高中生物一轮复习同步练习：PCR技术与电泳相关问题

PCR技术与电泳相关问题练习一、选择题1.大引物PCR定点突变常用来研究蛋白质结构改变导致的功能变化。单核苷酸的定点诱变仅需进行两轮PCR即可获得，第一轮加诱变引物和侧翼引物，第一轮产物作为第二轮PCR扩增的大引物，过程如图所示。下列叙述正确的是()A.第一轮PCR过程中复性所用的温度与第二轮PCR复性的温度是一样的B.PCR扩增的定点诱变产物通常需要连接到载体分子上才能表达出相应的性状，该定点诱变产物需具备启动子、终止子等结构才能进行转录和翻译C.第二轮PCR所用的引物是第一轮PCR的产物DNA的两条链D.将某功能蛋白的第17位Cys(UGU)改造成Ser(UCU)，属于蛋白质工程2.恶性高热是一种潜在致命性单基因遗传病，患者一般无症状，但当接触麻醉剂后，会诱发患者出现高热等症状，死亡率极高。某家庭的母亲和女儿皆患有恶性高热，母亲因该病去世，女儿经及时抢救而康复。科研人员对该家庭成员进行了基因检测。控制该性状的某一基因可在限制酶的作用下切割成两条不同长度的DNA片段，用凝胶电泳法分离后可显示出不同的带谱如图所示(控制该性状的基因为完全显性，且不位于X、Y染色体的同源区段)。下列说法错误的是()A.该遗传病属于常染色体显性遗传病B.结合3、4可推断2号不患病的概率是100%C.该致病基因是由正常基因碱基的替换形成的D.4号与无麻醉剂接触史的女子结婚，后代能出现的基因型最多有3种3.某研究小组利用转基因技术，将绿色荧光蛋白基因(GFP)整合到野生型小鼠Gata3基因一端，如图甲所示。实验得到能正常表达两种蛋白质的杂合子雌雄小鼠各1只，交配以期获得Gata3－GFP基因纯合子小鼠。为了鉴定交配获得的4只新生小鼠的基因型，设计了引物1和引物2用于PCR扩增，PCR产物电泳结果如图乙所示。下列叙述正确的是()A.Gata3基因的启动子无法控制GFP基因的表达B.翻译时先合成Gata3蛋白，再合成GFP蛋白C.2号条带的小鼠是野生型，4号条带的小鼠是Gata3－GFP基因纯合子D.若用引物1和引物3进行PCR，能更好地区分杂合子和纯合子4.如图所示，在一段未知序列的突变体DNA片段中，插入了已知序列的T－DNA，要想对T－DNA两侧的未知序列进行测序，下列做法正确的是()A.用引物①和引物④直接进行PCR扩增之后再测序B.用引物②和引物③直接进行PCR扩增之后再测序C.用DNA连接酶连接成环状后，再用引物①④PCR扩增后测序D.用DNA连接酶连接成环状后，再用引物②③PCR扩增后测序5.重叠延伸PCR技术是采用具有互补末端的引物，使PCR产物形成重叠链，从而在随后的扩增反应中通过重叠链的延伸，获得想要的目的基因。某科研团队运用重叠延伸PCR技术在水蛭素基因的特定位点引入特定突变，以实现基因的定点突变，原理如图。下列说法错误的是()注：引起凸起处代表与模板链不能互补的突变位点。A.过程②需要含Mg2＋的缓冲液、DNA模板、引物、4种脱氧核苷酸、耐高温的DNA聚合酶等B.若引物1、引物2组成的反应系统和引物3、引物4组成的反应系统中均进行一次DNA分子的复制后，一共会产生2种DNA分子C.经过程④获得的杂交DNA有2种，其中只有一种可以经过程⑤获得目的基因D.过程⑤使用耐高温的DNA聚合酶延伸，不需要引物二、非选择题6.人体内的t－PA蛋白能高效降解血栓，是心梗和脑血栓的急救药，但大剂量使用会诱发颅内出血。如果将t－PA蛋白第84位的半胱氨酸换成丝氨酸，能显著降低出血副作用。先对天然的t－PA基因进行序列改造，然后在大肠杆菌中表达改造后的基因，可得到性能优异的改良t－PA蛋白。如图是通过重叠延伸PCR获取t－PA改良基因和利用质粒pCLYⅡ构建含t－PA改良基因的重组质粒示意图(图中重叠延伸PCR过程中，引物a、b用来扩增含有突变位点及其上游序列的DNA片段，引物c、d用来扩增含突变位点及其下游序列的DNA片段)。