2025届高考生物二轮复习【第1部分】大概念整合6专题15基因工程教案(新教材)

微专题1基因工程1．(2023·新课标卷)某同学拟用限制酶(酶1、酶2、酶3和酶4)、DNA连接酶为工具，将目的基因(两端含相应限制酶的识别序列和切割位点)和质粒进行切割、连接，以构建重组表达载体。限制酶的切割位点如图所示。下列重组表达载体构建方案合理且效率最高的是()A．质粒和目的基因都用酶3切割，用E.coliDNA连接酶连接B．质粒用酶3切割、目的基因用酶1切割，用T4DNA连接酶连接C．质粒和目的基因都用酶1和酶2切割，用T4DNA连接酶连接D．质粒和目的基因都用酶2和酶4切割，用E.coliDNA连接酶连接解析：C酶3切割后得到的是平末端，应该用T4DNA连接酶连接，A不符合题意；质粒用酶3切割后得到平末端，目的基因用酶1切割后得到的是黏性末端，二者不能连接，B不符合题意；质粒和目的基因都用酶1和酶2切割后得到黏性末端，用T4DNA连接酶连接后，还能保证目的基因在质粒上的连接方向，此重组表达载体的构建方案最合理且高效，C符合题意；若用酶2和酶4切割质粒和目的基因，会破坏质粒上的抗生素抗性基因，连接形成的基因表达载体缺少标记基因，无法进行后续的筛选，D不符合题意。2．(2023·广东卷，改编)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DA1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DA1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DA1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DA1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。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DA1基因为显性基因，因此采用农杆菌转化法将野生型DA1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DA1基因后，应该用同种限制性内切核酸酶对DA1基因和载体进行切割，再用DNA连接酶将两者连接起来；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DA1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代植株的花序浸没在农杆菌(T-DNA上含有DA1基因和卡那霉素抗性基因)菌液中转化，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DA1基因和卡那霉素抗性基因。②T1代阳性植株都含有DA1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，若是单一位点插入，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，而题干要求选出单一位点插入的植株，因此应该选择阳性率约75%的培养基中幼苗继续培养。③将以上获得的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：答案：(1)野生型(2)农杆菌的Ti质粒(载体)启动子和终止子(3)①DA1基因和卡那霉素抗性基因②75③自交100(1)(2023·湖北卷)用氨苄青霉素抗性基因(AmpR)、四环素抗性基因(TetR)作为标记基因构建的质粒如图所示。用含有目的基因的DNA片段和用不同限制酶酶切后的质粒，构建基因表达载体(重组质粒)，并转化到受体菌中。其中若用HindⅢ酶切，目的基因转录的产物可能不同。(√)(2)(2022·江苏卷)采用基因工程技术调控植物激素代谢，可实现作物改良。其中在果实中表达acs(乙烯合成关键酶基因)的反义基因可延迟果实成熟。(√)(3)(经典高考题)抗除草剂基因转入某抗盐植物获得2个稳定遗传转基因品系，抗性鉴定为抗除草剂抗盐和抗除草剂不抗盐。