课时作业(三十六) 基因工程
[基础练]
1．(2019·山东威海模拟)利用基因工程技术培育马铃薯新品种，目前已经取得丰硕成果。请根据教材所学知识回答下列问题：
(1)马铃薯易患多种疾病，导致其产量不高。通过导入抗病基因并使其表达可以提高马铃薯产量，基因工程中使用最多的抗病基因是________________和病毒的复制酶基因。
(2)马铃薯是双子叶植物，常用__________(方法)将目的基因导入马铃薯受体细胞中。构建好的基因表达载体基本结构包括目的基因、标记基因、__________、__________、__________等五部分。
(3)科学家还培育出抗除草剂的转基因马铃薯，其设计方法：修饰除草剂作用的靶蛋白，使其对除草剂________(填“敏感”或“不敏感”)，或使靶蛋白过量表达，植物吸收除草剂后仍能__________。
(4)将目的基因导入受体细胞后，还需对转基因植物进行________________。
解析 (1)在基因工程中，使用最多的抗病基因是病毒外壳蛋白基因和病毒的复制酶基因。(2)常用农杆菌转化法将目的基因导入马铃薯等双子叶植物的受体细胞中。构建好的基因表达载体的基本结构包括目的基因、标记基因、终止子、启动子和复制原点等五部分。(3)培育抗除草剂的转基因马铃薯，需通过修饰，使除草剂作用的靶蛋白对除草剂不敏感，或使靶蛋白过量表达，使植物吸收除草剂后仍能正常代谢。(4)将目的基因导入受体细胞后，还需对转基因植物进行目的基因的检测与鉴定。
答案 (1)病毒外壳蛋白基因 (2)农杆菌转化法 启动子 终止子 复制原点 (3)不敏感 正常代谢 (4)目的基因的检测与鉴定
2．(2019·河南八市测评)干扰素是动物体内合成的一种蛋白质，可以用于治疗病毒感染和癌症，但体外保存相当困难，如果将其分子中的一个半胱氨酸变成丝氨酸，就可以在－70 ℃条件下保存半年，给广大患者带来了福音。蛋白质的合成是受基因控制的，因此获得能够控制合成“可以保存的干扰素”的基因是生产的关键，依据以下技术原理，设计实验流程，让动物生产“可以保存的干扰素”：
设计预期的蛋推测合成！！！A###――→――→！！！ B ###―→脱氧核苷酸序列 ― 白质结构 (1)上图流程属于________工程范畴。流程中的A是________，流程B是________。 (2)蛋白质工程实施的难度很大，原因是蛋白质具有十分复杂的________结构。
(3)对天然蛋白质进行改造，应该直接对________(选“蛋白质分子” 或“基因”)的操作来实现。 解析 (1)根据分析可知，图示为蛋白质工程的流程图，其中A表示预期的蛋白质功能，B表示应有的氨基酸序列。
(2)由于蛋白质具有十分复杂的空间结构(或高级结构)，所以蛋白质工程实施的难度很大。 (3)任何一种天然蛋白质都是由基因编码的，改造了基因也就是对蛋白质进行了改造，而且改造过
的蛋白质可以通过改造过的基因遗传下去，且对基因进行改造比对蛋白质直接进行改造要容易操作，因此对天然蛋白质进行改造，应该通过直接对基因的操作来实现。
答案 (1)蛋白质 预期的蛋白质功能 应有的氨基酸序列 (2)空间(或高级) (3)基因 [能力练]
3．(2019·山东聊城模拟)科学家通过利用PCR定点突变技术改造Rubisco基因，提高了光合作用过程中Rubisco酶对CO2的亲和力，从而显著提高了植物的光合速率。请回答下列问题：
(1)PCR过程所依据的原理是__________，利用PCR技术扩增目的基因的前提是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__________；扩增过程需要加入____________________酶。
(2)启动子是一段有特殊结构的DNA片段，其作用是___________________。目的基因能在不同生物体内正常表达原来的蛋白质，说明整个生物界__________。PCR定点突变技术属于________的范畴。
(3)可利用定点突变的DNA构建基因表达载体。常用______________将基因表达载体导入植物细胞，还需用到植物细胞工程中的________________技术，来最终获得转基因植物。
解析 (1)PCR依据的原理是DNA双链复制，在用PCR技术扩增目的基因前要依据一段已知目的基因的脱氧核苷酸序列合成引物；扩增过程需要加入耐高温的DNA聚合(或TaqDNA聚合)酶。(2)启动子是RNA聚合酶识别和结合部位，可驱动基因转录出mRNA；因生物界共用一套遗传密码，所以目的基因可以在不同细胞内表达合成相同蛋白质。(3)常用农杆菌转化法将基因表达载体导入植物细胞，借助于植物组织培养技术，获得转基因植物。
