Question

14．许多大肠杆菌的质粒上含有lacZ基因，其编码的产物β-半乳糖苷酶在X-gal和IPTG存在的条件下，可以产生蓝色沉淀，使菌落呈现蓝色，否则菌落呈现白色．基因工程中常利用该原理从导入质粒的受体细胞中筛选出真正导入重组质粒的细胞，过程如图所示．

请据图回答下列问题：
（1）基因工程中，构建基因表达载体的目的是使目的基因在受体细胞中稳定存在，能遗传给后代，并表达和发挥作用．
（2）限制酶EcoRⅠ的识别序列和切割位点是-G^↓AATTC-，SmaⅠ的识别序列和切割位点是-CCC^↓GGG-．图中目的基因被切割下来和质粒连接之前，需在目的基因的右侧连接相应的末端，连接的末端序列是-TTAA，连接过程中需要的基本工具是DNA连接酶．
（3）转化过程中，大肠杆菌应先用Ca²⁺处理，使其处于能吸收周围DNA的状态．
（4）菌落颜色为白色的是菌落③．

Answer 1

分析 1、分析题图：目的基因的左侧有限制酶EcoRI的识别序列，右侧是限制酶SmaI的识别序列，而质粒上只有限制酶EcoRI的识别序列，所以需要用限制酶EcoRI来切割质粒，用限制酶EcoRI和SmaI来切割含有目的基因的外源DNA分子，这样就使目的基因右侧无法与质粒连接，所以目的基因被切割下来和质粒连接之前，需在目的基因的右侧连接限制酶EcoRI切割形成的末端，即-TTAA．
2、用限制酶EcoRI切割质粒时，会破坏质粒上的lacZ基因，但切割后的质粒自身环化后，lacZ基因又被修复，能表达产生B-半乳糖苷酶，在X-gal和IPTG 存在下，可以产生蓝色沉淀，使菌落呈现蓝色，所以菌落①②呈现蓝色；菌落③导入的是重组质粒，其lacZ基因被破坏，不能表达产生B-半乳糖苷酶，在X-gal和IPTG 存在下，菌落颜色为白色．

解答 解：（1）构建基因表达载体是基因工程操作步骤中的核心步骤，目的是使目的基因在受体细胞中稳定存在，能遗传给后代，并表达和发挥作用．
（2）由图可知，目的基因的左侧有限制酶EcoRI的识别序列，右侧是限制酶Sma I的识别序列，而质粒上只有限制酶EcoRI的识别序列，所以需要用限制酶EcoRI来切割质粒，用限制酶EcoRI和Sma I来切割含有目的基因的外源DNA分子，这样就使目的基因右侧无法与质粒连接，所以目的基因被切割下来和质粒连接之前，需在目的基因的右侧连接限制酶EcoRI切割形成的末端，即-TTAA．连接过程中需要的基本工具是DNA连接酶．
（3）将目的基因导入大肠杆菌细胞之前，应先用Ca²⁺处理大肠杆菌，使其处于感受态，能主动吸收周围DNA．
（4）用限制酶EcoRI切割质粒时，会破坏质粒上的lacZ基因，但切割后的质粒自身环化后，lacZ基因又被修复，能表达产生B-半乳糖苷酶，在X-gal和IPTG 存在下，可以产生蓝色沉淀，使菌落呈现蓝色，所以菌落①②呈现蓝色；菌落③导入的是重组质粒，其lacZ基因被破坏，不能表达产生B-半乳糖苷酶，在X-gal和IPTG 存在下，菌落颜色为白色．
故答案为：
（1）使目的基因在受体细胞中稳定存在，能遗传给后代，并表达和发挥作用
（2）-TTAA　     DNA连接酶
（3）Ca²⁺　       
（4）菌落③

点评 本题结合题图，考查基因工程的相关知识，意在考查考生分析题图提取有效信息的能力；能理解所学知识要点，把握知识间内在联系的能力；能运用所学知识解决生物学问题的能力．