课时作业(11) 获取目的基因和构建重组DNA分子（Word练习）-【优化指导】2024-2025学年高中生物选择性必修3 生物技术与工程（浙科版2019）

课时作业(11)　 获取目的基因和构建重组DNA分子 [对应学生用书P163] 一、单项选择题 1．下列不属于获取目的基因的方法是(　　 ) A．从基因文库中提取 B．利用PCR技术合成 C．利用DNA转录合成 D．利用化学方法人工合成 C　[利用DNA转录合成的是RNA，不是基因，C项符合题意。] 2．下图是基因工程主要技术环节的一个基本步骤，这一步需用到的工具是(　　 ) A．NA连接酶和解旋酶 B．DNA聚合酶和RNA聚合酶 C．DNA聚合酶和限制性内切核酸酶 D．限制性内切核酸酶和DNA连接酶 D　[图示表示重组质粒的构建过程，该过程首先需要用限制酶切割含有目的基因的外源DNA分子和质粒，其次还需要用DNA连接酶将目的基因和质粒连接形成重组质粒。] 3．基因a在人体细胞中可表达出蛋白质a。有生物学家从人的DNA中分离出基因a，并通过转基因技术将其转入了细菌。经过培养发现，该转基因细菌产生了一种新蛋白质X；进一步分析表明，蛋白质X是基因a仅在细菌中的表达产物。下列说法正确的是(　　 ) A．基因a在体外扩增需要引物，在人体细胞中的复制不需要引物 B．细菌细胞和人体细胞中作为翻译模板的RNA碱基序列不同 C．基因a在体外扩增和在人体细胞中复制都是在解旋酶的作用下打开双链 D．将基因a在体外扩增时，必须要先测出基因a的所有脱氧核苷酸序列 B　[基因a是目的基因，在体外扩增需要引物，在人体细胞中的复制也需要引物，A项错误；基因a在人体细胞中的表达产物是蛋白质a，而在转基因细菌中的表达产物是蛋白质X，这说明在人体细胞和细菌细胞中，作为翻译模板的RNA碱基序列不同，B项正确；基因a在体外扩增时，利用高温打开DNA的双链，C项错误；将基因a在体外扩增时，不需要测出基因a的所有脱氧核苷酸序列，D项错误。] 4．下列有关重组DNA分子的叙述，正确的是(　　 ) A．具有复制起点，使目的基因能在受体细胞内表达 B．具有启动子，使DNA聚合酶识别并开始转录 C．具有目的基因，以产生特定的基因产物 D．具有终止密码子，以产生终止转录过程 C　[重组DNA分子中具有复制起点，使目的基因能在受体细胞内扩增，A项错误；重组DNA分子中具有启动子，使RNA聚合酶识别并开始转录，B项错误；重组DNA分子中具有目的基因，以产生特定的基因产物，C项正确；重组DNA分子中应具有终止子，D项错误。] 5．下列有关目的基因的获取的叙述，错误的是(　　 ) A．引物是两段分别可以与两条DNA模板链复制起始端互补配对的短的单链DNA B．由于PCR只能扩增一个完整的DNA分子，所以无法单独扩增特定的目的基因 C．构建基因文库，从中选取目的基因也是获取目的基因的一种方法 D．获取目的基因的方法有很多，并非千篇一律的 B　[PCR只能扩增引物之间的DNA片段，所以设计合适的引物，就能利用PCR获取和扩增特定的目的基因，B项错误。] 6．某目的基因两侧的DNA序列所含的限制性内切核酸酶的酶切位点如下图所示，最好选用下列哪种质粒作为载体？(　　 ) D　[目的基因仅一侧含有限制酶NheⅠ的识别序列，用此酶切割不能获取目的基因，A项不符合题意；目的基因两侧分别含有限制酶AluⅠ的识别序列，但只用此酶切割可能会导致目的基因和质粒的反向连接和自身环化，B项不符合题意；目的基因两侧含有限制酶NheⅠ和AluⅠ的识别序列，但用这两种酶切割会产生不含目的基因的片段，C项不符合题意；目的基因两侧分别含有限制酶NheⅠ和SmaⅠ的识别序列，用这两种酶切割会获取目的基因，而且能防止目的基因和质粒的自身环化和反向连接，D项符合题意。] 7．下图所示为利用基因工程技术生产可食用疫苗的部分过程，其中Pst Ⅰ、Sma Ⅰ、EcoR Ⅰ和Apa Ⅰ为四种限制性内切核酸酶。下列说法正确的是(　　 ) A．图示过程需要的工具只有限制酶和载体 B．限制酶识别的核苷酸序列和切割位点是特定的 C．图中的质粒只能来自原核细胞 D．