綜合提能檢測（十七）利用基因工程改造生物體，獲得有用的產(chǎn)品一、選擇題1．(2021·日照一模)新冠病毒通過其表面刺突蛋白(S蛋白)的受體結合域(RBD)與人體細胞表面的ACE2受體相互作用，侵入人體細胞。研究人員設計并合成了一種自然界不存在的LCB1蛋白藥物，可識別并緊密結合S蛋白的RBD，以干擾新冠病毒的感染。下列敘述錯誤的是()A．LCB1可能與ACE2受體的某些區(qū)域結構類似B．LCB1可以依據(jù)S蛋白的RBD結構進行設計C．LCB1是通過細胞中原有的基因表達產(chǎn)生的D．LCB1設計和合成是通過蛋白質工程實現(xiàn)的解析：選C由題干信息分析可知，新冠病毒是通過其表面的S蛋白的RBD與人體細胞表面的ACE2受體相互作用；而人工合成的LCB1可識別并緊密結合S蛋白的RBD，阻止S蛋白的RBD與ACE2受體結合，這說明LCB1可能與ACE2受體的某些區(qū)域結構類似，A正確；由題干信息分析可知，人工合成的LCB1可以與S蛋白的RBD結合，故LCB1可以依據(jù)S蛋白的RBD結構進行設計，B正確；LCB1是人工設計并合成的一種自然界不存在的蛋白質，故LCB1并不是通過細胞中原有的基因表達產(chǎn)生的，C錯誤；LCB1是人工設計并合成的一種自然界不存在的蛋白質，而基因工程在原則上只能生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質，故LCB1設計和合成是通過蛋白質工程實現(xiàn)的，D正確。2．(2021·德州模擬)將小菜蛾細胞的羧酸酯酶基因(CarE)導入水稻細胞，培育抗農(nóng)藥水稻新品種，過程如圖所示。下列敘述錯誤的是()A．必須將含CarE基因的質粒導入水稻的受精卵B．構建重組質粒時，應選用PstⅠ和SmaⅠ分別切割質粒和含CarE基因的DNAC．Tetr的作用是鑒別和篩選含CarE基因的細胞D．通過檢測表達產(chǎn)物來判斷CarE基因在水稻細胞中是否發(fā)揮功能作用解析：選A不一定要導入水稻的受精卵，但是導入受精卵效果要好，A錯誤；構建重組質粒時，應選用PstⅠ和SmaⅠ分別切割質粒和含CarE基因的DNA，B正確；Tetr是標記基因，是為了鑒定受體細胞中是否含有目的基因，從而將含有目的基因的細胞篩選出來，C正確；通過檢測表達產(chǎn)物來判斷CarE基因在水稻細胞中是否發(fā)揮功能作用，D正確。3．(2021·北京海淀區(qū)二模)OsGLOI、EcCAT、EcGCL和TSR四個基因分別編碼四種不同的酶，研究人員將這些基因分別與葉綠體轉運肽(引導合成的蛋白質進入葉綠體)基因連接，構建多基因表達載體(載體中部分序列如圖所示)，利用農(nóng)桿菌轉化法轉化水稻，在水稻葉綠體內(nèi)構建了一條新代謝途徑，提高了水稻的產(chǎn)量。下列敘述正確的是()A．可用抗原—抗體雜交技術檢測四種酶在轉基因水稻中的表達量B．四個基因轉錄時都以DNA的同一條單鏈為模板C．應選用含卡那霉素的培養(yǎng)基篩選被農(nóng)桿菌轉化的水稻細胞D．四個基因都在水稻葉綠體內(nèi)進行轉錄翻譯解析：選A可用抗原—抗體雜交技術檢測四種酶在轉基因水稻中的表達量，雜交帶相對量越多，表明目的基因翻譯成的蛋白質含量越高，A正確；由題圖可知，在同一個T-DNA中OsGLOI啟動子啟動轉錄的方向與其他三個基因的不同，四個基因轉錄時不都以DNA的同一條單鏈為模板，B錯誤；卡那霉素抗性基因不在T-DNA中，而潮霉素抗性基因在T-DNA中，應選用含潮霉素的培養(yǎng)基篩選被農(nóng)桿菌轉化的水稻細胞，C錯誤；由題意知，利用農(nóng)桿菌轉化法轉化水稻，可使目的基因插入到水稻細胞中的染色體DNA上，所以與葉綠體轉運肽基因連接的四個基因，在水稻細胞核內(nèi)進行轉錄，在核糖體中進行翻譯，D錯誤。4．