集训14 现代生物科技专题

1．(2019·天津卷)B基因存在于水稻基因组中，其仅在体细胞(2n)和精子中正常表达，但在卵细胞中不转录。为研究B基因表达对卵细胞的影响，设计了如下实验。

据图回答：

(1)B基因在水稻卵细胞中不转录，推测其可能的原因是卵细胞中________(单选)。 A．含B基因的染色体缺失 B．DNA聚合酶失活 C．B基因发生基因突变 D．B基因的启动子无法启动转录

(2)从水稻体细胞或________中提取总RNA，构建____________文库，进而获得B基因编码蛋白的序列。将该序列与Luc基因(表达的荧光素酶能催化荧光素产生荧光)连接成融合基因(表达的蛋白质能保留两种蛋白质各自的功能)，然后构建重组表达载体。

(3)在过程①、②转化筛选时，过程________中T-DNA整合到受体细胞染色体DNA上，过程________在培养基中应加入卡那霉素。

(4)获得转基因植株过程中，以下鉴定筛选方式正确的是________(多选)。 A．将随机断裂的B基因片段制备成探针进行DNA分子杂交 B．以Luc基因为模板设计探针进行DNA分子杂交

C．以B基因编码蛋白的序列为模板设计探针与从卵细胞提取的mRNA杂交 D．检测加入荧光素的卵细胞中是否发出荧光

(5)从转基因植株未成熟种子中分离出胚，观察到细胞内仅含一个染色体组，判定该胚是由未受精的卵细胞发育形成的，而一般情况下水稻卵细胞在未受精时不进行发育，由此表明_______________________________________

_________________________________________________________。

解析 (1)B基因的启动子无法启动转录，会导致B基因在水稻卵细胞中不转录。(2)利用水稻体细胞或精子中提取的总RNA，经逆转录法构建的基因文库为cDNA文库。(3)过程①需将基因表达载体导入农杆菌，所以可在培养基中加入卡那霉素以筛选成功导入了基因表达

载体的农杆菌。过程②农杆菌感染水稻愈伤组织，农杆菌Ti质粒的T-DNA可整合到受体细胞染色体DNA上。(4)水稻细胞中本来就有B基因，正常植株也会出现杂交带，故A错误；B、D选项是检测Luc基因及其产物，B、D正确；C选项检测对象是卵细胞中mRNA，正常水稻植株卵细胞中无B基因的mRNA，C正确。(5)一般情况下，水稻卵细胞在未受精时不能发育成胚，而转基因植株未受精的卵细胞能发育成胚，说明B基因表达能使卵细胞不经受精直接发育成胚。

答案 (1)D (2)精子 cDNA (3)② ① (4)BCD (5)B基因表达能使卵细胞不经受精直接发育成胚

2．过氧化氢酶广泛存在于自然界的生物体中，其能够将过氧化氢分解为水和分子氧，在纺织、造纸、食品、临床分析及医疗诊断等行业中也具有重要的应用价值。某科研小组用PCR技术得到嗜热脂肪芽孢杆菌过氧化氢酶基因perA，转化大肠杆菌得到了耐热过氧化氢酶基因工程菌，工程菌的制备流程如图所示。请回答下列问题：

(1)基因工程操作的核心步骤是____________________________，将目的基因导入大肠杆菌细胞的常用方法是______________________________。

(2)PCR技术体外扩增DNA的原理是________________________，从酶的角度比较PCR技术和人体内DNA复制的不同：___________________________

___________________________________________________________。 若通过PCR技术对perA扩增5代，共需要消耗引物的数量为______个。

(3)从分子水平检测大肠杆菌工程菌内是否产生了耐高温的过氧化氢酶的方法是________________，将原核细胞作为基因工程的受体细胞的突出优点是______________________________。

(4)采用蛋白质工程进一步改造该酶的基本途径：从提高酶的活性出发，设计预期的蛋白质结构，推测应有的氨基酸序列，找到相对应的__________________。

解析 (1)基因工程操作的核心步骤是基因表达载体的构建。将目的基因导入大肠杆菌细胞常用的方法是用钙离子处理大肠杆菌制备感受态细胞。(2)PCR技术体外扩增DNA的原理是DNA双链复制，从酶的角度分析，人体内DNA复制过程需要解旋酶和DNA聚合酶，PCR技术不需要解旋酶，但需要能耐高温的DNA聚合酶。若通过PCR技术对perA扩增5代，由于每条新合成的链都需要引物，因此共需要的引物数量为2＋4＋8＋16＋32＝62(个)。(3)从分子水平检测大肠杆菌工程菌内是否产生了耐高温的过氧化氢酶的方法是抗原—抗体杂交法。原核生物繁殖快，多为单细胞，遗传物质相对较少，因此常用作基因工程的受体细胞。

