Question

【題目】口蹄疫是嚴(yán)重危害家畜的傳染病之一，其主要抗原為VP1蛋白。由于植物葉綠體表達(dá)系統(tǒng)能夠高效表達(dá)目的基因且環(huán)境安全性高，科學(xué)家將口蹄疫病毒的VP1抗原基因轉(zhuǎn)入植物葉綠體中并成功表達(dá)出VP1蛋白。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：

（1）口蹄疫病毒是RNA病毒，以其RNA為模板，經(jīng)過(guò)_________過(guò)程獲得VP1抗原基因。采用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因時(shí)，需要的物質(zhì)有__________。

（2）植物基因工程的操作步驟中，最核心的步驟是基因表達(dá)載體的構(gòu)建，基因表達(dá)載體的組成中除了VP1基因和復(fù)制原點(diǎn)外，還必須有_________、_________。

（3）植物葉綠體基因工程的最大優(yōu)點(diǎn)是外源基因不會(huì)隨花粉擴(kuò)散而產(chǎn)生基因污染，其原因是___________________。

Answer 1

【答案】反（逆）轉(zhuǎn)錄 Taq酶（耐高溫的DNA聚合酶）、四種脫氧核苷酸、引物 啟動(dòng)子、終止子 標(biāo)記基因 受精卵中的細(xì)胞質(zhì)幾乎全部來(lái)自卵細(xì)胞，精子幾乎不含葉綠體基因，即葉綠體中的目的基因不會(huì)通過(guò)花粉傳遞給下一代

【解析】

1、基因工程四步驟：目的基因的獲取、基因表達(dá)載體的構(gòu)建、將目的基因?qū)�入受體細(xì)胞、目的基因的檢測(cè)和表達(dá)。

①目的基因的獲取方法為根據(jù)基因的核苷酸序列、基因的功能、基因在載體上的位置、基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物、以及基因的表達(dá)產(chǎn)物蛋白質(zhì)等特性來(lái)獲取目的基因。

②基因文庫(kù)、基因組文庫(kù)、cDNA文庫(kù)的區(qū)別：含有某種生物不同基因的許多DNA片段，導(dǎo)入受體菌的群體中儲(chǔ)存，各個(gè)受體菌體分別含有這種生物的不同基因，稱之為基因文庫(kù)。如果含有一種生物所有基因，叫做基因組文庫(kù)。只包含一種生物的一部分基因，這種基因文庫(kù)叫做部分基因文庫(kù)，如cDNA文庫(kù)。

③基因重組操作中構(gòu)建基因表達(dá)載體的目的是將目的基因在受體細(xì)胞中穩(wěn)定存在，并且遺傳給下一代，同時(shí)目的基因能夠表達(dá)和發(fā)揮作用。

④一個(gè)完整的基因表達(dá)載體包括：目的基因、啟動(dòng)子、終止子、標(biāo)記基因。

⑤將目的基因?qū)�入植物�?xì)胞、動(dòng)物細(xì)胞和微生物細(xì)胞的常用方法分別是膿桿菌轉(zhuǎn)化法、顯微注射法、Ca2+處理法。

⑥基因工程的受體細(xì)胞選擇，植物可以采用體細(xì)胞，動(dòng)物不能用體細(xì)胞，一般采用受精卵細(xì)胞。因?yàn)槭芫�卵具有全能性�?/span>

⑦當(dāng)受體細(xì)胞是大腸桿菌時(shí)常用Ca2+處理細(xì)胞，這樣做的目的是使細(xì)胞處于一種能夠吸收周圍環(huán)境中的DNA分子的感受態(tài)細(xì)胞。

⑧目的基因的檢測(cè)：轉(zhuǎn)基因生物的DNA是否插入了目的基因（DNA分子雜交技術(shù)）；目的基因是否轉(zhuǎn)錄出了mRNA（分子雜交技術(shù)）；目的基因是否翻譯成蛋白質(zhì)（抗原-抗體雜交）；個(gè)體生物學(xué)水平鑒定。

⑨目的基因的獲取、基因表達(dá)載體的構(gòu)建、目的基因的檢測(cè)和表達(dá)一般需要堿基互補(bǔ)配對(duì)。將目的基因?qū)�入受體細(xì)胞不需要堿基互補(bǔ)配對(duì)。

2、多聚酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)擴(kuò)增DNA片段

①PCR：多聚酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的簡(jiǎn)稱，是一種體外迅速擴(kuò)增DNA片段的技術(shù)，它能以極少量的DNA為模板，在幾小時(shí)內(nèi)復(fù)制出上百萬(wàn)份的DNA拷貝。

②擴(kuò)增方向：總是從子鏈的5′端向3′端延伸。

③需要引物的原因：DNA聚合酶不能從頭合成DNA，而只能從引物3′端延伸DNA鏈，因此DNA復(fù)制需要引物。

④原理：熱變性原理，

⑤條件：DNA模板，分別與兩條模板鏈相結(jié)合的兩種引物，脫氧核苷酸，耐熱的TaqDNA聚合酶，同時(shí)控制溫度。

⑥過(guò)程：變性（高溫94℃）、復(fù)性（低溫55℃）、延伸（中溫72℃）

⑦結(jié)果：DNA聚合酶只能特異地復(fù)制處于兩引物之間的DNA序列，使這段固定長(zhǎng)度的序列呈指數(shù)擴(kuò)增。

（1）口蹄疫病毒是RNA病毒，以其RNA為模板，經(jīng)過(guò)逆轉(zhuǎn)錄過(guò)程獲得VP1抗原基因。采用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因時(shí)，需要的物質(zhì)有Taq酶（耐高溫的DNA聚合酶）、四種脫氧核苷酸、引物。

（2）植物基因工程的操作步驟中，最核心的步驟是基因表達(dá)載體的構(gòu)建，一個(gè)完整的基因表達(dá)載體包括：目的基因、啟動(dòng)子、終止子、標(biāo)記基因。基因表達(dá)載體的組成中除了VP1基因和復(fù)制原點(diǎn)外，還必須有啟動(dòng)子、終止子。

（3）植物葉綠體基因工程的最大優(yōu)點(diǎn)是外源基因不會(huì)隨花粉擴(kuò)散而產(chǎn)生基因污染，其原因是受精卵中的細(xì)胞質(zhì)幾乎全部來(lái)自卵細(xì)胞，精子幾乎不含葉綠體基因，即葉綠體中的目的基因不會(huì)通過(guò)花粉傳遞給下一代。