江苏省2020届高考生物二轮复习考前专题增分大题冲关19基因工程与蛋白质工程解析版

江苏省2020届高考生物二轮复习考前专题增分大题冲关19基因工程与蛋白质工程解析版

‎19.基因工程与蛋白质工程 ‎(时间：20分钟)‎ ‎1.(2019·泰州一模)下图1是获取用于构建基因表达载体的含人生长激素基因的DNA片段(DNA复制子链延伸方向是5′→3′，转录方向为左→右)示意图，图2是所用质粒示意图，其上的Ampr表示青霉素抗性基因，Tetr表示四环素抗性基因。有关限制酶的识别序列和酶切位点如下表。请据图回答：‎ 限制酶 HindⅢ BamHⅠ PstⅠ EcoRⅠ SmaⅠ BglⅡ 识别序列(5′→3′)‎ A↓AGCTT G↓GATCC C↓TGCAG G↓AATTC CCC↓GGG A↓GATCT ‎(1)①过程催化形成磷酸二酯键的酶为________，合成的人生长激素基因中________(填“有”或“无”)与终止密码相应的碱基序列。‎ ‎(2)引物1由5′→3′的碱基序列为________________，引物2应含有限制酶________的识别序列。‎ ‎(3)在构建表达载体的过程中对图中质粒、DNA片段进行合适的完全酶切后，向两者的混合物中加入DNA连接酶，若只考虑DNA切段两两连接，则混合物中将形成________种环状DNA。‎ 6‎ ‎(4)2018年11月基因编辑婴儿事件震惊了世界，舆论一片哗然。某科研团队利用“CRISPR/Cas9”技术将受精卵中的艾滋病病毒受体基因CCR5进行修改，拟培育出具有艾滋病免疫能力的基因编辑婴儿。下图为向导RNA引导Cas9蛋白切割CCR5基因(目标DNA)示意图。‎ ‎①向导RNA的合成需要________酶。Cas9蛋白是一种________酶。‎ ‎②“CRISPR/Cas9”技术，是利用________法将Cas9蛋白和特定的引导序列导入到受精卵中发挥基因编辑作用。‎ ‎③基因编辑婴儿引起舆论的关注，很多科学家表示反对，请给出合理的理由：_____________________________________________________________________‎ ‎_____________________________________________________________________。‎ 解析　(1)①过程表示逆转录过程，催化形成磷酸二酯键的酶为逆转录酶，合成的人生长激素基因中有与终止密码子相应的碱基序列。(2)据分析可知，引物1序列含GCATCCTCCAGG，引物2序列含TAGAGGGACTAC，在设计引物时，应在引物1的5′加上BglⅡ的酶切序列，在引物2的5′加入BamHⅠ酶切序列，因此引物1由5′→3′的碱基序列为AGATCTGCATCCTCCAGG，引物2应含有限制酶BamHⅠ的识别序列。(3)在构建表达载体的过程中对图中质粒、DNA片段进行合适的完全酶切后，形成的含有2个酶切位点的片段有3种，向两者的混合物中加入DNA连接酶，若只考虑DNA切段两两连接，则混合物中将形成6种环状DNA。(4)①向导RNA的合成需要RNA聚合酶。Cas9蛋白能切割CCR5基因，故Cas9蛋白是一种限制性核酸内切酶。②将外源基因导入受精卵中应选择显微注射法，故“CRISPR/Cas9”技术，是利用显微注射法将Cas9蛋白和特定的引导序列导入受精卵中发挥基因编辑作用。③基因编辑婴儿引起舆论的关注，很多科学家表示反对，原因是细胞内DNA上可能不止一个Cas9酶识别和切割位点，可能导致脱靶；此外，还存在其他的风险和违背当前的伦理道德。‎ 答案　(1)反(逆)转录酶　有 ‎(2)AGATCTGCATCCTCCAGG　BamHⅠ ‎(3)6‎ ‎(4)①RNA聚合　限制　②显微注射　③细胞内DNA上可能不止一个Cas9酶识别和切割位点，可能导致脱靶(合理答案即可)‎ ‎2.