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简答题

科学家通过基因工程的方法培育抗虫棉时,需从苏云金芽孢杆菌中提取出抗虫基因,“放入”棉花的细胞中与棉花结合起来并发挥作用,请完成下列有关问题:

(1)从苏云金芽孢杆菌中切割抗虫基因所用的工具是______,这种酶的作用部位是______.此工具主要存在于______中,其特点是______

(2)进行基因工程操作一般要经过的四个步骤是:________________________

正确答案

解:(1)从供体细胞中获取目的基因需要利用限制酶.限制酶主要从原核生物中分离纯化出来,能够识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列,并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断裂,形成黏性末端或平末端.

(2)进行基因工程操作一般要经过的四个步骤是:目的基因的获取;基因表达载体的构建(或目的基因与运载体结合);将目的基因导入受体细胞;目的基因的检测与鉴定.

故答案为:

(1)限制酶 磷酸二酯键  微生物

一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列,并在特定的切点切割

(2)目的基因的获取 基因表达载体的构建(或目的基因与运载体结合) 将目的基因导入受体细胞 目的基因的检测与鉴定

解析

解:(1)从供体细胞中获取目的基因需要利用限制酶.限制酶主要从原核生物中分离纯化出来,能够识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列,并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断裂,形成黏性末端或平末端.

(2)进行基因工程操作一般要经过的四个步骤是:目的基因的获取;基因表达载体的构建(或目的基因与运载体结合);将目的基因导入受体细胞;目的基因的检测与鉴定.

故答案为:

(1)限制酶 磷酸二酯键  微生物

一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列,并在特定的切点切割

(2)目的基因的获取 基因表达载体的构建(或目的基因与运载体结合) 将目的基因导入受体细胞 目的基因的检测与鉴定

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如图是从酵母菌中获取某植物需要的控制某种酶合成的基因的流程,结合所学知识及相关信息回答下列问题:

(1)①过程提取的DNA需要______的切割,B过程是______

(2)为在短时间内大量获得目的基因,可用______扩增的方法,其原理是______

(3)将该目的基因导入某双子叶植物细胞,常采用的方法是______,其能否在此植物体内稳定遗传的关键是______;可以用______技术进行检测.

(4)如果要想使该酶活性更强或具有更强的耐受性,需要对现有蛋白质进行改造,这要通过蛋白质工程.要设计预期的______,再推测应有的氨基酸序列,找到相对应的脱氧核苷酸序列.

正确答案

解:(1)从酵母菌细胞中提取目的基因,需用到限制性核酸内切酶;以mRNA为模板合成cDNA的过程为逆转录.

(2)PCR技术是一项在生物体外复制特定DNA片段的核酸合成技术,采用该技术能在短时间内获得大量目的基因;PCR技术的原理是DNA复制.

(3)将基因表达载体导入双子叶植物细胞常用农杆菌转化法;目的基因整合到植物细胞的染色体上是其能在此植物体内稳定遗传的关键;检测目的基因是否整合到植物细胞的染色体上可采用DNA分子杂交技术.

(4)蛋白质工程的过程:预期蛋白质功能→设计预期的蛋白质结构→推测应有氨基酸序列→找到对应的脱氧核苷酸序列(基因).

故答案为:

(1)限制酶 逆转录

(2)PCR技术   DNA复制

(3)农杆菌转化法    目的基因整合到植物细胞的染色体上   DNA分子杂交

(4)蛋白质结构

解析

解:(1)从酵母菌细胞中提取目的基因,需用到限制性核酸内切酶;以mRNA为模板合成cDNA的过程为逆转录.

(2)PCR技术是一项在生物体外复制特定DNA片段的核酸合成技术,采用该技术能在短时间内获得大量目的基因;PCR技术的原理是DNA复制.

(3)将基因表达载体导入双子叶植物细胞常用农杆菌转化法;目的基因整合到植物细胞的染色体上是其能在此植物体内稳定遗传的关键;检测目的基因是否整合到植物细胞的染色体上可采用DNA分子杂交技术.

(4)蛋白质工程的过程:预期蛋白质功能→设计预期的蛋白质结构→推测应有氨基酸序列→找到对应的脱氧核苷酸序列(基因).