(2021·濟南模擬)Mischel的研究團隊對來自117位病人的腫瘤細胞系、8個非癌性人類細胞樣本和10個永生非癌細胞系共2572個細胞進行研究，通過成像軟件檢測發(fā)現(xiàn)幾乎40%的癌癥類型和近90%的腦部腫瘤異種移植模型均含有大量似“甜甜圈”般的環(huán)狀DNA(ecDNA)，而在正常細胞中幾乎從未檢測到。存在于染色體外的ecDNA沒有著絲粒，有利于較遠距離的“增強子(起增加基因表達的作用)”發(fā)揮作用。如圖為ecDNA的形成過程及增強子與致癌基因相互作用的示意圖。下列敘述錯誤的是()A．ecDNA上致癌基因大量表達的原因之一是環(huán)狀結構改變了增強子與癌基因的位置，加強了表達B．與染色體平均分配不同，ecDNA往往隨機分配到子細胞內(nèi)C．ecDNA可能存在于細胞核，它的遺傳不符合孟德爾遺傳規(guī)律D．圖中的致癌基因可能是抑癌基因，其表達產(chǎn)物量增多可促進細胞分裂解析：選D由題意可知，絕緣子能阻斷某些基因增強子的作用，癌細胞中的大量環(huán)狀DNA(ecDNA)的出現(xiàn)，改變了增強子與癌基因的位置，導致原本不能發(fā)揮作用的較遠距離的增強子能發(fā)揮作用，從而增強癌基因的表達，A正確；由于ecDNA沒有著絲粒，因此在復制以后無法由紡錘絲牽引實現(xiàn)平均分配，ecDNA往往隨機分配到子細胞內(nèi)，B正確；癌細胞的ecDNA是存在于染色體外的環(huán)狀DNA且沒有著絲粒，在減數(shù)分裂過程中不會隨染色體發(fā)生分離和自由組合，其遺傳不符合孟德爾遺傳規(guī)律，C正確；由題干信息可知，癌細胞中的ecDNA為環(huán)狀且沒有著絲粒，有利于較遠距離的“增強子”發(fā)揮作用，所以ecDNA上的癌基因會比染色體上的癌基因的表達強烈；根據(jù)癌細胞增殖的特點可以推測，ecDNA上的癌基因的表達產(chǎn)物量增多可促進細胞分裂。正常細胞中的抑癌基因可以抑制細胞不正常的增殖，因此圖中的癌基因不可能是抑癌基因，D錯誤。5．(2021·通化模擬)科學研究發(fā)現(xiàn)Notch基因編碼一類高度保守的細胞表面受體，通過與其相應的配體結合調(diào)控細胞增殖、分化和凋亡等。為了研究Notch基因表達產(chǎn)物的功能，科學家構建含Notch基因的重組質粒，并在大腸桿菌中表達。下列相關分析錯誤的是()A．可以用逆轉錄的方法和PCR技術獲得Notch基因B．利用PCR技術擴增目的基因時，高溫代替了解旋酶的功能C．可通過核酸分子雜交的方法判斷導入的基因是否成功表達D．基因表達載體的構建是基因工程的核心解析：選C獲取目的基因的方法有從基因文庫中獲取，利用PCR擴增，人工合成等，故可以用逆轉錄的方法和PCR技術獲得Notch基因，A正確；利用PCR技術擴增目的基因時，高溫變性可以將DNA雙鏈打開，代替了解旋酶的功能，B正確；判斷導入的基因是否成功表達，需要用抗原—抗體雜交技術，C錯誤；基因表達載體的構建是基因工程的核心，D正確。6．(2021·濱州一模)構建基因表達載體時，可利用堿性磷酸單酯酶催化載體的5′-P變成5′-OH，如圖所示。將經(jīng)過該酶處理的載體與外源DNA連接時，由于5′-OH與3′-OH不能連接而形成切口(nick)。下列說法錯誤的是()A．經(jīng)堿性磷酸單酯酶處理的載體不會發(fā)生自身環(huán)化B．外源DNA也必需用堿性磷酸單酯酶處理C．T4DNA連接酶可連接黏性末端和平末端D．重組DNA經(jīng)過2次復制可得到不含nick的子代DNA解析：選B將經(jīng)過該酶處理的載體與外源DNA連接時，由于5′-OH與3′-OH不能連接而形成切口(nick)，因此經(jīng)堿性磷酸單酯酶處理的載體不會發(fā)生自身環(huán)化，A正確；外源DNA不能用堿性磷酸單酯酶處理，如用堿性磷酸單酯酶處理，載體與外源DNA不能連接形成重組DNA，B錯誤；T4DNA連接酶可連接黏性末端和平末端，C正確；DNA是半保留復制，重組DNA經(jīng)過2次復制，可得到2個不含nick的子代DNA，D正確。