帝王蝶是世界上唯一能长距离迁徙的蝴蝶,其幼虫只摄食一种叫乳草的植物,乳草会分泌 一种名为强心甾的毒素,有资料研究显示,过量摄入强心甾对除帝王蝶幼虫以外其他的动物来说都是有 毒的,会导致死亡。
(1)钠钾泵在许多动物细胞膜上均有存在,它能通过主动转运控制细胞内外的钠、钾离子浓度, 因此从膜蛋白功能的角度看,钠钾泵还具有_____ 的活性。强心甾能与细胞膜表面的钠钾泵结合,抑制其主动转运功能,从而导致细胞内外________________ 失衡,使细胞破裂。
(2)科学家猜测:帝王蝶的钠钾泵基因可能发生了突变,使其获得了对强心甾的抗性。为研究帝 王蝶钠钾泵基因的碱基排列顺序并获得相应的蛋白产物,科学家尝试从帝王蝶基因组中获取该基因,并 通过________ 实现了对其的扩增;科学家选用合适的__________ 、DNA 连接酶和载体构建重组 DNA 分子,并将其导入大肠杆菌以获得大量的目的基因,再将其导入_______________ 中(A.农杆菌 B.酵母细胞 C.昆虫细胞 D.海拉细胞)获得相应的蛋白产物。
(3)为提高重组 DNA 分子导入的成功率,除了需要确保重组 DNA 分子有足够的物质的量外,还必 须采用各种方法提高大肠杆菌的_________ 。为了筛选成功导入重组 DNA 分子的大肠杆菌,宜用__________ 法将转化混合物转移至含有________ 的平板上。通过基因测序,发现帝王蝶钠 钾泵基因中的突变会导致其蛋白产物中有 3 处氨基酸种类与其他昆虫不同,分别是第 111、119 和 122 位氨基酸,这体现了基因突变的普遍性。
(4)为了从受体细胞中分离目的基因的蛋白产物(目的蛋白),科学家在目的蛋白的肽链末端添加 一个含有 6-10 个组氨酸的“标签”,该标签在适宜条件下可以与含有金属离子的固定化介质结合。因此, 可以提取受体细胞的______ 中的全部蛋白质,通过_____ 法将其中的目的蛋白固定在层析 柱上,再洗去不需要的杂蛋白,最后将目的蛋白从层析柱上______ 下来,从而获得纯度较高的 目的蛋白。通过对目的蛋白的研究发现:上述 3 个位点的突变使得帝王蝶膜结构上钠钾泵的____ 发生了改变,强心甾无法与其结合,由此验证了之前的猜测。
(5)为进一步研究上述突变位点的作用,科学家使用 CRISPR/Cas9 技术在果蝇中开展了相关研究。
通过该技术,研究人员可以在 DNA 分子中特定的序列处剪切 DNA 分子并进行编辑。研究人员将基因 编辑所需的各种元件同时导入果蝇____ 细胞中,对钠钾泵基因上的相应位点进行编辑,实验 结果如下:
注:“+”表示神经系统功能正常或有强心甾抗性“-”表示神经系统功能不正常或没有强心甾抗性
根据上表分析,可以推断出:_____ 突变对果蝇正常生存影响最小,__________ 突变则可能是在帝王蝶进化过程中最后出现的,3 个位置先后出现的突变使得帝王蝶在保证神经系统正常功能的 前提下,还进一步获得了对强心甾的抗性,这体现了进化论中________ 的思想。
(1)钠钾泵在许多动物细胞膜上均有存在,它能通过主动转运控制细胞内外的钠、钾离子浓度, 因此从膜蛋白功能的角度看,钠钾泵还具有
(2)科学家猜测:帝王蝶的钠钾泵基因可能发生了突变,使其获得了对强心甾的抗性。为研究帝 王蝶钠钾泵基因的碱基排列顺序并获得相应的蛋白产物,科学家尝试从帝王蝶基因组中获取该基因,并 通过
(3)为提高重组 DNA 分子导入的成功率,除了需要确保重组 DNA 分子有足够的物质的量外,还必 须采用各种方法提高大肠杆菌的
(4)为了从受体细胞中分离目的基因的蛋白产物(目的蛋白),科学家在目的蛋白的肽链末端添加 一个含有 6-10 个组氨酸的“标签”,该标签在适宜条件下可以与含有金属离子的固定化介质结合。因此, 可以提取受体细胞的
(5)为进一步研究上述突变位点的作用,科学家使用 CRISPR/Cas9 技术在果蝇中开展了相关研究。