故答案为:

(1)限制酶 逆转录

(2)PCR技术   DNA复制

(3)农杆菌转化法    目的基因整合到植物细胞的染色体上   DNA分子杂交

(4)蛋白质结构

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绿色荧光蛋白GFP能在蓝光或紫外光的激发下发出荧光,这样借助GFP发出的荧光就可以跟踪蛋白质在细胞内部的移动情况,帮助推断蛋白质的功能.如图为我国首例绿色荧光蛋白(GFP)转基因克隆猪的培育过程示意图,据图回答:

(1)若限制酶Ⅰ的识别序列和切点是-GGATCC-,限制酶Ⅱ的识别序列和切点是-GATC-,在质粒上有酶Ⅰ的一个切点,在目的基因的两侧各有1个酶Ⅱ的切点,在DNA连接酶的作用下,上述两种不同限制酶切割后形成的黏性末端能否连接起来______,理由是:______

(2)过程③将重组质粒导入猪胎儿成纤维细胞时,采用最多的方法是______

(3)获得转基因猪的关键步骤是______(填序号),GFP基因的作用是作为______.抑制小猪抗原表达的基因要插入到启动子和______之间.获得的转基因克隆猪,可以解决的医学难题是可以避免______

(4)目前科学家们通过蛋白质工程制造出了蓝色荧光蛋白,黄色荧光蛋白等,采用蛋白质工程技术制造出蓝色荧光蛋白过程的正确顺序是:______(用数字表示).

①推测蓝色荧光蛋白的氨基酸序列和基因的核苷酸   ②蓝色荧光蛋白的功能分析和结构设计序列

③蓝色荧光蛋白基因的修饰(合成)              ④表达出蓝色荧光蛋白.

正确答案

解:(1)限制性内切酶Ⅰ的识别序列和切点是-GGATCC-,限制性内切酶Ⅱ的识别序列和切点是-GATC-,可见这两种限制酶切割后形成的黏性末端相同,因此能在DNA连接酶的作用下连接起来.

(2)将重组质粒导入动物细胞的方法是显微注射法.

(3)获得转基因猪的关键步骤是②,构建基因表达载体.GFP基因的作用是作为标记基因.抑制小猪抗原表达的基因要插入到启动子和终止子之间.获得的转基因克隆猪,可以解决的医学难题是可以避免器官移植时发生免疫排斥反应.

(4)蛋白质工程的基本途径:从预期的蛋白质功能出发,设计预期的蛋白质结构,推测应有的氨基酸序列,找到相对应的脱氧核苷酸序列(基因)以上是蛋白质工程特有的途径;以下按照基因工程的一般步骤进行.因此,采用蛋白质工程技术制造出蓝色荧光蛋白过程的正确顺序是:②蓝色荧光蛋白的功能分析和结构设计序列;①推测蓝色荧光蛋白的氨基酸序列和基因的核苷酸;③蓝色荧光蛋白基因的修饰(合成);④表达出蓝色荧光蛋白.

故答案为:

(1)可以连接 因为由两种不同限制酶切割后形成的黏性末端是相同的

(2)显微注射技术

(3)②标记基因 终止子 器官移植时发生免疫排斥反应

(4)②①③④

解析

解:(1)限制性内切酶Ⅰ的识别序列和切点是-GGATCC-,限制性内切酶Ⅱ的识别序列和切点是-GATC-,可见这两种限制酶切割后形成的黏性末端相同,因此能在DNA连接酶的作用下连接起来.

(2)将重组质粒导入动物细胞的方法是显微注射法.

(3)获得转基因猪的关键步骤是②,构建基因表达载体.GFP基因的作用是作为标记基因.抑制小猪抗原表达的基因要插入到启动子和终止子之间.获得的转基因克隆猪,可以解决的医学难题是可以避免器官移植时发生免疫排斥反应.

(4)蛋白质工程的基本途径:从预期的蛋白质功能出发,设计预期的蛋白质结构,推测应有的氨基酸序列,找到相对应的脱氧核苷酸序列(基因)以上是蛋白质工程特有的途径;以下按照基因工程的一般步骤进行.因此,采用蛋白质工程技术制造出蓝色荧光蛋白过程的正确顺序是:②蓝色荧光蛋白的功能分析和结构设计序列;①推测蓝色荧光蛋白的氨基酸序列和基因的核苷酸;③蓝色荧光蛋白基因的修饰(合成);④表达出蓝色荧光蛋白.

