Question

4．科學家將人的生長激素基因與大腸桿菌的DNA分子進行重組，并成功地在大腸桿菌中得以表達．但在進行基因工程的操作過程中，需使用特定的限制酶切割目的基因和質粒，便于重組和篩選．已知限制酶Ⅰ的識別序列和切點是-G^↓GATCC-，限制酶Ⅱ的識別序列和切點是-^↓GATC-，請據圖回答：

（1）過程①所需要的酶是逆轉錄酶．
（2）在構建基因表達載體的過程中，應用限制酶Ⅰ切割質粒，用限制酶Ⅱ切割目的基因．用限制酶切割目的基因和載體后形成的黏性末端通過堿基互補配對原則進行連接．人的基因之所以能與大腸桿菌的DNA分子進行重組，原因是人的基因與大腸桿菌DNA分子的雙螺旋結構相同．
（3）在過程③中一般將受體大腸桿菌用CaCl₂溶液進行處理，以增大細胞壁的通透性，使含有目的基因的重組質粒容易進入受體細胞．
（4）將得到的大腸桿菌B涂布在一個含有氨芐青霉素的培養基上，得到如圖a所示的結果（圓點表示菌落），

該結果說明能夠生長的大腸桿菌中已導入了普通質粒或重組質粒，反之則沒有導入；再將滅菌絨布按到培養基a上，使絨布表面沾上菌落，然后將絨布按到含四環素的培養基上培養，得到如圖b所示的結果（圓圈表示與圖a中培養基上對照無菌落的位置）．與圖b圓圈相對應的圖a中的菌落表現型是抗氨芐青霉素而不抗四環素，這些大腸桿菌中導入了重組質粒．
（5）人體的生長激素基因能在大腸桿菌體內成功表達是因為二者共用一套密碼子．目的基因導入大腸桿菌中后表達的過程是生長激素基因→mRNA→生長激素．

Answer 1

分析 根據題意和圖示分析可知：圖示表示利用基因工程培育抗蟲棉過程，其中①表示通過人工合成法獲取目的基因；②表示基因表達載體的構建過程，該過程需要限制酶和DNA連接酶；③表示將目的基因導入受體細胞．
目的基因能插入宿主DNA，與大腸桿菌的DNA分子進行重組，原因是它們的成分和結構相同，都是由四種脫氧核苷酸組成的雙螺旋結構．所有的生物都共用一套密碼子，所以人體的生長激素基因能在細菌體內的核糖體上成功表達．
將得到的大腸桿菌涂布在一個含有氨芐青霉素的培養基上，因質粒上有抗氨芐青霉素基因，且重組質粒上的抗氨芐青霉素基因，也沒有被破壞，所以如果大腸桿菌能夠生長，說明已導入了含抗氨芐青霉素基因的普通質粒或重組質粒，反之則沒有導入．

解答 解：（1）過程①是以mRNA為模板形成基因的過程，屬于反轉錄，此過程需要逆轉錄酶的參與．
（2）在構建基因表達載體時，需用限制酶對目的基因和質粒進行切割以形成相同的黏性末端．質粒如果用限制酶Ⅱ來切割的話，將會在質粒在出現兩個切口且抗生素抗性基因全被破壞，故質粒只能用限制酶Ⅰ切割（破壞四環素抗性而保留氨芐青霉素抗性，即將來形成的重組質粒能在含氨芐青霉素的培養基中生存，而在含四環素的培養基中不能生存）；目的基因兩端都出現黏性末端時才能和質粒發生重組，故目的基因只有用限制酶Ⅱ切割時，才會在兩端都出現黏性末端．黏性末端其實是被限制酶切開的DNA兩條單鏈的切口，這個切口上帶有幾個伸出的核苷酸，它們之間正好通過堿基互補配對進行連接．來源不同的DNA之所以能發生重新組合，主要原因是兩者的結構基礎相同，都是雙螺旋結構，基本組成單位都是脫氧核苷酸等．
（3）在目的基因導入微生物細胞時，一般用CaCl₂處理，以增大細胞壁的通透性，使含有目的基因的重組質粒容易進入受體細胞．
（4）因本題上有2個標記基因，但抗四環素基因被插入的基因破壞掉，因此剩下的是抗氨芐青霉素抗性基因，如果在含氨芐青霉素的培養基上能生長，說明已經導入了重組質粒或普通質粒A，因為普通質粒和重組質粒都含有抗氨芐青霉素的基因．與圖2中b空圈相對應的圖2的a中的菌落表現型是抗氨芐青霉素但不抗四環素，說明這些細菌中導入了重組質粒．
（5）所有的生物都共用一套密碼子，所以人體的生長激素基因能在細菌體內成功表達．目的基因導入大腸桿菌中后表達的過程包括轉錄和翻譯，即生長激素基因→mRNA→生長激素．
故答案為：
（1）逆轉錄酶
（2）ⅠⅡ堿基互補配對　人的基因與大腸桿菌DNA分子的雙螺旋結構相同
（3）CaCl₂溶液　細胞壁
（4）普通質粒或重組質粒　抗氨芐青霉素而不抗四環素　重組質粒
（5）二者共用一套密碼子　生長激素基因→mRNA→生長激素

點評 本題結合轉基因棉花培育過程圖，考查基因工程、植物組織培養等知識，要求考生識記基因工程的工程及操作步驟，能根據限制酶識別序列選擇合適的限制酶，并能準確判斷圖中各過程的名稱，再結合所學的知識準確答題．