高考生物二轮冲刺训练(十五)　基因工程和细胞工程2

　高考生物二轮冲刺训练( ( 十五) )

　基因工程和细胞工程 2 2

　1．在植物基因工程中，通常借助标记基因来达到选择的目的，但某些标记基因的存在可能引起其他问题。研究表明，在一定条件下用农杆菌转化法转化植物时，一个 Ti 质粒中的两段 T-DNA 可分别整合到染色体不同位点上。科学家利用此研究成果培育出了不带 hpt(抗潮霉素基因)的抗虫转基因籼稻。回答下列问题。

　(1)在成功构建的重组 Ti 质粒中，hpt 与抗虫基因在 Ti 质粒中应排列在________(填“同一段”或“两段”)T­DNA 上。

　(2)取籼稻的幼胚进行________处理后，接种到培养基上培养，幼胚细胞通过________形成愈伤组织，随后用含重组 Ti 质粒的农杆菌侵染该愈伤组织，然后转接到含有________的培养基进行初次筛选，获得转基因的愈伤组织后，再转接到含有________(植物激素)的分化培养基培养出幼苗，移栽后继续培养成植株。

　(3)对所得植株进行连续自交，通过________________和________________对后代进行筛选，最终可获得不带 hpt 的抗虫转基因籼稻。

　(4)与种植携带 hpt 的抗虫转基因籼稻相比，种植上述不带 hpt 的抗虫转基因籼稻的优点是________________________________(写出 1 点即可)。

　2．新冠肺炎(COVID-19)是由新冠病毒感染引起的呼吸道传染病，研究表明新冠病毒侵染的关键是病毒表面的 S 蛋白与人体细胞表面 ACE2 特异结合。请回答下列问题：

　(1)为及时确诊，科学家研制了基因检测试剂盒，其机理为：分离待测个体细胞的总 RNA，在________酶的作用下得到相应的 DNA，再利用________技术扩增将样本中微量的病毒信息放大，最后以荧光的方式读取信号。

　(2)预防新冠肺炎(COVID-19)的有效措施是接种疫苗，核酸疫苗已成为疫苗研发的新领域。与 DNA 疫苗(通过抗原蛋白基因在动物细胞中表达引起机体免疫应答)相比，mRNA 疫苗的安全性更有优势。这是因为 mRNA 不需要进入细胞核，无______________________________的风险，且易被________水解，不会遗传给子细胞。

　(3)研制 S 蛋白的单克隆抗体可能成为治疗新冠肺炎的途径，请利用小鼠作实验材料，简要写出制备 S蛋白的单克隆抗体的实验过程：_______________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。

　(4)构建乳腺生物反应器可生产相应的药物蛋白，用来治疗新冠肺炎。构建的方法有多种，一是通过转基因技术将重组基因导入到受精卵中，使其生长发育成转基因动物；二是通过转基因体细胞核移植技术生产克隆动物作为生物反应器。两种方法获得的胚胎都要借助________技术和________技术才能获得转基因动物个体。

　3．科学家研发出抗 HPV 的单克隆抗体可高效准确检测出 HPV，从而及时监控宫颈癌的发生。回答下列问题：

　(1)单克隆抗体具有的主要优点是____________________，单克隆抗体制备过程中涉及的细胞工程技术有__________________________________________________________________(答出两点)。

　(2)将 B 淋巴细胞和骨髓瘤细胞进行融合时，融合体系中除含有未融合的细胞和杂交瘤细胞外(只考虑两 两 融 合 ) ， 可 能 还 有 ________________________ ， 出 现 多 种 类 型 细 胞 的 原 因 是__________________________________ ， 诱 导 动 物 细 胞 融 合 时 ， 常 用 的 诱 导 因 素 有__________________________________(答出三点)等。

　(3)据报道，科学家从某些无限增殖细胞的细胞质中分离出了无限增殖调控基因(prG)，该基因能激发动物细胞分裂，这为单克隆抗体的制备提供了更多的思路。请据此设计两种制备单克隆抗体的新思路：①________________________________________________________________________； ②________________________________________________________________________。

