考點(diǎn)一　基因工程的應(yīng)用1.每年我國約30萬人在器官移植等待的名單中,但僅有1萬多人能獲得器官移植的機(jī)會,供體來源不足是目前器官移植最大的問題?；蚬こ虨槠鞴僖浦蔡峁┝诵碌乃悸?如果能在豬的基因組中導(dǎo)入某種調(diào)節(jié)基因,抑制其抗原決定基因的表達(dá),就可以結(jié)合克隆技術(shù)培育出不會引起免疫排斥反應(yīng)的轉(zhuǎn)基因克隆豬器官。
下列關(guān)于轉(zhuǎn)基因克隆豬器官的敘述,錯誤的是(　　)A.選用豬做克隆器官供體是因?yàn)槠鋬?nèi)臟構(gòu)造、大小與血管分布和人的類似,且豬體內(nèi)可導(dǎo)致人類疾病的病毒少B.該操作的核心步驟是基因表達(dá)載體的構(gòu)建,需要用到限制酶、DNA連接酶兩種工具酶C.調(diào)節(jié)基因?qū)氲氖荏w細(xì)胞取決于需要的器官類型,若需要移植肝臟,則受體細(xì)胞為肝細(xì)胞D.若要檢測目的基因是否導(dǎo)入了受體細(xì)胞,可以利用PCR等技術(shù)進(jìn)行檢測
解析 豬的內(nèi)臟構(gòu)造、大小、血管分布與人的極為相似,而且豬體內(nèi)可導(dǎo)致人類疾病的病毒遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于靈長類動物,A項(xiàng)正確;在構(gòu)建基因表達(dá)載體時,首先會用一定的限制酶切割載體和含有目的基因的DNA片段,再利用DNA連接酶將目的基因片段拼接到載體的切口處,形成一個重組DNA分子,將目的基因?qū)雱游锛?xì)胞,受體細(xì)胞一般是受精卵,受精卵具有發(fā)育的全能性,肝細(xì)胞無法發(fā)育成完整的肝臟,因此不會選擇肝細(xì)胞作為受體細(xì)胞,B項(xiàng)正確,C項(xiàng)錯誤;分子水平的檢測,可以通過PCR等技術(shù)檢測受體細(xì)胞DNA上是否插入了目的基因或檢測目的基因是否轉(zhuǎn)錄出了mRNA,D項(xiàng)正確。
2.(2023·廣東汕頭三模)如圖表示利用基因工程技術(shù)生產(chǎn)人血清白蛋白的兩條途徑,下列有關(guān)敘述正確的是(　　)A.分子運(yùn)輸車——載體的組成包括目的基因、標(biāo)記基因、啟動密碼、終止密碼等B.擴(kuò)增目的基因時,利用耐高溫的DNA連接酶從引物a和引物b起始延伸互補(bǔ)鏈C.接受人血清白蛋白基因的綿羊受體細(xì)胞是乳腺細(xì)胞D.含目的基因的植物受體細(xì)胞可能無需培養(yǎng)成完整植株
解析 基因表達(dá)載體包括目的基因、啟動子、終止子和標(biāo)記基因等,A項(xiàng)錯誤;利用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因時,利用耐高溫的DNA聚合酶延伸子鏈,B項(xiàng)錯誤;接受人血清白蛋白基因的綿羊受體細(xì)胞是受精卵,C項(xiàng)錯誤;為了大量生產(chǎn)人血清白蛋白,可從愈傷組織獲得人血清白蛋白,無需培養(yǎng)為完整植株,D項(xiàng)正確。
3.植物生物反應(yīng)器主要以整株植物、植物組織或植物懸浮細(xì)胞為加工場所,生產(chǎn)藥物蛋白。葉綠體遺傳轉(zhuǎn)化體系是近年發(fā)展起來的一種新的植物生物反應(yīng)器。葉綠體轉(zhuǎn)化是以同源重組原理將外源目的基因整合到目標(biāo)葉綠體基因組中的一種方式,是一種高表達(dá)、安全性極高的遺傳轉(zhuǎn)化方法。下列相關(guān)敘述正確的是(　　)A.植物生物反應(yīng)器涉及的現(xiàn)代生物學(xué)技術(shù)是基因工程和植物細(xì)胞工程B.構(gòu)建的基因表達(dá)載體中含有葉綠體特異啟動子,使得目的基因只能在葉綠體中表達(dá)C.植物葉綠體表達(dá)體系可以防止轉(zhuǎn)基因作物的目的基因通過花粉在自然界中擴(kuò)散D.把目的基因?qū)肴~綠體DNA中,將來產(chǎn)生的配子一定含有此目的基因
