪法(花粉管通道法);植物组织培养;脱分化(去分化)和再分化;耐盐基因(目的基因);一定浓度盐水浇灌(移植到盐碱地中)

【解析】(1)限制性核酸内切酶破坏的是相邻两个核苷酸之间的磷酸二酯键。DNA连接酶的作用部位也是该处,但作用与限制酶正好相反。(2)将重组DNA导入植物细胞常用的方法是农杆菌转化法,也可以使用基因枪法或花粉管通道法。(3)目的基因的受体细胞是植物体细胞,因此,要经过植物组织培养才能成为植株。该过程的核心是脱分化和再分化。(4)目的基因是否导入受体细胞,用DNA分子杂交技术进行检测,即以带有放射性的目的基因的单链为探针,检测受体细胞中是否含有能与探针进行配对杂交的DNA(目的基因)。检测目的基因是否表达,可以用个体检验的方法,即将植物栽培到高浓度盐的环境中(如盐碱地),然后观察其生活状况。



第5题  继哺乳动物乳腺生物反应器研发成功后,膀胱生物反应器的研究也取得了一定进展。最近,科学家培育出一种转基因小鼠,其膀胱上皮细胞可以合成人的生长激素并分泌到尿液中。请回答:

(1)将人的生长激素基因导入小鼠受体细胞,常用方法是 ▲

(2)进行基因转移时,通常要将外源基因转入 ▲ 中,原因是 ▲

(3)通常采用 ▲ 技术检测外源基因是否插入了小鼠的基因组

(4)在研制膀胱生物反应器时,应使外源基因在小鼠的 ▲ 细胞中特异表达

(5)为使外源基因在后代长期保持,可将转基因小鼠体细胞的 ▲ 转入 ▲ 细胞中构成重组细胞,使其发育成与供体具有相同性状的个体。该技术称为 ▲

【答案】显微注射法;受精卵;受精卵具有全能性,可使外源基因在相应组织细胞中表达;DNA分子杂交;膀胱上皮;细胞核;去核的卵母;核移植(克隆)

【解析】(1)将目的基因导入动物细胞最有效的方法是显微注射法(2)在基因工程操作中,构建基因表达载体时,需先用同种限制酶切割含有目的基因的外源DNA分子和运载体,还需要用DNA连接酶将目的基因与运载体连接形成重组DNA。由于受精卵(或早期胚胎细胞)具有全能性,可使外源基因在相应组织细胞表达,因此进行基因转移时,通常要将外源基因转入受精卵(或早期胚胎)中(3)检测目的基因是否插入小鼠的基因组中通常采用DNA分子杂交技术(4)在研制膀胱生物反应器时,应在目的基因前加膀胱组织特异性表达的启动子,使外源基因在小鼠的膀胱上皮细胞中特异表达(5)为使外源基因在后代长期保存,可将转基因小鼠体细胞的细胞核转入去核的卵母细胞中构成重组细胞,使其发育成性状与供体几乎相同的个体,该技术称为核移植(或克隆)



第6题 在培育转基因植物的研究中,卡那霉素抗性基因(kanr)常作为标记基因,只有含卡那霉素抗性基因的细胞才能在卡那霉素培养基上生长。下图为获得抗虫棉的技术流程。请据图回答:

6.png

(1)A过程需要的酶有 ▲


(2)B过程及其结果体现了质粒作为运载体必须具备的两个条件是 ▲

(3)C过程的培养基因除含有必要营养物质、琼脂和激素外,还必须加入 ▲

(4)如果利用DNA分子杂交原理对再生植物进行检测,D过程应该用 ▲ 作为探针

(5)科学家发现转基因植株的卡那霉素抗性基因的传递符合孟德尔遗传规律,请回答:

     ①将转基因植株与 ▲ 杂交,其后代中抗卡那霉素型与卡那霉素敏感型的数量比为1:1

     ②若该转基因植株自交,则其后代中抗卡那霉素型与卡那霉素敏感型的数量比为 ▲

     ③若将该转基因植株的花药在卡那霉素培养基上作离体培养,则获得的再生植株群体中抗卡那霉素型植株占 ▲ %

【答案】(1)限制酶和DNA连接酶(2)具有标记基因;能在宿主细胞中复制并稳定保存(3)卡那霉素(4)放射性同位素(或荧光分子)标记的抗虫基因(5)①非转基因植株②3:1③100

