扬州大学基因工程的期末试的题目复习要点整理

基因工程期末试题复习要点整理

基因工程是70年代出现的一门科学，是生物学最具生命力和最引人注目的前沿科学之一，是现代生物技术的代表，是生命科学类专业中的一门重要的专业课。本课程主要介绍基因工程概述、重组DNA基本技术及原理、基因克隆、基因的分离及鉴定、基因工程的表达系统、基因工程的应用等。通过本课程的学习，使学生掌握基因工程技术的基本原理和了解该技术在动物、植物和微生物等方面的应用，为今后从事生物学教学、生物技术研究和产品开发，或进一步的研究生学习科研打下坚实的理论及专业基础。扬州大学试题纸

一、名词解释：共10题，每题2分，共20分。

1. 基因: 是DNA分子中含有特定遗传信息的一段核苷酸序列，是遗传物质的最小功能单位。

2. 定位克隆: 获取基因在染色体上的位置信息，然后采用各种方法对该基因进行定位和克隆

3. 融合基因: 是指应用DNA体外重组技术构建的一类具有来自两个或两个以上的不同基因核苷酸序列的新型基因。

4. 转化子: 导入外源DNA后获得了新遗传标志的细菌细胞或其他受体细胞，又称重组体。

5. 人工接头：是人工合成的具有一个或数个特定限制性内切酶识别和切割序列的双股平端DNA短序列。

6. RT-PCR: 是指以mRNA在反转录酶作用下合成cDNA第一链为模板进行的PCR。

7. ORF : 起始于AUG、止于UAA、UGA、UAG的连续的密码子区域，是潜在的编码区。

8. MCS: 指载体上人工合成的含有紧密排列的多种限制核酸内切酶的酶切位点的DNA片段。

9. gene targeting : 基因工程中利用活细胞染色体DNA可与外源DNA的同源性DNA序列发生重组的性质，来进行定点修饰改造染色体上某一目的基因的技术

10. 5’RACE: 是一种通过PCR进行cDNA末端快速克隆的技术，是以mRNA 为模板反转录成cDNA第一链后用PCR技术扩增出某个特异位点到5’端之间未知序列的方法。

四、简答题：共4题，共20分。

1．简述获得目的基因常用的几种方法。（5分）

答：

（1）直接从染色体DNA中分离：（1分）

仅适用于原核生物、叶绿体和线粒体基因的分离，较少采用。

（2）人工合成：（1分）

根据已知多肽链的氨基酸顺序，利用遗传密码表推定其核苷酸顺序再进行人工合成。适应于编码小分子多肽的基因。

（3）从mRNA合成cDNA：（1分）

采用一定的方法钓取特定基因的mRNA，再通过逆转录酶催化合成其互补DNA （cDNA），除去RNA链后，再用DNA聚合酶合成其互补DNA链，从而得到双链DNA。这一方法通常可得到可表达的完整基因。

（4）利用PCR合成：（1分）

如已知目的基因两端的序列，则可采用聚合酶链反应(polymerase chain reaction,PCR)技术，在体外合成目的基因。

（5）从基因文库中筛选：（1分）

首先建立基因组或cDNA文库，利用探针从文库中筛选目的克隆。

2. 分子克隆载体应具备哪些特点？（4分）

答：

(1) 在宿主细胞内必须能够自主复制（1分）

(2) 必须具备合适的酶切位点，供外源DNA片段插入，同时不影响其复制（1分）

(3) 有一定的选择标记，用于筛选（1分）

(4) 具有较高的拷贝数，便于载体的制备（1分）

3. cDNA文库和基因组文库的主要差别有哪些？（5分）

答：

（1）基因组文库克隆的是任何基因，包括未知功能的DNA序列；cDNA文库克隆的是具有蛋白质产物的结构基因，包括调节基因。（2分）

（2）基因组文库克隆的是全部遗传信息，不受时空影响；cDNA文库克隆的是不完全的编码DNA序列，因它受发育和调控因子的影响。（1分）

（3）基因组文库中的编码基因是真实基因，含有内含子和外显子，而cDNA文库克隆的是不含内含子的功能基因。（2分）

4. 某一质粒载体具有Tetr和Kanr的表型，在Kan抗性基因内有一Bgl I的切点。现用Bgl I切割该载体进行基因克隆，问：(1)转化后涂皿时应加什么样的抗生素? (2)培养后长出的菌落具有什么样的抗性基因型? (3)如何利用抗性变化筛选到含有插入片段的重组体? （6分）

