题目内容

【题目】禾谷镰刀菌可侵染小麦等作物,使其产量和品质下降。研究者通过构建融合基因 Ve-FG 并转化拟南芥,以期实现转基因植物抗禾谷镰刀菌的目的。

(1)利用 PCR 技术,将野生番茄的抗黄萎病基因 Ve 与禾谷镰刀菌的识别基因 FG 进行重组,构建融合基因 Ve-FG(如图 1)。

① 设计 3 对引物。其中引物 2 的一部分序列与 C 片段一部分序列互补,另一部分序列与_____片段一部分序列互补。

② 通过 PCR 分别克隆A、C、P 片段。克隆 A 片段应选用的引物是_____。

③ 以 A、C、P 片段为_____进行延伸,将 A、P、C 片段拼接,再以引物 1、4 进行 PCR,扩增融合基因 Ve-FG。

(2)用_____将 Ve-FG 与质粒连接,构建重组质粒(如图 2,图中潮霉素抗性基因只在植物细胞中表达)。将农杆菌与重组质粒混合,一段时间后涂布到含有_____的平板培养基上进行筛选。用含重组质粒的农杆菌转化拟南芥,几周后收获种子,种在含有潮霉素的培养基上,获得转基因拟南芥株系 1 和株系 2。

(3)分别提取株系 1 和 2、非转基因拟南芥植株叶片中的 DNA 作为模板,PCR 扩增 Ve-FG 基因后进行电泳,结果如图 3。

① 电泳时应以_____为阳性对照。

② 成功导入 Ve-FG 基因的是_____。

③ 株系 1 可抗潮霉素,但电泳结果无阳性条带,原因可能是_____。

(4)为检验融合基因 Ve-FG 的功能,以导入 Ve-FG 基因的植株为实验组,导入空白质粒的植株为对照组,分别接种_____。一段时间后观察发现,与对照植株相比,实验组整体长势更旺盛,叶片萎蔫程度、叶片变黄程度也较轻,这表明_____。

【答案】P 1、3 模板 DNA连接酶 卡那霉素 融合基因 Ve-FG 株系 2 株系1中导入的是空白质粒,应空白质粒中也含有上述的两种抗性基因 禾谷镰刀菌 转基因拟南芥中的Ve-FG基因在拟南芥细胞中成功表达。

【解析】

PCR一般要经历三十多次循环,每次循环可分为变性、复性、延伸三步。在循环之前,常需要进行一次预变性,以便增加大分子模板DNA彻底变性的概率。PCR过程为:变性,当温度上升到90 ℃以上时,氢键断裂,双链DNA解旋为单链。复性,当温度降低到50℃左右是,两种引物通过碱基互补配对与两条单链DNA结合。延伸,温度上升到72 ℃左右,溶液中的四种脱氧核苷酸,在DNA聚合酶的作用下,根据碱基互补配对原则合成新的DNA链。

(1)① 设计 3 对引物。其中引物 2 的一部分序列与 C 片段一部分序列互补,另一部分序列与P片段一部分序列互补,才能实现图示的连接。

② 通过 PCR 分别克隆A、C、P 片段。选用的引物1、3可完成A 片段的克隆。

③ 以 A、C、P 片段为模板进行延伸,将 A、P、C 片段拼接,再以引物 1、4 进行 PCR,扩增融合基因 Ve-FG。

(2)用DNA连接酶将 Ve-FG 与质粒连接,构建重组质粒(如图 2)。将农杆菌与重组质粒混合,由于 重组质粒中含有抗卡那霉素的基因和潮霉素抗性基因,但是潮霉素抗性基因只在植物细胞中表达,因此,一段时间后将农杆菌涂布到含有卡那霉素的平板培养基上进行筛选,从而将经过转化的农杆菌筛选出来。用含重组质粒的农杆菌转化拟南芥,几周后收获种子,种在含有潮霉素的培养基上,从而将含有重组质粒的拟南芥株系 1 和株系 2筛选出来。

(3)分别提取株系 1 和 2、非转基因拟南芥植株叶片中的 DNA 作为模板,PCR 扩增 Ve-FG 基因后进行电泳,结果如图 3。

① 电泳时应以融合基因 Ve-FG为阳性对照。

② 成功导入 Ve-FG 基因的是株系2。

③ 株系 1 可抗潮霉素,但电泳结果无阳性条带,原因可能是株系1导入的是空白质粒,从而不能急检测到目的基因。

(4)为检验融合基因 Ve-FG 的功能,以导入 Ve-FG 基因的植株为实验组,导入空白质粒的植株为对照组,分别接种禾谷镰刀菌。一段时间后观察发现,与对照植株相比,实验组整体长势更旺盛,叶片萎蔫程度、叶片变黄程度也较轻,这表明导入的Ve-FG基因在拟南芥细胞中成功表达。

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