高中 | 第1节 基因指导蛋白质的合成 题目答案及解析

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必修二 遗传与进化

第四章 基因的表达

第1节 基因指导蛋白质的合成

提高光合速率是提高作物产量的重要手段。$\rm Rubisco$是催化光合作用$\rm CO_{2}$固定过程的关键酶,$\rm RCA$是一种核基因编码的叶绿体蛋白,对$\rm Rubisco$作用的发挥有影响。研究人员通过反义$\rm RNA$技术有针对性地使水稻中$\rm rca$基因沉默,以研究$\rm RCA$$\rm Rubisco$间的调控关系。

反义$\rm RNA$分子能够依据                原则与特定序列相结合。推测反义$\rm mRNA$使基因沉默的原理可能是                                                                                                                                                                                                                

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碱基互补配对;

反义$\\rm RNA$与正义$\\rm RNA$结合,抑制核糖体与其结合,阻断翻译过程进而抑制基因表达(或反义$\\rm RNA$与正义$\\rm RNA$结合,引发正义$\\rm RNA$降解,抑制翻译过程进而抑制基因表达;反义$\\rm RNA$与前体$\\rm mRNA$结合,抑制前体$\\rm RNA$的加工,抑制翻译过程进而抑制基因表达;反义$\\rm RNA$$\\rm DNA$上相关基因的启动子结合,抑制该基因的正常转录,进而抑制基因表达)(写出其中一种即可)

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反义$\rm RNA$分子能够依据碱基互补配对原则与特定序列相结合。反义$\rm mRNA$使基因沉默的原理可能是反义$\rm RNA$与正义$\rm RNA$结合,抑制核糖体与其结合,阻断翻译过程进而抑制基因表达。

得到反义$\rm RNA$的关键是把原$\rm DNA$序列反方向插入到表达载体中合适的启动子和终止子之间。反义$\rm rca$基因表达载体构建过程示意图如图$\rm 1$。图中过程①用限制酶                 $\rm DNA$连接酶处理,将$\rm rca$基因连接到载体Ⅰ上,经筛选获得如图所示结果,使$\rm rca$两端引入与表达载体Ⅱ相匹配的酶切位点;过程②中,用限制酶                 $\rm DNA$连接酶处理,获得重组基因表达载体。为鉴定该基因表达载体中$\rm rca$基因的插入方向,选用限制酶$\rm EcoRI$对上述表达载体进行切割,若切下片段为                 (选填“$\rm rca$和终止子”或“仅终止子”),则为反义$\rm RCA$基因表达载体。

[["$EcoR$ Ⅰ","$ BamH$ Ⅰ","$\\rm rca$和终止子"]]

利用同一种限制酶切割质粒和目的基因产生的黏性末端相同,这样容易导致质粒和目的基因自身环化。据图可知,反义$\rm rca$基因的两端含有限制酶$EcoR$ Ⅰ和$ BamH$ Ⅰ识别位点,载体中也有这两种酶的识别位点,因此得到反义$\rm RNA$的关键是把原$\rm DNA$序列反方向插入到表达载体中合适的启动子和终止子之间。反义$\rm rca$基因表达载体构建过程示意图如图$\rm 1$。图中过程①用限制酶$EcoR$ Ⅰ和$\rm DNA$连接酶处理,将$\rm rca$基因连接到载体Ⅰ上,经筛选获得如图所示结果,使$\rm rca$两端引入与表达载体Ⅱ相匹配的酶切位点;过程②中,用限制酶$ BamH$ Ⅰ和$\rm DNA$连接酶处理,获得重组基因表达载体。为鉴定该基因表达载体中$\rm rca$基因的插入方向,选用限制酶$EcoR$ Ⅰ对上述表达载体进行切割,若切下片段为$\rm rca$和终止子,则为反义$\rm RCA$基因表达载体。

采用电激法将反义$\rm rca$基因表达载体导入                中,再将其与水稻愈伤组织共培养成$\rm T_{0}$代幼苗。拟通过$\rm PCR$筛选出转基因成功的$\rm T_{0}$代水稻幼苗。某同学提出应针对$\rm rca$基因的特定序列设计引物,你认为该想法是否可行?请说明理由                                                                                  

[["

农杆菌;不可行,无论是否转入反义$\\rm rca$基因,植物体内都有内源的$\\rm rca$基因

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采用电激法将反义$\rm rca$基因表达载体导入农杆菌中,再将其与水稻愈伤组织共培养成$\rm T_{0}$代幼苗。拟通过$\rm PCR$筛选出转基因成功的$\rm T_{0}$代水稻幼苗。无论是否转入反义 $\rm rca$基因,植物体内都有内源的$\rm rca$基因,故不能针对$\rm rca$基因的特定序列设计引物。

$\rm T_{0}$代幼苗移栽后$\rm 45d$$\rm 16$株苗相继死亡,最终成活的突变体仅仅$\rm 3$株,株高都明显低于野生型水稻,为探究其原因,科研人员对转基因水稻和野生型水稻光合速率进行测定,结果如图$\rm 2$,分析结果可知$\rm rca$基因能够水稻的光合速率。

进一步对细胞中相关指标进行测定,结果如表所示。综合以上实验结果推测,$\rm rca$基因影响水稻株高性状的机制是                                                                                   

[["提高$\\rm rca$基因提升$\\rm Rubisco$活力,促进$\\rm CO_{2}$固定,提高光合速率,进而增加有机物积累量,促进植株生长"]]

分析图$\rm 2$和表格可知,提高$\rm rca$基因能提升$\rm Rubisco$活力,促进$\rm CO_{2}$固定,提高光合速率,进而增加有机物积累量,促进植株生长。

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