答：

(1)加四环素；(2)TetrKans和TetrKanr；(3)重新点种在含Tet、Kan和只加Tet 的

平板上，选择只在Tet平板上生长的菌落，即为所需的重组体。

五．分析题10分

科学家将人的生长素基因与大肠杆菌的DNA分子进行重组，并成功地在大肠杆菌中得以表达。过程如右图所示，据图回答：

(1)人的基因之所以能与大肠杆菌的DNA分子进行重组，原因是什么？

(2)过程①表示的是采取什么的方法来获取目的基因？

(3)检测大肠杆菌B是否导入了质粒

或重组质粒，可采用的方法和理由？

(4)如果把已经导入了普通质粒A或重组质粒的大肠杆菌，放在含有四环素的培养基上培养，发生什么现象？分析原因？

答:（1）人的基因与大肠杆菌DNA的组成成分相同，结构相同(2分)

(2) 反转录法(逆转录法) (2分)

(3)将得到的大肠杆菌B涂布在一个含有氨苄青霉素的培养基上，能够生长的，说明已导入了质粒A或重组质粒，反之则没有导入。因为普通质粒A和重组质粒上都有抗氨苄青霉素基因(2分)

(4)有的能生长，有的不能生长导入普通质粒A的细菌能生长，因为普通质粒A 上有四环素抗性基因；导入重组质粒的细菌不能生长，因为目的基因正插在四环素抗性基因中，破坏了其结构和功能。(4分)

六、论述题：共1题，15分。

1．在基因工程操作过程中，使用的克隆载体需要具备哪些条件？选择受体细胞时需要具备哪些基本原则？

答：克隆载体需要具备条件：（7分）

①载体都能携带外源DNA片段(基因)进入受体细胞，或停留在细胞质中自我复制，或整合到染色体DNA上，随着染色体DNA的复制而同步复制。(1分)

②载体都具有合适的筛选遗传标记。(1分)

③载体都具有供外源基因插入的限制性核酸内切酶位点，即多克隆位点。(1分)

④载体都必须是安全的，不应含有对受体细胞有害的基因，并且不会任意转入除受体细胞以外的其他生物细胞，尤其是人的细胞。(1分)

⑤载体本身的分子量都比较小，可容纳较大的外源基因片段。(1分)

⑥载体在细胞内的拷贝数要高，方便外源基因在细胞内大量扩增。(1分)

⑦载体在细胞内稳定性要高，保证重组体稳定传代而不易丢失。(0.5分)

⑧载体的特征都是充分掌握的，包括它的全部核苷酸序列。(0.5分)

受体细胞的选择应具备的基本原则：（8分）

①便于重组DNA分子的导入。(1分)

②便于重组体的筛选。根据所用的表达载体所含的选择性标记与受体细胞基因是否相匹配，从而易于对重组体进行筛选。(1分)

③遗传稳定性高，易于进行扩大培养或易于进行高密度发酵而不影响外源基因的表达效率。对动物细胞而言，所选用的受体细胞具有对培养的适应性强，可以进行贴壁或悬浮培养，可以在无血清培养基中进行培养。(1分)

④受体细胞内内源蛋白水解酶基因缺失或蛋白酶含量低，利于外源蛋白表达产物在细胞内积累，可促进外源基因高效分泌表达。(1分)

⑤安全性高，无致病性，不会对外界环境造成生物污染。一般选用致病缺陷型的细胞或营养缺陷型细胞作为受体细胞。(1分)

⑥能使重组DNA分子稳定存在于细胞中。从受体细胞的角度出发，通常的做法是是对其作适当的修饰改造，如选用某些限制性核酸内切酶缺陷型的受体细胞就可以避免其对重组DNA分子的降解破坏作用。(1分)

⑦受体细胞在遗传密码子的应用上无明显偏倚性。(1分)

⑧具有较好的转译后加工机制等，便于真核目的基因的高效表达。(0.5分)

⑨在理论研究和生产实践上有较高的应用价值。(0.5分)

基因工程原理复习题思考题

基因工程绪论

1、基因工程的定义与特征。

定义：在体外把核酸分子（DNA的分离、合成）插入载体分子，构成遗传物质的新组合（重组DNA），引入原先没有这类分子的受体细胞内，稳定地复制表达繁殖，培育符合人们需要的新品种（品系），生产人类急需的药品、食品、工业品等。