解析 植物生物反應(yīng)器首先需要用基因工程技術(shù)將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞,其次需要采用植物細(xì)胞工程技術(shù)將轉(zhuǎn)基因植物細(xì)胞培育成轉(zhuǎn)基因植株或轉(zhuǎn)基因植物組織或轉(zhuǎn)基因植物懸浮細(xì)胞,因此涉及基因工程和植物細(xì)胞工程技術(shù),A項(xiàng)正確;要使得目的基因只能在葉綠體中表達(dá),則構(gòu)建的基因表達(dá)載體中要含有葉綠體特異性啟動子,B項(xiàng)正確;由于受精卵中的細(xì)胞質(zhì)幾乎全部來自卵細(xì)胞,因此植物葉綠體表達(dá)體系可以防止轉(zhuǎn)基因作物的目的基因通過花粉在自然界中擴(kuò)散,C項(xiàng)正確;把該基因?qū)肴~綠體DNA中,葉綠體DNA存在于細(xì)胞質(zhì)中,在配子產(chǎn)生過程中并不遵循遺傳規(guī)律,所以將來產(chǎn)生的配子中不一定含有抗病基因,D項(xiàng)錯誤。
4.我國科學(xué)家在基因編輯這個新興領(lǐng)域創(chuàng)造了多項(xiàng)世界第一,該技術(shù)能對基因進(jìn)行定點(diǎn)“修改”,以改變目的基因的序列和功能。在應(yīng)用該技術(shù)時也要特別注意防范風(fēng)險。下列關(guān)于基因編輯技術(shù)的敘述,錯誤的是(　　)A.可以讓某個基因失效B.可以應(yīng)用于治療癌癥C.可以修復(fù)已突變基因D.應(yīng)用于任何基因修改
解析 基因編輯技術(shù)可以修改DNA序列,從而讓某個基因失效或修復(fù)已突變基因,也可以用于編輯癌癥相關(guān)的基因,從而應(yīng)用于治療癌癥,A、B、C三項(xiàng)正確;基于現(xiàn)在的技術(shù)水平,基因編輯技術(shù)還不能對任何基因進(jìn)行修改, D項(xiàng)錯誤。
考點(diǎn)二　蛋白質(zhì)工程的原理和應(yīng)用5.如圖表示蛋白質(zhì)工程的操作過程,下列相關(guān)說法錯誤的是(　　)A.a、b過程分別是轉(zhuǎn)錄、翻譯B.蛋白質(zhì)工程中對蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的了解是非常關(guān)鍵的工作C.蛋白質(zhì)工程是完全擺脫基因工程技術(shù)的一項(xiàng)全新的生物工程技術(shù)D.蛋白質(zhì)工程中可能構(gòu)建出一種全新的基因
解析 a過程是以DNA的一條鏈為模板合成mRNA的轉(zhuǎn)錄過程,b過程是以mRNA為模板合成具有一定氨基酸順序的多肽鏈的翻譯過程,A項(xiàng)正確;蛋白質(zhì)工程是指以蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)規(guī)律及其與生物功能的關(guān)系作為基礎(chǔ),通過改造或合成基因,來改造現(xiàn)有蛋白質(zhì),或制造一種新的蛋白質(zhì),以滿足人類的生產(chǎn)和生活的需求,因此蛋白質(zhì)工程中對蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的了解是非常關(guān)鍵的工作,B項(xiàng)正確;蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上,延伸出來的第二代基因工程,C項(xiàng)錯誤;蛋白質(zhì)工程中,可能根據(jù)已經(jīng)明確的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)構(gòu)建出一種全新的基因,D項(xiàng)正確。
