Question

13．人工合成的大腸桿菌puc118質(zhì)粒中含有l(wèi)acZ基因外，還含有氨芐青霉素抗性基因．若lacZ基因完整，便可表達(dá)出β-半乳糖苷酶，β-半乳糖苷酶能將培養(yǎng)基中含有的IPTG和X-gal水解成藍(lán)色，形成藍(lán)色菌落；若lacZ基因中插入了外源基因，帶有puc118質(zhì)粒的大腸桿菌便不能表達(dá)β-半乳糖苷酶，將形成白色菌落．此實(shí)驗(yàn)方法可以用于鑒別轉(zhuǎn)基因?qū)嶒?yàn)是否獲得成功．如圖所示是利用基因工程生產(chǎn)胰島素的示意圖，據(jù)圖回問題． 

（1）獲得胰島素基因有兩條途徑：一是以mRNA為模板，在逆轉(zhuǎn)錄 酶的催化下，合成互補(bǔ)的單鏈DNA，然后在DNA聚合酶作用下合成cDNA；二是根據(jù)胰島素的氨基酸 序列，推測(cè)其DNA的脫氧核苷酸序列，再通過化學(xué)方法合成所需基因．采用PCR技術(shù)在短時(shí)間內(nèi)能獲得較多的目的基因，該技術(shù)原理是DNA雙鏈復(fù)制．
（2）圖中的培養(yǎng)基中除含有大腸桿菌必須營(yíng)養(yǎng)成分外，還應(yīng)加入IPTG、X-gal、氨芐青霉素等物質(zhì)，用以篩選導(dǎo)入了重組質(zhì)粒的大腸桿菌．
（3）為檢驗(yàn)大腸桿菌是否導(dǎo)入質(zhì)粒及質(zhì)粒的種類，將經(jīng)增殖培養(yǎng)的大腸桿菌接種到培養(yǎng)基上．若不形成菌落，說明質(zhì)粒沒有導(dǎo)入；若菌落為白色，說明導(dǎo)入的是重組質(zhì)粒；若菌落為藍(lán)色，說明導(dǎo)入的是沒有目的基因的空質(zhì)粒．
（4）如果檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)目的基因被成功導(dǎo)入了受體細(xì)胞，但卻沒有檢測(cè)到胰島素，應(yīng)考慮位于目的基因首端和末端的啟動(dòng)之和終止子是否設(shè)計(jì)好，并進(jìn)一步修飾．

Answer 1

分析 分析題圖：大腸桿菌pUC18質(zhì)粒含有氨芐青霉素抗性基因和LacZ基因，但限制酶的切割位點(diǎn)位于LacZ基因上，所以構(gòu)建成的重組質(zhì)粒含有氨芐青霉素抗性基因，但LacZ基因被破壞，不能產(chǎn)生β一半乳糖苷酶．圖中①表示用限制酶切割質(zhì)粒，②表示用限制酶切割含有目的基因的外源DNA，③④表示構(gòu)建基因表達(dá)載體，⑤表示將目的基因?qū)�入受體細(xì)胞，⑥⑦表示篩選，⑧表示擴(kuò)大培養(yǎng)．

解答 解：（1）獲得目的基因有兩條途徑：一是以目的基因的mRNA為模板，在逆轉(zhuǎn)錄酶的催化下，合成雙鏈DNA，從而獲得所需基因；二是根據(jù)目標(biāo)蛋白質(zhì)的氨基酸序列，推測(cè)出相應(yīng)的mRNA序列，然后按照堿基互補(bǔ)配對(duì)原則，推測(cè)其DNA的脫氧核苷酸序列，再通過人工合成（化學(xué)）方法合成所需基因．PCR的原理是DNA雙鏈復(fù)制．
（2）本題是利用lacZ基因的插入失活篩選重組質(zhì)粒，結(jié)合題干信息“若lacZ基因完整，便可表達(dá)出β-半乳糖苷酶，并能將培養(yǎng)基中含有的IPTG和X-gal水解成藍(lán)色，形成藍(lán)色菌落；若lacZ基因中插入了外源基因，帶有pUC118質(zhì)粒的大腸桿菌便不能表達(dá)β-半乳糖苷酶，將形成白色菌落；pUC118還攜帶了氨芐青霉素抗性基因．”可知，圖中的選擇培養(yǎng)基中除含有大腸桿菌必需的葡萄糖、氮源、無(wú)機(jī)鹽、水、生長(zhǎng)因子等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)外，還應(yīng)加入IPTG、X-gal、氨芐青霉素等物質(zhì)，用以篩選導(dǎo)入了重組質(zhì)粒的大腸桿菌．
（3）重組質(zhì)粒上的LacZ基因被破壞，不能產(chǎn)生β一半乳糖苷酶，若大腸桿菌中已成功導(dǎo)入了重組質(zhì)粒，則其在含有IPTG和X-gal的培養(yǎng)基中形成白色菌落．如果長(zhǎng)出藍(lán)色菌落，說明沒有目的基因的空質(zhì)粒已轉(zhuǎn)入受體菌，但重組質(zhì)粒沒導(dǎo)入受體大腸桿菌．
（4）如果檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)目的基因被成功導(dǎo)入了受體細(xì)胞，但卻沒有檢測(cè)到胰島素，說明目的基因沒有成功表達(dá)，而基因表達(dá)離不開啟動(dòng)子和終止子，因此應(yīng)考慮位于目的基因首端和末端的啟動(dòng)之和終止子是否設(shè)計(jì)好，并進(jìn)一步修飾．
故答案為：
（1）逆轉(zhuǎn)錄     氨基酸      脫氧核苷酸      DNA雙鏈復(fù)制
（2）IPTG、X-gal、氨芐青霉素
（3）重組質(zhì)粒       沒有目的基因的空質(zhì)粒
（4）啟動(dòng)之和終止子

點(diǎn)評(píng) 本題結(jié)合流程圖，考查基因工程的相關(guān)知識(shí)，要求考生識(shí)記基因工程的具體操作步驟及相關(guān)細(xì)節(jié)，能結(jié)合題中和圖中信息準(zhǔn)確答題，屬于考綱識(shí)記和理解層次的考查．