(2019·江苏卷，29)利用基因编辑技术将病毒外壳蛋白基因导入猪细胞中，然后通过核移植技术培育基因编辑猪，可用于生产基因工程疫苗。如图为基因编辑猪培育流程，请回答下列问题：‎ 6‎ ‎(1)对1号猪使用________处理，使其超数排卵，收集并选取处在____________________________时期的卵母细胞用于核移植。‎ ‎(2)采集2号猪的组织块，用________处理获得分散的成纤维细胞，放置于37 ℃的CO2培养箱中培养，其中CO2的作用是________________________。‎ ‎(3)为获得更多基因编辑猪，可在胚胎移植前对胚胎进行________。产出的基因编辑猪的性染色体来自于________号猪。‎ ‎(4)为检测病毒外壳蛋白基因是否被导入4号猪并正常表达，可采用的方法有________(填序号)。‎ ‎①DNA测序 ②染色体倍性分析 ‎③体细胞结构分析 ④抗原—抗体杂交 解析　(1)为获取更多的卵(母)细胞，要对供体母猪注射促性腺激素，使其超数排卵。用于核移植的卵母细胞通常处于减数第二次分裂的中期。(2)常用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理动物组织块，使其分散成单个细胞。动物细胞培养所需气体主要有O2和CO2，O2是细胞代谢所必需的，CO2的主要作用是维持培养液的pH。(3)若要获得更多基因编辑猪，可采用胚胎分割技术对移植前的胚胎进行分割。子代猪的性别取决于核供体亲本，即2号猪。(4)为了判断目的基因是否被导入受体，可采用DNA分子杂交、DNA测序等技术进行检测；判断目的基因导入受体细胞后是否成功表达出相应的蛋白质，通常采用抗原—抗体杂交法从分子水平进行检测。‎ 答案　(1)促性腺激素　减数第二次分裂中期 ‎(2)胰蛋白酶(胶原蛋白酶)　维持培养液的pH ‎(3)分割　2‎ ‎(4)①④‎ ‎3.(2019·江苏卷，33)图1是某基因工程中构建重组质粒的过程示意图，载体质粒P0具有四环素抗性基因(tetr)和氨苄青霉素抗性基因(ampr)。请回答下列问题：‎ 6‎ 图1‎ ‎(1)EcoR V酶切位点为，EcoR V酶切出来的线性载体P1为________末端。‎ ‎(2)用Taq DNA聚合酶进行PCR扩增获得的目的基因片段，其两端各自带有一个腺嘌呤脱氧核苷酸。载体P1用酶处理，在两端各添加了一个碱基为________的脱氧核苷酸，形成P2；P2和目的基因片段在________酶作用下，形成重组质粒P3。‎ ‎(3)为筛选出含有重组质粒P3的菌落，采用含有不同抗生素的平板进行筛选，得到A、B、C三类菌落，其生长情况如表(“＋”代表生长，“－”代表不生长)。根据表中结果判断，应选择的菌落是________(填表中字母)类，另外两类菌落质粒导入情况分别是____________、____________。‎ ‎　　　　菌落类型 平板类型　　　　‎ A B C 无抗生素 ‎＋‎ ‎＋‎ ‎＋‎ 氨苄青霉素 ‎＋‎ ‎＋‎ ‎－‎ 四环素 ‎＋‎ ‎－‎ ‎－‎ 氨苄青霉素＋四环素 ‎＋‎ ‎－‎ ‎－‎ ‎－‎ ‎(4)为鉴定筛选出的菌落中是否含有正确插入目的基因的重组质粒，拟设计引物进行PCR鉴定。图2所示为甲、乙、丙3条引物在正确重组质粒中的相应位置，PCR鉴定时应选择的一对引物是________。某学生尝试用图中另外一对引物从某一菌落的质粒中扩增出了400 bp片段，原因是_________________________________。‎ 图2‎ 解析　(1)EcoR V酶切位点在酶所识别序列的中心轴线处，产生的是平末端。(2)DNA连接酶对平末端的连接效率较低，因此通常要将平末端改造成黏性末端后再进行连接。由于目的基因片段的两端各自带一个腺嘌呤脱氧核苷酸，根据碱基互补配对原则，处理后的载体质粒两端需要各添加一个碱基为胸腺嘧啶的脱氧核苷酸；要将处理后的质粒与目的基因连接起来，需要用DNA连接酶。