【解析】(1)基因表达载体的构建过程:通常用同一种限制酶切割目的基因和质粒,然后再用DNA连接酶把目的基因和质粒连接成重组质粒(2)B过程是培养并选择含有重组质粒的土壤农杆菌,其中“选择”体现了质粒作为运载体必须具备具有标记基因;“培养”体现了质粒作为运载体必须能在宿主细胞中复制并稳定保存(3)C过程为诱导选择,既要诱导出愈伤组织还要进行筛选,筛选出被含重组质粒的农杆菌侵染的叶片细胞,淘汰掉普通细胞,则放在含有卡那霉素的选择性培养基上进行选择培养(4)若利用DNA杂交技术检测再生植株中是否含有抗虫基因,一般用放射性同位素(或荧光分子)标记的抗虫基因作为探针与再生植株DNA进行杂交,如果显示出杂交带,则表明目的基因已经导入受体细胞(5)①后代中抗卡那霉素型与卡那霉素敏感型的数量比为1:1说明此杂交方式为典型测交,抗卡那霉素型为杂合体(Aa),卡那霉素敏感型为隐性纯合子(aa),杂交后代抗卡那霉素型与卡那霉素敏感型的数量比为1:1②抗卡那霉素型植株是杂合体(Aa),该类型植株自交,即Aa×Aa,后代性状分离比是抗卡那霉素型:卡那霉素敏感型=3:1③如果培养基不加卡那霉素,那么其再生植株中有一半是卡那霉素敏感型,另一半是抗卡那霉素型,所以将该转基因植株的花药在含有卡那霉素培养基上作离体培养时,卡那霉素对再生植株群体起到一个选择作用,将卡那霉素敏感型全部淘汰,只留下抗卡那霉素型,因此培养基中全部是抗卡那霉素型,占总数的



第7题根据基因工程的有关知识,回答下列问题:

(1)限制性内切酶切割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:

7.png


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 ▲ 。

【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)大肠杆菌  T4(4)mRNA  cDNA  PCR(5)噬菌体   动植物病毒(6)未处理的大肠杆菌吸收质粒(外源DNA)的能力极弱

【解析】(1)经限制性核酸内切酶切割后能形成两种类型的末端,即平末端和黏性末端(2)为使运载体和目的基因连接,两种不同限制酶切割产生的黏性末端必须相同(3)DNA连接酶分为两类:E.coliDNA连接酶和T4DNA连接酶,这二者都能连接黏性末端,此外T4DNA连接酶还可以连接平末端,但连接平末端时的效率比较低(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,再利用PCR技术进行大量扩增(5)基因工程常用的运载体是质粒,除此以外,λ噬菌体的衍生物和动植物病毒也可作为运载体(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。未处理的大肠杆菌吸收质粒(外源DNA)的能力极弱。



第8题 生物分子间的特异性结合的性质广泛用于生命科学研究。以下实例为体外处理“蛋白质-DNA复合体”获得DNA片段信息的过程图。

640.jpg

据图回答:

(1)过程①酶作用的部位是 ▲ 键,此过程只发生在非结合区DNA。过程②酶作用的部位是 ▲ 键。

(2)①、②两过程利用了酶的 ▲ 性。

(3)若将得到的DNA片段用于构建重组质粒,需要过程③的测序结果与 ▲ 酶的识别序列进行对比,以确定选用何种酶。

(4)如果复合体中的蛋白质为RNA聚合酶,则其识别、结合DNA序列为基因的 ▲ 。

(5)以下研究利用了生物分子间的特异性结合的有 ▲ (多选)

A.分离得到核糖体,用蛋白酶酶解后提取rRNA

B.用无水乙醇处理菠菜叶片,提取叶绿体基粒膜上的光合色素

C.通过分子杂交手段,用荧光物质标记的目的基因进行染色体定位

D.将抑制成熟基因导入番茄,其mRNA与催化成熟酶基因的mRNA互补结合,终止后者翻译,延迟果实成熟。

【答案】(1)磷酸二酯肽(2)专一(3)限制性核酸内切酶(4)启动子(或转录起始区)(5)A、C、D

【解析】(1)过程①表示用DNA酶水解部分裸露的DNA分子,其作用部位是磷酸二酯键;过程②表示蛋白酶处理复合体,水解其中的蛋白质,其作用部位是肽键(2)①、②两过程利用了酶的专一性,即一种酶只能催化一种或一类化学反应(3)构建重组质粒时,需要限制酶和DNA连接酶,因此需将过程③的测序结果与限制性核酸内切酶的识别序列进行对比,以确定选用何种限制酶(4)RNA聚合酶能识别基因的启动子,并与之结合,驱动基因的转录(5)A.分离得到核糖体,用蛋白酶酶解后提取rRNA,采用了酶的专一性原理;B.无水乙醇能溶解色素,因此提取叶绿体基粒膜上的光合色素时,要用无水乙醇处理菠菜叶片,这与生物分子间的特异性无关;DNA分子杂交手段利用碱基互补配对原则;D.mRNA与催化成熟酶基因的mRNA互补结合,终止后者翻译,这是利用了两种mRNA的特异性结合原理



