综合提能检测(十七)利用基因工程改造生物体-获得有用的产品

综合提能检测（十七）利用基因工程改造生物体，获得有用的产品一、选择题1．(2021·日照一模)新冠病毒通过其表面刺突蛋白(S蛋白)的受体结合域(RBD)与人体细胞表面的ACE2受体相互作用，侵入人体细胞。研究人员设计并合成了一种自然界不存在的LCB1蛋白药物，可识别并紧密结合S蛋白的RBD，以干扰新冠病毒的感染。下列叙述错误的是()A．LCB1可能与ACE2受体的某些区域结构类似B．LCB1可以依据S蛋白的RBD结构进行设计C．LCB1是通过细胞中原有的基因表达产生的D．LCB1设计和合成是通过蛋白质工程实现的解析：选C由题干信息分析可知，新冠病毒是通过其表面的S蛋白的RBD与人体细胞表面的ACE2受体相互作用；而人工合成的LCB1可识别并紧密结合S蛋白的RBD，阻止S蛋白的RBD与ACE2受体结合，这说明LCB1可能与ACE2受体的某些区域结构类似，A正确；由题干信息分析可知，人工合成的LCB1可以与S蛋白的RBD结合，故LCB1可以依据S蛋白的RBD结构进行设计，B正确；LCB1是人工设计并合成的一种自然界不存在的蛋白质，故LCB1并不是通过细胞中原有的基因表达产生的，C错误；LCB1是人工设计并合成的一种自然界不存在的蛋白质，而基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质，故LCB1设计和合成是通过蛋白质工程实现的，D正确。2．(2021·德州模拟)将小菜蛾细胞的羧酸酯酶基因(CarE)导入水稻细胞，培育抗农药水稻新品种，过程如图所示。下列叙述错误的是()A．必须将含CarE基因的质粒导入水稻的受精卵B．构建重组质粒时，应选用PstⅠ和SmaⅠ分别切割质粒和含CarE基因的DNAC．Tetr的作用是鉴别和筛选含CarE基因的细胞D．通过检测表达产物来判断CarE基因在水稻细胞中是否发挥功能作用解析：选A不一定要导入水稻的受精卵，但是导入受精卵效果要好，A错误；构建重组质粒时，应选用PstⅠ和SmaⅠ分别切割质粒和含CarE基因的DNA，B正确；Tetr是标记基因，是为了鉴定受体细胞中是否含有目的基因，从而将含有目的基因的细胞筛选出来，C正确；通过检测表达产物来判断CarE基因在水稻细胞中是否发挥功能作用，D正确。3．(2021·北京海淀区二模)OsGLOI、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。下列叙述正确的是()A．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量B．四个基因转录时都以DNA的同一条单链为模板C．应选用含卡那霉素的培养基筛选被农杆菌转化的水稻细胞D．四个基因都在水稻叶绿体内进行转录翻译解析：选A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量，杂交带相对量越多，表明目的基因翻译成的蛋白质含量越高，A正确；由题图可知，在同一个T-DNA中OsGLOI启动子启动转录的方向与其他三个基因的不同，四个基因转录时不都以DNA的同一条单链为模板，B错误；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，应选用含潮霉素的培养基筛选被农杆菌转化的水稻细胞，C错误；由题意知，利用农杆菌转化法转化水稻，可使目的基因插入到水稻细胞中的染色体DNA上，所以与叶绿体转运肽基因连接的四个基因，在水稻细胞核内进行转录，在核糖体中进行翻译，D错误。4．(2021·济南模拟)Mischel的研究团队对来自117位病人的肿瘤细胞系、8个非癌性人类细胞样本和10个永生非癌细胞系共2572个细胞进行研究，通过成像软件检测发现几乎40%的癌症类型和近90%的脑部肿瘤异种移植模型均含有大量似“甜甜圈”般的环状DNA(ecDNA)，而在正常细胞中几乎从未检测到。存在于染色体外的ecDNA没有着丝粒，有利于较远距离的“增强子(起增加基因表达的作用)”发挥作用。如图为ecDNA的形成过程及增强子与致癌基因相互作用的示意图。下列叙述错误的是()A．ecDNA上致癌基因大量表达的原因之一是环状结构改变了增强子与癌基因的位置，加强了表达B．与染色体平均分配不同，ecDNA往往随机分配到子细胞内C．ecDNA可能存在于细胞核，它的遗传不符合孟德尔遗传规律D．