Question

18．科學(xué)家通過(guò)利用PCR定點(diǎn)突變技術(shù)改造Rubisco酶基因，提高了光合作用過(guò)程中Rubisco酶對(duì)CO₂的親和力，從而顯著提高了植物的光合作用速率．請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）PCR過(guò)程所依據(jù)的原理是DNA雙鏈復(fù)制，該過(guò)程需要加入的酶是耐高溫的DNA聚合酶（或Taq酶）；利用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因的前提是要有一段已知目的基因的核苷酸序列，以便根據(jù)這一序列合成引物．
（2）該技術(shù)不直接改造Rubisco酶，而通過(guò)Rubisco酶基因進(jìn)行改造．從而實(shí)現(xiàn)對(duì)Rubisco酶的改造，其原因是蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，改造困難；直接改造蛋白質(zhì)不能遺傳，改造了基因能遺傳．和傳統(tǒng)基因工程技術(shù)相比較，定點(diǎn)突變最突出的優(yōu)點(diǎn)是獲得的產(chǎn)物一般是自然界中不存在的（填“存在的”或“不存在的”），PCR定點(diǎn)突變技術(shù)屬于蛋白質(zhì)工程工程的范疇．
（3）利用定點(diǎn)突變改造的Rubisco酶基因，如果要用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法導(dǎo)入受體細(xì)胞，應(yīng)把Rubisco酶基因插入農(nóng)桿菌Ti質(zhì)粒的T-DNA片段中，因?yàn)樵撈�段具有可轉(zhuǎn)移至受體細(xì)胞并整合到受體細(xì)胞的染色體DNA上的特點(diǎn)．根據(jù)此片段這一轉(zhuǎn)移并整合的特點(diǎn)，推測(cè)DNA片段上可能含有控制Rubisco酶（酶）合成的基因．

Answer 1

分析 1、基因工程技術(shù)的基本步驟：
（1）目的基因的獲�。悍椒ㄓ袕幕�因文庫(kù)中獲取、利用PCR技術(shù)擴(kuò)增和人工合成．
（2）基因表達(dá)載體的構(gòu)建：是基因工程的核心步驟，基因表達(dá)載體包括目的基因、啟動(dòng)子、終止子和標(biāo)記基因等．
（3）將目的基因?qū)�入受體細(xì)胞：根據(jù)受體細(xì)胞不同，導(dǎo)入的方法也不一樣．將目的基因?qū)�入植物�?xì)胞的方法有農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法、基因槍法和花粉管通道法；將目的基因?qū)�入�?dòng)物細(xì)胞最有效的方法是顯微注射法；將目的基因?qū)�入微生物�?xì)胞的方法是感受態(tài)細(xì)胞法．
（4）目的基因的檢測(cè)與鑒定：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)．個(gè)體水平上的鑒定：抗蟲(chóng)鑒定、抗病鑒定、活性鑒定等．
2、PCR技術(shù)：
（1）概念：PCR全稱(chēng)為聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，是一項(xiàng)在生物體外復(fù)制特定DNA的核酸合成技術(shù)．
（2）原理：DNA復(fù)制．
（3）前提條件：要有一段已知目的基因的核苷酸序以便合成一對(duì)引物．
（4）條件：模板DNA、四種脫氧核苷酸、一對(duì)引物、熱穩(wěn)定DNA聚合酶（Taq酶）
（5）過(guò)程：①高溫變性：DNA解旋過(guò)程（PCR擴(kuò)增中雙鏈DNA解開(kāi)不需要解旋酶，高溫條件下氫鍵可自動(dòng)解開(kāi)）；低溫復(fù)性：引物結(jié)合到互補(bǔ)鏈DNA上；③中溫延伸：合成子鏈．
3、桿菌轉(zhuǎn)化法的原理：農(nóng)桿菌中的Ti質(zhì)粒上的T-DNA可轉(zhuǎn)移至受體細(xì)胞，并且整合到受體細(xì)胞染色體的DNA上．根據(jù)農(nóng)桿菌的這一特點(diǎn)，如果將目的基因插入到Ti質(zhì)粒的T-DNA上，通過(guò)農(nóng)桿菌的轉(zhuǎn)化作用，就可以把目的基因整合到植物細(xì)胞中染色體的DNA上．

解答 解：（1）PCR的原理是DNA雙鏈復(fù)制；擴(kuò)增過(guò)程是在較高溫度下進(jìn)行的，因此需要加入耐高溫的DNA聚合酶（或Taq酶）．利用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因的前提是要有一段已知目的基因的核苷酸序列，以便根據(jù)這一序列合成引物．
（2）蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，改造困難；直接改造蛋白質(zhì)不能遺傳，改造了基因能遺傳，因此不能直接改造Rubisco酶，而通過(guò)Rubisco酶基因進(jìn)行改造．從而實(shí)現(xiàn)對(duì)Rubisco酶的改造．PCR定點(diǎn)突變技術(shù)屬于蛋白質(zhì)工程的范疇．
（3）農(nóng)桿菌的Ti質(zhì)粒上的T-DNA具有可轉(zhuǎn)移到受體細(xì)胞并整合到受體細(xì)胞的染色體DNA上的特點(diǎn)，因此攜帶外源基因的DNA片段必須插入到T-DNA片段（內(nèi)部）部位．推測(cè)DNA片段上可能含有控制Rubisco酶合成的基因．
故答案為：
（1）DNA雙鏈復(fù)制    耐高溫的DNA聚合酶（或Taq酶）     引物      
（2）蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，改造困難；直接改造蛋白質(zhì)不能遺傳，改造了基因能遺傳    能生產(chǎn)出自然界不存在的蛋白質(zhì)    蛋白質(zhì)工程
（3）T-DNA           Rubisco酶

點(diǎn)評(píng) 本題考查基因工程、蛋白質(zhì)工程的相關(guān)知識(shí)，要求考生識(shí)記基因工程的原理及操作步驟，掌握各操作步驟中需要注意的細(xì)節(jié)，尤其是掌握農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法的原理，能結(jié)合所學(xué)的知識(shí)準(zhǔn)確答題，還需要區(qū)別蛋白質(zhì)工程和基因工程，屬于考綱識(shí)記和理解層次的考查．