表明一定是抗盐性的改变与抗除草剂基因的转入无关。(×)(4)(2023·全国乙卷，节选)GFP是水母体内存在的能发绿色荧光的一种蛋白。科研人员以GFP基因为材料，利用基因工程技术获得了能发其他颜色荧光的蛋白，丰富了荧光蛋白的颜色种类。科研人员从构建的GFP突变基因文库中提取目的基因(均为突变基因)构建表达载体。①将构建好的表达载体导入大肠杆菌中进行表达，发现大肠杆菌有的发绿色荧光，有的发黄色荧光，有的不发荧光。请从密码子特点的角度分析，发绿色荧光的可能原因是____________________(答出1点即可)。②新蛋白与突变基因的关联性分析。将上述发黄色荧光的大肠杆菌分离纯化后，对其所含的GFP突变基因进行测序，发现其碱基序列与GFP基因的不同，将该GFP突变基因命名为YFP基因(黄色荧光蛋白基因)。若要通过基因工程的方法探究YFP基因能否在真核细胞中表达，实验思路是_______________________。提示：①密码子具有简并性②获取YFP基因，运用合适的限制酶和DNA连接酶及载体将YFP基因构建形成基因表达载体，然后将构建好的表达载体(含有目的基因YFP基因)导入酵母菌，检测其是否会发黄色荧光1．理清基因工程的三种基本工具提醒：①若用不同的限制酶切割出不同的黏性末端，则能使基因和载体定向连接，避免自身环化和反向连接，提高连接的有效性；②DNA连接酶无识别的特异性，对于相同或互补的黏性末端以及平末端都能连接。2．理清基因工程的操作步骤(1)目的基因的筛选与获取①筛选合适的目的基因a．从相关的已知结构和功能清晰的基因中进行筛选是较为有效的方法之一。b．利用序列数据库和序列比对工具进行筛选。②目的基因的获取a．人工合成目的基因。b．PCR获取和扩增目的基因c．通过构建基因文库来获取目的基因。(2)基因表达载体的构建——重组质粒的构建提醒：①启动子和终止子启动子(DNA片段)≠起始密码子(位于mRNA上)；终止子(DNA片段)≠终止密码子(位于mRNA上)。②目的基因插入位置：启动子与终止子之间。(3)将目的基因导入受体细胞(4)目的基因的检测与鉴定提醒：PCR不仅可用于获取和扩增目的基因，还能用于检测受体细胞中是否含有目的基因或受体细胞中的目的基因是否转录出mRNA。3．图解蛋白质工程命题点围绕基因工程考查科学思维及科学探究1．(2023·山东聊城三模)Cre-loxP系统能实现特定基因的敲除(如图1)。把几种荧光蛋白基因和Cre酶能识别并切割的序列(loxP1和loxP2)串在一起，构建表达载体T(如图2)。部分荧光蛋白基因会被Cre酶随机“剪掉”，且两个loxP1之间或两个loxP2之间的基因，最多会被Cre酶敲除一次，剩下的部分得以表达，随机呈现不同的颜色。下列说法错误的是()图1注：仅表达与启动子相邻的荧光蛋白基因。图2A．构建表达载体T时用到的工具包括限制酶、DNA连接酶B．若小鼠细胞含一个表达载体T(不含Cre酶)，其肌肉组织细胞呈无色C．若小鼠细胞含一个表达载体T(含Cre酶)，其脑组织细胞只能呈红色或黄色D．若小鼠细胞含两个表达载体T(含Cre酶)，其脑组织细胞可能出现两种颜色解析：C基因表达载体构建过程中需要限制酶和DNA连接酶两种工具酶处理，A正确；据图可知，小鼠有编码红、黄、蓝荧光蛋白的基因，前端有脑组织特异性表达的启动子，肌肉细胞不会表达颜色基因，故若小鼠细胞含一个表达载体T(不含Cre酶)，其肌肉组织细胞呈无色，B正确；loxP1、loxP2位置如图2黑白三角符号所示，两个loxP1和两个loxP2之间的基因最多会被Cre酶敲除一次，Cre酶表达情况不同，识别的loxP不同，则有可能未敲除荧光蛋白基因，此时为红色(同不含Cre酶时)，也有可能敲除两个loxP1之间的红色荧光蛋白基因，此时为黄色，也有可能敲除两个loxP2之间的红色和黄色荧光蛋白基因，此时为蓝色，因而不同脑细胞会差异表达红色、黄色或蓝色荧光蛋白基因，C错误；小鼠脑组织细胞内有2个相同表达载体T(含Cre酶)，Cre酶对每个DNA片段随机剪切，故其脑组织细胞可能出现两种颜色，D正确。2．