特征：1、具跨越天然物种屏障的能力。

2、强调了确定的DNA片段在新寄主细胞中的扩增。

2、试述基因工程的主要研究内容。

1）、目的基因的分离

2）、DNA的体外重组（载体、受体系统等）

3）、重组DNA分子转移到受体细胞及其筛选

4）、基因在受体细胞内的扩增、表达、检测及其分析。

3、基因工程在食品工业上有何应用发展？

主要是通过基因重组，使各种转基因生物提高生产谷氨酸、调味剂、酒类和油类等有机物的产率；或者改良这些有机物组成成分，提高利用价值。

4、转基因是一把双刃剑，请客观谈谈对转基因及转基因食品安全性的认识。转基因技术所带来的好处是显而易见的，在人类历史进步和发展中起到了积极作用。

首先，通过该项技术可以提供人们所需要的特性，改良培育新品种；

第二，延长食品保存时间或增加营养成分；

第三，将抗虫防菌基因转入到作物中，使作物本身产生抵抗病虫害侵袭的能力，减少了农药的使用量，有利于环境保护；

第四，转基因技术及基因食物在医学方面得到广泛研究和应用。

人们对转基因技术的主要担忧在于环境方面。外源基因的导入可能会造就某种强势生物，产生新物种或超级杂草、损害非目标生物、破坏原有生物种群的动态平衡和生物多样性，也即转基因生物存在潜在的环境安全问题。

转基因作物的大面积种植已有数年，食用转基因食品的人群至少有10亿之多，但至今仍未有转基因食品对生命造成危害的实例；更何况目前每一种基因工程食品在上市前，都要经过国家法律认可，食品卫生部门和环境部门的严格检测。只有测试合格了，才能投放市场。因此公众完全可以安全地消费、大胆地食用转基因食品。

第一章DNA的分子特性与利用

1、原核生物和真核生物的基因表达调控有何差别？

1）原核基因表达调控的三个水平：转录水平调控、翻译水平调控、蛋白质加工水平的调控

原核基因表达调控主要是在转录水平上的调控。

2）真核生物基因表达的特点：

l 1．基因组DNA存在的形式与原核生物不同；

l 2．真核生物中转录和翻译分开进行；

l 3．基因表达具有细胞特异性或组织特异性；

l 4．真核基因表达的调控在多个水平上进行：DNA水平的调控、转录水平调控、转录后水平调控、翻译水平调控、蛋白质加工水平的调控；

2、什么是基因？根据基因的产物，基因可分为哪三类？

基因是具有生物学功能的、在染色体上占据一定位置的一段核苷酸序列，是分子遗传的功能单位。

根据基因的产物，基因可分为三类：

l 转录并翻译编码蛋白质的基因:

包括结构蛋白基因、编码酶的基因、调节基因

l 转录但不翻译产物的基因:

包括tRNA、rRNA

l 不转录但有功能的DNA区段:

如启动子、操纵基因

3、引起核酸变性的因素主要有哪些？核酸变性后性质有何变化？

引起核酸变性的因素：--温度、酸、碱、甲醛和尿素等。

DNA变性后，它的一系列性质发生变化，如紫外吸收(260 nm)值升高（增色效应）, 粘度降低等，如DNA增加25－40%. RNA约增加1.1%。。

4、DNA复性及其影响因素。

变性DNA在适当的条件下，两条彼此分开的单链可以重新缔合成为双螺旋结构，这一过程称为复性。

DNA复性的程度、速率与复性过程的条件有关，也与它本身的组成和结构有关：分子量越大复性越难。浓度越大，复性越容易。

（附加：注意：将热变性的DNA骤然冷却至低温时，DNA不可能复性。但是将变性的DNA缓慢冷却时，可以复性。

复性的应用：核酸的杂交，分子扩增）

第二章基因工程操作的基本技术

1. DNA凝胶电泳中核酸分子分离的机理。

在碱性环境下，核酸分子带负电荷，在外加电场的作用下，分子在凝胶多孔性刚性滤孔中从负极向正极泳动，其中主要由于分子筛效应和电荷效应达到分离不同大小核酸分子的目的。

2. DNA凝胶电泳中影响电泳迁移率的因素主要有哪些？

1）分子本身的影响

?分子的大小：小则快

?带电荷数：多则快

?分子构型：超螺旋>解螺旋

2）电场：直流电场

?电压高则快

?电压太高则结果不准确

常用3~5V/CM

3）支持物介质

?种类：琼脂糖凝胶、聚丙烯酰胺凝胶

?凝胶浓度: 浓度大，筛孔小，适合小分子电泳；浓度小，筛孔大，适合大分子电泳

4）电泳缓冲液

ü pH值：偏碱性，带负电荷

ü 离子浓度：离子浓度高_ 电流大_发热快_胶溶解

ü种类：TAE、TBE、TPE、TNE

3. PCR的原理和主要反应过程，并分析影响PCR扩增的影响因素。

PCR原理：变性温度下，DNA双链变性双螺旋解开成单链DNA，在退火温度中人工合成的特异引物根据碱基互补配对原则与单链DNA特异结合，然后在DNA聚合酶的作用下，在延伸温度下不同的脱氧核苷酸按照碱基互补配对原则在引物的引导下合成与模板DNA互补的新链，实现DNA的扩增。

影响PCR扩增的影响因素：

§(1)Taq酶：常用1U/25μL

3浓度低，扩增产物不够；

3浓度高，非特异性扩增增加；

3酶的活性；

§(2)dNTP的浓度：常用100-200μmol/L，不能低于20μmol/L，特异性、保真性；

§(3)模板：主要考虑纯度及使用量，对纯度要求不高，但含有酚、氯仿等杂质则难以成功。使用量从几个ng到100ng.

§(4)引物浓度：0.1-0.5μmol/L之间，过多则非特异扩增增加，形成引物二聚体；§(5)Mg2 浓度：常用0.5-2.5mmol/L；

影响：酶的活性、引物-模板退火、特异性

§(6)PCR反应程序设定：变性温度和时间、引物退火温度Tm与时间、引物延伸温度与时间和循环数

4. PCR引物设计的原则，若给一指定DNA序列并需要通过PCR扩增此序列，如何设计扩增引物？（关于如何设计这个问题，靠自己了）

引物设计原则：

1、G C含量45-55%；

2、Tm值高于55；

3、引物特异性；

4、引物扩增跨度；

5、是否形成引物二聚体

5. 定量PCR的原理？Ct值的含义。

原理：通过实时检测PCR每一个循环扩增产物相对应的荧光信号，来实现对起始模板进行定量及定性的分析。

初始模板量X0的对数值与C(T) 值之间呈线性关系：log X0= - log(1 Ex) *Ct log N

6. 分子杂交的类型主要有哪些？探针的标记方法与标记类型？常用的双链DNA的标记方法是哪两种？

探针的标记方法：切口平移法、随机引物合成法，末端标记法，PCR标记法，体外转录标记法。

探针按核酸分子分：DNA探针和RNA探针；

按标记物的不同：放射性标记探针和非放射性标记探针。

标记类型：按核酸分子的不同：可分为DNA探针和RNA探针

根据标记物的不同：可分放射性标记探针和非放射性标记探针；

双链DNA探针标记主要方法：切口平移法、随机引物合成法；

7. Southern杂交一般过程及影响杂交因素。

Southern杂交操作步骤:

(1) 用限制性内切酶酶切DNA, 经凝胶电泳分离各酶切片段；

(2) 转膜：将DNA片段转移到硝酸纤维素滤膜或尼龙膜上；

(3) 预杂交：封阻滤膜上非特异性位点；

(4) 杂交：让探针与同源DNA片段特异性结合；

(5) 洗脱：去除非特异性结合的探针；

(6) 自显影检查目的DNA所在的位置。

Southern杂交影响因子

1）、目的DNA在总DNA中所占的比例

2）、探针的大小和标记效率

3）、转移到滤膜上的DNA量

4）、探针与靶DNA的同源性

8. 基因组文库的构建过程？如何确定文库的大小？

基因组文库的构建过程：

1）从生物体提取大片断的基因组DNA；

2）用适当的限制性内切酶（常为4碱基识别位点）进行部分酶切或超声波打断基因组DNA ；

3）在琼脂凝胶电泳上或蔗糖梯度离心筛选适当长度的DNA片断（根据载体的要求）；

4）载体的酶切、回收；

5）将处理好的基因组DNA片断与载体连接；

6）将重组子导入宿主细胞

7）文库的鉴定、收集、保存；

确定文库大小的方法：

以在构建的基因组文库中任一基因存在的概率来衡量文库的质量或完备性，它与基因文库最低所含克隆数N（即文库大小）之间的关系可用下式表示：

N = ln ( 1 – P ) / ln ( 1 – f )