7．(2021·丹東二模，多選)胰島素用于治療糖尿病，但胰島素注射后易在皮下堆積，需較長時間才能進入血液，進入血液后又易被分解，因此治療效果受到影響。如圖是新的速效胰島素的生產(chǎn)過程，有關敘述正確的是()A．新的胰島素的產(chǎn)生是依據(jù)基因工程原理完成的B．新的胰島素生產(chǎn)過程中涉及中心法則C．新的胰島素產(chǎn)生過程中最困難的一步是由胰島素分子結構推測氨基酸序列D．若用大腸桿菌生產(chǎn)新的胰島素，常用Ca2＋處理大腸桿菌解析：選ABCD生產(chǎn)新的胰島素屬于蛋白質過程，依據(jù)基因工程原理完成的，A正確；新的胰島素生產(chǎn)過程中涉及中心法則，B正確；新的胰島素生產(chǎn)過程中最關鍵也是最困難的一步是由胰島素分子結構推測氨基酸序列，C正確；若要利用大腸桿菌生產(chǎn)新的胰島素，常用Ca2＋處理大腸桿菌以導入修飾改造好的胰島素基因，D正確。二、非選擇題8．Bar基因存在于青麻、黑麥草等生物體內(nèi)，其編碼的酶可使除草劑草丁膦失去毒害作用。培育轉Bar基因大豆，對于控制豆田雜草有重要意義。為了把Bar基因導入大豆細胞，需將Bar基因插入pUc18質粒中構建中間表達載體，然后與Ti質粒重組為重組表達載體系統(tǒng)。如圖為pUc18質粒的結構示意圖，回答下列問題：(1)不能利用黑麥草與大豆進行有性雜交的方法讓大豆獲得Bar基因，原因是________________________________________________________________________。(2)構建中間表達載體時，為了便于篩選出含有Bar基因的重組質粒，需將Bar基因插入到pUc18質粒的______中形成重組質粒并導入大腸桿菌，然后在添加____________________的培養(yǎng)基上培養(yǎng)大腸桿菌，菌落呈白色的即為含中間表達載體的大腸桿菌。(3)中間表達載體需插入到Ti質粒的________中才能將Bar基因整合到植物細胞的染色體DNA上，原因是________________________________________________________________________。(4)可通過________法直接將重組表達載體導入大豆細胞的原生質體。導入Bar基因的原生質體需________，經(jīng)脫分化形成________，再進一步分化才能獲得轉Bar基因大豆植株。解析：(1)由于黑麥草與大豆之間存在生殖隔離，因此不能利用黑麥草與大豆進行有性雜交的方法讓大豆獲得Bar基因。(2)根據(jù)圖中信息可知，lacZ基因編碼β-半乳糖苷酶，β-半乳糖苷酶可以將培養(yǎng)基中的X-gal水解，使菌落呈藍色，否則菌落呈白色。因此，構建中間表達載體時，為了便于篩選出含有Bar基因的重組質粒，需將Bar基因插入到pUc18質粒的lacZ中形成重組質粒并導入大腸桿菌，然后在添加氨芐青霉素和X-gal的培養(yǎng)基上培養(yǎng)大腸桿菌，菌落呈白色的即為含中間表達載體的大腸桿菌。(3)Ti質粒上的T-DNA可轉移至受體細胞，并且整合到受體細胞染色體的DNA上。根據(jù)這一特點，如果將目的基因插入到Ti質粒的T-DNA上，通過農(nóng)桿菌的轉化作用，就可以把目的基因整合到植物細胞的染色體DNA上。(4)可通過顯微注射法直接將重組表達載體導入大豆細胞的原生質體。導入Bar基因的原生質體需再生出細胞壁，經(jīng)脫分化形成愈傷組織，再進一步分化才能獲得轉Bar基因大豆植株。