请回答：(1)已知t－PA蛋白第84位是半胱氨酸，相应的基因模板链(图中t－PA基因的上链)上的碱基序列是ACA，丝氨酸的密码子是UCU。重叠延伸PCR，示意图中的点表示突变部位的碱基，引物b中该部位的碱基是____________，引物c该部位的碱基是________。PCR中需要引物的原因是_______________________。(2)重叠延伸PCR中，PCR1和PCR2分别进行，产物混合后再进行PCR3。PCR1和PCR2需要分别进行的原因是_______________________________。7.种子大小是作物重要的产量性状。研究者对野生型拟南芥(2n＝10)进行诱变筛选到一株种子增大的突变体。通过遗传分析和测序，发现野生型DAI基因发生一个碱基G到A的替换，突变后的基因为隐性基因，据此推测突变体的表型与其有关，开展相关实验。回答下列问题：(1)拟采用农杆菌转化法将野生型DAI基因转入突变体植株，若突变体表型确由该突变造成，则转基因植株的种子大小应与________植株的种子大小相近。(2)用PCR反应扩增DAI基因，用限制性内切核酸酶对PCR产物和________进行切割，用DNA连接酶将两者连接。为确保插入的DAI基因可以正常表达，其上下游序列需具备__________________________。(3)转化后，T－DNA(其内部基因在减数分裂时不发生交换)可在基因组单一位点插入也可以同时插入多个位点。在插入片段均遵循基因分离及自由组合定律的前提下，选出单一位点插入的植株，并进一步获得目的基因稳定遗传的植株(如图)，用于后续验证突变基因与表型的关系。①农杆菌转化T0代植株并自交，将T1代种子播种在选择培养基上，能够萌发并生长的阳性个体即表示其基因组中插入了_______________________________。②T1代阳性植株自交所得的T2代种子按单株收种并播种于选择培养基，选择阳性率约________%的培养基中幼苗继续培养。③将②中选出的T2代阳性植株________(填“自交”“与野生型杂交”或“与突变体杂交”)所得的T3代种子按单株收种并播种于选择培养基，阳性率达到________%的培养基中的幼苗即为目标转基因植株。为便于在后续研究中检测该突变，研究者利用PCR扩增野生型和突变型基因片段，再使用限制性内切核酸酶X切割产物，通过核酸电泳即可进行突变检测，相关信息见下，在电泳图中将酶切结果对应位置的条带涂黑。8.科研人员构建了可表达J－V5融合蛋白的重组质粒并进行了检测，该质粒的部分结构如图甲所示，其中V5编码序列表达标签短肽V5。(1)与图甲中启动子结合的酶是________。除图甲中标出的结构外，作为载体，质粒还需具备的结构有______________________________(答出2个结构即可)。(2)构建重组质粒后，为了确定J基因连接到质粒中且插入方向正确，需进行PCR检测，若仅用一对引物，应选择图甲中的引物________。已知J基因转录的模板链位于b链，由此可知引物F1与图甲中J基因的________(填“a链”或“b链”)相应部分的序列相同。(3)重组质粒在受体细胞内正确表达后，用抗J蛋白抗体和抗V5抗体分别检测相应蛋白是否表达以及表达水平，结果如图乙所示。其中，出现条带1证明细胞内表达了____________，条带2所检出的蛋白________(填“是”或“不是”)由重组质粒上的J基因表达的。9.基因定点突变是指按照特定的要求，使基因的特定序列发生插入、删除、置换、重排等变异。下图甲是一种PCR介导的基因定点突变示意图，图乙是研究人员利用基因M1构建基因表达载体的过程。请回答下列问题：(1)进行基因定点突变的PCR反应体系中，除加入引物和模板DNA外，一般还需要加入________________________；图甲所示的基因定点突变技术需要________次PCR；获得产物A需要的引物是____________。