Question

14．科學(xué)家將人的生長激素基因與大腸桿菌的DNA分子進(jìn)行重組，并成功地在大腸桿菌中得以表達(dá)．但在進(jìn)行基因工程的操作過程中，需使用特定的限制酶切割目的基因和質(zhì)粒，便于重組和篩選．已知限制酶Ⅰ的識別序列和切點(diǎn)是-G^↓GATCC-，限制酶Ⅱ的識別序列和切點(diǎn)是-^↓GATC-，請據(jù)圖回答：

（1）過程①所需要的酶是逆轉(zhuǎn)錄酶．
（2）在構(gòu)建基因表達(dá)載體的過程中，應(yīng)用限制酶Ⅰ切割質(zhì)粒，用限制酶Ⅱ切割目的基因．用
限制酶切割目的基因和載體后形成的黏性末端通過堿基互補(bǔ)配對原則進(jìn)行連接．人的基因之所以能與大腸桿菌的DNA分子進(jìn)行重組，原因是人的基因與大腸桿菌DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)相同．
（3）在過程③中一般將受體大腸桿菌用CaCl₂進(jìn)行處理，以增大細(xì)胞壁的通透性，使含有目的基因的重組質(zhì)粒容易進(jìn)入受體細(xì)胞．
（4）將得到的大腸桿菌B涂布在一個含有氨芐青霉素的培養(yǎng)基上，得到如圖a所示的結(jié)果（圓點(diǎn)表示菌落），該結(jié)果說明能夠生長的大腸桿菌中已導(dǎo)入了普通質(zhì)�；蛑亟M質(zhì)粒，反之則沒有導(dǎo)入；再將滅菌絨布按到培養(yǎng)基a上，使絨布表面沾上菌落，然后將絨布按到含四環(huán)素的培養(yǎng)基上培養(yǎng)，得到如圖b所示的結(jié)果（圓圈表示與圖a中培養(yǎng)基上對照無菌落的位置）．與圖b圓圈相對應(yīng)的圖a中的菌落表現(xiàn)型是抗氨芐青霉素但不抗四環(huán)素，這些大腸桿菌中導(dǎo)入了重組質(zhì)粒．
（5）人體的生長激素基因能在大腸桿菌體內(nèi)成功表達(dá)是因為共同一套（遺傳）密碼子．目的基因?qū)�入大腸桿菌中后表達(dá)的過程是生長激素基因$\stackrel{轉(zhuǎn)錄}{→}$mRNA$\stackrel{翻譯}{→}$生長激素．

Answer 1

分析 獲得目的基因的方法：①從基因文庫中獲取 ②利用PCR技術(shù)擴(kuò)增 ③人工合成（化學(xué)合成）．據(jù)圖分析可知，人的生長激素基因是人工合成的，采取的方法是利用人的生長激素基因的mRNA為模板，進(jìn)行反轉(zhuǎn)錄．
目的基因能插入宿主DNA，與大腸桿菌的DNA分子進(jìn)行重組，原因是它們的成分和結(jié)構(gòu)相同，都是由四種脫氧核苷酸組成的雙螺旋結(jié)構(gòu)．所有的生物都共用一套密碼子，所以人體的生長激素基因能在細(xì)菌體內(nèi)的核糖體上成功表達(dá)．
將得到的大腸桿菌B涂布在一個含有氨芐青霉素的培養(yǎng)基上，因質(zhì)粒上有抗氨芐青霉素基因，且重組質(zhì)粒上的抗氨芐青霉素基因，也沒有被破壞，所以如果大腸桿菌B能夠生長，說明已導(dǎo)入了含抗氨芐青霉素基因的普通質(zhì)�；蛑亟M質(zhì)粒，反之則沒有導(dǎo)入．

解答 解：（1）過程①是以mRNA為模板形成基因的過程，屬于反轉(zhuǎn)錄，此過程需要逆轉(zhuǎn)錄酶的參與．
（2）在構(gòu)建基因表達(dá)載體時，需用限制酶對目的基因和質(zhì)粒進(jìn)行切割以形成相同的黏性末端．質(zhì)粒如果用限制酶Ⅱ來切割的話，將會在質(zhì)粒在出現(xiàn)兩個切口且抗生素抗性基因全被破壞，故質(zhì)粒只能用限制酶Ⅰ切割（破壞四環(huán)素抗性而保留氨芐青霉素抗性，即將來形成的重組質(zhì)粒能在含氨芐青霉素的培養(yǎng)基中生存，而在含四環(huán)素的培養(yǎng)基中不能生存）；目的基因兩端都出現(xiàn)黏性末端時才能和質(zhì)粒發(fā)生重組，故目的基因只有用限制酶Ⅱ切割時，才會在兩端都出現(xiàn)黏性末端．黏性末端其實是被限制酶切開的DNA兩條單鏈的切口，這個切口上帶有幾個伸出的核苷酸，它們之間正好通過堿基互補(bǔ)配對進(jìn)行連接．來源不同的DNA之所以能發(fā)生重新組合，主要原因是兩者的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)相同，都是雙螺旋結(jié)構(gòu)，基本組成單位都是脫氧核苷酸等．
（3）將重組質(zhì)粒導(dǎo)入細(xì)菌B之前，要將細(xì)菌B放入一定濃度的CaCl₂溶液中處理，目的是增大細(xì)胞壁的通透性，使含有目的基因的重組質(zhì)粒容易進(jìn)入受體細(xì)胞．
（5）因本題上有2個標(biāo)記基因，但抗四環(huán)素基因被插入的基因破壞掉，因此剩下的是抗氨芐青霉素抗性基因，如果在含氨芐青霉素的培養(yǎng)基上能生長，說明已經(jīng)導(dǎo)入了重組質(zhì)�；蚱胀ㄙ|(zhì)粒A，因為普通質(zhì)粒和重組質(zhì)粒都含有抗氨芐青霉素的基因．與圖2中b空圈相對應(yīng)的圖2的a中的菌落表現(xiàn)型是抗氨芐青霉素但不抗四環(huán)素，說明這些細(xì)菌中導(dǎo)入了重組質(zhì)粒．
（5）所有的生物都共用一套密碼子，所以人體的生長激素基因能在細(xì)菌體內(nèi)成功表達(dá)，過程是生長激素基因$\stackrel{轉(zhuǎn)錄}{→}$mRNA$\stackrel{翻譯}{→}$生長激素．
故答案為：
（1）逆轉(zhuǎn)錄酶　
（2）ⅠⅡ堿基互補(bǔ)配對    人的基因與大腸桿菌DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)相同
（3）CaCl₂   細(xì)胞壁
（4）普通質(zhì)�；蛑亟M質(zhì)粒   抗氨芐青霉素但不抗四環(huán)素 重組質(zhì)粒
（5）共同一套（遺傳）密碼子　生長激素基因$\stackrel{轉(zhuǎn)錄}{→}$mRNA$\stackrel{翻譯}{→}$生長激素

點(diǎn)評 本題結(jié)合轉(zhuǎn)基因棉花培育過程圖，考查基因工程、植物組織培養(yǎng)等知識，要求考生識記基因工程的工程及操作步驟，能根據(jù)限制酶識別序列選擇合適的限制酶，并能準(zhǔn)確判斷圖中各過程的名稱，再結(jié)合所學(xué)的知識準(zhǔn)確答題．