故答案为:

(1)可以连接 因为由两种不同限制酶切割后形成的黏性末端是相同的

(2)显微注射技术

(3)②标记基因 终止子 器官移植时发生免疫排斥反应

(4)②①③④

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糖尿病是近年来高发的“富贵病”,常见类型有遗传型糖尿病和Ⅱ型糖尿病.遗传型糖尿病的主要病因之一是胰岛受损.科研机构作出如下设计:取糖尿病患者的细胞,将人的正常胰岛素基因导入其中,然后做细胞培养,诱导产生胰岛组织,重新植入患者的胰岛,使胰岛恢复功能.Ⅱ型糖尿病需要注射胰岛素治疗. 目前临床使用的胰岛素制剂注射后120min后才出现高峰,与人体生理状态不符.科研人员通过一定的工程技术手段,将胰岛素B链的28号和29号氨基酸互换,获得了速效胰岛素,已通过临床试验.

(1)对遗传型糖尿病进行基因治疗的方案中,胰岛素基因称为______,实验室中要先对该基因利用______技术进行扩增.将该基因导入正常细胞所用的方法是______

(2)对遗传型糖尿病患者进行治疗的基因工程步骤中的核心步骤是______

(3)科研人员利用蛋白质工程合成速效胰岛素,该技术的实验流程为:

其中,流程A是______,流程B是______

(4)与基因工程相比,蛋白质工程是以______蛋白质分子的结构规律及其____________生物功能的关系作为基础,通过基因或基因,对现有蛋白质进行,制造一种新的蛋白质,以满足人类的生产生活需要.

正确答案

解:(1)对遗传型糖尿病进行基因治疗的方案中,胰岛素基因称为目的基因;PCR技术可在体外快速扩增目的基因;将该基因导入动物细胞最有效的方法是显微注射法.

(2)基因工程步骤中的核心步骤是基因表达载体的构建.

(3)蛋白质工程的过程:根据中心法则逆推以确定目的基因的碱基序列:预期蛋白质功能→设计预期的蛋白质结构→推测应有氨基酸序列→找到对应的脱氧核苷酸序列(基因).因此,图中流程A是预期蛋白质的功能,流程B是相应的氨基酸序列.

(4)蛋白质工程指以蛋白质的结构规律及其与生物功能的关系作为基础,通过基因修饰或基因合成,对现有蛋白质进行基因改造,或制造一种新的蛋白质,以满足人类的生产和生活的需要.

故答案为:

(1)目的基因   PCR     显微注射法

(2)基因表达载体构建 (目的基因与运载体结合)

(3)预期蛋白质的功能    相应的氨基酸序列

(4)修饰   合成   改造

解析

解:(1)对遗传型糖尿病进行基因治疗的方案中,胰岛素基因称为目的基因;PCR技术可在体外快速扩增目的基因;将该基因导入动物细胞最有效的方法是显微注射法.

(2)基因工程步骤中的核心步骤是基因表达载体的构建.

(3)蛋白质工程的过程:根据中心法则逆推以确定目的基因的碱基序列:预期蛋白质功能→设计预期的蛋白质结构→推测应有氨基酸序列→找到对应的脱氧核苷酸序列(基因).因此,图中流程A是预期蛋白质的功能,流程B是相应的氨基酸序列.

(4)蛋白质工程指以蛋白质的结构规律及其与生物功能的关系作为基础,通过基因修饰或基因合成,对现有蛋白质进行基因改造,或制造一种新的蛋白质,以满足人类的生产和生活的需要.

故答案为:

(1)目的基因   PCR     显微注射法

(2)基因表达载体构建 (目的基因与运载体结合)

(3)预期蛋白质的功能    相应的氨基酸序列

(4)修饰   合成   改造

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南瓜易种植,抗病、抗虫能力强,产量高.有人突发奇想,欲用南瓜生产人胰岛素.如图是用农杆菌转化法培育转基因南瓜的示意图,请回答下列问题:

(1)图中的目的基因是______,利用PCR技术扩增目的基因时与单链互补的引物在______(酶)作用下进行延伸合成子链,扩增循环6次可产生______个目的基因.