6.基因工程和蛋白質(zhì)工程技術(shù)有很大的應(yīng)用價值,可用于醫(yī)藥及其他工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。下列關(guān)于基因工程和蛋白質(zhì)工程的敘述,正確的是(　　)A.蛋白質(zhì)工程的操作對象是蛋白質(zhì),不需要以酶和載體為工具B.目的基因的檢測與鑒定是培育轉(zhuǎn)基因生物的核心環(huán)節(jié)C.基因工程操作中所用質(zhì)粒都是來自細(xì)菌細(xì)胞中天然的質(zhì)粒D.PCR擴(kuò)增相關(guān)目的基因時,子鏈的合成方向是由5'端到3'端
解析 蛋白質(zhì)工程操作對象是基因,需要以酶和載體為工具,A項(xiàng)錯誤;基因表達(dá)載體的構(gòu)建是培育轉(zhuǎn)基因生物過程中的核心環(huán)節(jié),B項(xiàng)錯誤;基因工程操作中所用質(zhì)粒是改造后的質(zhì)粒,C項(xiàng)錯誤;擴(kuò)增目的基因時,合成DNA的方向是從子鏈的5'端到3'端,D項(xiàng)正確。
1.(2024·廣東聯(lián)考)下圖是剔除轉(zhuǎn)基因植物中標(biāo)記基因的一種策略,下列相關(guān)敘述錯誤的是(　　)A.分別帶有目的基因和標(biāo)記基因的兩個質(zhì)粒,都帶有T-DNA序列B.該方法建立在高轉(zhuǎn)化頻率基礎(chǔ)上,標(biāo)記基因和目的基因需轉(zhuǎn)到不同染色體上C.若要獲得剔除標(biāo)記基因的植株,轉(zhuǎn)化植株必須經(jīng)過有性生殖階段遺傳重組D.獲得的無篩選標(biāo)記轉(zhuǎn)基因植株發(fā)生了染色體結(jié)構(gòu)變異
解析 農(nóng)桿菌中的Ti質(zhì)粒上的T-DNA可轉(zhuǎn)移至受體細(xì)胞,并且整合到受體細(xì)胞染色體的DNA上,故分別帶有目的基因和標(biāo)記基因的兩個質(zhì)粒,都帶有T-DNA序列,進(jìn)而成功整合到受體細(xì)胞染色體上,A項(xiàng)正確;該方法需要利用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法,在高轉(zhuǎn)化頻率的基礎(chǔ)上,將目的基因和標(biāo)記基因整合到染色體上,由圖可知,標(biāo)記基因和目的基因位于細(xì)胞中不同的染色體上,B項(xiàng)正確;通過雜交分離結(jié)果可知,經(jīng)過有性生殖階段遺傳重組后獲得了只含目的基因的細(xì)胞,只含標(biāo)記基因的細(xì)胞和既含目的基因又含標(biāo)記基因的細(xì)胞,C項(xiàng)正確;獲得的無篩選標(biāo)記轉(zhuǎn)基因植株發(fā)生了基因重組,D項(xiàng)錯誤。
2.(2024·廣東佛山聯(lián)考)水中雌激素類物質(zhì)(E物質(zhì))污染會導(dǎo)致魚類雌性化等異常,并通過食物鏈影響人體健康和生態(tài)安全。斑馬魚的肌細(xì)胞、生殖細(xì)胞等均存在E物質(zhì)受體,且幼體透明?？茖W(xué)家將綠色熒光蛋白(GFP)等基因轉(zhuǎn)入斑馬魚,建立了一種快速的水體E物質(zhì)監(jiān)測方法。
