Question

【题目】蜘蛛丝是自然界中机械性能最好的天然蛋白纤维，其强度高于制作防弹衣的凯夫拉纤维，有广泛的应用前景，但如何大量获取蜘蛛丝纤维的问题一直未解决。近期，中国科学家利用基因工程技术成功的在家蚕丝腺细胞中大量表达蜘蛛丝蛋白。

（1）在转基因过程中，若利用图所示质粒构建基因表达载体，需要用_____________酶来切割目的基因，该切割方法的优点是_____________________________________________

(答出一点即可)。

（2）为获取大量的蜘蛛丝基因，常采用_______________技术对该基因进行扩增。扩增蜘蛛丝基因前，需根据目的基因的核苷酸序列设计__________种引物。进行扩增时需先加热至90～95℃，加入引物后冷却至55~60℃，以上调控温度操作的目的是____________________。

（3）载体中的启动子是____________酶的识别结合位点，以便于驱动遗传信息的表达过程；而载体本身的扩增，需借助于载体上的_________________；载体上的标记基因的作用是_____________________________。

（4）研究人员发现若将蛛丝蛋白31号位的色氨酸替换为酪氨酸，蛛丝韧性可提高50％，这项成果用到的生物工程技术为____________________________。

Answer 1

【答案】Xba I和Sac I 防止目的基因自身环化、防止目的基因反向连接 PCR 2 使DNA解链，然后使引物结合到互补DNA链上 RNA聚合酶 复制原点 重组DNA的鉴别与选择 蛋白质工程

【解析】

1、基因工程的操作步骤包括：目的基因的获取、基因表达载体的构建、将目的基因导入受体细胞、目的基因的检测与鉴定。其中基因表达载体的构建是基因工程的核心步骤。

基因表达载体的构建：①过程：一般用同一种限制酶切割目的基因和运载体，再用DNA连接酶将目的基因和运载体连接形成重组DNA分子。②目的：使目的基因在受体细胞中稳定存在并且可以遗传给下一代并表达和发挥作用。③基因表达载体的组成：目的基因+启动子+终止子+标记基因。

（1）启动子在基因的首段，它是RNA聚合酶的结合位点，能控制着转录的开始；

（2）终止子在基因的尾端，它控制着转录的结束；

（3）标记基因便于目的基因的鉴定和筛选。

2、PCR扩增技术：PCR由变性--退火--延伸三个基本反应步骤构成：

（1）模板DNA的变性：模板DNA经加热至93℃左右一定时间后，使模板DNA双链或经PCR扩增形成的双链DNA解离，使之成为单链，以便它与引物结合，为下轮反应作准备。

（2）模板DNA与引 物的退火（复性）：模板DNA经加热变性成单链后，温度降至55℃左右，引物与模板DNA单链的互补序列配对结合。

（3）引物的延伸：DNA模板--引物结合物在Taq酶的作用下，以dNTP为反应原料，靶序列为模板，按碱基配对与半保留复制原理，合成一条新的与模板DNA 链互补的半保留复制链。

（1）识图分析可知，构建基因表达载体时，目的基因需要插入到启动子和终止子之间，图中启动子和终止子之间存在Xba I和Sac I的酶切位点，因此需要用Xba I和Sac I限制酶切割目的基因，以产生与质粒相同的末端，相比用同一种酶进行酶切，用两种酶切割可以防止目的基因自身环化或防止目的基因反向连接。

（2）为获取大量的蜘蛛丝基因，常采用PCR扩增技术扩增目的基因。利用PCR技术扩增蜘蛛丝基因前，需根据目的基因的核苷酸序列设计2种引物分别与2条模板链结合；进行PCR时需加热至90~95℃然后冷却至55~60℃，此操作的目的是使DNA解链，然后使引物结合到互补DNA链上。

（3）基因表达载体中的启动子能够与RNA聚合酶识别和结合，才能驱动转录过程，而载体本身的扩增，需借助于载体上的复制原点进行，载体上的标记基因的作用是鉴别与筛选含有重组DNA的受体细胞。

（4）研究人员发现若将蛛丝蛋白31号位的色氨酸替换为酪氨酸，蛛丝韧性可提高50％，这是对现有蛋白质进行的改造，因此利用的是蛋白质工程技术。