Question

【題目】我國科學家屠呦呦因在青蒿素研究中的特殊貢獻榮獲2015年諾貝爾生理學或醫學獎。青蒿素是青蒿植株的次級代謝產物，其化學本質是一種萜類化合物，其生物合成途徑如圖1所示。正常青蒿植株的青蒿素產量很低，難以滿足臨床需求，科學家為了提高青蒿素產量，將棉花中的FPP合成酶基因導入了青蒿植株并讓其成功表達，獲得了高產青蒿植株，過程如圖2所示。請據圖回答問題：

（1）研究人員從棉花基因文庫中獲取FPP合成酶基因后，可以采用______技術對該目的基因進行大量擴增，該技術除了需要提供模板和原料外，還需要提供______酶、______種引物等條件。

（2）圖2中的①為______；將酶切后的棉花FPP合成酶基因和質粒連接形成①時，需要______酶；①上的的______是目的基因轉錄時，RNA聚合酶的結合位點。

（3）若②不能在含有抗生素Kan的培養基上生存，說明______。

（4）由題意可知，除了通過提高FPP的含量來提高青蒿素的產量外，還可以通過哪些途徑來提高青蒿素的產量？ (試舉一例)______。

Answer 1

【答案】PCR熱穩定的DNA聚合（Taq）兩基因表達載體(重組質粒)DNA連接啟動子重組質粒（目的基因）沒有導入農桿菌抑制SQS基因的表達(或增強ADS基因的表達)

【解析】

1、PCR由變性--退火--延伸三個基本反應步驟構成：

①變性：在高溫下（如95℃），作為模板的雙鏈DNA解旋成為單鏈，以便它與引物結合；②退火：反應體系溫度降低時（如55℃），引物與模板DNA單鏈的互補序列配對和結合；③延伸：反應體系的溫度回升時（如72℃），DNA聚合酶以目的基因為模板，將四種脫氧核苷酸逐個按照堿基互補配對原則連接在引物之后，使合成的新鏈延伸，形成互補的DNA雙鏈。如此進行多個循環，就可以有選擇地大量擴增需要的DNA片段。

2、基因工程的基本操作步驟包括①獲得目的基因；②形成重組質粒；③將重組質粒導入受體細胞；④篩選含有目的基因的受體細胞；⑤目的基因的表達。

（1）研究人員已經從棉花基因文庫中獲取FPP合成酶基因，目的基因的序列是已知，可以用化學方法合成FPP合成酶基因或者采用PCR技術擴增FPP合成酶基因。PCR技術除了需要提供模板和原料外，還需要提供DNA聚合酶、2種引物等條件。

（2）棉花FPP合成酶基因和酶切后的基因和質粒連接形成圖2中的①，因此①是重組質粒（基因表達載體），這個過程需要DNA連接酶。重組質粒上的啟動子是目的基因轉錄時，RNA聚合酶的結合位點。

（3）質粒中含有抗生素Kan抗性基因，可以在含有抗生素Kan的培養基上生存。若②不能在含有抗生素Kan的培養基上生存，說明重組質粒（目的基因）沒有導入農桿菌。

（4）據圖1分析可知，FPP在ADS基因表達的情況下，生成青蒿素。此外，FPP在SQS基因表達的情況下，生成其他萜類化合物。因此，青蒿素除了通過提高FPP的含量來提高青蒿素的產量外，還可以通過抑制SQS基因表達或增強ADS基因的表達來提高青蒿素的產量。