高考生物一輪復(fù)習(xí)選擇性必修3微專題18PCR及其應(yīng)用學(xué)案

微專題18PCR及其應(yīng)用1．PCR與病毒檢測新冠病毒感染的常規(guī)檢測方法是通過實(shí)時(shí)熒光PCR鑒定。實(shí)時(shí)熒光PCR擴(kuò)增目的基因，需額外添加熒光標(biāo)記探針(一小段單鏈DNA，可與目的基因中部分序列特異性結(jié)合)。當(dāng)探針完整時(shí)，不產(chǎn)生熒光。在PCR過程中，與目的基因結(jié)合的探針被TaqDNA聚合酶水解，R與Q分離后，R發(fā)出的熒光可被檢測到(如圖甲所示)。通過實(shí)時(shí)熒光PCR檢測新冠病毒感染時(shí)，檢測到的熒光強(qiáng)度變化如圖乙所示。2．基因定點(diǎn)突變與基因改造重疊延伸PCR是一項(xiàng)重要的基因定點(diǎn)突變技術(shù)，其主要設(shè)計(jì)思路是用具有互補(bǔ)配對片段的引物(如圖中的引物2和引物3，突起處代表與模板鏈不能互補(bǔ)的突變位點(diǎn))，分別進(jìn)行PCR，獲得有重疊鏈的兩種DNA片段，再在隨后的擴(kuò)增反應(yīng)中通過重疊鏈的延伸獲得想要的目的基因。水蛭素是一種蛋白質(zhì)，可用于預(yù)防和治療血栓。某科研團(tuán)隊(duì)運(yùn)用重疊延伸PCR在水蛭素基因中的特定位點(diǎn)引入特定突變，使水蛭素第47位的天冬酰胺(密碼子為AAC、AAU)替換為賴氨酸(密碼子為AAA、AAG)，從而提高水蛭素的抗凝血活性。原理如下圖所示。1．臨床上常采用RT-PCR技術(shù)(以mRNA為模板逆轉(zhuǎn)錄為cDNA，再進(jìn)行PCR擴(kuò)增)對受試者的咽拭子取樣后進(jìn)行新冠病毒核酸檢測。以下是某醫(yī)院發(fā)熱門診醫(yī)生采用該項(xiàng)技術(shù)對受試者進(jìn)行新冠病毒核酸檢測的相關(guān)操作步驟：①從受試者組織樣本中提取mRNA；②分析PCR擴(kuò)增結(jié)果；③利用PCR擴(kuò)增cDNA片段；④采集受試者組織樣本；⑤用mRNA逆轉(zhuǎn)錄得到cDNA。下列說法錯(cuò)誤的是()A．RT-PCR技術(shù)的正確操作順序應(yīng)是④①⑤③②B．RT-PCR操作過程中，所需的酶有逆轉(zhuǎn)錄酶和耐高溫的DNA聚合酶C．RT-PCR的產(chǎn)物經(jīng)過BamHⅠ、EcoRⅠ雙限制酶處理以后，再與經(jīng)過同樣雙酶處理的小雙節(jié)病毒(PBV)載體連接，該操作屬于基因工程操作步驟中的構(gòu)建基因表達(dá)載體D．利用RT-PCR技術(shù)獲取的目的基因不能在物種間進(jìn)行交流解析：選D。RT-PCR技術(shù)正確的操作順序應(yīng)該是④采集受試者組織樣本→①從受試者組織樣本中提取mRNA→⑤用mRNA逆轉(zhuǎn)錄得到cDNA→③利用PCR擴(kuò)增cDNA片段→②分析PCR擴(kuò)增結(jié)果，A項(xiàng)正確；RT-PCR操作過程中，用mRNA逆轉(zhuǎn)錄得到cDNA需要使用逆轉(zhuǎn)錄酶，利用PCR擴(kuò)增cDNA片段需要耐高溫的DNA聚合酶，B項(xiàng)正確；RT-PCR的產(chǎn)物(目的基因)經(jīng)過BamHⅠ、EcoRⅠ雙限制酶處理以后，再與經(jīng)過同樣雙酶處理的小雙節(jié)病毒(PBV)載體連接，即將目的基因與載體相連，故該操作屬于基因工程操作步驟中的構(gòu)建基因表達(dá)載體，C項(xiàng)正確；生物界共用一套遺傳密碼，是基因工程所依據(jù)的原理之一，而RT-PCR技術(shù)獲取的目的基因通常無內(nèi)含子等非編碼序列，利于基因在物種間交流，D項(xiàng)錯(cuò)誤。2．