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．工業(yè)上青蒿素一般從青蒿植株中提取，產量低，價格高．基因工程及細胞工程等為培育出高青蒿素含量的青蒿提供了思路．科學家先通過紫外線處理大量青蒿幼苗后，偶然發(fā)現(xiàn)一株高產植株．通過基因測序發(fā)現(xiàn)該高產植株控制青蒿素合成相關的一種關鍵酶的基因發(fā)生了突變．
（1）提取了高產植株的全部DNA后，要想快速大量獲得該突變基因可以采用PCR技術，該技術的原理是DNA雙鏈復制（或DNA分子復制、DNA復制）．
（2）如果用青蒿某個時期mRNA反轉錄產生的雙鏈cDNA片段，用該雙鏈cDNA進行PCR擴增，進行了30個循環(huán)后，理論上可以產生約為2³⁰個DNA分子，該雙鏈與載體連接后儲存在一個受體菌群中，這個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）將獲得的突變基因導入普通青蒿之前，先構建基因表達載體，圖l、2中箭頭表示相關限制酶的酶切位點．請回答下列問題：

用圖中的質粒和外源DNA構建重組質粒，不能使用SmaⅠ切割，原因是SmaⅠ會破壞質粒的抗性基因及外源DNA中的目的基因；如果該突變基因導入成功，且與某條染色體的DNA整合起來，該轉基因青蒿可視為雜合子，將該轉基因青蒿自交一代，再取含該突變基因的子一代再自交一次，預計子二代轉基因青蒿中純合子占$\frac{3}{5}$．
（4）檢測目的基因是否表達出相應蛋白質，應采取抗原-抗體雜交技術技術．目的基因導入組織細胞后，通過植物組織培養(yǎng)技術培育出青蒿幼苗．

Answer 1

分析 1、PCR技術擴增目的基因
（1）原理：DNA雙鏈復制
（2）過程：第一步：加熱至90～95℃DNA解鏈；第二步：冷卻到55～60℃，引物結合到互補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
基因中啟動子	無	有
基因中內含子	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、目的基因的檢測與鑒定：（1）分子水平上的檢測：①檢測轉基因生物染色體的DNA是否插入目的基因--DNA分子雜交技術；②檢測目的基因是否轉錄出了mRNA--分子雜交技術；③檢測目的基因是否翻譯成蛋白質--抗原-抗體雜交技術．（2）個體水平上的鑒定：抗蟲鑒定、抗病鑒定、活性鑒定等．

解答 解：（1）PCR技術擴增目的基因的原理為DNA雙鏈復制．
（2）由于PCR技術利用的是DNA雙鏈復制的原理，因此用該雙鏈cDNA進行PCR擴增，進行了30個循環(huán)后，理論上可以產生約為2³⁰個DNA分子；又由于該基因庫是由青蒿某個時期mRNA反轉錄產生的雙鏈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存在一個受體菌群中，這個受體菌群就叫做青蒿的cDNA文庫（或部分基因文庫）．通過逆轉錄得到的目的基因中缺少基因結構中的非編碼區(qū)以及編碼區(qū)的內含子，因此獲得的cDNA與青蒿細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，用SmaⅠ切割會破壞質粒的抗性基因及外源DNA中的目的基因，因此不能用SmaⅠ切割圖中的質粒和外源DNA．根據題干“如果該突變基因導入成功，且與某條染色體的DNA整合起來，該轉基因青蒿可視為雜合子”，假設該轉基因青蒿可視為雜合子（Aa），將該轉基因青蒿自交代，根據基因分離定律，預計后代的基因型為$\frac{1}{4}$AA、$\frac{2}{4}Aa$、$\frac{1}{4}aa$．其中轉基因青蒿基因型為$\frac{1}{3}AA$、$\frac{2}{3}Aa$．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$，預計子二代轉基因青蒿的基因型（AA、Aa）為中純合子AA占$\frac{\frac{2}{6}+\frac{1}{6}}{\frac{2}{6}+\frac{1}{6}+\frac{2}{6}}=\frac{3}{5}$．
（4）檢測目的基因是否表達出相應蛋白質，應采取抗原-抗體雜交技術技術．將轉基因受體細胞培育成轉基因植株需要采用植物組織培養(yǎng)技術．
故答案為：
（1）DNA雙鏈復制（或DNA分子復制、DNA復制）
（2）2³⁰       cDNA文庫（或部分基因文庫）    不同
（3）SmaⅠ會破壞質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      植物組織培養(yǎng)

點評 本題考查了基因工程的有關知識，要求考生能夠掌握PCR技術的原理和方法，區(qū)分基因組文庫和部分基因文庫的區(qū)別，能夠根據圖中限制酶的切割位點回答相關問題，同時識記目的基因檢測與鑒定的方法．