限制酶作用于DNA双链中的氢键，将其断开 B　[图示过程需要的工具有限制酶、DNA连接酶和载体，A项错误；限制酶具有专一性，B项正确；图中的质粒可能来自原核细胞、真核细胞，真核细胞如真菌中也有质粒，C项错误；限制酶作用于DNA双链中的磷酸二酯键，将其断开，D项错误。] 8．某科研小组利用质粒(图甲)和目的基因(图乙)构建重组DNA分子。下列分析错误的是(　　 ) A．用限制酶Hind Ⅲ和PstⅠ切割质粒，可得到2条DNA片段 B．不能用AluⅠ切割质粒和外源DNA的原因是AluⅠ会破坏目的基因 C．构建重组DNA分子时，需选择Sma Ⅰ 和Pst Ⅰ同时切割质粒和外源DNA D．导入了重组DNA分子的细菌能在含四环素的培养基上生长，而不能在含氯霉素的培养基上生长 C　[限制酶Hind Ⅲ和PstⅠ在质粒上各有一个切割位点，用Hind Ⅲ和PstⅠ切割质粒，可得到2条DNA片段，A项正确；AluⅠ的切割位点位于目的基因中，用AluⅠ切割外源DNA会破坏目的基因，B项正确；选择SmaⅠ和PstⅠ同时切割质粒和外源DNA，质粒中的两个标记基因均会被破坏，C项错误；选择Hind Ⅲ和PstⅠ同时切割质粒和外源DNA，会破坏质粒中的氯霉素抗性基因，保留四环素抗性基因，所以导入了重组DNA分子的细菌能在含四环素的培养基上生长，而不能在含氯霉素的培养基上生长，D项正确。] 9．图甲、乙中的箭头表示三种限制性内切核酸酶的酶切位点，ampr表示氨苄青霉素抗性基因，neo 表示新霉素抗性基因。下列叙述正确的是(　　 ) A．图甲中的质粒用BamHⅠ切割后，含有4个游离的磷酸基团 B．在构建重组质粒时，可用PstⅠ和BamHⅠ切割质粒和外源DNA C．导入目的基因的大肠杆菌可在含氨苄青霉素的培养基中生长 D．用PstⅠ酶切，无法避免目的基因和载体的自身环化 D　[图甲中的质粒用BamHⅠ切割后，会打开一个切口，故有2个游离的磷酸基团，A项错误；在构建重组质粒时，不能用BamHⅠ切割质粒和外源DNA，会破坏目的基因，B项错误；导入目的基因的大肠杆菌不能在含氨苄青霉素的培养基中生长，可以在含新霉素的培养基上生长，C项错误；用同一种限制酶酶切时，无法避免目的基因和载体的自身环化，D项正确。] 10．RT­PCR是将RNA逆转录(RT)和cDNA的聚合酶链式扩增反应相结合的技术，可利用此技术获取目的基因，具体过程如下图所示。以下说法错误的是(　　 ) A．计扩增目的基因的引物时需考虑载体的序列 B．G­C含量高的引物在与模板链结合时，需要更高的温度 C．过程Ⅰ需要加入缓冲液、原料、耐高温的DNA聚合酶和引物A等 D．过程Ⅱ拟对单链cDNA进行n次循环的扩增，理论上需要2n－1个引物B C　[设计扩增目的基因的引物时，需要引入酶切位点，便于与酶切后的载体相连，所以设计引物时需考虑载体的序列，A项正确；G­C碱基对之间有3个氢键，G­C含量高时DNA稳定性高，所以G­C含量高的引物在与模板链结合时，需要更高的温度，B项正确；过程Ⅰ是逆转录，所以需要加入缓冲液、原料、逆转录酶和引物A等，C项错误；过程Ⅱ拟对单链cDNA进行n次循环的扩增，根据DNA的半保留复制可知，理论上需要2n－1个引物B，D项正确。] 二、非选择题 11．下面4幅图与基因工程有关。图1为限制酶EcoRⅠ的识别序列和切割位点，图2表示目的基因及限制酶切割位点，图3表示目的基因上的DNA片段，图4表示质粒。请回答下列问题。 (1)获得图2中目的基因的方法除PCR技术外，还有__________________________。 (2)采用PCR扩增目的基因的原理是__________________________，图2中A、B、C、D 4种单链DNA片段中，有________两种引物(DNA复制方向由5′→3′)。 (3)图3为目的基因中的某一片段，下列有关叙述错误的是________(填下列字母，不定项)。 A．该片段的基本骨架由脱氧核糖与磷酸交替连接而成 B．该片段含A­T碱基对比较多，故其结构比较稳定 C．若利用PCR扩增该片段，则至少需解旋酶将①氢键全部解开 D．若该目的基因复制6次，则需要碱基A的数量是252个 (4)在构建重组DNA分子时，用Pst Ⅰ、EcoR Ⅰ两种酶同时切割目的基因和质粒，是为了防止一种酶切割时产生__________________________________________，从图2切割下目的基因需要消耗______个水分子。