通过该技术,研究人员可以在 DNA 分子中特定的序列处剪切 DNA 分子并进行编辑。研究人员将基因 编辑所需的各种元件同时导入果蝇
突变情况 | 神经系统功能 | 强心甾抗性 |
无突变 | +++ | - |
111 | + | + |
119 | +++ | - |
122 | -- | ++ |
111+119 | ++ | ++ |
122+119 | + | +++ |
111+119+122 | ++ | ++++ |
注:“+”表示神经系统功能正常或有强心甾抗性“-”表示神经系统功能不正常或没有强心甾抗性
根据上表分析,可以推断出:
更新时间:2020-02-21 19:45:02
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【推荐1】结核病是由结核杆菌引起的人畜共患病。结核杆菌通常以气溶胶形式传播,气溶胶颗粒被肺泡吞噬细胞吞噬,吞噬细胞破裂导致结核杆菌在机体内进一步传播。羊痒病是由正常细胞的非致病性肠蛋白异构化为痒病朊蛋白所致。为研制既能抗结核病又能抗羊痒病的双抗羊,科学家进行了如下操作。
(1)小鼠SP110基因是目前发现的具有抗结核杆菌感染功能的基因。研究人员为了验证SP110基因的功能,同时也为了验证山羊吞噬细胞特异性启动子MSR可以启动SP110基因在吞噬细胞内的表达,将MRS启动子与小鼠SP110基因形成融合基因,设计了下表所示的三组实验。
取三组实验等量的细胞裂解液,用稀释涂布平板法培养,结果如下图1所示。由图可知小鼠SP110基因可用于双抗羊的研制,依据的实验现象是___________ 。___________ 设计引物进行PCR,并用___________ 作用于PCR产物后进行凝胶电泳,若仅获得一条电泳条带,说明定点敲除成功。___________ 、2、___________ 。经检测,山羊成纤维细胞中非致病性脱蛋白基因和SP110基因的表达情况是___________ (填“两者均增加”或“两者均减少或不表达”或“前者减少、后者增加”或“前者增加、后者减少”)。___________ (至少写出两项)。
(1)小鼠SP110基因是目前发现的具有抗结核杆菌感染功能的基因。研究人员为了验证SP110基因的功能,同时也为了验证山羊吞噬细胞特异性启动子MSR可以启动SP110基因在吞噬细胞内的表达,将MRS启动子与小鼠SP110基因形成融合基因,设计了下表所示的三组实验。
组别 | 主要操作 | 培养细胞后,使之破裂 |
对照组1 | 空质粒导入山羊肺泡吞噬细胞,接种适量结核杆菌 | 细胞培养72小时后,加入③ |
对照组2 | 含有能广泛表达SP110基因的山羊肺泡吞噬细胞,① | |
实验组 | ② |
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解题方法
【推荐2】学习以下材料,回答(1)~(3)题。
细菌之间的基因重组
细菌之间能够通过多种方式实现基因的交流,从而增大对环境的适应。
第一种细菌的基因重组现象发现于1946年。微生物学家Lederberg筛选出两种突变细菌,A缺乏合成甲硫氨酸的能力,B缺乏合成苏氨酸的能力。A、B菌均有链霉素抗性和敏感性两种亚型。链霉素敏感细菌在含有链霉素的培养基中不会死亡,但是没有增殖能力。Lederberg发现只有链霉素敏感A菌与链霉素抗性B菌混合后的产物,在不含甲硫氨酸和苏氨酸的选择培养基上长出菌落。经研究发现,这种称为接合的现象需要细菌之间的直接接触,经由一种特殊通道将供体菌的遗传物质转入受体菌中实现基因重组(图1)。
此外,Avery的肺炎链球菌转化实验证明细菌还能够通过直接吸收外界游离DNA片段来实现基因重组。多种基因重组方式令细菌具有更强的基因交流能力,滥用抗生素引发的超级细菌感染事件频频发生,对人类医疗、畜牧养殖等产业提出了严峻挑战。