　4．人血清白蛋白(HSA)是血浆中含量最丰富的蛋白质，在维持血浆渗透压、抗凝血等方面起着重要作用，具有重要的医用价值。如图是用基因工程技术获取重组 HSA(rHSA)的两条途径。

　(1)为获取 HSA 基因，首先要提取人血细胞中的 mRNA，利用________法合成 cDNA，再利用 PCR 技术进行快速扩增，在这一过程中，需要有一段已知目的基因的核苷酸序列，以便根据这一序列合成________，PCR 过程中，温度降低到 55 ℃的目的是_________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

　(2)构建在水稻胚乳细胞内特异表达 rHSA 的载体时，需要选择水稻胚乳细胞启动子，而不能选择其他物种和组织细胞的启动子，原因可能是_________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

　(3)在利用农杆菌转化水稻受体细胞的过程中，为了吸引农杆菌移向水稻受体细胞，需添加________物质。

　(4)选用大肠杆菌作为受体细胞的优点有_____________________________________________________ ________________________________________________________________________(答出两点即可)。

　但相比于水稻胚乳细胞，利用大肠杆菌获得的 rHSA 也有一些缺点，请从生物膜系统的角度进行分析________________________________________________________________________________________________________________________________________________。

　(5) 利 用 上 述 方 法 获 得 的 rHSA 不 能 直 接 用 于 临 床 医 疗 ， 你 推 测 的 原 因 是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。

　5．基因打靶技术是建立在基因同源重组技术以及胚胎干细胞技术的基础上而发展起来的一种分子生物学技术。请结合图示回答下列有关问题：

　注：neo r

　是新霉素抗性基因；tk 基因的表达可以使无毒的丙氧鸟苷代谢为毒性物质，导致细胞死亡。

　(1)将目的基因和与细胞内靶基因同源的 DNA 片段都重组到________上，构建打靶载体(基因表达载体)。

　(2)打靶载体测序验证正确后，利用________酶，将之线性化，以提高重组率。通过________技术将打靶载体导入胚胎干细胞，这样打靶载体和与细胞内靶基因同源的区段就有机会发生同源重组。

　(3)为了筛选发生同源重组的细胞，可在培养液中加入________。最后还需要通过________技术鉴定同源重组的细胞(去除靶基因)，将这样的细胞通过动物细胞培养后，获得大量打靶成功的细胞。其中， 暂时不用的细胞进行________保存。

　(4)将打靶成功的细胞注射入小鼠囊胚，移植到同种、________的母鼠体内，一段时间后对受体母鼠进行妊娠检查，确保其生下嵌合体小鼠。这种嵌合体小鼠长大后，体内同时存在被“修饰”过的基因和未被“修饰”的基因。如果某些小鼠的________(填“体细胞”或“生殖细胞”)恰巧被“修饰”过了，则它们的杂交后代中，就可能出现基因完全被“修饰”过的小鼠。

　6．核基因 p53 是细胞的“基因组卫士”。当人体细胞 DNA 受损时，p53 基因被激活，通过下图所示相关途径最终修复或清除受损 DNA，从而保持细胞基因组的完整性。请回答下列问题：

　(1)若 DNA 损伤为 DNA 双链断裂，则被破坏的化学键是________________，修复该断裂 DNA 需要的酶是________。

　(2)图中过程①发生的场所是________，完成过程②需要的原料是________。

　(3)p53 基因控制合成的 p53 蛋白通过过程②合成 lncRNA，进而影响过程①，这一调节机制属于________，其意义是________________________________________________________________________

　______________________。

　(4)当 DNA 分子受损时，p53 蛋白既可启动修复酶基因的表达，也能启动 p21 基因的表达。启动 p21基因表达的意义是________________________________________________________________________。