(2023·湖南师大附中校考三模)OsGLO1、EcCAT、EcGCL和TSR四个基因分别编码四种不同的酶，研究人员将这些基因分别与叶绿体转运肽(引导合成的蛋白质进入叶绿体)基因连接，构建多基因表达载体(载体中部分序列如图所示)，利用农杆菌转化法转化水稻，在水稻叶绿体内构建了一条新代谢途径，提高了水稻的产量。下列叙述错误的是()A．四个基因转录时不是都以DNA的同一条单链为模板B．四个基因都在水稻叶绿体内进行转录翻译C．用含潮霉素的培养基可筛选被农杆菌转化的水稻细胞D．可用抗原—抗体杂交技术检测四种酶在转基因水稻中的表达情况解析：B基因的启动子方向有不同，说明转录时不是都以DNA的同一条单链为模板，A正确；这些基因在叶绿体外合成蛋白质，由叶绿体转运肽引导合成的蛋白质进入叶绿体，B错误；卡那霉素抗性基因不在T-DNA上，应用潮霉素培养基筛选被农杆菌转化的水稻细胞，C正确；可用抗原—抗体杂交技术检测是否有相应的蛋白质产生，从而检测四种酶在转基因水稻中的表达情况，D正确。命题点围绕蛋白质工程考查生命观念及社会责任3．(2023·山东德州二模)科研人员以β-甘露葡萄糖酶为核心研究材料，在其N端找到了两个关键的氨基酸位点，将这两个位点的组氨酸和脯氨酸分别替换为酪氨酸后，其热稳定性得到了显著提高。下列说法正确的是()A．细胞内合成改造后的高热稳定性蛋白质的过程不遵循中心法则B．替换蛋白质中的氨基酸实际可通过改造基因中的碱基序列实现C．在分子水平上，可利用PCR等技术检测细胞内是否合成新的目的蛋白质D．制备过程中应先获得目标蛋白质的三维结构，再预期其生物学功能解析：B细胞内蛋白质的合成过程都遵循中心法则，A错误；蛋白质是DNA经过转录、翻译得到的，所以替换蛋白质中的氨基酸实际可通过改造基因中的碱基序列实现，B正确；PCR等技术能检测目的基因是否导入细胞或是否转录，检测细胞内是否合成新的蛋白质可使用抗原—抗体杂交法，C错误；蛋白质工程的制备过程中要先预期目标蛋白质的生物学功能，再设计获得该蛋白质的三维结构，D错误。1．(原因分析类)(1)干扰素是一种具有干扰病毒复制作用的糖蛋白，临床上被广泛用于治疗病毒感染性疾病。利用大肠杆菌可构建干扰素工程菌，该工程菌不能生产有活性的干扰素，请解释其原因。____________________。提示：大肠杆菌为原核生物，无内质网和高尔基体，不具备加工干扰素的能力(2)生产乳腺生物反应器构建基因表达载体时有什么特别要求？为什么？_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。提示：必须把药用蛋白基因与乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件重组在一起。因为只有连接了乳腺中特异表达的基因的启动子，才能保证在雌性动物泌乳期相应的目的基因在其乳腺细胞内得以表达。(3)蛋白质工程是通过对基因的操作来实现对天然蛋白质进行改造，而不直接对蛋白质分子进行操作的原因是什么？_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。提示：主要原因有：①蛋白质具有十分复杂的空间结构，基因的结构相对简单，容易改造；②改造后的基因可以遗传给下一代，被改造的蛋白质无法遗传2．(推测依据类)促红细胞生成素(EPO)是一种能刺激骨髓造血的糖蛋白类激素。生产重组人红细胞生成素(rhEPO)时，需构建EPO基因(E基因)表达载体(如图所示)，并将E基因导入受体细胞CHO-DHFR－，通过细胞培养生产rhEPO。用PBT质粒和E基因构建PBT-E表达载体时所需的酶是_______________。某同学比较PBT和PBT-E的大小后，推测E基因的碱基长度为100bp(bp表示碱基对)，该推测是否正确？请说明理由：________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。提示：HindⅢ、XhoⅠ、DNA连接酶不正确，用HindⅢ和XhoⅠ处理质粒时，切除了MCS上两限制酶酶切位点间的DNA序列微专题2PCR技术与基因编辑技术1．(2021·湖北卷)某实验利用PCR技术获取目的基因，实验结果显示除目的基因条带(引物与模板完全配对)外，还有2条非特异条带(引物和模板不完全配对)。