不选用限制酶PstⅠ和HindⅢ同时对质粒和目的基因进行切割的原因是________________________________________________________。 解析　(1)获得目的基因的方法有PCR技术、从基因文库中获取、人工合成。(2)采用PCR扩增目的基因的原理是DNA半保留复制。由图2可知，DNA复制只能从5′到3′，因此利用PCR技术扩增基因时，A、B、C、D 4种单链DNA片段中应选取B和C作为引物。(3)DNA的基本骨架由脱氧核糖与磷酸交替连接而成，A项正确；其结构中G­C碱基对越多，分子结构越稳定，B项错误；PCR技术利用高温使氢键断裂，不需要解旋酶，C项错误；由图3可知，目的基因中碱基A至少有2个，复制6次至少需要碱基A的数量为26×2－2＝126(个)，D项错误。(4)在构建重组DNA分子时，用PstⅠ、EcoRⅠ两种酶同时切割目的基因和质粒，是为了防止一种酶切割时产生目的基因与载体的反向连接和自身环化。限制酶破坏的是磷酸二酯键，图中目的基因切割需要破坏4个磷酸二酯键，因此需要消耗4个水分子。由图可知，不选用限制酶PstⅠ和HindⅢ同时对质粒和目的基因进行切割的原因是会同时破坏2个标记基因。 答案　(1)从基因文库中获取、人工合成　(2)DNA半保留复制　B、C　(3)BCD　(4)目的基因与载体的反向连接和自身环化　4　会同时破坏2个标记基因 12．(2022·山东卷)某种类型的白血病由蛋白P引发，蛋白UBC可使P被蛋白酶识别并降解，药物A可通过影响这一过程对该病起到治疗作用。为探索药物A治疗该病的机理，需构建重组载体以获得融合蛋白FLAG－P和FLAG－P△。P△是缺失特定氨基酸序列的P，FLAG是一种短肽，连接在P或P△的氨基端，使融合蛋白能与含有FLAG抗体的介质结合，但不影响P或P△的功能。 (1)为构建重组载体，需先设计引物，通过PCR特异性扩增P基因。用于扩增P基因的引物需满足的条件是________、为使PCR产物能被限制酶切割，需在引物上添加相应的限制酶识别序列，该限制酶识别序列应添加在引物的________(填“3′端”或“5′端”)。 (2)PCR扩增得到的P基因经酶切连接插入载体后，与编码FLAG的序列形成一个融合基因，如图甲所示，其中“ATGTGCA”为P基因编码链起始序列。将该重组载体导入细胞后，融合基因转录出的mRNA序列正确，翻译出的融合蛋白中FLAG的氨基酸序列正确，但P基因对应的氨基酸序列与P不同。据图甲分析，出现该问题的原因是________。修改扩增P基因时使用的带有EcoRⅠ识别序列的引物来解决该问题，具体修改方案是________。 (3)融合蛋白表达成功后，将FLAG－P、FLAG－P△、药物A和UBC按照图乙中的组合方式分成5组。各组样品混匀后分别流经含FLAG抗体的介质，分离出与介质结合的物质并用UBC抗体检测，检测结果如图丙所示。已知FLAG－P和FLAG－P△不能降解UBC，由①②③组结果的差异推测，药物A的作用是________；由②④组或③⑤组的差异推测，P△中缺失的特定序列的作用是________。 (4)根据以上结果推测，药物A治疗该病的机理是________。 解析　(1)引物是一小段能与DNA母链的一段碱基序列互补配对的短单链核苷酸，因此设计扩增P基因的引物，需要两种引物分别与两条模板链3′端的碱基序列互补。DNA聚合酶延伸时，是将脱氧核苷酸加到引物的3′端，为了不破坏目的基因，该限制酶识别序列应添加在引物的5′端。 (2)融合基因转录出的mRNA序列正确，翻译出的融合蛋白中FLAG的氨基酸序列正确，但P基因对应的氨基酸序列与P不同，说明P基因翻译时出错。由图可看出，在转录出的mRNA中，限制酶识别序列对应的最后两个碱基与P基因对应的第一个碱基构成一个密码子，导致读码框改变，翻译出的氨基酸序列改变，可通过在EcoRⅠ识别序列3′端添加1个碱基，使其碱基数目加上FLAG的碱基数目为3的倍数，这样能保证P基因转录出的mRNA上的读码框不改变，能够正常翻译。 (3)①组仅添加UBC，处理后，用UBC抗体检测，不出现杂交带；②组添加UBC和FLAG－P，出现杂交带；③组添加UBC、药物A和FLAG－P，杂交带更加明显，说明药物A的作用是促进UBC与FLAG－P的结合。由②④组或③⑤组的差异在于②③组使用FLAG－P，出现杂交带；④⑤组使用FLAG－P△，不出现杂交带，据此推测P△中缺失的特定序列是与UBC结合的关键序列。 (4)根据(3)的分析推测，药物A促进UBC与FLAG－P的结合，从而促进蛋白P被蛋白酶识别并降解，达到治疗的目的。 答案　(1)能与P基因母链的一段碱基序列互补配对、短单链核酸 　5′端　(2)P基因编码链的第一个碱基与EcoRⅠ识别序列的最后两个碱基编码一个氨基酸，导致mRNA的密码子被错位读取在引物中的EcoRⅠ识别序列3′端添加1个碱基　(3)增强FLAG－P与UBC的结合　参与P与UBC的结合　(4)药物A通过增强P与UBC结合促进P降解 13．图1表示含有目的基因D的DNA片段长度(bp即碱基对数)和部分碱基序列，图2表示一种质粒的结构和部分碱基序列。现有MspⅠ、BamHⅠ、MboⅠ、SmaⅠ4种限制性内切核酸酶，其识别的碱基序列和酶切位点分别为5′­CCGG­3′、　5′­GGATCC­3′、　5′­GATC­3′、　5′­CCCGGG­3′。请回答下列问题。 (1)若用限制酶SmaⅠ完全切割图1中DNA片段，其产物长度为____________________。 (2)若图1中虚线方框内的碱基对被T­A碱基对替换，那么基因D就突变为基因d。从隐性纯合子分离出图1及其对应的DNA片段，用限制酶SmaⅠ完全切割，产物中共有________种不同DNA片段。为了提高实验成功率，需要通过________技术扩增目的基因，以获得目的基因的大量拷贝，该技术原理为________________________________。 (3)若将图2中质粒和目的基因D通过同种限制酶处理后进行连接，形成重组质粒，那么应选用的限制酶是__________。在导入重组质粒后，为了筛选出含质粒的大肠杆菌，一般需要用添加________________的培养基进行培养，想进一步筛选出含重组质粒的受体细胞，还需要接种到含________________的培养基中培养。 (4)假设用BamHⅠ切割DNA获取目的基因，用MboⅠ切割质粒，然后形成重组质粒，若将插入在抗生素B抗性基因处的目的基因重新切割下来，能否再次用BamH Ⅰ____________(填“可以”“不可以”或“不一定”)，原因是_____________________。 解析　(1)SmaⅠ的识别序列和酶切位点是5′­CCCGGG­3′，可知其切割图1中DNA片段产生的末端是平末端，产物长度是534＋3＝537(bp)、796－3－3＝790(bp)、658＋3＝661(bp)。(2)若图1中虚线方框内的碱基对被T—A碱基对替换，则基因D就突变为基因d，且基因d只有一个SmaⅠ的酶切位点，因而基因d会被SmaⅠ切割形成两个片段(长度分别为1 327 bp、661 bp)。为了提高实验成功率，可以通过PCR技术大量扩增目的基因，以获得目的基因的大量拷贝，该技术模拟了体内DNA复制的过程，原理为DNA半保留复制。(3)由图可知，目的基因D两侧都是限制酶BamHⅠ的识别序列，因此应选用限制酶BamHⅠ切割图1中含有目的基因D的外源DNA分子和图2中的质粒。用BamHⅠ切割质粒后会破坏抗生素A抗性基因，但不会破坏抗生素B抗性基因，因此一般需要用添加抗生素B的培养基进行培养；若想进一步筛选出含重组质粒的受体细胞，还需要接种到含抗生素A的培养基中培养筛选出含有重组质粒的大肠杆菌。(4)假设用BamHⅠ切割DNA获取目的基因，用MboⅠ切割质粒，然后形成重组质粒，若将插入在抗生素B抗性基因处的目的基因重新切割下来，再次用BamHⅠ不一定能将其切割，因为目的基因和抗生素B抗性基因的黏性末端随意连接，拼接处不一定出现GGATCC。 答案　(1)537 bp、790 bp、661 bp　(2)2　PCR　DNA半保留复制　(3)BamHⅠ　抗生素B　抗生素A　(4)不一定　因为目的基因和抗生素B抗性基因拼接处不一定出现GGATCC 学科网（北京）股份有限公司 $$