　 参考答案

　1．解析：(1)在构建重组 Ti 质粒时，将 hpt 与抗虫基因排列在 Ti 质粒的同一段 T-DNA 上，以便同时导入受体细胞并进行筛选。(2)将籼稻的幼胚接种到诱导培养基上，经过脱分化过程，培养出愈伤组织，然后用农杆菌转化法，将 hpt 与抗虫基因整合到愈伤组织细胞的染色体 DNA 上，再将该愈伤组织转接到含有潮霉素的培养基上进行筛选，获得的转基因愈伤组织再转接到含有赤霉素的分化培养基培养出幼苗，移栽后继续培养成植株。(3)以上过程获得的导入 hpt 与抗虫基因的植株，相当于两对基因的杂合子，对其进行连续自交，后代会出现不带 hpt 的抗虫转基因籼稻，再通过 DNA 分子杂交技术和抗虫接种实验将其筛选出来。(4)与种植携带 hpt 的抗虫转基因籼稻相比，种植上述不带 hpt 的抗虫转基因籼稻可以避免基因污染。

　答案：(1)同一段

　(2) 脱分化 诱导 潮霉素 赤霉素

　(3) DNA 分子杂交 抗虫接种实验 (4)不产生基因污染 2．解析：(1)利用 RNA 得到相应 DNA 的方法为逆转录，起作用的酶为逆转录酶，在体外将 DNA 扩增的技术是 PCR(聚合酶链式反应)。(2)病毒 DNA 一般进入细胞核，整合到宿主细胞 DNA 上，与宿主细胞的基因共同转录、翻译，若是应用 mRNA，则不会有遗传信息整合到宿主细胞 DNA 上的风险。在进行翻译后，mRNA 被细胞中的 RNA 酶催化水解，较 DNA 疫苗更加安全。(3)制备单克隆抗体的简单步骤：取已免疫小鼠的 B 细胞与骨髓瘤细胞，诱导融合后转入选择培养基中进行筛选。对所得的细胞再利用 S 蛋白进行抗体检测，选择阳性细胞进行克隆化培养，分离提纯相应抗体。(4)无论是利用转基因技术将重组基因导入到受精卵中还是通过转基因体细胞核移植技术生产克隆动物，都需要在动物体外获得转基因胚胎，然后移植进入雌性动物子宫发育。所以二者都要借助的技术是早期胚胎培养(动物细胞培养)和胚胎移植。

　答案：(1)逆转录 PCR (2)整合到宿主细胞染色体基因组中 RNA 酶 (3)取已免疫小鼠的 B 细胞与骨髓瘤细胞，诱导融合后转入选择培养基中进行筛选。对所得的细胞再利用 S 蛋白进行抗体检测，选择阳性细胞进行克隆化培养，分离提纯相应抗体 (4)早期胚胎培养(动物细胞培养) 胚胎移植 3．解析：(1)单克隆抗体具有特异性强、灵敏度高的优点。单克隆抗体制备过程中涉及的细胞工程技术有动物细胞培养、动物细胞融合 。(2)将 B 淋巴细胞和骨髓瘤细胞进行融合时，融合体系中除含有未融合的细胞和杂交瘤细胞外(只考虑两两融合)，可能还有融合的具有同种核的细胞(B 淋巴细胞相互融合形成的细胞、骨髓瘤细胞相互融合形成的细胞)，出现多种类型细胞的原因是细胞融合是随机的，且融合率达不到 100%，诱导动物细胞融合时，常用的诱导因素有聚乙二醇、灭活的病毒、电刺激 等。(3)两种制备单克隆抗体的新思路：

　①通过基因工程向浆细胞中导入 prG 并让其表达；②将浆细胞的细胞核移植到去核的无限增殖细胞中进行细胞培养。

　答案：(1)特异性强、灵敏度高 动物细胞培养、动物细胞融合 (2)骨髓瘤细胞自身融合细胞、淋巴细胞自身融合细胞 细胞融合是随机的，且融合率达不到 100% 聚乙二醇、灭活病毒、电刺激 (3)①通过基因工程向浆细胞内导入 prG，并让其表达 ②将浆细胞的细胞核移植到去核的无限增殖细胞中进行培养 4．解析：(1)获取HSA基因，提取人血细胞中的mRNA，在逆转录酶的催化下利用反转录法合成cDNA，再利用 PCR 技术进行快速扩增，PCR 过程中，需要一段已知目的基因的核苷酸序列合成引物，温度降低到 55℃的目的是两种引物通过互补配对与两条单链 DNA 结合。(2)由于启动子具有物种或组织特异性，构建在水稻胚乳细胞内特异表达 rHSA 的载体时，需要选择水稻胚乳细胞启动子。(3)酚类物质会吸引农杆菌移向水稻受体细胞，在利用农杆菌转化水稻受体细胞的过程中，故需添加酚类物质。(4)大肠杆菌受体细胞的优点有繁殖快；单细胞。但相比于水稻胚乳细胞，大肠杆菌没有生物膜系统(或内质网和高尔基体)，不