图中的致癌基因可能是抑癌基因，其表达产物量增多可促进细胞分裂解析：选D由题意可知，绝缘子能阻断某些基因增强子的作用，癌细胞中的大量环状DNA(ecDNA)的出现，改变了增强子与癌基因的位置，导致原本不能发挥作用的较远距离的增强子能发挥作用，从而增强癌基因的表达，A正确；由于ecDNA没有着丝粒，因此在复制以后无法由纺锤丝牵引实现平均分配，ecDNA往往随机分配到子细胞内，B正确；癌细胞的ecDNA是存在于染色体外的环状DNA且没有着丝粒，在减数分裂过程中不会随染色体发生分离和自由组合，其遗传不符合孟德尔遗传规律，C正确；由题干信息可知，癌细胞中的ecDNA为环状且没有着丝粒，有利于较远距离的“增强子”发挥作用，所以ecDNA上的癌基因会比染色体上的癌基因的表达强烈；根据癌细胞增殖的特点可以推测，ecDNA上的癌基因的表达产物量增多可促进细胞分裂。正常细胞中的抑癌基因可以抑制细胞不正常的增殖，因此图中的癌基因不可能是抑癌基因，D错误。5．(2021·通化模拟)科学研究发现Notch基因编码一类高度保守的细胞表面受体，通过与其相应的配体结合调控细胞增殖、分化和凋亡等。为了研究Notch基因表达产物的功能，科学家构建含Notch基因的重组质粒，并在大肠杆菌中表达。下列相关分析错误的是()A．可以用逆转录的方法和PCR技术获得Notch基因B．利用PCR技术扩增目的基因时，高温代替了解旋酶的功能C．可通过核酸分子杂交的方法判断导入的基因是否成功表达D．基因表达载体的构建是基因工程的核心解析：选C获取目的基因的方法有从基因文库中获取，利用PCR扩增，人工合成等，故可以用逆转录的方法和PCR技术获得Notch基因，A正确；利用PCR技术扩增目的基因时，高温变性可以将DNA双链打开，代替了解旋酶的功能，B正确；判断导入的基因是否成功表达，需要用抗原—抗体杂交技术，C错误；基因表达载体的构建是基因工程的核心，D正确。6．(2021·滨州一模)构建基因表达载体时，可利用碱性磷酸单酯酶催化载体的5′-P变成5′-OH，如图所示。将经过该酶处理的载体与外源DNA连接时，由于5′-OH与3′-OH不能连接而形成切口(nick)。下列说法错误的是()A．经碱性磷酸单酯酶处理的载体不会发生自身环化B．外源DNA也必需用碱性磷酸单酯酶处理C．T4DNA连接酶可连接黏性末端和平末端D．重组DNA经过2次复制可得到不含nick的子代DNA解析：选B将经过该酶处理的载体与外源DNA连接时，由于5′-OH与3′-OH不能连接而形成切口(nick)，因此经碱性磷酸单酯酶处理的载体不会发生自身环化，A正确；外源DNA不能用碱性磷酸单酯酶处理，如用碱性磷酸单酯酶处理，载体与外源DNA不能连接形成重组DNA，B错误；T4DNA连接酶可连接黏性末端和平末端，C正确；DNA是半保留复制，重组DNA经过2次复制，可得到2个不含nick的子代DNA，D正确。7．(2021·丹东二模，多选)胰岛素用于治疗糖尿病，但胰岛素注射后易在皮下堆积，需较长时间才能进入血液，进入血液后又易被分解，因此治疗效果受到影响。如图是新的速效胰岛素的生产过程，有关叙述正确的是()A．新的胰岛素的产生是依据基因工程原理完成的B．新的胰岛素生产过程中涉及中心法则C．新的胰岛素产生过程中最困难的一步是由胰岛素分子结构推测氨基酸序列D．若用大肠杆菌生产新的胰岛素，常用Ca2＋处理大肠杆菌解析：选ABCD生产新的胰岛素属于蛋白质过程，依据基因工程原理完成的，A正确；新的胰岛素生产过程中涉及中心法则，B正确；新的胰岛素生产过程中最关键也是最困难的一步是由胰岛素分子结构推测氨基酸序列，C正确；若要利用大肠杆菌生产新的胰岛素，常用Ca2＋处理大肠杆菌以导入修饰改造好的胰岛素基因，D正确。二、非选择题8．Bar基因存在于青麻、黑麦草等生物体内，其编码的酶可使除草剂草丁膦失去毒害作用。培育转Bar基因大豆，对于控制豆田杂草有重要意义。为了把Bar基因导入大豆细胞，需将Bar基因插入pUc18质粒中构建中间表达载体，然后与Ti质粒重组为重组表达载体系统。如图为pUc18质粒的结构示意图，回答下列问题：(1)不能利用黑麦草与大豆进行有性杂交的方法让大豆获得Bar基因，原因是________________________________________________________________________。(2)构建中间表达载体时，为了便于筛选出含有Bar基因的重组质粒，需将Bar基因插入到pUc18质粒的______中形成重组质粒并导入大肠杆菌，然后在添加____________________的培养基上培养大肠杆菌，菌落呈白色的即为含中间表达载体的大肠杆菌。(3)中间表达载体需插入到Ti质粒的________中才能将Bar基因整合到植物细胞的染色体DNA上，原因是________________________________________________________________________。(4)可通过________法直接将重组表达载体导入大豆细胞的原生质体。导入Bar基因的原生质体需________，经脱分化形成________，再进一步分化才能获得转Bar基因大豆植株。