下列分析錯誤的是(　　)A.將GFP基因表達(dá)載體導(dǎo)入斑馬魚受精卵的常用方法是顯微注射法B.構(gòu)建含有GFP基因的表達(dá)載體時需使用限制酶和DNA聚合酶C.在被E物質(zhì)污染的水體中轉(zhuǎn)基因斑馬魚的幼體會顯綠色D.轉(zhuǎn)基因斑馬魚逃逸可能帶來生物安全問題
解析 將基因表達(dá)載體導(dǎo)入斑馬魚受精卵的常用方法是顯微注射法,A項(xiàng)正確;構(gòu)建含有GFP基因的表達(dá)載體時需使用限制酶和DNA連接酶,B項(xiàng)錯誤;綠色熒光蛋白(GFP)表達(dá)后會使透明的斑馬魚幼體顯出綠色,C項(xiàng)正確;轉(zhuǎn)基因斑馬魚逃逸可能帶來生物安全問題,D項(xiàng)正確。
3.β-丙氨酸作為重要的中間體,廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、食品、化工等領(lǐng)域。L-天冬氨酸-α-脫羧酶(PanD)能夠催化β-丙氨酸的生成,但天然PanD酶活力(酶活力是指酶催化一定化學(xué)反應(yīng)的能力)較低且易失活。研究人員運(yùn)用蛋白質(zhì)工程對酶基因進(jìn)行分子改造,在未知PanD三維結(jié)構(gòu)和功能關(guān)系的情況下,通過易錯PCR技術(shù)引入隨機(jī)突變,再進(jìn)行定向篩選,最終獲得活力和穩(wěn)定性均較高的PanD?；卮鹣铝袉栴}。
(1)易錯PCR與普通PCR相似,每次循環(huán)也包括了　　　　　　　　　三步,但可通過改變PCR反應(yīng)條件來提高堿基錯配的概率。在PCR反應(yīng)體系中,Mg2+可以提高已發(fā)生錯配區(qū)域的穩(wěn)定性,Mn2+可以降低DNA聚合酶對底物的專一性。因此,與普通PCR相比,易錯PCR的反應(yīng)體系中應(yīng)適當(dāng)　　　　(填“提高”或“降低”)Mg2+濃度、　　　　　　(填“提高”或“降低”)Mn2+濃度。通過多輪的易錯PCR及篩選,可以獲取所需的PanD基因。?(2)研究人員對比改造前后的兩種PanD,發(fā)現(xiàn)改造后的PanD的第305位氨基酸由賴氨酸突變?yōu)榻z氨酸,推測突變后酶活力升高的原因是?　 。?組成PanD的氨基酸種類改變,導(dǎo)致酶的空間結(jié)構(gòu)發(fā)生改變,進(jìn)而使酶活力提升
(3)為將能表達(dá)高活力PanD的大腸桿菌應(yīng)用于工業(yè)發(fā)酵生產(chǎn)β-丙氨酸,研究人員還探究了發(fā)酵的最佳反應(yīng)條件,研究中發(fā)現(xiàn)隨著底物濃度升高,β-丙氨酸產(chǎn)量下降,推測其原因可能是?? 　。?隨著底物濃度升高,發(fā)酵液濃度增加,進(jìn)而使大腸桿菌失水較多,甚至死亡,不能高效地表達(dá)高活力PanD因此在工業(yè)生產(chǎn)中,要采用　　 　(填“一次足量添加”或“多次分批補(bǔ)料”)的投料策略。?
解析 (1)PCR每次循環(huán)包括變性、復(fù)性、延伸三步。易錯PCR與普通PCR相似,每次循環(huán)也包括了變性、復(fù)性、延伸三步。PCR技術(shù)是指通過DNA的雙鏈復(fù)制,在耐高溫的DNA聚合酶的催化下,遵循堿基互補(bǔ)配對原則,擴(kuò)增DNA片段。耐高溫的DNA聚合酶負(fù)責(zé)將堿基與模板鏈正確地互補(bǔ)配對,Mn2+可以降低DNA聚合酶對底物的專一性,也就是說Mn2+能提高堿基與模板鏈的錯配,增加其突變率;非互補(bǔ)的堿基對由于氫鍵不易形成,穩(wěn)定性差,Mg2+可以提高該錯配區(qū)域的穩(wěn)定性,因此與普通PCR相比,易錯PCR的反應(yīng)體系中應(yīng)適當(dāng)提高M(jìn)g2+和Mn2+濃度。

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