为了减少反应非特异条带的产生，以下措施中有效的是()A．增加模板DNA的量B．延长热变性的时间C．延长延伸的时间D．提高复性的温度解析：D增加模板DNA的量可以提高反应速度，但不能有效减少非特异条带，A不符合题意；延长热变性的时间和延长延伸的时间会影响变性延伸过程，但对于延伸中的配对影响不大，故不能有效减少反应非特异条带，B、C不符合题意；非特异产物增加的原因可能是复性温度过低造成引物与模板的结合位点增加，故可通过提高复性的温度来减少反应非特异条带的产生，D符合题意。2．(2020·北京卷)为了对重金属污染的土壤进行生物修复，研究者将从杨树中克隆的重金属转运蛋白(HMA3)基因与外源高效启动子连接，导入杨树基因组中(如图)。注：①②③④表示引物为检测获得的转基因杨树苗中是否含有导入的HMA3基因，同时避免内源HMA3基因的干扰，在进行PCR扩增时，应选择的引物组合是()A．①＋③ B．①＋②C．③＋② D．③＋④解析：B图示中克隆的重金属转运蛋白(HMA3)基因与外源高效启动子连接，导入杨树基因组中，若要检测获得的转基因杨树苗中是否含有导入的HMA3基因和高效启动子，需要检测是否含有高效启动子序列和HMA3基因序列，应选择的引物组合是①＋②，即B正确，ACD错误。(1)(2021·福建卷，节选)微生物吸附是重金属废水的处理方法之一。金属硫蛋白(MT)是一类广泛存在于动植物中的金属结合蛋白，具有吸附重金属的作用。科研人员将枣树的MT基因导入大肠杆菌构建工程菌。根据枣树的MTcDNA的核苷酸序列设计了相应的引物(如图)，通过PCR扩增MT基因。已知A位点和B位点分别是起始密码子和终止密码子对应的基因位置。选用的引物组合应为________________________。提示：引物1和引物4(2)(2021·海南卷，节选)CRISPR/Cas9是一种高效的基因编辑技术，Cas9基因表达的Cas9蛋白像一把“分子剪刀”，在单链向导RNA(sgRNA)引导下，切割DNA双链以敲除目标基因或插入新的基因。CRISPR/Cas9基因编辑技术的工作原理如图所示。①过程③～⑤中，sgRNA与Cas9蛋白形成复合体，该复合体中的sgRNA可识别并与目标DNA序列特异性结合，二者结合所遵循的原则是_____________。随后，Cas9蛋白可切割________________序列。②利用CRISPR/Cas9基因编辑技术敲除一个长度为1200bp的基因，在DNA水平上判断基因敲除是否成功所采用的方法是________________________。③某种蛋白酶可高效降解羽毛中的角蛋白。科研人员将该蛋白酶基因插入到CRISPR/Cas9质粒中获得重组质粒，随后将其导入到大肠杆菌细胞，通过基因编辑把该蛋白酶基因插入到基因组DNA中，构建得到能大量分泌该蛋白酶的工程菌。据图简述CRISPR/Cas9重组质粒在受体细胞内，将该蛋白酶基因插入到基因组DNA的编辑过程：_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。提示：①碱基互补配对原则目标(目的)DNA(基因)特定的核苷酸②DNA分子杂交技术③CRISPR/Cas9重组质粒在受体细胞内进行转录和表达，转录的产物是sgRNA，表达的产物是Cas9蛋白，两者形成复合体，sgRNA识别并结合目标DNA序列，引导Cas9蛋白进行切割，从而把目的基因插入到基因组DNA中1．PCR技术及应用(1)PCR技术原理与条件(2)PCR技术的过程提醒：可通过引物控制PCR扩增目的基因片段，并在基因两侧引入限制酶识别序列。2．基因编辑技术(1)基因组编辑的含义：对基因进行定点修改，以改变目的基因的序列和功能，进行基因治疗和物种改良。(2)应用最广泛的技术：CRISPR/Cas9。(3)CRISPR/Cas9组分及功能短链RNA(sgRNA、向导RNA)作为“向导”，部分序列通过碱基互补配对，与目的基因中希望被编辑的DNA序列结合细菌的核酸酶Cas9与短链RNA结合，切割与向导RNA结合的DNA，使DNA双链断裂(4)CRISPR/Cas9技术的主要应用①基因敲除。②特异突变引入。③定点转基因。(5)CRISPR/Cas9技术的风险①基因组编辑技术本身存在着识别准确性等方面的问题。