解析：(1)由于黑麦草与大豆之间存在生殖隔离，因此不能利用黑麦草与大豆进行有性杂交的方法让大豆获得Bar基因。(2)根据图中信息可知，lacZ基因编码β-半乳糖苷酶，β-半乳糖苷酶可以将培养基中的X-gal水解，使菌落呈蓝色，否则菌落呈白色。因此，构建中间表达载体时，为了便于筛选出含有Bar基因的重组质粒，需将Bar基因插入到pUc18质粒的lacZ中形成重组质粒并导入大肠杆菌，然后在添加氨苄青霉素和X-gal的培养基上培养大肠杆菌，菌落呈白色的即为含中间表达载体的大肠杆菌。(3)Ti质粒上的T-DNA可转移至受体细胞，并且整合到受体细胞染色体的DNA上。根据这一特点，如果将目的基因插入到Ti质粒的T-DNA上，通过农杆菌的转化作用，就可以把目的基因整合到植物细胞的染色体DNA上。(4)可通过显微注射法直接将重组表达载体导入大豆细胞的原生质体。导入Bar基因的原生质体需再生出细胞壁，经脱分化形成愈伤组织，再进一步分化才能获得转Bar基因大豆植株。答案：(1)黑麦草与大豆之间存在生殖隔离(2)lacZ氨苄青霉素和X-gal(3)T-DNAT-DNA可转移至受体细胞并整合到受体细胞的染色体DNA上(4)显微注射再生出细胞壁愈伤组织9．(2021·烟台二模)长期高血糖可引发血管细胞衰老。科研人员为研究S蛋白在因高血糖引发的血管细胞衰老中的作用，以腺病毒为载体将编码S蛋白的S基因导入血管细胞，实现S蛋白在血管细胞中的大量表达。(1)腺病毒的遗传物质为DNA，其复制需要E1、E2、E3基因共同完成。为将S基因导入腺病毒，科研人员首先构建了含S基因的重组质粒，如图1所示。在构建含S基因的重组质粒时，通过____________________________________________________的方法可鉴定重组质粒是否插入了S基因。将图1中含S基因的重组质粒用________酶切割后，获得改造后的腺病毒DNA；将其导入A细胞(A细胞含有E3基因，可表达E3蛋白)，如图2所示。腺病毒DNA在A细胞内能够__________________________________，从而产生大量重组腺病毒，腺病毒进入宿主细胞后不整合到宿主细胞染色体上。(2)综合上述信息，从生物安全性角度分析重组腺病毒载体的优点：________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(写出2点)。(3)用含S基因的重组腺病毒分别感染正常人及糖尿病患者的血管细胞，使S蛋白在血管细胞中大量表达。对正常人、糖尿病患者及二者转入S基因后血管细胞中能促进细胞衰老的I蛋白进行检测，结果如图3所示(颜色越深代表表达量越高)。可用____________方法检测I蛋白的表达量，实验结果显示____________血管细胞中I蛋白表达量最高，推测S蛋白对高血糖引发的血管细胞衰老的作用及机制是_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)在构建含S基因的重组质粒时，通过设计S基因特异的引物进行PCR的方法可鉴定重组质粒是否插入了S基因。根据图1中限制酶切割位点可知，图1中含S基因的重组质粒用PacⅠ酶切割后，获得改造后的腺病毒DNA；腺病毒DNA在A细胞内能够复制并指导腺病毒外壳蛋白的合成从而产生大量重组腺病毒，腺病毒进入宿主细胞后不整合到宿主细胞染色体上。(2)综合上述信息，从生物安全性角度分析重组腺病毒载体的优点：重组腺病毒只能在A细胞中复制，即使侵染其他细胞，也不能复制；重组腺病毒进入宿主细胞后不整合到宿主细胞染色体上；腺病毒是人工改造的载体，不含致病基因。(3)检测I蛋白的表达量可用抗原—抗体杂交的方法，图3中显示糖尿病患者血管细胞中I蛋白表达量最高，推测S蛋白对高血糖引发的血管细胞衰老的作用及机制是S蛋白通过降低I蛋白的含量，抑制高血糖引发的血管细胞衰老。答案：(1)设计S基因特异的引物进行PCR(或用S基因特异序列作为探针进行核酸分子杂交)PacⅠ复制并指导腺病毒外壳蛋白的合成(2)重组腺病毒只能在A细胞中复制，即使侵染其他细胞，也不能复制；重组腺病毒进入宿主细胞后不整合到宿主细胞染色体上；腺病毒是人工改造的载体，不含致病基因(3)抗原—抗体杂交糖尿病患者(或2组)S蛋白通过降低I蛋白的含量，抑制高血糖引发的血管细胞衰老10．(2021·济宁模拟)基因X的表达产物可保护损伤的神经细胞。科学家构建了含X的基因表达载体(图1)，并导入到大鼠神经干细胞中，用于干细胞基因治疗的研究。请据此回答下列问题：(1)构建含X的基因表达载体时，应选择图1中的____________限制酶。(2)酶切后的载体和基因X进行连接，可产生3种连接产物：单个载体自连，基因X与载体正向连接、基因X与载体反向连接(如图1所