(2)研究人员对PCR的中间产物A、B进行纯化后，利用图中相关酶对基因M和产物A、B进行充分酶切后得到不同的片段，长度(kb)如下表，则图中基因敲除片段的长度为________，基因M1的长度为________。项目基因MAB长度3.24、2.8、0.15、0.132.8、0.093.24、0.05(3)通过图甲过程获得的基因M1仍需要大量扩增，此时选择的引物是________，为了与图乙中的Ti质粒相连，还需要分别在它们的__________端引入限制酶________的识别序列。(4)构建基因表达载体时，M1基因必需插入Ti质粒的________中，原因是_______________________________________________________。答案：1.D为了使两轮PCR在同一支试管中进行，引物设计时应考虑不同的复性温度，第二轮PCR的复性温度应该比第一轮高，A错误；若要使得目的基因可以表达出蛋白质，则载体上需要具备启动子和终止子等结构才能进行转录和翻译，B错误；除第一轮产物作为第二轮PCR扩增的大引物外，第二轮PCR仍需加入的引物是另一种侧翼引物，以便进行另一条链的延伸，C错误；将某功能蛋白的第17位Cys(UGU)改造成Ser(UCU)，属于蛋白质工程，D正确。2.B据题意可知，该家庭女儿患恶性高热，儿子相关致病基因检测结果与女儿相同，因此儿子也患恶性高热；父亲只有500bp和800bp的片段，女儿和儿子既含1300bp片段，也含500bp和800bp的片段，说明女儿和儿子都是既含致病基因，又含正常基因，若是该致病基因在X染色体上，且不位于X、Y染色体的同源区段，儿子就不会同时含有致病基因和正常基因，因此判断该病为常染色体显性遗传病，A正确；根据题意，“控制该性状的某一基因可在限制酶的作用下切割成两条不同长度的DNA片段”，若是致病基因被切割成两条不同长度的DNA片段，父亲有可能是患者，B错误；据题图可知，某限制酶作用于相应基因后，正常基因和致病基因的总长度不变(都是1300bp)，因此推测该致病基因由正常基因碱基的替换形成，C正确；由分析可知，该病为常染色体显性遗传病，4号是杂合子，用A/a表示相关基因，4号与无麻醉剂接触史的女子(基因型为AA、Aa或aa)结婚，当该女子的基因型为Aa时，后代出现的基因型最多，有AA、Aa、aa，3种，D正确。3.B由图甲可知，Gata3基因与GFP基因共用一个启动子，且由题干可知两基因能正常表达出相关蛋白质，A错误；由于启动子在左侧，基因在右侧，转录基因时，先转录Gata3基因，再转录GFP基因，由于转录和翻译的方向均是沿mRNA的5′→3′，因此翻译时先合成Gata3蛋白，再合成GFP蛋白，B正确；由图乙可知，大片段包含GFP基因编码区片段，小片段不包含GFP基因编码区片段，则2号小鼠是Gata3－GFP基因纯合子，4号小鼠是野生型，C错误；若用引物1和引物3进行PCR，杂合子和Gata3－GFP基因纯合子均能扩出条带，仅有Gata3基因时无法扩出条带，不利于区分杂合子和纯合子，D错误。4.C直接选用引物①、④组合进行PCR，引物选择方向相反，无法完成扩增，A错误；用引物②和引物③可实现对已知的T－DNA序列进行扩增，但达不到预期目的，B、D错误；用DNA连接酶连接成环状后，用引物①④PCR扩增后测序，恰好可扩增出T－DNA两侧的未知序列，C正确。5.B过程②为PCR反应，需要在添加了Mg2＋的缓冲液中才能进行，需要提供DNA模板、分别与两条模板链结合的引物、4种脱氧核苷酸和耐高温的DNA聚合酶等，A正确；两个反应系统中各自形成两种DNA分子，但由于引物1和引物4形成两个与原DNA相同的DNA分子，所以含有引物1和4的DNA属于同一种DNA，故总共形成3种DNA分子，B错误；过程④获得的杂交DNA有2种，一种3′端为单链，一种5′端为单链，5′端为单链的杂交DNA为所需DNA，C正确；过程⑤是延伸过程，该过程使用耐高温的DNA聚合酶进行催化，不需要引物，D正确。