　能对 rHSA 进行深加工。(5)利用上述方法获得的 rHSA 可能没有活性，不能直接用于临床医疗。

　答案：(1)反转录 引物 两种引物通过互补配对与两条单链 DNA 结合 (2)启动子具有(物种及组织)特异性 (3)酚类 (4)繁殖快；单细胞；遗传物质少 大肠杆菌没有生物膜系统(或内质网和高尔基体)，不能对 rHSA 进行深加工 (5)rHSA 可能没有生物活性或功能性较差或 rHSA 可能有安全隐患 5．解析：(1)分析题图可知，将目的基因和与细胞内靶基因同源的 DNA 片段都重组到载体(或质粒)上，构建打靶载体(基因表达载体)。(2)打靶载体测序验证正确后，利用限制酶，将之线性化，以提高重组率。通过显微注射技术导入胚胎干细胞，这样打靶载体与细胞内靶基因同源的区段就有机会发生同源重组。(3)neo r 是新霉素抗性基因，tk 基因的表达可以使无毒的丙氧鸟苷代谢为毒性物质，导致细胞死亡，因此为了筛选发生同源重组的细胞，可在培养液中加入新霉素和丙氧鸟苷。最后还需要通过 DNA 分子杂交技术鉴定同源重组的细胞(去除靶基因)，将这样的细胞通过动物细胞(或克隆)培养后，获得大量打靶成功的细胞。其中，暂时不用的细胞进行液氮(或冷冻)保存。(4)将打靶成功的细胞注射入小鼠囊胚，移植到同种、生理状态相同(或经同期发情)的母鼠体内，一段时间后对受体母鼠进行妊娠检查，确保其生下嵌合小鼠。这种嵌合体小鼠长大后，体内同时存在被“修饰”过的基因和未被“修饰”的基因。如果某些小鼠的生殖细胞恰巧被“修饰”过了，则它们的杂交后代中，就可能出现基因完全被“修饰”过的小鼠。

　答案：(1)载体(或质粒) (2)限制 显微注射 (3)新霉素和丙氧鸟苷 DNA 分子杂交 液氮(或冷冻) (4)生理状态相同(或经同期发情处理) 生殖细胞 6．解析：(1)若 DNA 损伤为 DNA 双链断裂，则被破坏的化学键是磷酸二酯键，修复断裂的 DNA 片段，即让 DNA 片段连接在一起需要的酶是 DNA 连接酶。(2)①是基因的表达的过程，包括转录与翻译两个阶段，其中转录发生的场所是主要是细胞核，翻译的场所是核糖体，过程②是转录，需要的原料是四种游离的核糖核苷酸。(3)p53 基因控制合成的 p53 蛋白通过过程②合成 lncRNA，进而影响过程①，这一调节机制属于正反馈调节，其意义是有利于在短时间内合成大量的 p53 蛋白，以加快损伤 DNA 的修复并阻止 DNA 的复制。(4)当 DNA 分子受损时，p53 蛋白既可启动修复酶基因的表达，也能启动 p21 基因的表达。启动 p21 基因表达的意义是阻止受损 DNA 的复制，阻断错误遗传信息的传递。

　答案：(1)磷酸二酯键 DNA 连接酶 (2)细胞核和核糖体 4 种核糖核苷酸 (3)正反馈调节 有利于在短时间内合成大量的 p53 蛋白，以加快损伤 DNA 的修复并阻止 DNA 的复制 (4)阻止受损 DNA 的复制，阻断错误遗传信息的传递

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