第9题 基因工程又叫基因拼接技术。

(1)在该技术中,用人工合成方法获得目的基因的途径之一是:以目的基因转录的 ▲ 为模板, ▲ 成互补的单链DNA,然后在酶的作用下合成 ▲ 。

(2)基因工程中常用的受体细胞有细菌、真菌、 ▲ 。若将真核基因在原核细胞中表达,对该目的基因的基本要求是 ▲ 。

(3)假设以大肠杆菌质粒作为运载体,并以同一种限制性内切酶切割运载体与目的基因,将切割后的运载体与目的基因片段混合,并加入DNA连接酶。连接产物至少有 ▲ 种环状DNA分子,它们分别是 ▲ 。

【答案】(1)信使RNA(mRNA)   逆转录(反转录)   双链DNA(目的基因)(2)动植物细胞   除去内含子(3)3   运载体自连的、目的基因片段自连的、运载体与目的基因片段相连的环状DNA分子

【解析】(1)目的基因的获取主要有两种途径,一是从供体细胞的DNA中直接分离基因,二是人工合成基因。人工合成的方法之一有反转录法,即以目的基因转录的mRNA为模板,逆转录成互补的单链DNA,然后在酶的作用下合成双链DNA(目的基因)(2)由于真核生物基因中有不表达的核苷酸序列(内含子),所以要想真核生物的基因在原核细胞中表达,就必须除去目的基因中的内含子(3)由于同种限制酶切割形成的黏性末端相同,因此目的基因和运载体上具有相同的黏性末端。当把切割后的运载体与目的基因放在一起,并加入DNA连接酶,将会出现至少3种环状的DNA分子,即运载体自连的、目的基因片段自连的、运载体与目的基因片段相连的



第10题 回答有关基因工程的问题:

(1)构建基因工程表达载体时,用不同类型的限制酶切割DNA后,可能产生粘性末端,也可能产生 ▲ 末端。若要在限制酶切割目的基因和质粒后使其直接进行连接,则应选择能使二者产生 ▲ (相同,不同)粘性末端的限制酶。

(2)利用大肠杆菌生产人胰岛素时,构建的表达载体含有人胰岛素基因及其启动子等,其中启动子的作用是 ▲ 。在用表达载体转化大肠杆菌时,常用 ▲ 处理大肠杆菌,以利于表达载体进入;为了检测胰岛素基因是否转录出了mRNA,可用标记的胰岛素基因片段作探针与mRNA杂交,该杂交技术称为 ▲ 。为了检测胰岛素基因转录的mRNA是否翻译成 ▲ ,常用抗原-抗体杂交技术。

(3)如果要将某目的基因通过农杆菌转化法导入植物细胞,先要将目的基因插入农杆菌Ti质粒的 ▲ 中,然后用该农杆菌感染植物细胞,通过DNA重组将目的基因插入植物细胞的 ▲ 上。

【答案】(1)平 相同(2)提供RNA聚合酶特异性识别结合位点,驱动基因转录(其他合理答案也可)CaCl2溶液(或Ca2+)DNA-RNA分子杂交(或分子杂交技术) 胰岛素原(蛋白质)(3)T-DNA 染色体DNA

【解析】(1)限制酶切割DNA可以产生黏性末端或平末端。一般用同一种限制酶切割目的基因和质粒,保证产生相同的黏性末端(2)基因表达载体中的启动子是RNA聚合酶结合并识别的位置,驱动基因转录。用大肠杆菌作为受体细胞时,要用CaCl2溶液(或Ca2+)处理,以利于表达载体进入。检测目的基因是否转录,可用DNA-mRNA分子杂交技术,检测目的基因是否表达出蛋白质,可用抗原—抗体杂交技术(3)目的基因插入农杆菌Ti质粒的T-DNA中,然后插入植物细胞的染色体DNA上。
 

 


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