2026届高三二轮复习生物：基因工程微专题5——工程菌的调控机制训练题

__________________________________________________________________________________________________________________________ 第3章 基因工程微专题5 ——工程菌的调控机制 班级___________ 姓名___________ 经典模型：大肠杆菌乳糖操纵子包括lacZ、lacY、lacA三个结构基因（编码参与乳糖代谢的酶，其中酶a能够水解乳糖），以及操纵基因、启动子和调节基因。培养基中无乳糖存在时，调节基因表达的阻遏蛋白和操纵基因结合，导致RNA聚合酶不能与启动子结合，使结构基因无法转录；乳糖存在时，结构基因才能正常表达，其调节机制如图甲、图乙所示。。 训练1：（2025·广东汕头·一模）水杨酸是常见的水体污染物，科学家利用基因工程构建智能工程菌，通过向大肠杆菌体内导入含特殊DNA序列的重组质粒，制备水杨酸生物传感器(下图)，为环境污染治理提供新方法。 回答下列问题： (1)Pc和Ps启动子可被 酶识别并结合后驱动基因的模板链沿3′→5′方向转录出mRNA。分析图上图可知，当环境中存在水杨酸时， 可激活PS启动子，最终使菌体发出红色荧光，据此可判定环境中的水杨酸浓度。 (2)研究人员改造重组质粒，选择激活能力更强的蛋白的基因nahR1替代nahR，实现在相同浓度的水杨酸条件下荧光强度扩大为原来的2倍，提高传感器的灵敏度。该改造过程需要用到的工具酶是 。请提出另一种改造重组质粒以提高传感器灵敏度的思路： 。 (3)水杨酸羟化酶可催化水杨酸转化为龙胆酸，龙胆酸可被细胞利用。若将水杨酸羟化酶基因与mrfp基因连接成融合基因，则工程菌可同时实现对水杨酸的动态检测和清除。现欲通过PCR判定融合基因已准确连接，应选择如图中的引物组合是 。 (4)工程菌治理环境污染具有成本低、动态治理等优点，但菌株本身会造成水源安全隐患。科学家将ccdA、ccdB两个基因插入原有序列中，使水杨酸被耗尽时菌株即启动“自毁”。已知ccdB基因表达毒蛋白可使工程菌致死，ccdA基因表达抗毒素蛋白导致毒蛋白失效，则ccdA、ccdB分别插入下图中的 、 位点。 训练2：（25-26高三上·广东深圳·开学考试）大肠杆菌是一种常见的工程菌。然而，实验后工程菌的安全处理仍存在挑战。传统上常利用抗生素杀死实验动物体内的大肠杆菌，但在实验过程中大肠杆菌可能变异并随着宿主粪便排出而逃逸，造成环境污染。研究人员利用CRISPR/Cas9系统设计出通过响应化合物aTc来清除工程菌的单调控防护系统，如图1所示。 回答下列问题: (1)Cas9 和 gRNA 形成的复合物中对杀伤大肠杆菌 DNA 起选择作用的物质是 。可向该系统中引入多种 gRNA 基因，从而实现 ，确保杀死大肠杆菌。 (2)启动子有三种类型，组成型启动子可持续发挥作用，诱导型启动子需要特殊因素诱导才能发挥作用，组织特异性启动子调控基因在特定组织或器官中表达。据图 1分析，P1是 型启动子。该系统发挥作用时，需将实验动物的饮用水更换为含 aTc 的水，原因是 。 (3)研究人员在 tetR 基因上游加入受温度调节的反馈机制，改造后的双调控系统如图2所示。分别对转化不同系统的大肠杆菌进行测试，结果如图3所示。    ①据图分析，该温度调节反馈机制启动时，图 2 方框中“?”应是 （填“大于”“小于”或“等于”）33℃，理由是 。 ②综合上述研究，分析改造后的双调控系统的应用意义: 。 训练3：（2024·广东·高考真题）驹形杆菌可合成细菌纤维素（BC）并将其分泌到胞外组装成膜。作为一种性能优异的生物材料，BC膜应用广泛。研究者设计了酪氨酸酶（可催化酪氨酸形成黑色素）的光控表达载体，将其转入驹形杆菌后构建出一株能合成BC膜并可实现光控染色的工程菌株，为新型纺织原料的绿色制造及印染工艺升级提供了新思路（图一）。 回答下列问题： (1)研究者优化了培养基的 （答两点）等营养条件，并控制环境条件，大规模培养工程菌株后可在气液界面处获得BC菌膜（菌体和 BC膜的复合物）。 (2)研究者利用T7 噬菌体来源的RNA聚合酶（T7RNAP）及蓝光光敏蛋白标签，构建了一种可被蓝光调控的基因表达载体（光控原理见图二a，载体的部分结构见图二b）。构建载体时，选用了通用型启动子 PBAD（被工程菌 RNA 聚合酶识别）和特异型启动子PT7（仅被T7RNAP识别）。为实现蓝光控制染色，启动子①②及③依次为 ，理由是 。 (3)光控表达载体携带大观霉素（抗生素）抗性基因。长时间培养时在培养液中加入大观霉素，其作用为 （答两点）。 (4)根据预设的图案用蓝光照射已长出的BC菌膜并继续培养一段时间，随后将其转至染色池处理，发现只有经蓝光照射的区域被染成黑色，其原因是 。 (5) 有企业希望生产其他颜色图案的BC膜。按照上述菌株的构建模式提出一个简单思路 。 1.【答案】(1) RNA聚合酶 水杨酸-调控蛋白复合物 (2) 限制酶和DNA连接酶 ①选择灵敏度更高的启动子替代PS；②在mrfp基因前插入提高表达效率的DNA序列 (3)引物1和3 (4) E(或F) B(或C) 2.【答案】(1) gRNA 破坏大肠杆菌 DNA 的多个部位 (2) 组成 解除 tetR 蛋白对P2启动子的抑制作用，诱导其表达 Cas9 和 gRNA，从而破坏 DNA，杀死大肠杆菌 (3) 小于 在不加入 aTc、温度37℃时大肠杆菌正常存活，30℃时数量显著减少，表明温度降低至 33℃以下会启动该调控系统 当 aTc 诱导途径未能杀死动物体内的大肠杆菌时，随粪便逃逸的大肠杆菌可被温度调控机制杀死，避免对环境造成污染 3.【答案】(1)碳源、氮源、无机盐 (2) PT7、PBAD 和PBAD 启动子②和③选用 PBAD可以使工程菌无论有、无蓝光 照射都可表达无活性的T7RNAP，在蓝光照射后，无活性的 T7RNAP 转变为有活性的T7RNAP，与特异性启动子P7识别结合并转录基因1，即可用蓝光控制酪氨酸酶的表达 (3)杀死不含光控表达载体的杂菌，避免杂菌污染；筛选出含光控表达载体的工程菌 (4)蓝光诱导酪氨酸酶基因的表达，酪氨酸酶催化酪氨酸转化为黑色素，蓝光照射不到的部位酪氨酸酶不表达 (5)将酪氨酸酶替换成催化其他色素合成的酶(或将酪氨酸酶替换成不同颜色蛋白) 第 1 页 学科网（北京）股份有限公司 $