Question

【題目】電影中，“蜘蛛俠”能產(chǎn)生高強度的蜘蛛絲，現(xiàn)實中的基因工程也創(chuàng)造出了“蜘蛛羊”。該羊的乳汁中含有蛛絲蛋白，高強度的蛛絲蛋白可制成防彈背心、降落傘繩等，用于許多重要的特種工業(yè)領域，還可被制成人造韌帶和人造肌腱等醫(yī)學用品為人類健康帶來福音。生產(chǎn)流程如圖，請回答相關問題：

（1）為確保實驗成功，編碼蛛絲蛋白的基因需要從___________（填“基因組”或“cDNA”）文庫中獲取。

（2）將蛛絲蛋白基因和運載體通過甲過程形成的X為___________，該過程通常用相同的限制酶進行切割，原因是______________________。

（3）ES細胞在形態(tài)上的特點是______________________。細胞培養(yǎng)過程中，定期更換培養(yǎng)液的目的是______________________。

（4）早期胚胎可通過___________移入代孕母體子宮內(nèi)繼續(xù)發(fā)育，該技術在生產(chǎn)實踐中的意義在于______________________。

（5）蜘蛛羊的性狀除了能產(chǎn)生蛛絲蛋白外，與提供ES受體細胞的個體不完全相同的原因是____________________________________________。

Answer 1

【答案】cDNA （蛛絲蛋白）基因表達載體 使目的基因和運載體有相同的黏性末端，便于連接 體積小、細胞核大、核仁明顯 防止代謝產(chǎn)物積累對細胞造成傷害 胚胎移植 提高優(yōu)良母畜的繁殖率 蜘蛛羊的細胞質(zhì)遺傳物質(zhì)來自受體卵母細胞；性狀是基因與環(huán)境共同作用的結(jié)果；個體發(fā)育過程中有可能發(fā)生基因突變（變異）等

【解析】

1.人工合成基因的方法主要有兩條。一條途徑是以目的基因轉(zhuǎn)錄成的信使RNA為模板，反轉(zhuǎn)錄成互補的單鏈DNA，然后在酶的作用下合成雙鏈DNA，從而獲得所需要的基因。另一條途徑是根據(jù)已知的蛋白質(zhì)的氨基酸序列，推測出相應的信使RNA序列，然后按照堿基互補配對的原則，推測出它的基因的核苷酸序列，再通過化學方法，以單核苷酸為原料合成目的基因。如人的血紅蛋白基因胰島素基因等就可以通過人工合成基因的方法獲得。

2. 基因表達載體的構建（即目的基因與運載體結(jié)合）是實施基因工程的第二步，也是基因工程的核心。將目的基因與運載體結(jié)合的過程，實際上是不同來源的DNA重新組合的過程。如果以質(zhì)粒作為運載體，首先要用一定的限制酶切割質(zhì)粒，使質(zhì)粒出現(xiàn)一個缺口，露出黏性末端。然后用同一種限制酶切斷目的基因，使其產(chǎn)生相同的黏性末端（部分限制性內(nèi)切酶可切割出平末端，擁有相同效果）。將切下的目的基因的片段插入質(zhì)粒的切口處，首先堿基互補配對結(jié)合，兩個黏性末端吻合在一起，堿基之間形成氫鍵，再加入適量DNA連接酶，催化兩條DNA鏈之間形成磷酸二酯鍵，從而將相鄰的脫氧核糖核酸連接起來，形成一個重組DNA分子。如人的胰島素基因就是通過這種方法與大腸桿菌中的質(zhì)粒DNA分子結(jié)合，形成重組DNA分子（也叫重組質(zhì)粒）的。

3. 胚胎移植的本質(zhì)：生產(chǎn)胚胎的供體和孕育胚胎的受體共同繁殖后代的過程。意義：可以充分發(fā)揮雌性優(yōu)良個體的繁殖能力；大大縮短了供體本身的繁殖周期；增加了供體一生繁殖后代的數(shù)量。生理學基礎：（1）同種動物的供，受體的生殖器官的生理變化是相同的，為供體胚胎移入受體提供相同的生理環(huán)境。（2）早期胚胎在一定時間內(nèi)處于游離狀態(tài)，為胚胎的收集提供了可能。（3）受體對移入子宮的外來胚胎基本上不發(fā)生免疫排斥反應，為胚胎在受體內(nèi)的存活提供了可能。（4）供體胚胎可與受體子宮建立正常的生理和組織聯(lián)系，但供體胚胎的遺傳特性在孕育過程中不受任何影響。

（1）cDNA文庫是利用mRNA反轉(zhuǎn)錄獲得的，除去了基因結(jié)構中的內(nèi)含子，實驗容易成功。

（2）甲表示基因表達載體的構建過程，因此該過程形成的X為基因表達載體。構建基因表達載體時通常用相同的限制酶進行切割，這樣可以使目的基因和載體有相同的黏性末端，便于連接。

（3）胚胎干細胞簡稱ES或EK細胞的特點是在形態(tài)上，體積較小，細胞核大，核仁明顯。細胞培養(yǎng)過程中，為防止代謝產(chǎn)物積累對細胞造成傷害，應定期更換培養(yǎng)液；

（4）在早期胚胎的培養(yǎng)中，將獲得的重組細胞培養(yǎng)成早期胚胎后，需要將胚胎移植到經(jīng)過同期發(fā)情處理的代孕母羊子宮內(nèi)。該技術在生產(chǎn)實踐中的意義在于可以充分發(fā)揮雌性優(yōu)良個體的繁殖能力，提高優(yōu)良母畜的繁殖率。

（5）蜘蛛羊的性狀除了能產(chǎn)生蛛絲蛋白外，與提供ES受體細胞的個體不完全相同的原因有：蜘蛛羊的細胞質(zhì)遺傳物質(zhì)來自受體卵母細胞；性狀是基因與環(huán)境共同作用的結(jié)果；個體發(fā)育過程中有可能發(fā)生基因突變(變異)等。