(1)图1实验中,Lederberg在筛选发生基因重组的细菌时,使用的选择培养基除了基本营养物外,还需要添加__________ 。两种突变细菌中,供体菌是__________ (填“A”或“B”),在选择培养基中长出菌落的原因是__________ 。
(2)①图2实验中,Lederberg能排除野生型菌的出现来源于接合或转化的原因是_________ 。
②研究者利用野生菌(T+L+C+)作为供体菌,合成代谢突变菌做受体菌(T—L—C—)。使用__________ 法在选择培养基上对受体菌转导情况进行计数,发现T+的菌落中,有47%同时也是L+,但只有2%同时也是C+。结合实验结果,针对野生菌中3个基因在DNA上的排列顺序,提出合理假设__________ 。
③为进一步验证假设,请设计实验并预期实验结果_________ 。
(3)利用本文信息,从进化与适应的角度阐明滥用抗生素引发超级细菌感染致病的原因:_________ 。
细菌之间的基因重组
细菌之间能够通过多种方式实现基因的交流,从而增大对环境的适应。
第一种细菌的基因重组现象发现于1946年。微生物学家Lederberg筛选出两种突变细菌,A缺乏合成甲硫氨酸的能力,B缺乏合成苏氨酸的能力。A、B菌均有链霉素抗性和敏感性两种亚型。链霉素敏感细菌在含有链霉素的培养基中不会死亡,但是没有增殖能力。Lederberg发现只有链霉素敏感A菌与链霉素抗性B菌混合后的产物,在不含甲硫氨酸和苏氨酸的选择培养基上长出菌落。经研究发现,这种称为接合的现象需要细菌之间的直接接触,经由一种特殊通道将供体菌的遗传物质转入受体菌中实现基因重组(图1)。
此外,Avery的肺炎链球菌转化实验证明细菌还能够通过直接吸收外界游离DNA片段来实现基因重组。多种基因重组方式令细菌具有更强的基因交流能力,滥用抗生素引发的超级细菌感染事件频频发生,对人类医疗、畜牧养殖等产业提出了严峻挑战。
(1)图1实验中,Lederberg在筛选发生基因重组的细菌时,使用的选择培养基除了基本营养物外,还需要添加
(2)①图2实验中,Lederberg能排除野生型菌的出现来源于接合或转化的原因是
②研究者利用野生菌(T+L+C+)作为供体菌,合成代谢突变菌做受体菌(T—L—C—)。使用
③为进一步验证假设,请设计实验并预期实验结果
(3)利用本文信息,从进化与适应的角度阐明滥用抗生素引发超级细菌感染致病的原因:
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【推荐3】我国科学家欲获得高效表达萝卜蛋白A的转基因大肠杆菌作为微生物农药,进行了相关研究。检测发现,转入的蛋白A基因在大肠杆菌细胞中表达效率很低,研究者推测不同生物对密码子具有不同的偏好,因此通过PCR对蛋白A基因进行了定点诱变,过程如图1所示。图2为生产该微生物农药所用的质粒结构示意图。图3为转基因大肠杆菌在培养基中的生长情况。据此回答下列问题:
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![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/editorImg/2024/1/3/dba58962-6bba-4634-87bd-afcbbd7895ed.png?resizew=455)
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/editorImg/2024/1/3/8c944fd1-5094-4ac3-8f21-eb5c238a0c04.png?resizew=129)
(1)通常情况下,PCR过程中添加引物的作用是使DNA聚合酶能_________ 。图1中引物B和引物C与普通引物不同的是______________ 。(写一点)
(2)若将新的蛋白A基因导入到图2所示的质粒中构建重组DNA,则扩增新的蛋白A基因时,最好在引物_____________ 的_____________ (填“5′”或“3′”)端添加______________ 限制酶的酶切位点。