(4)蛋白质工程的步骤是预期蛋白质的功能→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到相对应的脱氧核苷酸序列。

答案 (1)基因表达载体的构建 钙离子处理法

(2)DNA双链复制 人体内DNA复制需要解旋酶和DNA聚合酶，PCR技术不需要解旋酶，但需要能耐高温的DNA聚合酶(合理即可) 62

(3)抗原—抗体杂交法 繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少 (4)脱氧核苷酸序列

3．MAP30蛋白是一种能使Ⅰ型核糖体失活的蛋白质，存在于苦瓜果实和种子中。MAP30蛋白具有抗肿瘤、抗菌、抗病毒、抗艾滋病的功能，近年来引起人们的广泛关注。

(1)人们已经清楚MAP30蛋白的氨基酸序列，可以用________________________方法获得MAP30蛋白的基因。利用PCR技术扩增该基因，PCR反应体系的主要成分应该包含：________________________

、

________________

2＋

、________________、

______________________、扩增缓冲液(含Mg)和水等。

(2)科学家用MAP30蛋白的基因与某种病毒的DNA构建基因表达载体，导入南瓜细胞中，在这个过程中，需要使用到的酶是______________________。为了避免出现“目的基因自身环化”、“目的基因在运载体上反向连接”的问题，请提出一种解决该问题的思路：_____________________________。

(3)可用________________方法得到愈伤组织大规模生产MAP30蛋白，用______________方法检测MAP30的基因是否在南瓜果实中成功表达。

解析 (1)在已知氨基酸排列顺序的情况下，可以用化学合成的方法来合成相应的基因。PCR反应体系的主要成分应该包含进行DNA复制的原料即4种脱氧核糖核苷酸、进行复制的模板DNA、引物对和热稳定DNA聚合酶(Taq酶)等。(2)构建基因表达载体需要用到限制酶和DNA连接酶，如果用两种限制酶分别去切割目的基因和运载体，这样目的基因两端的黏性末端和运载体两端的黏性末端都不同，就不会自身环化，也不会出现目的基因在运载体上反向连接的情况了。(3)愈伤组织的获得需要用植物组织培养技术。检测目的基因是否表达可用抗原—抗体杂交方法。

答案 (1)化学合成(人工合成) 4种脱氧核糖核苷酸 模板DNA 引物(对) 热稳定DNA聚合酶(Taq酶)

(2)限制酶、DNA连接酶 分别使用两种限制酶去剪切目的基因和运载体 (3)植物组织培养 抗原—抗体杂交

4．基因工程和植物细胞工程技术在科研和生产实践中有广泛应用，请据图回答下列问题：

(1)①②过程采用最多的是农杆菌转化法，原因是农杆菌中Ti质粒上的__________可转移到受体细胞并整合到受体细胞的染色体DNA上；检测目的基因是否导入受体细胞可用DNA分子杂交技术，要用________________________作探针。

(2)图中③④过程需在无菌条件下进行，培养基中除加入营养物质外，还需添加________________等物质，作用是_____________________________。

(3)若要获取转基因植物人工种子，需培养到________________阶段，再进行人工种皮的包裹；如用植物细胞实现目的基因所表达的蛋白质类药物的工厂化生产，培养到________________阶段即可。

(4)若采用植物体细胞杂交技术获得新的植物体，细胞间杂交一般采用________________________作为诱导剂诱导细胞融合。

解析 (1)农杆菌中的Ti质粒是基因工程中常用的载体，它之所以具有运载作用，是因为Ti质粒上有一段可转移的DNA片段，即TDNA能够与目的基因一起整合到受体细胞的染色体DNA上；在分子水平上检测目的基因是否导入受体细胞可用DNA分子杂交技术，要用放射性同位素标记的目的基因作探针，如果出现DNA杂交带，则表示目的基因导入了受体细胞。(2)图中③④过程分别表示植物组织培养过程的脱分化和再分化过程，培养基中必须加入植物激素，以便调节脱分化和再分化的过程，有利于新生植物体的构建。(3)植物组织培养过程在不同的阶段有不同的培养用途，如要获得大量的细胞产物，则培养到愈伤组织阶段即可，如要制备人工种子，则要培养到胚状体阶段。(4)植物体细胞杂交中，细胞间的诱导融合有物理方法和化学方法，化学方法通常用聚乙二醇作为诱导剂。

答案 (1)TDNA(或可转移的DNA) 放射性同位素标记的含目的基因的DNA片段 (2)植物激素(植物生长调节剂) 控制细胞的脱分化与再分化 (3)胚状体 愈伤组织 (4)聚乙二醇

5．(2019·江苏卷)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。下图为基因编辑猪培育流程，请回答下列问题：