(2)载体a是______,在过程中将目的基因插入到载体a的[b]______上,再通过整合到南瓜细胞染色体的DNA上,得到转基因南瓜细胞.

(3)过程采用的技术是______,检测该转基因南瓜是否可以生产胰岛素的方法是______

(4)ES细胞(胚胎干细胞)也是研究体外细胞分化的理想材料,ES细胞在______细胞上能维持不分化的状态.在培养液中加入______可以诱导ES细胞向不同类型的组织细胞分化.

(5)ES细胞的另一个重要的应用前景为体外诱导分化,从而培育出人造组织器官,进而解决临床上存在的供体器官不足和______问题.此外科学家还试图用基因工程方法对动物器官进行改造:向器官供体基因组中导入某种调节因子,以抑制抗原决定基因的表达,或设法除去该基因,再结合______技术,培育出没有免疫排斥反应的转基因动物器官.

正确答案

解:(1)图示过程欲用南瓜生产人胰岛素,因此图中的目的基因是胰岛素生成基因;PCR是在较高温度的环境中进行操作的,因此利用PCR技术扩增目的基因时,与单链互补的引物在热稳定DNA聚合酶作用下进行延伸合成子链;扩增循环6次可产生26=64个目的基因.

(2)图示是采用农杆菌转化法将目的基因导入受体细胞,而该方法的原理是:农杆菌中的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.根据农杆菌的这一特点,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中染色体的DNA上.

(3)过程③需采用植物组织培养技术将转基因受体细胞培育成转基因植株;检测该转基因南瓜是否可以生产胰岛素的方法是抗原-抗体杂交.

(4)ES细胞也是研究体外细胞分化的理想材料,ES细胞在饲养层细胞上能维持不分化的状态.在培养液中加入 (分化)诱导因子可以诱导ES细胞向不同类型的组织细胞分化.

(5)ES细胞的另一个重要的应用前景为体外诱导分化,从而培育出人造组织器官,进而解决临床上存在的供体器官不足和免疫排斥问题.此外科学家还试图用基因工程方法对动物器官进行改造:向器官供体基因组中导入某种调节因子,以抑制抗原决定基因的表达,或设法除去该基因,再结合克隆技术,培育出没有免疫排斥反应的转基因动物器官.

故答案为:

(1)胰岛素生成基因    热稳定性DNA聚合酶(Taq酶)       64

(2)Ti质粒            T-DNA

(3)植物组织培养       抗原-抗体杂交

(4)饲养层     (分化)诱导因子

(5)免疫排斥    克隆

解析

解:(1)图示过程欲用南瓜生产人胰岛素,因此图中的目的基因是胰岛素生成基因;PCR是在较高温度的环境中进行操作的,因此利用PCR技术扩增目的基因时,与单链互补的引物在热稳定DNA聚合酶作用下进行延伸合成子链;扩增循环6次可产生26=64个目的基因.

(2)图示是采用农杆菌转化法将目的基因导入受体细胞,而该方法的原理是:农杆菌中的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.根据农杆菌的这一特点,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中染色体的DNA上.

(3)过程③需采用植物组织培养技术将转基因受体细胞培育成转基因植株;检测该转基因南瓜是否可以生产胰岛素的方法是抗原-抗体杂交.

(4)ES细胞也是研究体外细胞分化的理想材料,ES细胞在饲养层细胞上能维持不分化的状态.在培养液中加入 (分化)诱导因子可以诱导ES细胞向不同类型的组织细胞分化.

(5)ES细胞的另一个重要的应用前景为体外诱导分化,从而培育出人造组织器官,进而解决临床上存在的供体器官不足和免疫排斥问题.此外科学家还试图用基因工程方法对动物器官进行改造:向器官供体基因组中导入某种调节因子,以抑制抗原决定基因的表达,或设法除去该基因,再结合克隆技术,培育出没有免疫排斥反应的转基因动物器官.

故答案为:

(1)胰岛素生成基因    热稳定性DNA聚合酶(Taq酶)       64

(2)Ti质粒            T-DNA

(3)植物组织培养       抗原-抗体杂交

(4)饲养层     (分化)诱导因子

(5)免疫排斥    克隆

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