6.(1)GCDNA聚合酶只能将单个脱氧核苷酸连接到双链DNA片段的引物链上(或DNA聚合酶不能从头开始合成DNA，而只能从3′端延伸DNA链)(2)引物b和引物c遵循碱基互补配对，会使引物失效解析(1)已知t－PA蛋白第84位是半胱氨酸，相应的基因模板链上的碱基序列是ACA，半胱氨酸的密码子为UGU，而丝氨酸的密码子是UCU，由此可知，若要将t－PA蛋白第84位的半胱氨酸换成丝氨酸，则t－PA基因上链第84位发生的碱基替换为C→G，题图中显示引物b与t－PA改良基因的下链互补，故其中相应部位的碱基与上链相同，即该部位的碱基是G，引物c与t－PA改良基因的上链互补，故其中相应部位的碱基与下链相同，即该部位的碱基是C。由于DNA聚合酶不能从头开始合成DNA，而只能从3′端延伸DNA链，因此PCR中需要加入合适的引物来完成子链的延伸。(2)题图信息显示，引物b和引物c遵循碱基互补配对，因此，如果PCR1和PCR2同时进行，会使引物失效，无法达到预期目的。7.(1)野生型(2)Ti质粒启动子和终止子(3)①DAI基因和卡那霉素抗性基因②75③自交100解析(1)根据题干信息可知，突变后的基因为隐性基因，则野生型DAI基因为显性基因，因此采用农杆菌转化法将野生型DAI基因转入突变体植株，若突变体表型确由该突变造成，则转基因植株的种子大小应与野生型植株的种子大小相近。(2)利用PCR技术扩增DAI基因后，应该用同种限制性内切核酸酶对DAI基因和作为载体的Ti质粒进行切割，再用DNA连接酶将两者连接。在基因表达载体中，启动子位于目的基因的首端，终止子位于目的基因的尾端，因此为确保插入的DAI基因可以正常表达，其上下游序列需具备启动子和终止子。(3)①根据题干信息和图形分析，将T0代植株的花序浸没于农杆菌(T－DNA上含有DAI基因和卡那霉素抗性基因)菌液进行转化，再将获得的T1代种子播种在选择培养基(含有卡那霉素)上，若在选择培养基上有能够萌发并生长的阳性个体，则说明含有卡那霉素抗性基因，即表示其基因组中插入DAI基因和卡那霉素抗性基因。②T1代阳性植株都含有DAI基因，由于T－DNA(其内部基因在减数分裂时不发生交换)可在基因组单一位点插入也可以同时插入多个位点，所以不确定是单一位点插入还是多位点插入。根据题意，选出单一位点插入的植株，相当于一对等位基因的杂合子，其自交后代应该出现3∶1的性状分离比，因此应该选择阳性率约75%的培养基中幼苗继续培养。③将②中选出的T2代阳性植株自交，再将得到的T3代种子按单株收种并播种于选择培养基上，若某培养基上全部为具有卡那霉素抗性的植株即为需要选择的植株，即阳性率达到100%的培养基中的幼苗即为目标转基因植株。根据图形分析，野生型和突变型基因片段的长度都是150bp，野生型的基因没有限制酶X的切割位点，而突变型的基因有限制酶X的切割位点，结合图中的数据分析可知电泳图中，野生型只有150bp，突变型有50bp和100bp，如图：]8.(1)RNA聚合酶复制原点、标记基因、限制酶切割位点(2)F1和R2或者F2和R1a链(3)J－V5融合蛋白不是解析(1)与图甲中启动子结合的酶是RNA聚合酶。图甲中有启动子和终止子等，作为载体，质粒还需具备的结构有限制酶切割位点、标记基因、复制原点等。(2)据图甲可知，引物F2与R1或F1与R2结合部位均包含J基因的碱基序列，因此推测为了确定J基因连接到质粒中且插入方向正确，进行PCR检测时，若仅用一对引物，应选择图甲中的引物F2和R1或F1与R2。b是模板链，而根据图上启动子和终止子的位置可知转录方向是图上从左向右，对应的模板链方向应该是3′→5′，非模板链(也就是a链)是5′→3′，图中F1是前引物，在左侧，所以其配对的单链是3′→5′的b链，故其序列应该与a链相应部分的序列相同。(3)据图乙可知，只有抗V5抗体时，出现条带1，抗V5抗