Question

18．我國科學家屠呦呦因青蒿素的研究榮獲2015年諾貝爾生理學和醫學獎．青蒿素是目前世界上最有效的治療瘧疾藥物，為青蒿植株的代謝產物，其化學本質是一種萜類化合物，其生物合成途徑如圖1所示．正常青蒿植株的青蒿素產量很低，難以滿足臨床需求，科學家為了提高青蒿素產量，將棉花中的FPP合成酶基因導入了青蒿植株并讓其成功表達，獲得了高產青蒿植株，過程如圖2所示．

（1）研究人員從棉花基因文庫中獲取FPP合成酶基因后，可以采用PCR技術對該目的基因進行大量擴增，該技術除了需要提供模板和游離的脫氧核苷酸外，還需要提供引物、熱穩定的DNA聚合酶等條件．在基因工程中通常選擇細菌質粒作為運載體，原因之一是質粒進入受體細胞（宿主細胞）能穩定保存并復制自己（有多個酶切位點/有標記基因）；如果某質粒由1000個核苷酸組成，核苷酸平均分子量為a，則該質粒的質量為1000a-18000．
（2）圖2中的①為基因表達載體（重組質粒），形成過程中需要限制酶和DNA連接酶等酶；棉花FPP合成酶基因能夠和質粒連接成①的主要原因是切割后具有相同的粘性末端．
（3）若②不能在含有抗生素Kan的培養基上生存，則原因是重組質粒沒有導入農桿菌．
（4）由題意可知，除了通過提高FPP的含量來提高青蒿素的產量外，還可以通過哪些途徑來提高青蒿素的產量？（試舉一例）抑制SQS基因的表達（或增強ADS基因的表達）．

Answer 1

分析 1、PCR技術擴增目的基因的原理是DNA雙鏈復制．過程：第一步：加熱至90～95℃DNA解鏈；第二步：冷卻到55～60℃，引物結合到互補DNA鏈；第三步：加熱至70～75℃，熱穩定DNA聚合酶從引物起始互補鏈的合成．
2、基因工程的基本操作步驟主要包括四步：①目的基因的獲取；②基因表達載體的構建；③將目的基因導入受體細胞；④目的基因的檢測與鑒定．

解答 解：（1）PCR技術可在體外快速擴增目的基因，PCR的條件：模板（目的基因）、原料（四種脫氧核苷酸）、引物、熱穩定DNA聚合酶（Taq酶）．在基因工程中通常選擇細菌質粒作為運載體，是因為 質粒進入受體細胞（宿主細胞）能穩定保存并復制自己（有多個酶切位點/有標記基因）；由于質粒為環狀DNA分子，因此脫氧核苷酸形成DNA分子時需要脫去1000分子的水，因此如果脫氧核苷酸平均分子量為a，則該質粒的質量為1000a-18000．
（2）圖2中的①為構建的基因表達載體（重組質粒），形成過程中需要限制酶切割目的基因和運載體，再用DNA連接酶連接．由于切割棉花FPP合酶基因和質粒后，具有相同的粘性末端，兩者能夠連接成①基因表達載體．
（3）重組質粒中含有標記基因，若②不能在含抗生素Kan的培養基上生長，說明重組質粒未導入農桿菌．
（4）據圖分析可知，FPP在ADS基因的表達的情況下，生成青蒿素，或者抑制SQS基因的表達，降低FPP生成其他萜類化合物的量．因此要提高青蒿素的產量，可以通過抑制SQS基因的表達（或增強ADS基因的表達）這些途徑．
故答案為：
（1）PCR　 引物　 熱穩定的DNA聚合酶   質粒進入受體細胞（宿主細胞）能穩定保存并復制自己（有多個酶切位點/有標記基因）  1000a-18000
（2）基因表達載體（重組質粒）　 限制酶和DNA連接酶   切割后具有相同的粘性末端
（3）重組質粒沒有導入農桿菌
（4）抑制SQS基因的表達（或增強ADS基因的表達）

點評 本題考查基因工程和植物組織培養等知識，要求考生識記基因工程的原理、操作步驟及應用，掌握各操作步驟中的方法及相關事項；識記植物組織培養技術的原理、條件及應用，能結合所學的知識答題，屬于考綱識記層次的考查．