(3)由于四环素抗性基因中含有EcoR V酶识别的序列及切割位点，所以形成的重组质粒中四环素抗性基因已经被破坏，而氨苄青霉素抗性基因正常。根据表中结果可知，A菌落抗氨苄青霉素和四环素，说明A菌落中导入的是P0质粒；B菌落抗氨苄青霉素 6‎ 而不抗四环素，说B菌落中导入的是重组质粒；C菌落既不抗氨苄青霉素，也不抗四环素，说明C菌落中没有导入质粒。(4)由于处理后的P0质粒的两个末端都含一个胸腺嘧啶的脱氧核苷酸，而目的基因片段的两端各自带一个腺嘌呤脱氧核苷酸，所以目的基因在和P0质粒连接时可能会出现两种情况：正向连接和反向连接。分析图2可知，理论上可以选择的引物组合有甲和丙、乙和丙两种情况。如果选择甲和丙这对引物，则无论目的基因是否正确插入，扩增的片段都是50 bp＋300 bp＋100 bp＝450 bp，不符合要求；如果选择乙和丙这对引物，正向连接和反向连接后所得结果不同，所以应选择乙和丙这对引物进行PCR鉴定。如果目的基因和P0质粒反向连接，则引物乙会出现在重组质粒的外侧，此时若加入引物甲和乙，则可以扩增出300 bp＋100 bp＝400 bp的片段。‎ 答案　(1)平　(2)胸腺嘧啶(T)　DNA连接　(3)B　A菌落含有P0　C类菌落未转入质粒　(4)乙丙　目的基因反向连接 ‎4.(2019·苏州一模)逆转录病毒载体是目前应用较多的动物基因工程载体之一。运用逆转录病毒载体可以将外源基因插入到受体细胞染色体，使外源基因随染色体DNA一起复制和表达。研究发现逆转录病毒基因组的核心部分包括三个基因：Gag基因(编码病毒的核心蛋白)、pol基因(编码逆转录酶)、env基因(编码病毒的表面糖蛋白)。位于这些基因的两端有LTR序列(含有启动子、调节基因等)，控制着逆转录基因组核心基因的表达及转移。下图是构建逆转录病毒载体及用于培育转基因小鼠的过程。回答下列问题：‎ ‎(1)逆转录病毒主要组成物质有_____________________________________。‎ ‎(2)催化过程①的酶是____________________________，过程②③中需要的工具酶分别是________，过程④⑤常用的导入方法是________________。‎ ‎(3)过程③中，外源基因一定要插入到病毒DNA的LTR序列中的启动子后，其主要目的是____________________。‎ ‎(4)过程④中，导入病毒蛋白编码基因(Gag、pol和env)的目的是_______________。‎ ‎(5)如利用牛乳腺生物反应器生产人胰岛素，则应在构建基因表达载体时，使目的基因与 6‎ ‎________________________等调控组件重组在一起，一般导入牛________细胞中，最终牛的乳汁中就含有人胰岛素。‎ 解析　(1)逆转录病毒主要组成物质有RNA和蛋白质。(2)过程①是以RNA为模板合成DNA，其酶是逆转录酶，过程②是提取目的基因，③是将目的基因和与载体结合，需要的工具酶分别是限制酶和DNA连接酶，过程④⑤都是导入动物细胞，常用的导入方法是显微注射法。(3)过程③中，外源基因一定要插入到病毒DNA的LTR序列中的启动子后，启动子是RNA聚合酶的结合位点，启动外源基因的转录，其主要目的是控制外源基因的表达与转移。(4)过程④中，导入病毒蛋白编码基因(Gag、pol和env)的目的是合成组成病毒的蛋白质。(5)如利用牛乳腺生物反应器生产人胰岛素，则应在构建基因表达载体时，使目的基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控组件重组在一起，这样在乳腺细胞启动乳腺蛋白基因转录的同时，也启动人胰岛素基因的转录，可以在乳汁中提取人胰岛素；一般将牛受精卵细胞作为受体细胞，最终发育的母牛的乳汁中就含有人胰岛素。‎ 答案　(1)RNA和蛋白质 ‎(2)逆转录酶　限制酶和DNA连接酶　显微注射法 ‎(3)控制外源基因的表达与转移 ‎(4)合成组成病毒的蛋白质 ‎(5)乳腺蛋白基因的启动子　受精卵 6‎