(3)结合图3分析,导入转新蛋白A基因的大肠杆菌应接种在_____________ (填“固体”或“液体”) 培养基上,该培养基应添加____________ 以对其进行筛选。接种前通常采用____________ 法对培养基进行灭菌,该培养采用的接种方法是____________ 。
(4)鉴定图3的菌落中大肠杆菌是否产生了新的蛋白A的方法是____________ 。
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(1)通常情况下,PCR过程中添加引物的作用是使DNA聚合酶能
(2)若将新的蛋白A基因导入到图2所示的质粒中构建重组DNA,则扩增新的蛋白A基因时,最好在引物
(3)结合图3分析,导入转新蛋白A基因的大肠杆菌应接种在
(4)鉴定图3的菌落中大肠杆菌是否产生了新的蛋白A的方法是
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【推荐1】苯丙酮尿症是PKU基因突变引起,研究人员尝试用基因治疗的方式治疗该疾病,即将正常基因D导入携带有突变基因的细胞中。下图中的图甲为A、B、C三种质粒,图乙为含有目的基因 D的DNA片段,图丙表示重组载体的示意图。其中Ap为氨苄青霉素抗性基因,Tc为四环素抗性基因,lacZ 为蓝色显色基因(基因表达的产物将无色化合物X-gal转化成一种蓝色物质,菌落呈蓝色),EcoRⅠ(0.7Kb)、PvuⅠ(0.8Kb)等为限制酶及其切割位点与复制原点之间的距离。已知 1 Kb=1 000 个碱基对。请结合所学知识回答:
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/2020/5/10/2459500789473280/2459614582374400/STEM/1124020608664a68bbe95fb207d6d9b7.png?resizew=431)
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/2020/5/10/2459500789473280/2459614582374400/STEM/271fac45f4b141c09d6195ea002492cf.png?resizew=291)
(1)将正常的D基因导入受体细胞的基因工程操作步骤中,其核心是________ ,据图分析上述甲图中三种质粒中不宜作为运载体的有________ ,请分析原因________ 。
(2)若要获取目的基因D,上述乙图中应选择限制酶________ 对其所在的DNA进行切割。如果仅知道D基因首尾的部分核苷酸序列,通常可根据该基因首尾两端的已知核苷酸序列合成________ ,利用________ 技术得到大量目的基因。
(3)将目的基因 D 和甲图中可做载体的质粒进行连接后,会得到图丙中三种连接方式。需要选出正向连接的重组质粒,可使用________ 酶切割所获得的重组质粒。完全酶切后,进行电泳分析。若是载体自连,电泳图谱中出现 2.7Kb 一条带,若是正向连接载体和反向连接载体,电泳图谱中出现长度分别为________ 和________ 。
(4)选择自身不含lacZ基因且对抗生素敏感的大肠杆菌作为受体细胞,在已转化的含重组质粒、空质粒的受体细胞中和未转化成功的细胞中如何筛选出成功导入重组质粒的受体细胞_______________ 。
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![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/2020/5/10/2459500789473280/2459614582374400/STEM/271fac45f4b141c09d6195ea002492cf.png?resizew=291)
