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PCR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、原料、Taq酶外，還需要根據______________設計引物。

（2）圖2中①上啟動子的作用是____________________________。

（3）①需要與______________處理的農桿菌混合于培養基中完成轉化，在制備此培養基時，需先挑取上述單菌落在培養液中培養并接種于固體培養基上，并使其均勻分布在含有_________的培養基上培養一段時間后，挑選出部分菌株。若②不能在以上培養基上生存，說明______________。

（4）用農桿菌感染青蒿植株，是因為農桿菌中的______________可轉移至青蒿植株細胞，并整合到其染色體DNA上，整合成功的分子學基礎______________。

（5）據圖分析，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? ____________________________。

Answer 1

【答案】FPP基因兩端的核苷酸序列 RNA聚合酶識別和結合的部位，驅動基因轉錄出mRNA Ca+ 抗生素Kan 重組質粒（目的基因）沒有導入農桿菌 Ti質粒的T-DNA DNA的分子組成、結構相似 抑制SQS基因的表達（或增強ADS基因的表達）

【解析】

1、PCR技術擴增目的基因的原理是DNA雙鏈復制。過程：第一步：加熱至90~95CDNA解鏈；第二步：冷卻到55~60℃，引物結合到互補DNA鏈；第三步：加熱至70~75℃，熱穩定DNA聚合酶從引物起始互補鏈的合成。

2、基因工程的基本操作步驟主要包括四步：①目的基因的獲取；②基因表達載體的構建；③將目的基因導入受體細胞；④目的基因的檢測與鑒定。

（1）PCR技術可在體外快速擴增目的基因，PCR的條件：模板（目的基因）、原料（四種脫氧核苷酸）、熱穩定DNA聚合酶（Taq酶），還需要根據目的基因FPP基因兩端的核苷酸序列設計引物。

（2）圖2中①上啟動子是目的基因轉錄時，RNA聚合酶的結合位點，驅動目的基因轉錄出mRNA。

（3）圖2中的①為構建的基因表達載體（重組質粒），需要與鈣離子處理的農桿菌混合于培養基中完成轉化。重組質粒中標記基因為抗生素Kan抗性基因，在含有抗生素Kan 的培養基上培養一段時間后，挑選出部分菌株，若②不能在含抗生素Kan的培養基上生長，說明重組質粒未導入農桿菌。

（4）農桿菌轉化法的原理是因為農桿菌中的Ti質粒的T-DNA可轉移并整合到受體細胞的染色體DNA上，能整合成功的原因是DNA的分子組成、結構相似。

（5）據圖分析，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基因的表達（或增強ADS基因的表達）來提高青蒿素的產量。