Question

14．科学家将人的生长激素基因与大肠杆菌的DNA分子进行重组，并成功地在大肠杆菌中得以表达．但在进行基因工程的操作过程中，需使用特定的限制酶切割目的基因和质粒，便于重组和筛选．已知限制酶Ⅰ的识别序列和切点是-G^↓GATCC-，限制酶Ⅱ的识别序列和切点是-^↓GATC-，请据图回答：

（1）过程①所需要的酶是逆转录酶．
（2）在构建基因表达载体的过程中，应用限制酶Ⅰ切割质粒，用限制酶Ⅱ切割目的基因．用
限制酶切割目的基因和载体后形成的黏性末端通过碱基互补配对原则进行连接．人的基因之所以能与大肠杆菌的DNA分子进行重组，原因是人的基因与大肠杆菌DNA分子的双螺旋结构相同．
（3）在过程③中一般将受体大肠杆菌用CaCl₂进行处理，以增大细胞壁的通透性，使含有目的基因的重组质粒容易进入受体细胞．
（4）将得到的大肠杆菌B涂布在一个含有氨苄青霉素的培养基上，得到如图a所示的结果（圆点表示菌落），该结果说明能够生长的大肠杆菌中已导入了普通质粒或重组质粒，反之则没有导入；再将灭菌绒布按到培养基a上，使绒布表面沾上菌落，然后将绒布按到含四环素的培养基上培养，得到如图b所示的结果（圆圈表示与图a中培养基上对照无菌落的位置）．与图b圆圈相对应的图a中的菌落表现型是抗氨苄青霉素但不抗四环素，这些大肠杆菌中导入了重组质粒．
（5）人体的生长激素基因能在大肠杆菌体内成功表达是因为共同一套（遗传）密码子．目的基因导入大肠杆菌中后表达的过程是生长激素基因$\stackrel{转录}{→}$mRNA$\stackrel{翻译}{→}$生长激素．

Answer 1

分析 获得目的基因的方法：①从基因文库中获取 ②利用PCR技术扩增 ③人工合成（化学合成）．据图分析可知，人的生长激素基因是人工合成的，采取的方法是利用人的生长激素基因的mRNA为模板，进行反转录．
目的基因能插入宿主DNA，与大肠杆菌的DNA分子进行重组，原因是它们的成分和结构相同，都是由四种脱氧核苷酸组成的双螺旋结构．所有的生物都共用一套密码子，所以人体的生长激素基因能在细菌体内的核糖体上成功表达．
将得到的大肠杆菌B涂布在一个含有氨苄青霉素的培养基上，因质粒上有抗氨苄青霉素基因，且重组质粒上的抗氨苄青霉素基因，也没有被破坏，所以如果大肠杆菌B能够生长，说明已导入了含抗氨苄青霉素基因的普通质粒或重组质粒，反之则没有导入．

解答 解：（1）过程①是以mRNA为模板形成基因的过程，属于反转录，此过程需要逆转录酶的参与．
（2）在构建基因表达载体时，需用限制酶对目的基因和质粒进行切割以形成相同的黏性末端．质粒如果用限制酶Ⅱ来切割的话，将会在质粒在出现两个切口且抗生素抗性基因全被破坏，故质粒只能用限制酶Ⅰ切割（破坏四环素抗性而保留氨苄青霉素抗性，即将来形成的重组质粒能在含氨苄青霉素的培养基中生存，而在含四环素的培养基中不能生存）；目的基因两端都出现黏性末端时才能和质粒发生重组，故目的基因只有用限制酶Ⅱ切割时，才会在两端都出现黏性末端．黏性末端其实是被限制酶切开的DNA两条单链的切口，这个切口上带有几个伸出的核苷酸，它们之间正好通过碱基互补配对进行连接．来源不同的DNA之所以能发生重新组合，主要原因是两者的结构基础相同，都是双螺旋结构，基本组成单位都是脱氧核苷酸等．
（3）将重组质粒导入细菌B之前，要将细菌B放入一定浓度的CaCl₂溶液中处理，目的是增大细胞壁的通透性，使含有目的基因的重组质粒容易进入受体细胞．
（5）因本题上有2个标记基因，但抗四环素基因被插入的基因破坏掉，因此剩下的是抗氨苄青霉素抗性基因，如果在含氨苄青霉素的培养基上能生长，说明已经导入了重组质粒或普通质粒A，因为普通质粒和重组质粒都含有抗氨苄青霉素的基因．与图2中b空圈相对应的图2的a中的菌落表现型是抗氨苄青霉素但不抗四环素，说明这些细菌中导入了重组质粒．
（5）所有的生物都共用一套密码子，所以人体的生长激素基因能在细菌体内成功表达，过程是生长激素基因$\stackrel{转录}{→}$mRNA$\stackrel{翻译}{→}$生长激素．
故答案为：
（1）逆转录酶　
（2）ⅠⅡ碱基互补配对    人的基因与大肠杆菌DNA分子的双螺旋结构相同
（3）CaCl₂   细胞壁
（4）普通质粒或重组质粒   抗氨苄青霉素但不抗四环素 重组质粒
（5）共同一套（遗传）密码子　生长激素基因$\stackrel{转录}{→}$mRNA$\stackrel{翻译}{→}$生长激素

点评 本题结合转基因棉花培育过程图，考查基因工程、植物组织培养等知识，要求考生识记基因工程的工程及操作步骤，能根据限制酶识别序列选择合适的限制酶，并能准确判断图中各过程的名称，再结合所学的知识准确答题．