《2026年高中必刷题高中生物选择性必修第三册人教版》

6. [江苏无锡一中 2025 高二期中]黑水虻是重要的资源昆虫，体内 H 基因编码的抗菌肽 HI - 3 具有抗菌、抗癌和免疫调节作用。科研人员利用酵母菌生产抗菌肽 HI - 3，并避免基因污染。请回答下列问题：
(1)H 基因编码链的编码区序列是$5' - CTCGAGATGCTGCAG……GGATCCTCTAGA - 3'$，扩增 H 基因的编码区段时，结合到编码链上的引物序列是TCTAGAGG(方向为$5'→3'$，写出$5'$端 8 个碱基序列)。获得 H 基因产物后需要进行琼脂糖凝胶电泳，将符合要求的条带切割回收以便提取纯化并进行测序。
(2)由于抗菌肽 HI - 3 会损伤酵母细胞，组成型表达(持续表达)H 基因的酵母菌最大种群数量偏低，限制了最终产量。科研人员通过构建诱导型启动子来降低抗菌肽 HI - 3 对酵母菌的伤害。在酵母菌基因组 DNA 中插入 P 和 S 基因，使质粒上 H 基因的表达受红光控制。红光调控 H 基因表达的原理如图 1 所示。
P 和 S 基因表达应为组成型表达(填“组成型表达”或“红光诱导型表达”)。红光调控 H 基因表达的原理是 S 基因指导合成的 S 蛋白直接与启动子 Jub 结合，P 基因表达的 P 蛋白在红光调控下与结合在启动子上的S蛋白结合，启动 H 基因的表达。启动子是RNA聚合酶识别和结合的位点。
(3)发酵后菌体和产物分离是发酵工艺的基本环节。定位于细胞表面的 F 蛋白可使酵母细胞彼此结合，进而沉淀在发酵罐底部。科研人员引入蓝光激活系统如图 2，在酵母菌基因组中插入了两个均能合成 E 蛋白的基因(E1、E2)，使 F 基因的表达受到蓝光控制，如图 3。
图 3 中 E2 基因持续性表达少量的 E 蛋白时，酵母细胞具有接受蓝光刺激的能力，E1 基因的作用是蓝光照射后，快速表达大量E蛋白，进而激活F基因的表达。
(4)制药过程中需避免工程菌泄露到环境中引发基因污染。科研人员利用两种阻遏蛋白基因(T 和 L)和调控元件，使酵母细胞在红光和蓝光同时照射时才激活致死基因 N 的表达，进而诱导工程菌死亡，如图 4。
若图 4 中①选用的启动子为 Jub，②处选用的启动子为 CYC，则③④处结合的阻遏蛋白分别为T蛋白、L蛋白。
(5)请结合上述分析，利用该工程菌发酵生产抗菌肽 HI - 3 各阶段需控制的光照条件是Ⅰ菌种培养阶段：黑暗；Ⅱ菌种发酵阶段：红光照射；Ⅲ产物分离阶段：蓝光照射；Ⅳ安全处理阶段：红光、蓝光同时照射。

答案： 6.
(1)TCTAGAGG　琼脂糖凝胶电泳
(2)组成型表达　与结合在启动子上的S蛋白结合　RNA聚合
(3)快速表达大量E蛋白，进而激活F基因的表达
(4)T蛋白、L蛋白
(5)黑暗　红光照射　蓝光照射
[解析]
(1)引物是一小段能与DNA母链的一段碱基序列互补配对的短单链核酸，已知H基因编码链编码区的3′端8个碱基序列是5′ - CCTCTAGA - 3′，故扩增H基因的编码区段时，结合到编码链上的引物序列是5′ - TCTAGAGG - 3′。获得H基因产物后需要进行琼脂糖凝胶电泳，将符合要求的条带切割和回收，以便提取纯化并进行测序。
(2)分析题意可知，P和S基因的表达不需要其他条件诱导，因此其表达属于组成型表达，H基因的表达属于红光诱导型表达。由图1可知，在没有红光诱导时，S基因指导合成的S蛋白直接与启动子Jub结合，红光调控下，P基因指导合成的P蛋白与结合在启动子上的S蛋白结合，启动H基因的表达。启动子是RNA聚合酶识别和结合的位点。
(3)依据题意可知，科研人员引入蓝光激活系统的目的是激活F基因表达产生F蛋白，使酵母细胞彼此结合，进而沉淀在发酵罐底部。分析图2和图3可知，与CYC相连的E1基因的作用是接受蓝光照射后，快速表达大量E蛋白，进而激活F基因的表达。
(4)依据题干可知，启动子Jub接受红光的诱导调控，启动子CYC接受蓝光的诱导调控，③和④为阻遏蛋白的结合位点，其与阻遏蛋白结合后会抑制相关基因的表达。致死基因N的表达会诱导工程菌死亡，若①选用的启动子为Jub，②处启动子为CYC，在红光和蓝光同时照射时，红光调控Jub启动子使T基因表达出T蛋白，结合在③处，抑制了L基因的表达，④处无L蛋白与之结合，在蓝光调控下，CYC启动N基因的表达而使酵母菌死亡，故③④处结合的阻遏蛋白分别是T蛋白、L蛋白。
(5)根据题目信息，红光照射使产物增多，蓝光照射使菌体凝集，红、蓝光同时照射使工程菌死亡，I菌种培养阶段应在黑暗条件下培养使种群数量达到最适；II菌种发酵阶段应在红光照射下使抗菌肽H - 3在培养液中达到适宜浓度；III产物分离阶段应使用蓝光照射使工程菌凝集，回收发酵产物；IV安全处理阶段应使用红光、蓝光同时照射，杀死工程菌。