答案：(1)黑麥草與大豆之間存在生殖隔離(2)lacZ氨芐青霉素和X-gal(3)T-DNAT-DNA可轉移至受體細胞并整合到受體細胞的染色體DNA上(4)顯微注射再生出細胞壁愈傷組織9．(2021·煙臺二模)長期高血糖可引發(fā)血管細胞衰老。科研人員為研究S蛋白在因高血糖引發(fā)的血管細胞衰老中的作用，以腺病毒為載體將編碼S蛋白的S基因導入血管細胞，實現(xiàn)S蛋白在血管細胞中的大量表達。(1)腺病毒的遺傳物質為DNA，其復制需要E1、E2、E3基因共同完成。為將S基因導入腺病毒，科研人員首先構建了含S基因的重組質粒，如圖1所示。在構建含S基因的重組質粒時，通過____________________________________________________的方法可鑒定重組質粒是否插入了S基因。將圖1中含S基因的重組質粒用________酶切割后，獲得改造后的腺病毒DNA；將其導入A細胞(A細胞含有E3基因，可表達E3蛋白)，如圖2所示。腺病毒DNA在A細胞內(nèi)能夠__________________________________，從而產(chǎn)生大量重組腺病毒，腺病毒進入宿主細胞后不整合到宿主細胞染色體上。(2)綜合上述信息，從生物安全性角度分析重組腺病毒載體的優(yōu)點：________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(寫出2點)。(3)用含S基因的重組腺病毒分別感染正常人及糖尿病患者的血管細胞，使S蛋白在血管細胞中大量表達。對正常人、糖尿病患者及二者轉入S基因后血管細胞中能促進細胞衰老的I蛋白進行檢測，結果如圖3所示(顏色越深代表表達量越高)?？捎胈___________方法檢測I蛋白的表達量，實驗結果顯示____________血管細胞中I蛋白表達量最高，推測S蛋白對高血糖引發(fā)的血管細胞衰老的作用及機制是_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)在構建含S基因的重組質粒時，通過設計S基因特異的引物進行PCR的方法可鑒定重組質粒是否插入了S基因。根據(jù)圖1中限制酶切割位點可知，圖1中含S基因的重組質粒用PacⅠ酶切割后，獲得改造后的腺病毒DNA；腺病毒DNA在A細胞內(nèi)能夠復制并指導腺病毒外殼蛋白的合成從而產(chǎn)生大量重組腺病毒，腺病毒進入宿主細胞后不整合到宿主細胞染色體上。(2)綜合上述信息，從生物安全性角度分析重組腺病毒載體的優(yōu)點：重組腺病毒只能在A細胞中復制，即使侵染其他細胞，也不能復制；重組腺病毒進入宿主細胞后不整合到宿主細胞染色體上；腺病毒是人工改造的載體，不含致病基因。(3)檢測I蛋白的表達量可用抗原—抗體雜交的方法，圖3中顯示糖尿病患者血管細胞中I蛋白表達量最高，推測S蛋白對高血糖引發(fā)的血管細胞衰老的作用及機制是S蛋白通過降低I蛋白的含量，抑制高血糖引發(fā)的血管細胞衰老。答案：(1)設計S基因特異的引物進行PCR(或用S基因特異序列作為探針進行核酸分子雜交)PacⅠ復制并指導腺病毒外殼蛋白的合成(2)重組腺病毒只能在A細胞中復制，即使侵染其他細胞，也不能復制；重組腺病毒進入宿主細胞后不整合到宿主細胞染色體上；腺病毒是人工改造的載體，不含致病基因(3)抗原—抗體雜交糖尿病患者(或2組)S蛋白通過降低I蛋白的含量，抑制高血糖引發(fā)的血管細胞衰老10．(2021·濟寧模擬)基因X的表達產(chǎn)物可保護損傷的神經(jīng)細胞。科學家構建了含X的基因表達載體(圖1)，并導入到大鼠神經(jīng)干細胞中，用于干細胞基因治療的研究。請據(jù)此回答下列問題：(1)構建含X的基因表達載體時，應選擇圖1中的____________限制酶。(2)酶切后的載體和基因X進行連接，可產(chǎn)生3種連接產(chǎn)物：單個載體自連，基因X與載體正向連接、基因X與載體反向連接(如圖1所