Question

【題目】現(xiàn)有甲、乙兩種雙子葉植物，植物甲含有抗旱基因而具有極強(qiáng)的抗旱性，植物乙抗旱性低。若將該抗旱基因轉(zhuǎn)移至植物乙中，有可能提高后者的抗旱性。目前，基因工程中使用的限制酶主要從原核生物中分離純化獲得。含有限制酶的細(xì)胞通常還具有相應(yīng)的甲基化酶，它可以在基因組胞嘧啶5'碳位共價(jià)鍵結(jié)合一個(gè)甲基基團(tuán)，對(duì)DNA序列進(jìn)行修飾。回答下列問題：

(l)為獲取抗旱基因，可以先從植物甲中提取該基因mRNA，然后經(jīng)____________過程獲得cDNA�；�因工程的核心步驟是_________。

(2)使用PCR技術(shù)擴(kuò)增抗旱基因時(shí)，可選擇圖中A、B、C、D四種單鏈DNA片段中的___________作為引物，此過程還需要___________酶，但不需要解旋酶，而是利用___________使DNA解旋。

(3)原核細(xì)胞中的限制酶可切割外源DNA，但不破壞自身DNA，其原因可能是①______________；②________________。

(4)在大田里栽培轉(zhuǎn)基因植物時(shí)，要求轉(zhuǎn)基因植物與傳統(tǒng)作物之間應(yīng)該間隔足夠遠(yuǎn)的距離，以免___________________ 。

Answer 1

【答案】逆轉(zhuǎn)錄 構(gòu)建基因表達(dá)載體 B C Taq 高溫 ①細(xì)胞自身的DNA分子沒有該限制酶的識(shí)別序列 ②甲基化酶對(duì)細(xì)胞自身的DNA進(jìn)行甲基化，限制酶無法識(shí)別修飾后的DNA序列 目的基因隨花粉傳播，與傳統(tǒng)植物發(fā)生雜交，造成基因污染。

【解析】

1、基因工程的操作程序：目的基因的獲��；基因表達(dá)載體的構(gòu)建；將目的基因?qū)�入受體細(xì)胞；目的基因的檢測(cè)與鑒定。其中基因表達(dá)載體的構(gòu)建是基因工程的核心步驟。

2、PCR技術(shù)又叫多聚酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)是體外合成DNA的技術(shù)，通常有三個(gè)基本步驟──變性、復(fù)性和延伸。PCR過程需要的引物不是RNA，而是人工合成的DNA單鏈，其長(zhǎng)度通常為20－30個(gè)脫氧核苷酸，通常需要兩種引物，分別與DNA分子的兩條鏈互補(bǔ)。PCR過程中DNA的解旋不依靠解旋酶，而是通過對(duì)反應(yīng)溫度的控制來實(shí)現(xiàn)的模板DNA經(jīng)加熱至90℃以上。一定時(shí)間后，使模板DNA雙鏈或經(jīng)PCR擴(kuò)增形成的雙鏈DNA解離，使成為單鏈，50℃時(shí)引物與DNA摸板鏈之間形成氫鍵， 72℃時(shí)使單鏈從引物的3’開始延伸。在這個(gè)過程中需要耐高溫的DNA聚合酶。

3、原核生物在長(zhǎng)期的進(jìn)化過程中形成了一套完善的防御機(jī)制，以防止外來病原物的侵害。限制酶就是細(xì)菌的一種防御性工具，當(dāng)外源DNA侵入時(shí)，會(huì)利用限制酶將外源DNA切割掉，以保證自身的安全。通過長(zhǎng)期的進(jìn)化，細(xì)菌中含有某種限制酶的細(xì)胞，其DNA分子中不具備這種限制酶的識(shí)別切割序列，或者通過甲基化酶將甲基轉(zhuǎn)移到所識(shí)別序列的堿基上，使限制酶不能將其切開。這樣，盡管細(xì)菌中含有某種限制酶也不會(huì)使自身的DNA被切斷，并且可以防止外源DNA的入侵。

由分析可知：

(l) cDNA文庫是通過mRNA經(jīng)過逆轉(zhuǎn)錄過程獲得的，故為獲取抗旱基因，可以先從植物甲中提取該基因mRNA，然后經(jīng)逆轉(zhuǎn)錄過程獲得cDNA�；�因表達(dá)載體的構(gòu)建是基因工程的核心步驟。

(2)使用PCR技術(shù)擴(kuò)增抗旱基因時(shí)，可選擇圖中A、B、C、D四種單鏈DNA片段中的B、C作為引物，此過程還需要Taq酶，但不需要解旋酶，而是利用高溫使DNA解旋。

(3)原核細(xì)胞中的限制酶可切割外源DNA，但不破壞自身DNA，其原因可能是①細(xì)胞自身的DNA分子沒有該限制酶的識(shí)別序列；②甲基化酶對(duì)細(xì)胞自身的DNA進(jìn)行甲基化，限制酶無法識(shí)別修飾后的DNA序列。

(4)基因污染是指轉(zhuǎn)基因植物的花粉與近緣物種進(jìn)行雜交，從而使得近緣物種有了轉(zhuǎn)基因物種的性狀，造成不必要的麻煩。故在大田里栽培轉(zhuǎn)基因植物時(shí)，要求轉(zhuǎn)基因植物與傳統(tǒng)作物之間應(yīng)該間隔足夠遠(yuǎn)的距離，以免目的基因隨花粉傳播，與傳統(tǒng)植物發(fā)生雜交，造成基因污染。