Question

4．科學(xué)家將人的生長(zhǎng)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(guò)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(shí)別序列和切點(diǎn)是-G^↓GATCC-，限制酶Ⅱ的識(shí)別序列和切點(diǎn)是-^↓GATC-，請(qǐng)據(jù)圖回答：

（1）過(guò)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(guò)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(guò)堿基互補(bǔ)配對(duì)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(guò)程③中一般將受體大腸桿菌用CaCl₂溶液進(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(gè)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(shuō)明能夠生長(zhǎng)的大腸桿菌中已導(dǎo)入了普通質(zhì)粒或重組質(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(duì)照無(wú)菌落的位置）．與圖b圓圈相對(duì)應(yīng)的圖a中的菌落表現(xiàn)型是抗氨芐青霉素而不抗四環(huán)素，這些大腸桿菌中導(dǎo)入了重組質(zhì)粒．
（5）人體的生長(zhǎng)激素基因能在大腸桿菌體內(nèi)成功表達(dá)是因?yàn)槎�者共用一套密碼子．目的基因?qū)�入大腸桿菌中后表達(dá)的過(guò)程是生長(zhǎng)激素基因→mRNA→生長(zhǎng)激素．

Answer 1

分析 根據(jù)題意和圖示分析可知：圖示表示利用基因工程培育抗蟲棉過(guò)程，其中①表示通過(guò)人工合成法獲取目的基因；②表示基因表達(dá)載體的構(gòu)建過(guò)程，該過(guò)程需要限制酶和DNA連接酶；③表示將目的基因?qū)�入受體細(xì)胞．
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(zhǎng)激素基因能在細(xì)菌體內(nèi)的核糖體上成功表達(dá)．
將得到的大腸桿菌涂布在一個(gè)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，所以如果大腸桿菌能夠生長(zhǎng)，說(shuō)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(guò)程①是以mRNA為模板形成基因的過(guò)程，屬于反轉(zhuǎn)錄，此過(guò)程需要逆轉(zhuǎn)錄酶的參與．
（2）在構(gòu)建基因表達(dá)載體時(shí)，需用限制酶對(duì)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(lái)切割的話，將會(huì)在質(zhì)粒在出現(xiàn)兩個(gè)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(lái)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(shí)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(shí)，才會(huì)在兩端都出現(xiàn)黏性末端．黏性末端其實(shí)是被限制酶切開的DNA兩條單鏈的切口，這個(gè)切口上帶有幾個(gè)伸出的核苷酸，它們之間正好通過(guò)堿基互補(bǔ)配對(duì)進(jìn)行連接．來(lái)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）在目的基因?qū)�入微生物�?xì)胞時(shí)，一般用CaCl₂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）因本題上有2個(gè)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(zhǎng)，說(shuō)明已經(jīng)導(dǎo)入了重組質(zhì)�；蚱胀ㄙ|(zhì)粒A，因?yàn)槠胀ㄙ|(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(duì)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(shuō)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(zhǎng)激素基因能在細(xì)菌體內(nèi)成功表達(dá)．目的基因?qū)�入大腸桿菌中后表達(dá)的過(guò)程包括轉(zhuǎn)錄和翻譯，即生長(zhǎng)激素基因→mRNA→生長(zhǎng)激素．
故答案為：
（1）逆轉(zhuǎn)錄酶
（2）ⅠⅡ堿基互補(bǔ)配對(duì)　人的基因與大腸桿菌DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)相同
（3）CaCl₂溶液　細(xì)胞壁
（4）普通質(zhì)�；蛑亟M質(zhì)�！】拱逼S青霉素而不抗四環(huán)素　重組質(zhì)粒
（5）二者共用一套密碼子　生長(zhǎng)激素基因→mRNA→生長(zhǎng)激素

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