(1)将正常的D基因导入受体细胞的基因工程操作步骤中,其核心是
(2)若要获取目的基因D,上述乙图中应选择限制酶
(3)将目的基因 D 和甲图中可做载体的质粒进行连接后,会得到图丙中三种连接方式。需要选出正向连接的重组质粒,可使用
(4)选择自身不含lacZ基因且对抗生素敏感的大肠杆菌作为受体细胞,在已转化的含重组质粒、空质粒的受体细胞中和未转化成功的细胞中如何筛选出成功导入重组质粒的受体细胞
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解题方法
【推荐1】CRISPR-Cas系统包含CRISPR基因和Cas基因(CRISPR关联基因)两部分,其中CRISPR是细菌等原核生物基因组内的一段重复序列,当病毒入侵后,某些细菌能够把病毒基因的一小段存储到 CRISPR,Cas基因则位于CRISPR基因附近或分散于基因组其他地方,该基因编码的蛋白均可与CRISPR序列区域共同发生作用,CRISPR-Cas系统的组成如下图所示,现在CRISPR-Cas9(由一条单链向导RNA和内切核酸酶Cas9组成)已发展成为对靶向基因进行特定修饰的第三代基因编辑技术。回答下列有关问题:_____________ 的结果,在CRISPR-Cas系统中,前导区作为启动子,是______________ 识别和结合的部位,能驱动__________________ 基因的表达过程。
(2)CRISPR—Cas系统中,间隔区应是_______ ,该系统在细菌中的作用是____________ 。
(3)CRISPR—Cas9基因编辑技术取代早期基因工程的原因是____________________ ,根据其组成成分推测其工作的原理并简要叙述_______________ 。
(2)CRISPR—Cas系统中,间隔区应是
(3)CRISPR—Cas9基因编辑技术取代早期基因工程的原因是
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【推荐2】阿尔兹海默症(AD)是一种发生于老年和老年前期的中枢神经系统退行性疾病,β-淀粉样前体蛋白(APP)基因是 AD发病关联基因。科学家尝试构建含人APP基因的转基因小鼠动物模型(如图1),以研究AD疾病的发病机制。
(2)下列关于过程Ⅳ的培养条件,说明合理的是____。
(3)在繁育转基因小鼠过程中采用的生物技术与工程是____ 。(编号选填)
①重组DNA 技术
②动物细胞培养技术
③动物细胞融合技术
④细胞核移植技术
⑤胚胎移植技术
(4)若过程Ⅰ中质粒pUCl8选用了 Xho I和BclⅠ进行切割,表为4种限制酶的识别序列和切割位点。为实现其与目的基因相连,可在人APP基因两端分别添加____ (编号选填):若要保证过程Ⅱ能够成功回收 APP 基因,则应在人 APP 基因两端分别添加____ 。(编号选填)
①XhoI 和 BclI的识别序列
②SacI 和 BclI的识别序列
③Xho I 和 BamHI的识别序列
④Sac I 和 BamHI 的识别序列
科学家研究发现AD与脑部的β淀粉样蛋白(Aβ)寡聚有关,Aβ寡聚体能引起一系列的神经细胞毒性反应,造成神经细胞死亡。相关机制如图2,请回答:
(6)神经递质与突触后膜上的 NMDA受体结合会引起Na⁺通道打开,Aβ寡聚体与NMDA受体结合后突触后膜兴奋性将____ (增强/减弱/不变)。AD患者的神经纤维常常出现缠结原因是Aβ寡聚体导致微管稳定性丢失,由微管蛋白组成的____ (细胞结构)被破坏,不能维持细胞的正常形态。
(7)请据图2及所学知识分析AD患者与糖尿病的相关性____ 。
限制性内切核酸酶 | BamHl | Xho l | Bcl l | Sac l |
