Question

【題目】蜘蛛絲是自然界中機械性能最好的天然蛋白纖維，其強度高于制作防彈衣的凱夫拉纖維，有廣泛的應用前景，但如何大量獲取蜘蛛絲纖維的問題一直未解決。近期，中國科學家利用基因工程技術成功的在家蠶絲腺細胞中大量表達蜘蛛絲蛋白。

（1）在轉基因過程中，若利用圖所示質粒構建基因表達載體，需要用_____________酶來切割目的基因，該切割方法的優(yōu)點是_____________________________________________

(答出一點即可)。

（2）為獲取大量的蜘蛛絲基因，常采用_______________技術對該基因進行擴增。擴增蜘蛛絲基因前，需根據目的基因的核苷酸序列設計__________種引物。進行擴增時需先加熱至90～95℃，加入引物后冷卻至55~60℃，以上調控溫度操作的目的是____________________。

（3）載體中的啟動子是____________酶的識別結合位點，以便于驅動遺傳信息的表達過程；而載體本身的擴增，需借助于載體上的_________________；載體上的標記基因的作用是_____________________________。

（4）研究人員發(fā)現若將蛛絲蛋白31號位的色氨酸替換為酪氨酸，蛛絲韌性可提高50％，這項成果用到的生物工程技術為____________________________。

Answer 1

【答案】Xba I和Sac I 防止目的基因自身環(huán)化、防止目的基因反向連接 PCR 2 使DNA解鏈，然后使引物結合到互補DNA鏈上 RNA聚合酶 復制原點 重組DNA的鑒別與選擇 蛋白質工程

【解析】

1、基因工程的操作步驟包括：目的基因的獲取、基因表達載體的構建、將目的基因導入受體細胞、目的基因的檢測與鑒定。其中基因表達載體的構建是基因工程的核心步驟。

基因表達載體的構建：①過程：一般用同一種限制酶切割目的基因和運載體，再用DNA連接酶將目的基因和運載體連接形成重組DNA分子。②目的：使目的基因在受體細胞中穩(wěn)定存在并且可以遺傳給下一代并表達和發(fā)揮作用。③基因表達載體的組成：目的基因+啟動子+終止子+標記基因。

（1）啟動子在基因的首段，它是RNA聚合酶的結合位點，能控制著轉錄的開始；

（2）終止子在基因的尾端，它控制著轉錄的結束；

（3）標記基因便于目的基因的鑒定和篩選。

2、PCR擴增技術：PCR由變性--退火--延伸三個基本反應步驟構成：

（1）模板DNA的變性：模板DNA經加熱至93℃左右一定時間后，使模板DNA雙鏈或經PCR擴增形成的雙鏈DNA解離，使之成為單鏈，以便它與引物結合，為下輪反應作準備。

（2）模板DNA與引 物的退火（復性）：模板DNA經加熱變性成單鏈后，溫度降至55℃左右，引物與模板DNA單鏈的互補序列配對結合。

（3）引物的延伸：DNA模板--引物結合物在Taq酶的作用下，以dNTP為反應原料，靶序列為模板，按堿基配對與半保留復制原理，合成一條新的與模板DNA 鏈互補的半保留復制鏈。

（1）識圖分析可知，構建基因表達載體時，目的基因需要插入到啟動子和終止子之間，圖中啟動子和終止子之間存在Xba I和Sac I的酶切位點，因此需要用Xba I和Sac I限制酶切割目的基因，以產生與質粒相同的末端，相比用同一種酶進行酶切，用兩種酶切割可以防止目的基因自身環(huán)化或防止目的基因反向連接。

（2）為獲取大量的蜘蛛絲基因，常采用PCR擴增技術擴增目的基因。利用PCR技術擴增蜘蛛絲基因前，需根據目的基因的核苷酸序列設計2種引物分別與2條模板鏈結合；進行PCR時需加熱至90~95℃然后冷卻至55~60℃，此操作的目的是使DNA解鏈，然后使引物結合到互補DNA鏈上。

（3）基因表達載體中的啟動子能夠與RNA聚合酶識別和結合，才能驅動轉錄過程，而載體本身的擴增，需借助于載體上的復制原點進行，載體上的標記基因的作用是鑒別與篩選含有重組DNA的受體細胞。

（4）研究人員發(fā)現若將蛛絲蛋白31號位的色氨酸替換為酪氨酸，蛛絲韌性可提高50％，這是對現有蛋白質進行的改造，因此利用的是蛋白質工程技術。