新高考生物一轮复习精品学案 第10单元 强化练22　基因工程的操作程序（含解析）

强化练22　基因工程的操作程序

1．(2020·安徽宣城期末)烟草是有重要经济价值的双子叶植物，易受TMV(烟草花叶病毒)感染而大幅度减产。绞股蓝细胞中含有抗TMV基因，能抵抗TMV感染。研究人员利用转基因技术培育出了抗TMV的烟草，操作流程如图所示。

(1)过程①表示遗传信息流动中的______________过程，所需原料为__________________。过程③所需要的工具酶是______________________________________________________。

(2)大量扩增目的基因可以使用PCR技术，该技术包括变性、复性、延伸三个步骤，变性这一步骤的目的是_________________________________________________________________

______________________________________________________________________________。

(3)过程④最常用的方法是________________________，过程⑤用到的细胞工程技术是________________________________________________________________________。

(4)过程⑥还需要进行基因工程操作步骤中的________________________，其中，在个体水平上检验获得的烟草是否抗TMV的方法是________________________。

答案　(1)反(逆)转录　四种脱氧核苷酸　限制酶和DNA连接酶　(2)使DNA解链(为单链)　(3)农杆菌转化法　植物组织培养　(4)目的基因的检测与鉴定　用TMV感染烟草，观察烟草是否被感染(或患病)

解析　(1)由图可知，过程①表示以RNA为模板反(逆)转录形成DNA的过程，所需原料为构成DNA的4种脱氧核苷酸。过程③表示构建基因表达载体的过程，需要用同种限制酶切割目的基因与载体，用DNA连接酶连接目的基因与载体的末端。(2)PCR技术中的变性是利用高温使DNA解链成单链。(3)过程④将目的基因导入植物细胞常用农杆菌转化法，过程⑤受体细胞通过植物组织培养技术得到再生植株。(4)过程⑥从再生植株中筛选出转基因成功的抗TMV烟草植株还需要进行目的基因的检测与鉴定；其中，若从个体水平鉴定获得的烟草能否抗TMV，可对转基因烟草接种TMV，观察烟草是否被感染。

2．回答下列与基因工程研究历程有关的问题：

(1)20世纪中叶，一系列基础理论研究取得了重大突破，如艾弗里等人通过肺炎双球菌的转化实验不仅证明了_________________________，还证明了_______________________________。

(2)接下来，技术发明使基因工程的实施成为可能。

①如______________________________的发现为DNA的切割、连接创造了条件；____________________为目的基因的体外大量扩增提供了可能。

②细菌中的质粒分松散型质粒和严谨型质粒。当宿主菌蛋白质合成停止时，严谨型质粒DNA复制随之停止，松散型质粒DNA复制仍可进行。通常选用松散型质粒作为基因工程载体，原因是__________________________。

(3)从哪种基因文库中获取的基因含有启动子？______________(填“基因组文库”“cDNA文库”或“基因组文库和cDNA文库”)。

(4)植物基因工程主要用于提高农作物的抗逆能力，如抗虫、抗病、抗干旱等，请写出一种常用的抗虫基因名称：____________________。

(5)培育转基因抗逆新品种时最好要将目的基因插入植物细胞染色体的DNA上，理由是__________________________________________________________________。

答案　(1)生物的遗传物质是DNA　DNA可以从一种生物个体转移到另一种生物个体

(2)①限制酶、DNA连接酶　PCR技术　②目的基因容易复制(或目的基因的复制不容易受干扰)　(3)基因组文库　(4)Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因，植物凝集素基因(答案合理即可)　(5)使目的基因的遗传特性得以稳定维持和表达

解析　(1)艾弗里等人通过肺炎双球菌的转化实验证明了DNA是遗传物质，还证明了DNA可以从一种生物个体转移到另一种生物个体，并表达特定的性状。(2)①DNA的切割、连接需要限制酶和DNA连接酶的催化，PCR技术为目的基因的体外大量扩增提供了可能。②当宿主菌蛋白质合成停止时，严谨型质粒DNA复制随之停止，松散型质粒DNA复制仍可进行，因此选用松散型质粒作为基因工程载体，有利于目的基因在受体菌内的复制。(3)cDNA文库是通过提取细胞内的mRNA，经过反转录过程获得，mRNA不含有启动子对应的碱基序列，因此从cDNA文库中获得的基因不含有启动子，基因组文库具有该生物的全部基因，具有启动子。(4)用于杀虫的基因主要是Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因等。(5)培育转基因抗逆新品种时最好要将目的基因插入植物细胞染色体的DNA上，这样目的基因可以随着染色体DNA复制而复制，可以使目的基因的遗传特性得以稳定维持和表达。

