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非选择题-解答题 困难0.15 引用1 组卷964
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:
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:_____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。
19-20高三上·浙江杭州·期末
知识点:微生物的接种方法蛋白质分离的原理及方法物质出入细胞的方式综合基因工程的操作程序综合 答案解析 【答案】很抱歉,登录后才可免费查看答案和解析!
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学习以下材料,完成(1)~(4)题。
在果蝇体内重现帝王蝶毒素抗性的演化路径
帝王蝶是少数具有毒性的蝴蝶,它的毒性来自于食物马利筋。马利筋会分泌“强心甾”,专门与动物细胞内的钠钾泵结合,量大可致命。但是帝王蝶的幼虫却视若无睹,照吃不误。这还不算,帝王蝶的幼虫还能将马利筋分泌的毒素“强心甾”储存在自己的身体里。
研究者利用基因测序技术发现能够抵抗强心甾的昆虫的钠钾泵基因均有突变,且为多次独立演化。所有突变中,111、119 和122 这三个位点上的突变频率最高。通过 CRISPR-Cas9 基因编辑技术,研究者构建了含有这三个位点突变的转基因果蝇。检测发现,当单独引入111 突变时抗性略有增加,单独引入119突变时抗性基本不变,引入111+119 双突变比引入111单突变的抗性要强,122单突变使抗毒性大幅增强,111+119+122这三个突变同时存在时,抗毒能力最强,增加了约1000倍,和帝王蝶的抗毒水平持平,俨然成了“帝王蝇”。
研究者还对转基因果蝇进行了 “癫痫-瘫痪” 测试,将果蝇置于瓶内剧烈晃动,并记录其恢复站立所需时间,用以反映神经系统应对突发机械刺激的能力。野生型果蝇会在震动后立即重新站起,但122突变的果蝇90秒后才能重新站立,111突变的果蝇花费约50秒,而119突变的果蝇和野生型并无二致。111+119双突变和111+119+122三突变的果蝇组内差异较大,但平均值接近正常野生型果蝇。
研究者同时检测了纯合果蝇与杂合果蝇,结果显示在杂合果蝇中,突变钠钾泵和正常钠钾泵在表达量上并无差异;突变钠钾泵的抗性显著增加,纯合的抗性高于杂合;“癫痫-瘫痪” 测试中纯合却比杂合需要更漫长的恢复时间。
在此之前,演化学家通常将目光集中在现存的生物当中,但这项“真的重现了演化历史”的研究使人们知道可以通过基因编辑对突变之间的相互作用进行研究,一步一步复原最有可能的演化轨迹。
(1)研究发现,能够抵抗强心甾的昆虫的钠钾泵基因均有突变,且为多个位点的独立演化,使得钠钾泵的功能出现了差异,说明基因突变具有______________的特点。请结合文中信息,从结构与功能的角度分析,帝王蝶的幼虫对马利筋存在抗性的原因______________
(2)基因与性状并不都是简单的一一对应的关系,请结合文中材料,写出支持“一个基因可以影响多个性状”的证据______________
(3)结合实验结果并联系生物的演化历程,研究者推测这三个位点基因突变的顺序可能是 。下列与之相关的说法中合理的是______________
A. 119单突变不会使帝王蝶的适应性增强
B. 122单突变的帝王蝶的适应性强于111和119双突变的帝王蝶
C. 119突变会抵消111单突变带来的对马利筋抗性的影响
D. 122突变会增强111和119双突变对于强心甾和机械刺激的抵抗能力
(4)研究者又测定了帝王蝶的群体中不同基因组成个体所占的比例,结果如下图所示。请结合上述信息, 从进化与适应的角度简要解释帝王蝶的群体中杂合子比例高于任何一种纯合子比例的现象_____
为扩大可耕地面积,增加粮食产量,黄河三角洲等盐碱地的开发利用备受关注。我国科学家应用耐盐基因培育出了耐盐水稻新品系。据图回答下列问题:

(1)获得耐盐基因的方法可用构建基因文库法和__________。获得耐盐基因后,可以与质粒构建成重组DNA分子,不同生物的基因之所以能重组,从分子水平分析,原因是_______________________
(2)①过程需要用到同种限制性内切核酸酶和DNA连接酶处理目的基因和质粒,二者的黏性末端因能_________而结合。限制性内切核酸酶作用于图2中的_____处,DNA 连接酶作用于图2中的a处。作载体的质粒应具有________,以便进行筛选。
(3)酶切产物用DNA连接酶进行连接后,其中由两个 DNA 片段之间连接形成的产物有____种。若要从这些连接产物中分离出重组质粒,需要对这些连接产物进行________
(4)耐盐基因之所以能在水稻细胞中表达出来,从遗传学的角度看,原因是__________。从进化的角度看,是因为__________;从细胞的角度看,是因为__________
(5)目前把重组质粒导入细菌细胞时,效率并不高。在导入前一般要用________处理细菌,以增大细菌细胞的通透性。导入完成后得到的细菌,实际上有的根本没有导入质粒。检测细菌是否导入了普通质粒或重组质粒,可采用的方法是把细菌涂布在含有的________培养基上,能够生长的就是导入了普通质粒或重组质粒。使用这种方法鉴别的原因是________。可以预见,细菌在该培养基上的生长情况是多数细菌死亡,少数细菌存活,原因是_________
(6)重组质粒导入细菌后,在大量繁殖的同时,能合成大量的X蛋白(耐盐基因表达产物),请写出这一过程中遗传信息流动的图解:_________________________。若增殖后的细菌产生的X蛋白分子不同于正常的 X蛋白,分析其原因可能是细菌产生了基因突变,则突变位于基因的________
(7)将重组 DNA分子导入水稻受体细胞的常用方法有农杆菌转化法、____________,后者的优点是不需要组织培养。
(8)由转基因水稻细胞经过脱分化形成________,其特点是__________;后发育成胚状体和试管苗,此过程中细胞始终受到________的调节,这一技术体现了_______________。若要制备转基因水稻的人工种子,可选择上述实验过程中的_______再包裹上合适的________等。为有利于水稻幼苗茁壮成长,提高水稻的产量。请设计两种对人工种子的处理办法:________________________
(9)为了确定耐盐转基因水稻是否培育成功,要对目的基因的导入和表达进行检测。导入的依据是检测植物是否表现出________控制的性状。表达的依据是检测植物是否表现出________控制的性状。既要用放射性同位素标记的________做探针进行分子杂交检测,又要用________方法从个体水平鉴定水稻植株的耐盐性。转基因水稻与非转基因水稻相比,性状发生了变异,这种变异属于可遗传变异中的________
(10)经分析,转基因水稻细胞中含有一个携带目的基因的 DNA片段,因此可以把它看做是杂合子。理论上,在该转基因植株自交产生的F1中,仍具有耐盐特性的植株占总数的________。将上述耐盐植株后代的种子种植下去,往往有部分植株不再具有耐盐特性,原因是________
(11)种植转基因植物,其所携带的目的基因可通过花粉传递给近缘物种,造成可增殖的基因漂移。如果把目的基因导入叶绿体DNA中,就________(填“能”或“不能”)避免基因漂移。原因是________
稻米香味是水稻品质改良的一个重要内容。在非香型水稻品种中,Badh2 基因表达产物Badh2 蛋白能抑制香味物质 2AP 的合成,使得稻米丧失了香味。研究发现,香味物质 2AP 含量越高,稻米香味越强。为改良水稻的品质,科研人员利用 CRISPR/Cas9 基因编辑技术将非香型粳稻中的 Badh2 基因进行定点编辑,该技术是通过人工设计的单链向导 RNA(称 sgRNA)来识别且结合特定的 DNA 序列,并引导 Cas9 蛋白到相应位置剪切 DNA,最终获得Badh2 发生突变的 6 个基因编辑株系。请回答下列问题。

(注:WT-野生型,E2-6、E2-9、E2-11、E2-13、E3-6、E3-14分别是经基因编辑的6个Badh2突变株系。)
(1)构建编辑水稻 Badh2 基因的 CRISPR/Cas9 系统表达载体时,首先要依据____________ 的部分序列设计编码特定 sgRNA 的 DNA 片段,再将该 DNA 片段与含有 Cas9 基因的 Ti 质粒连接。
(2)将构建成功的表达载体通过农杆菌转化法导入水稻受体细胞,借助 Ti 质粒上的 T-DNA,将目的基因转移并__________________,从而使其得以维持稳定和表达。
(3)为了检测 Badh2 突变株系中 Badh2 基因的表达情况,研究人员分别提取了 Badh2 突变体和野生型植株的总 RNA,经逆转录过程获得总 cDNA,通过 PCR 技术可在总 cDNA 中专一性的扩增出 Badh2 基因的 cDNA,原因是___________________________________
(4)6 个株系 Badh2 基因表达水平检测结果如上图所示,据图推测香味最强的株系为_________,原因是__________________________
(5)综合上述信息,请推测 CRISPR/Cas9 系统的基因编辑技术还在_________等方面具有广阔的应用前景。

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