②对人类基因进行“改造”时要严格遵守法律法规，不能违反人类的伦理道德。命题点围绕PCR技术考查科学思维及科学探究1．(2023·山东泰安二模)通过设计引物，运用PCR技术可以实现目的基因的定点诱变。如图为基因工程中获取突变基因的过程，其中引物1序列中含有一个碱基T不能与目的基因片段配对，但不影响引物与模板链的整体配对，反应体系中引物1和引物2的5′-端分别设计增加限制酶a和限制酶b的识别位点。下列有关叙述正确的是()A．在PCR反应体系中还需要加入4种游离核苷酸、解旋酶、TaqDNA聚合酶等B．第3轮PCR结束后，含突变碱基对且两条链等长的DNA占1/2C．引物中设计两种限制酶识别位点有利于目的基因定向插入载体D．第2轮PCR，引物1能与图中②结合并且形成两条链等长的突变基因解析：CPCR反应体系通过高温使DNA解旋(变性)，不需要加入解旋酶，A错误；第3轮PCR结束后，含突变碱基对且两条链等长的DNA有2个，而总DNA分子有8个，所以占1/4，B错误；引物中设计两种限制酶识别位点，可以使目的基因定向插入限制酶切割后的载体，C正确；第2轮PCR，引物1能与图中②结合并且形成两条链不等长的突变基因，D错误。2．(2023·安徽安庆二模)反转录PCR又称逆转录PCR(RT-PCR)，是以mRNA为模板进行的特殊PCR，过程如图。下列相关叙述错误的是()A．图示过程需要控制温度，否则可能得不到产物B．RT-PCR技术中，不需已知mRNA的全部序列C．过程③中子链沿着模板链的5′→3′方向延伸D．RT-PCR技术可应用于是否被RNA病毒感染的检测解析：C图示过程需要控制温度，如变性解旋时温度需要控制在90℃左右，A正确；PCR技术中，不需要已知mRNA的全部序列，只需一段已知mRNA的部分序列即可，B正确；过程③中，在引物作用下，DNA聚合酶从引物3′端开始延伸DNA链，即子链沿着模板链的3′→5′方向延伸，C错误；RT-PCR是将RNA的反转录和cDNA的聚合酶链式扩增相结合的技术，可应用于是否被RNA病毒感染的检测，D正确。命题点围绕基因编辑考查科学思维及社会责任3．(2023·山东青岛二模)CRISPR/Cas9系统由单链的向导RNA(sgRNA)和限制性内切核酸酶Cas9构成，为高效获得特定基因敲除的斑马鱼系，科研人员利用基因编辑技术(原理如图所示)，用化学方法合成特定的sgRNA，与Cas9mRNA一起注射到斑马鱼细胞，筛选出特定基因敲除的斑马鱼。下列说法正确的是()A．两种RNA可通过显微注射法导入斑马鱼的肌肉细胞B．图中sgRNA通过碱基互补配对实现其引导功能C．Cas9mRNA能对斑马鱼特定基因位点进行切割D．基因敲除后的斑马鱼的发育一定会发生异常解析：B用化学方法合成特定的sgRNA，与Cas9mRNA一起注射到斑马鱼细胞，两种RNA通过显微注射法导入斑马鱼的受精卵，不是肌肉细胞，A错误；sgRNA通过与DNA的碱基互补配对完成对目标DNA的识别，从而实现Cas9蛋白对DNA分子的定位，引导Cas9蛋白到DNA的特定基因位点进行切割，B正确；Cas9蛋白能对基因位点进行切割，而不是Cas9mRNA，C错误；如果敲除的基因是无编码作用的基因片段，则不会导致斑马鱼发育异常，D错误。4．(2023·山东济南二模)猪瘟病毒能与猪细胞膜上的LamR受体蛋白结合，进而侵入细胞引起猪瘟。利用基因编辑技术改变LamR受体蛋白基因，使LamR受体蛋白不能与猪瘟病毒正常结合，但不影响生理功能，从而培育出抗猪瘟病毒猪。基因编辑原理是由一条人为设计的单链向导RNA(sgRNA)引导Cas9蛋白到特定的DNA位点进行切割，从而完成对目的基因的编辑。基因编辑过程如图所示。下列叙述错误的是()A．培育抗猪瘟病毒猪，一般选择受精卵作为基因编辑的受体细胞，这样获得的个体的所有细胞都无法被猪瘟病毒感染B．Cas9蛋白的功能是准确识别DNA特定序列并进行切割C．改造后的受体细胞经培养发育到囊胚或桑葚胚时，可将其进行冷冻保存或胚胎移植D．通过基因编辑技术改造前后的两种LamR基因是等位基因解析：B培育抗猪瘟病毒猪，一般选择受精卵作为基因编辑的受体细胞，改造后的受精卵开始进行胚胎发育，这样获得的个体的所有细胞都无法被猪瘟病毒感染