3．CRISPR/Cas9系统基因编辑技术是近年来颇受关注的一项新技术。该基因表达系统主要包含引导RNA和Cas9蛋白两个部分，引导RNA能识别并结合特定的DNA序列，从而引导Cas9蛋白结合到相应位置并剪切DNA，最终实现对靶基因序列的编辑。研究人员试图用CRISPR/Cas9系统对水稻产量基因Q进行基因编辑，请回答下列问题：

(1)研究发现，CRISPR/Cas9仅存在于原核生物，故需借助________________技术才能在水稻细胞中发挥作用。Cas9蛋白与________酶的功能相似。

(2)首先依据________的部分序列设计DNA片段A(负责编码相应引导RNA)，再将片段A与含有Cas9基因的质粒B连接，以构建编辑水稻基因Q的CRISPR/Cas9系统基因表达载体(如图所示)。位点Ⅰ、位点Ⅱ分别表示____________________的酶切位点。

(3)质粒B大小为2.5 kb(位点Ⅰ与位点Ⅱ相隔60 b)，经酶切后的片段A大小为0.5 kb(千碱基对)，连接形成的表达载体大小为________kb。

(4)常用农杆菌转化法将目的基因导入水稻受体细胞，依据农杆菌的侵染特点，目的基因将插入到Ti质粒的__________上，经过转化作用，进入水稻细胞，并将其插入到____________________，从而使其得以维持稳定和表达。

(5)CRISRP/Cas9基因编辑技术有时存在编辑对象出错而造成脱靶，试从引导RNA的角度分析脱靶的原因：_________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________。

答案　(1)转基因(或DNA重组或基因工程)　限制　(2)基因Q　KpnⅠ、BamHⅠ　(3)2.94　(4)T－DNA　水稻细胞染色体的DNA上　(5)其他DNA序列也含有与引导RNA互补配对的序列，造成引导RNA错误结合而脱靶

解析　(1)若将原核生物的CRISPR/Cas9导入水稻细胞中发挥作用，需要利用基因工程技术，根据题干信息“Cas9蛋白结合到相应位置并剪切DNA”可知Cas9蛋白与限制酶的功能相似。(2)根据题意，水稻产量基因Q是目的基因，故首先需要依据基因Q的部分序列设计DNA片段A，根据片段A两端的限制酶种类以及片段A连接在位点Ⅰ、位点Ⅱ之间，可知位点Ⅰ、位点Ⅱ分别表示KpnⅠ和BamHⅠ的酶切位点。(3)质粒B大小为2.5 kb(位点Ⅰ与位点Ⅱ相隔60 b)，经酶切后的片段A大小为0.5 kb，连接形成的表达载体大小为2.5＋0.5－0.06＝2.94(kb)。(5)由于其他DNA序列也含有与引导RNA互补配对的序列，造成引导RNA错误结合，从而导致CRISRP/Cas9基因编辑技术会出现编辑对象出错而造成脱靶。

4．大肠杆菌的质粒上含有lacZ基因，其编码的产物β-半乳糖苷酶在X－gal和IPTG同时存在时，可以产生蓝色沉淀，使菌落呈现蓝色，否则菌落呈现白色。如图为利用该质粒进行的转基因过程，回答下列问题：

(1)在基因工程中，大肠杆菌质粒通常作为__________，除此以外，基因工程操作还需要____________________和________________两种工具酶。

(2)基因工程的核心操作步骤是____________________________。

(3)本题中将目的基因导入受体细胞的方法是______________，目的基因在受体细胞内维持稳定和表达的过程，称为 ________。

(4)加入了X－gal和IPTG培养基被称为________培养基，能够筛选出含目的基因的菌落是________(填“①”“②”或“③”)，颜色是________。

答案　(1)载体　限制性核酸内切酶　DNA连接酶　(2)基因表达载体的构建　(3)感受态细胞法　转化　(4)选择　③　白色

解析　(1)基因工程的四个步骤分别是目的基因的获取、基因表达载体的构建、将目的基因导入受体细胞、目的基因的检测与鉴定，在将目的基因导入受体细胞时，大肠杆菌质粒通常作为载体；除此以外，在目的基因的获取、构建基因表达载体时，还需要限制性核酸内切酶和DNA连接酶两种工具酶。(4)加入X－gal和IPTG的培养基属于选择培养基，因此加入X－gal和IPTG的目的是将导入重组质粒的大肠杆菌筛选出来。在同时具有X－gal和IPTG的培养基中，如果大肠杆菌中导入完整的lacZ基因，则该基因可以控制合成β-半乳糖苷酶，菌落应该呈现蓝色，否则菌落呈现白色，因此菌落①和②均呈现蓝色，而菌落③呈现白色。