Question

5．2015年，屠呦呦因發(fā)現(xiàn)青蒿素治療瘧疾的新療法獲獎(jiǎng)．工業(yè)上青蒿素一般從青蒿植株中提取，產(chǎn)量低，價(jià)格高．基因工程及細(xì)胞工程等為培育出高青蒿素含量的青蒿提供了思路．科學(xué)家先通過紫外線處理大量青蒿幼苗后，偶然發(fā)現(xiàn)一株高產(chǎn)植株．通過基因測(cè)序發(fā)現(xiàn)該高產(chǎn)植株控制青蒿素合成相關(guān)的一種關(guān)鍵酶的基因發(fā)生了突變．
（1）提取了高產(chǎn)植株的全部DNA后，要想快速大量獲得該突變基因可以采用PCR技術(shù)，該技術(shù)的原理是DNA雙鏈復(fù)制（或DNA分子復(fù)制、DNA復(fù)制）．
（2）如果用青蒿某個(gè)時(shí)期mRNA反轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的雙鏈cDNA片段，用該雙鏈cDNA進(jìn)行PCR擴(kuò)增，進(jìn)行了30個(gè)循環(huán)后，理論上可以產(chǎn)生約為2³⁰個(gè)DNA分子，該雙鏈與載體連接后儲(chǔ)存在一個(gè)受體菌群中，這個(gè)受體菌群就叫做青蒿的cDNA文庫（或部分基因文庫），獲得的cDNA與青蒿細(xì)胞中該基因堿基序列不同（填“相同”或“不同”）．
（3）將獲得的突變基因?qū)�入普通青蒿之前，先�?gòu)建基因表達(dá)載體，圖l、2中箭頭表示相關(guān)限制酶的酶切位點(diǎn)．請(qǐng)回答下列問題：

用圖中的質(zhì)粒和外源DNA構(gòu)建重組質(zhì)粒，不能使用SmaⅠ切割，原因是SmaⅠ會(huì)破壞質(zhì)粒的抗性基因及外源DNA中的目的基因；如果該突變基因?qū)�入成功，且與某條染色體的DNA整合起來，該轉(zhuǎn)基因青蒿可視為雜合子，將該轉(zhuǎn)基因青蒿自交一代，再取含該突變基因的子一代再自交一次，預(yù)計(jì)子二代轉(zhuǎn)基因青蒿中純合子占$\frac{3}{5}$．
（4）檢測(cè)目的基因是否表達(dá)出相應(yīng)蛋白質(zhì)，應(yīng)采取抗原-抗體雜交技術(shù)技術(shù)．目的基因?qū)�入組織細(xì)胞后，通過植物組織培養(yǎng)技術(shù)培育出青蒿幼苗．

Answer 1

分析 1、PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因
（1）原理：DNA雙鏈復(fù)制
（2）過程：第一步：加熱至90～95℃DNA解鏈；第二步：冷卻到55～60℃，引物結(jié)合到互補(bǔ)DNA鏈；第三步：加熱至70～75℃，熱穩(wěn)定DNA聚合酶從引物起始互補(bǔ)鏈的合成．
2、cDNA文庫和基因文庫的比較表：

文庫類型	cDNA	基因組文庫
文庫大小	小	大
基因中啟動(dòng)子	無	有
基因中內(nèi)含子	無	有
基因多少	某種生物的部分基因	某種生物的全部基因
物種間的基因交流	可以	部分基因可以

3、目的基因的檢測(cè)與鑒定：（1）分子水平上的檢測(cè)：①檢測(cè)轉(zhuǎn)基因生物染色體的DNA是否插入目的基因--DNA分子雜交技術(shù)；②檢測(cè)目的基因是否轉(zhuǎn)錄出了mRNA--分子雜交技術(shù)；③檢測(cè)目的基因是否翻譯成蛋白質(zhì)--抗原-抗體雜交技術(shù)．（2）個(gè)體水平上的鑒定：抗蟲鑒定、抗病鑒定、活性鑒定等．

解答 解：（1）PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因的原理為DNA雙鏈復(fù)制．
（2）由于PCR技術(shù)利用的是DNA雙鏈復(fù)制的原理，因此用該雙鏈cDNA進(jìn)行PCR擴(kuò)增，進(jìn)行了30個(gè)循環(huán)后，理論上可以產(chǎn)生約為2³⁰個(gè)DNA分子；又由于該基因庫是由青蒿某個(gè)時(shí)期mRNA反轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的雙鏈cDNA片段，只包含某種生物的部分基因，因此該雙鏈與載體連接后儲(chǔ)存在一個(gè)受體菌群中，這個(gè)受體菌群就叫做青蒿的cDNA文庫（或部分基因文庫）．通過逆轉(zhuǎn)錄得到的目的基因中缺少基因結(jié)構(gòu)中的非編碼區(qū)以及編碼區(qū)的內(nèi)含子，因此獲得的cDNA與青蒿細(xì)胞中該基因堿基序列不同．
（3）分析圖2可知，目的基因和抗生素抗性基因中都含有SmaⅠ限制酶的切割位點(diǎn)，用SmaⅠ切割會(huì)破壞質(zhì)粒的抗性基因及外源DNA中的目的基因，因此不能用SmaⅠ切割圖中的質(zhì)粒和外源DNA．根據(jù)題干“如果該突變基因?qū)�入成功，且與某條染色體的DNA整合起來，該轉(zhuǎn)基因青蒿可視為雜合子”，假設(shè)該轉(zhuǎn)基因青蒿可視為雜合子（Aa），將該轉(zhuǎn)基因青蒿自交代，根據(jù)基因分離定律，預(yù)計(jì)后代的基因型為$\frac{1}{4}$AA、$\frac{2}{4}Aa$、$\frac{1}{4}aa$．其中轉(zhuǎn)基因青蒿基因型為$\frac{1}{3}AA$、$\frac{2}{3}Aa$．再取含該突變基因的子一代再自交一次，$\frac{1}{3}AA$$\stackrel{自交}{→}$$\frac{1}{3}AA$、$\frac{2}{3}Aa$$\stackrel{自交}{→}$$\frac{1}{6}AA、\frac{2}{6}Aa、\frac{1}{6}aa$，預(yù)計(jì)子二代轉(zhuǎn)基因青蒿的基因型（AA、Aa）為中純合子AA占$\frac{\frac{2}{6}+\frac{1}{6}}{\frac{2}{6}+\frac{1}{6}+\frac{2}{6}}=\frac{3}{5}$．
（4）檢測(cè)目的基因是否表達(dá)出相應(yīng)蛋白質(zhì)，應(yīng)采取抗原-抗體雜交技術(shù)技術(shù)．將轉(zhuǎn)基因受體細(xì)胞培育成轉(zhuǎn)基因植株需要采用植物組織培養(yǎng)技術(shù)．
故答案為：
（1）DNA雙鏈復(fù)制（或DNA分子復(fù)制、DNA復(fù)制）
（2）2³⁰       cDNA文庫（或部分基因文庫）    不同
（3）SmaⅠ會(huì)破壞質(zhì)粒的抗性基因及外源DNA中的目的基因　　　　　　　　$\frac{3}{5}$
（4）抗原-抗體雜交技術(shù)      植物組織培養(yǎng)

點(diǎn)評(píng) 本題考查了基因工程的有關(guān)知識(shí)，要求考生能夠掌握PCR技術(shù)的原理和方法，區(qū)分基因組文庫和部分基因文庫的區(qū)別，能夠根據(jù)圖中限制酶的切割位點(diǎn)回答相關(guān)問題，同時(shí)識(shí)記目的基因檢測(cè)與鑒定的方法．