Question

【題目】藏紅花素是藏紅花中的主要活性成分，具有抗腫瘤、抗氧化、抗高血壓、抗動脈粥樣硬化和抗抑郁等多種藥理作用。2019年7月，中科院天津生物所研究員利用大腸桿菌合成藏紅花素方面取得進展。下圖為藏紅花素合成過程圖，請回答有關問題：

（1）圖中靶DNA片段是從基因文庫中獲取，基因組文庫與cDNA文庫的主要區別是______。

（2）在藏紅花植株內獲得靶DNA分子后用PCR技術擴增目標片段，基本原理是_________，Taq酶催化 DNA 子鏈的延伸方向為 5'—3'，應選擇與模板結合的引物是（填字母）________。若向反應體系加入 a 個靶 DNA 分子，經 4 次循環獲得目標 DNA 片段所占的比例_______。

（3）為保證目的基因在大腸桿菌中能夠表達，構建好的重組質粒應含有以下_________部分（請選擇）。

①目的基因 ②引物 ③標記基因 ④啟動子 ⑤終止子 ⑥終止密碼子 ⑦起始密碼子 ⑧復制原點

（4）上述過程中，大腸桿菌成為生產藏紅花素的細胞工廠。基因工程中用原核生物作為受體細胞的優點是____________。

（5）檢測目的基因是否發揮功能的第一步是____________，檢測方法是分子雜交技術，若出現雜交帶，則表明成功，具體操作過程為____________。

Answer 1

【答案】基因組文庫有啟動子、內含子（或cDNA文庫中沒有啟動子、內含子） DNA 復制 引物 B、引物 E 1/4 ① ③ ④ ⑤ ⑧ 繁殖快，多為單細胞，遺傳物質相對較少 檢測目的基因是否轉錄出 mRNA 從轉基因生物中提取出 mRNA，用標記的目的基因做探針與 mRNA 雜交

【解析】

1、基因工程又叫DNA重組技術，是指按照人們的意愿，進行嚴格的設計，并通過體外DNA重組和轉基因等技術，賦予生物以新的遺傳特性，從而創造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產品。

2、基因工程的工具：

（1）限制酶：能夠識別雙鏈DNA分子的某種特定核苷酸序列，并且使每一條鏈中特定部位的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷裂。

（2）DNA連接酶：連接的是兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵。

（3）運載體：常用的運載體：質粒、噬菌體的衍生物、動植物病毒。

3、基因工程技術的基本步驟：

（1）目的基因的獲取：方法有從基因文庫中獲取、利用PCR技術擴增和人工合成。

（2）基因表達載體的構建：是基因工程的核心步驟，基因表達載體包括目的基因、啟動子、終止子和標記基因等。

（3）將目的基因導入受體細胞：根據受體細胞不同，導入的方法也不一樣，將目的基因導入植物細胞的方法有農桿菌轉化法、基因槍法和花粉管通道法；將目的基因導入動物細胞最有效的方法是顯微注射法；將目的基因導入微生物細胞的方法是感受態細胞法。

（4）目的基因的檢測與鑒定：分子水平上的檢測：①檢測轉基因生物染色體的DNA是否插入目的基因--DNA分子雜交技術；②檢測目的基因是否轉錄出了mRNA--分子雜交技術；③檢測目的基因是否翻譯成蛋白質--抗原-抗體雜交技術，個體水平上的鑒定：抗蟲鑒定、抗病鑒定、活性鑒定等。

（1）基因組文庫包含該生物的全部遺傳信息，而cDNA文庫是指由mRNA逆轉錄成cDNA構建出來的，故它們的主要區別是基因組文庫有啟動子、內含子，cDNA文庫中沒有啟動子、內含子。

（2）PCR技術擴增的基本原理是DNA 復制，Taq酶催化 DNA 子鏈的延伸方向為 5'—3'，故要擴展中間的目的基因應選擇與模板結合的引物是引物 B、引物 E。由于題圖中的引物E和引物B均不在該片段的端點，因此第一輪循環后，得到的兩DNA片段中兩條脫氧核苷酸鏈都不等長，通過自行繪圖可推知，第二輪中亦不會出現等長的，只有第三輪才開始出現等長的目標DNA片段，若向反應體系加入 a 個靶 DNA 分子，經 4 次循環后共獲得DNA片段16a個，其中等長的目標DNA片段4a個，經 4 次循環獲得目標 DNA 片段所占的比例1/4。

（3）為保證目的基因在大腸桿菌中能夠表達，構建好的重組質粒應含有以下部分：①目的基因、③標記基因、④啟動子、⑤終止子、⑧復制原點。

（4）基因工程中用原核生物作為受體細胞的優點是繁殖快，多為單細胞，遺傳物質相對較少。

（5）檢測目的基因是否發揮功能的第一步是檢測目的基因是否轉錄出 mRNA，檢測方法是分子雜交技術，若出現雜交帶，則表明成功，具體操作過程為從轉基因生物中提取出 mRNA，用標記的目的基因做探針與 mRNA 雜交。