“X基因”是DNA分子上一個(gè)有遺傳效應(yīng)的片段，若要用PCR技術(shù)特異性地拷貝“X基因”，需在PCR反應(yīng)中加入兩種引物(注：引物的作用是與模板鏈形成雙鏈后在DNA聚合酶的作用下就可以繼續(xù)鏈的延伸)，兩種引物及其與模板鏈的結(jié)合位置如圖甲所示。經(jīng)4輪循環(huán)后產(chǎn)物中有5種不同的DNA分子，如圖乙所示，其中第⑤種DNA分子有()A．8個(gè)B．6個(gè)C．4個(gè)D．2個(gè)解析：選A。第⑤種DNA分子是兩條鏈等長的DNA分子，PCR擴(kuò)增時(shí)，若引物的結(jié)合位點(diǎn)位于DNA分子的內(nèi)部，則經(jīng)過n次循環(huán)后得到的兩條鏈等長的DNA分子的數(shù)量為2n－2n。因此，經(jīng)4輪循環(huán)后，第⑤種DNA分子有24－2×4＝8(個(gè))。3．(2022·高考全國卷乙)新冠病毒核酸檢測和疫苗接種在其防控中發(fā)揮了重要作用?；卮鹣铝袉栴}。(1)新冠病毒是一種RNA病毒，檢測新冠病毒RNA(核酸檢測)可以采用RT-PCR法。這種方法的基本原理是先以病毒RNA為模板合成cDNA，這一過程需要的酶是________，再通過PCR技術(shù)擴(kuò)增相應(yīng)的DNA片段。根據(jù)檢測結(jié)果判斷被檢測者是否感染新冠病毒。(2)為了確保新冠病毒核酸檢測的準(zhǔn)確性，在設(shè)計(jì)PCR引物時(shí)必須依據(jù)新冠病毒RNA中的____________________________來進(jìn)行。PCR過程每次循環(huán)分為三步，其中溫度最低的一步是________。(3)某人同時(shí)進(jìn)行了新冠病毒核酸檢測和抗體檢測(檢測體內(nèi)是否有新冠病毒抗體)，若核酸檢測結(jié)果為陰性而抗體檢測結(jié)果為陽性，說明______________________________________(答出1種情況即可)；若核酸檢測和抗體檢測結(jié)果均為陽性，說明__________________________________________。(4)常見的病毒疫苗有滅活疫苗、蛋白疫苗和重組疫苗等。已知某種病毒的特異性蛋白S(具有抗原性)的編碼序列(目的基因)。為了制備蛋白疫苗，可以通過基因工程技術(shù)獲得大量蛋白S?；蚬こ痰幕静僮髁鞒淌莀___________________________________________________。解析：(1)以RNA為模板合成cDNA的過程需要逆轉(zhuǎn)錄酶的催化作用。(2)在設(shè)計(jì)PCR引物時(shí)，為了確保新冠病毒核酸檢測的準(zhǔn)確性，應(yīng)依據(jù)新冠病毒RNA中一段特有的核苷酸序列來進(jìn)行。PCR過程每次循環(huán)分為三步，變性(溫度超過90℃)、復(fù)性(溫度為50℃左右)、延伸(溫度上升到72℃左右)，故其中溫度最低的一步是復(fù)性。(3)在對某人同時(shí)進(jìn)行核酸檢測和抗體檢測時(shí)，若核酸檢測結(jié)果為陰性而抗體檢測結(jié)果為陽性，說明此人近期可能感染過新冠病毒，經(jīng)自身免疫系統(tǒng)的作用，體內(nèi)病毒被消滅，但體內(nèi)產(chǎn)生的抗體尚未消失。若核酸檢測和抗體檢測結(jié)果均為陽性，說明此人感染了新冠病毒，且機(jī)體免疫系統(tǒng)產(chǎn)生了相應(yīng)抗體，但還未將病毒完全消滅。(4)基因工程的基本流程是目的基因的篩選與獲取→基因表達(dá)載體的構(gòu)建→將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞→目的基因的檢測與鑒定。答案：(1)逆轉(zhuǎn)錄酶(2)一段特有的核苷酸序列復(fù)性(