其中：

N：文库所需的总克隆数；

P：任一基因被克隆（或存在于基因文库中）的概率；

f：克隆片段的平均大小/ 生物基因组的大小。

9. 基因文库的类型包括哪两种？各有什么特点？

10. 一般质粒DNA的构型有哪几种？在琼脂糖凝胶电泳中的有何特点？

超螺旋质粒DNA、开环质粒DNA、线状质粒DNA

在琼脂糖凝胶电泳的特点是：电泳的泳动速度由大到小分别是：

超螺旋质粒DNA>线状质粒DNA>开环质粒DNA

11. 碱裂解法提取质粒DNA的原理，分析影响试验结果的各种可能因素。

碱裂解法原理：在碱性条件下，双连DNA氢键断裂，结构破坏变性，环状超螺旋质粒不充分变性。在中性条件下变性质粒恢复原来构型，而线性大分子细菌DNA不能复性呈不溶物而经离心除去。

（各种可能因素是上一届的，具体其实大家可以根据那天师兄说的去写）

提取失败：1）洗去双链时，将质粒DNA洗去；

2）破壁失败，质粒没析出；

3）加剂问题

电泳失败：1）电压太高2）没加染色剂

3）胶穿孔4）电泳时间过长

12. 电泳缓冲液使用一定时间后出现DNA在凝胶中跑不动现象的原因，有何解决办法？

原因：电泳缓冲液的离子的富集作用；

解决方法：1.更换成新配置的电泳缓冲液；

2.把电泳槽中的缓冲液倒出混匀后再重新使用

13. 电泳的指示剂和染色剂有何区别，各自的作用是什么？

指示剂一定要在电泳前加入，指示剂一般与蔗糖、甘油或聚蔗糖400组成载样缓冲液；（一般为：溴酚兰，二甲苯青）

作用：①预知电泳的速率及方向；②使样品呈现颜色，便于加样；

③一些高浓度蔗糖或其它物质增加DNA的密度，可以防止DNA的扩散

染色剂即可以在电泳前加入样液，又可以电泳后再对凝胶染色；（溴化已锭[EB]、硝酸银、Goldview染料）

作用：呈现出核酸电泳后的带型。

第三章基因克隆的酶学基础

1、限制性核酸内切酶的类型，基因工程常用的是哪种限制性核酸内切酶？（常用II型）

2、什么是星活性，产生星活性的因素可能有哪些？

在非最适合的条件下酶的识别特异性降低，产生非特异性带，这种活性称星活性。产生Star活性的因素：（书上P46-P47答案）

高浓度甘油，碱性pH，存在Mn2 ，低离子强度，低盐浓度，低pH

3、结合已做的实验，分析影响酶切的因素。（这个答案是上届的，仅供参考）1）DNA的纯度：DNA中的杂质如蛋白质、酚、氯仿、乙醇、SDS、EDTA等都会影响酶的活性。

2）DNA的甲基化程度：dam甲基化酶（修饰GATC中的A）；dcm甲基化酶（修饰CCA/TGG的C）。

3）温度：不同的限制性内切酶的最适反应温度不同。大多数是37 o C，少数要求40-65 o C。4）缓冲液(Buffer)：是影响限制酶活性的重要因素。

4、限制性核酸内切酶命名规则及各字母代表的含义。（例子和图帮助大家理解而已）

命名规则：寄主菌属名的第1个字母＋种名的前两个字母＋菌株或菌型代号（大写）＋空白＋发现序列（罗马数字）

例子：EcoRⅠ(E：属名；co：种名；R：株；Ⅰ：发现次序)

5、简单叙述同尾酶和同裂酶的差别。

同尾酶：来源不同，识别的序列不同，但能切出相同的粘性末端，连接后不能被相关的酶同时切割。

同裂酶：识别序列相同，切割位点有些相同，有些不同。分完全同裂酶和不完全同裂酶

（PS：完全同裂酶：识别位点和切点完全相同。