识别序列及切割位点 | 5'-C↓GATCG-3' | 5'-C↓TCGAG-3' | 5'-↓GATC-3' | 5'-GAGCT↓C-3' |
A.培养基 X是鉴别培养基 |
B.培养基 Y 应选用液体培养基 |
C.培养基X上生长大肠杆菌均含有重组质粒 |
D.培养基 Y 上生长大肠杆菌均含有重组质粒 |
(2)下列关于过程Ⅳ的培养条件,说明合理的是____。
A.加入抗生素—防止细菌感染 |
B.5%CO2—维持酸碱平衡 |
C.适宜温度—维持酶活性 |
D.适宜渗透压—维持水平衡 |
(3)在繁育转基因小鼠过程中采用的生物技术与工程是
①重组DNA 技术
②动物细胞培养技术
③动物细胞融合技术
④细胞核移植技术
⑤胚胎移植技术
(4)若过程Ⅰ中质粒pUCl8选用了 Xho I和BclⅠ进行切割,表为4种限制酶的识别序列和切割位点。为实现其与目的基因相连,可在人APP基因两端分别添加
①XhoI 和 BclI的识别序列
②SacI 和 BclI的识别序列
③Xho I 和 BamHI的识别序列
④Sac I 和 BamHI 的识别序列
科学家研究发现AD与脑部的β淀粉样蛋白(Aβ)寡聚有关,Aβ寡聚体能引起一系列的神经细胞毒性反应,造成神经细胞死亡。相关机制如图2,请回答:
A.不利于神经冲动快速传递 |
B.避免被酶降解 |
C.短时间内可大量释放 |
D.减少能量的消耗 |
(6)神经递质与突触后膜上的 NMDA受体结合会引起Na⁺通道打开,Aβ寡聚体与NMDA受体结合后突触后膜兴奋性将
(7)请据图2及所学知识分析AD患者与糖尿病的相关性
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解题方法
【推荐3】为研究果蝇K基因的功能,科研人员运用CRISPR基因编辑技术“敲除”了K基因。_____ 原则结合,Cas9酶能将与之结合的双链DNA切割,如图1所示。Cas9酶与基因工程使用的限制酶作用的差异是_____ 。
(2)为后续筛选K基因“敲除”的果蝇,在K基因DNA断裂位点插入红色荧光蛋白基因(RFP)需提供携带有红色荧光蛋白基因的供体质粒。
①应选用_____ 处理图2所示的质粒和红色荧光蛋白基因,以构建供体质粒,同时避免质粒自连。
②将Cas9酶基因、向导RNA基因和供体质RFP基因粒导入果蝇的_____ 中,若检测到红色荧光,则表明K基因可能被成功“敲除”,该受精卵发育成的果蝇即为F₀代果蝇。
(3)为确认K基因是否被成功“敲除”,科研人员进行了如下实验:_____ 或_____ (长度单位:kb),出现这两种情况的原因是_____ 。
②近年来,科研人员又发现了一种检测基因的方法——Cas12a酶法。该酶类似Cas9能够在向导RNA的作用下,在特定位点剪切目标DNA之后,还发挥非定向切割单链DNA的功能(如图)。用该方法检测敲除是否成功并排除“脱靶”的方法是:利用_____ 序列设计向导RNA,取待检测细胞克隆导入_____ 和报告分子,观测指标是_____ 。_____ 。
(2)为后续筛选K基因“敲除”的果蝇,在K基因DNA断裂位点插入红色荧光蛋白基因(RFP)需提供携带有红色荧光蛋白基因的供体质粒。
①应选用
②将Cas9酶基因、向导RNA基因和供体质RFP基因粒导入果蝇的
(3)为确认K基因是否被成功“敲除”,科研人员进行了如下实验:
②近年来,科研人员又发现了一种检测基因的方法——Cas12a酶法。该酶类似Cas9能够在向导RNA的作用下,在特定位点剪切目标DNA之后,还发挥非定向切割单链DNA的功能(如图)。用该方法检测敲除是否成功并排除“脱靶”的方法是:利用
子代果蝇个数(只) | |
野生型♂×野生型♀ | 103 |
野生型♂×K基因“敲除”果蝇♀ | 109 |
K基因“敲除”果蝇♂×野生型♀ | 0 |
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