答案 (1)DNA双链复制 引物 耐高温的DNA聚合(或TaqDNA聚合) (2)RNA聚合酶识别和结合部位，可驱动基因转录出mRNA 共用一套密码子 蛋白质工程 (3)农杆菌转化法 植物组织培养
4．(2019·河北石家庄一模)青蒿素为名贵药材，由青蒿生产。科研人员尝试从以下方面获得青蒿素： (1)利用________技术，由青蒿外植体通过________(生理过程)形成愈伤组织。经检测愈伤组织不含青蒿素，而丛芽含少量，造成这种差异的根本原因是__________________。
(2)图1表示青蒿和酵母菌细胞内的物质代谢过程，DXP、FPP、青蒿二烯均为青蒿素前体产物，各种酶由相应基因指导合成。图2表示基因工程实验结果。
①据图1，如果要通过基因工程技术让酵母菌生产青蒿二烯，则目的基因是________基因，基因表达载体除目的基因外，还需要有________基因便于后期筛选。
②将DXR基因导入青蒿，让DXR基因在青蒿中过量表达，通过增加FPP量最终提高青蒿素产量。除了提高青蒿素前体产物的方法外，要获得高产青蒿植株，据图1分析，思路还有：
___________________________________________________。
图2中，导入空白运载体的实验数据能用来说明_________________________________ ___________________________________________________。
解析 (1)利用植物组织培养技术生产青蒿素时，青蒿外植体通过脱分化形成愈伤组织，从培养的愈伤组织中可提取青蒿素；愈伤组织不含青蒿素，而丛芽含少量，这是基因选择性表达的结果。(2)①要通过基因工程技术让酵母菌生产青蒿二烯，目的基因是ADS酶基因；基因表达载体中标记基因的作用是检测目的基因是否导入了受体细胞，便于筛选。②据图1分析，可以通过抑制GAS酶、SQS酶活性，减少香叶烯、角鲨烯的生成量，让FPP转化成更多的青蒿二烯，达到提高青蒿素产量目的。图2中，导入空白运载体的实验数据，说明转入的不含DXR基因的空载体并没有影响青蒿素产量或青蒿导入DXR基因后产量提高，与目的基因表达有关。
答案 (1)(植物)组织培养 脱分化 基因选择性表达 (2)①ADS(酶) 标记 ②通过抑制GAS酶、SQS酶活性，减少香叶烯、角鲨烯的生成量，让FPP转化成更多的青蒿二烯，达到提高青蒿素产量目的 转入的不含DXR基因的空载体并没有影响青蒿素产量或青蒿导入DXR基因后产量提高，与目的基因表达有关
5．(2019·河南八市测评)真核生物基因中通常有内含子(位于编码蛋白质序列内的非编码DNA片段)，而原核生物基因中没有，原核生物没有真核生物所具有的切除内含子对应的RNA序列的机制。有人利用RT-PCR技术(mRNA逆转录为cDNA再进行PCR扩增)，获得了牛的G基因，导入到大肠杆菌中，成功表达出G蛋白(一种免疫蛋白)。请回答下列问题：
(1)RT-PCR过程需要的酶有_____________；在进行PCR扩增时需要设计_________种引物。 (2)RT-PCR的产物经过BamHⅠ、EcoRⅠ双酶切后，与经过同样双酶切得到的PBV载体连接，该操作程序属于________，也是基因工程的核心步骤。与单一酶切相比，双酶切具有的优点是______________________________________________(答出两点)。
(3)若要检测G基因是否翻译出G蛋白，可采用的分子水平的检测方法是___________。 (4)有人从牛的基因组文库中获得了G基因，同样以大肠杆菌作为受体细胞却未得到G蛋白，其原因是_____________________________。
解析 (1) RT-PCR过程，首先是以mRNA为模板逆转录为cDNA，此时需要逆转录酶参与催化；其次是将cDNA进行PCR扩增，在扩增过程中离不开Taq酶(热稳定的DNA聚合酶)的催化。在进行PCR扩增时需要设计2种引物，以便分别与两条DNA模板链结合。 (2) 基因表达载体的构建是实施基因工程的第二步，也是基因工程的核心步骤。与单一酶切相比，双酶切具有的优点是：防止目的基因或载体自身连接；防止目的基因与载体反向连接。 (3)若要检测G基因是否翻译出G蛋白，可采用抗原—抗体杂交技术。 (4)真核生物基因中通常有内含子，而原核生物基因中没有内含子；牛为真核生物，大肠杆菌属于原核生物；原核生物没有真核生物所具有的切除内含子对应的RNA序列的机制。可见，从牛的基因组文库中获得的G基因有内含子，在大肠杆菌中，其转录产物中与内含子对应的RNA