Question

2011年9月，中国女科学家屠呦呦等因发现能有效治疗疟疾的青蒿素而获得了国际医学界著名的“拉斯克奖”。但是青蒿中青蒿素的含量很低，且受地域性种植影响较大。研究人员已经弄清了青蒿细胞中青蒿素的合成途径（如下图□内所示），并且发现酵母细胞也能够产生青蒿素合成的中间产物FPP（如下图 内所示）。请回答下列问题：

（1）在FPP合成酶基因表达过程中，完成过程①需要_________________酶催化，完成过程②需要的物质和结构有________________________。

（2）根据图示代谢过程，科学家在设计培育能产生青蒿素的酵母细胞过程中，需要向酵母细胞中导入__________________________等基因。

（3）实验发现，酵母细胞导入相关基因后，这些基因能正常表达，但酵母菌合成的青蒿素仍很少，根据图解分析原因可能是_________________________，为提高酵母菌合成青蒿素的产量，请提出一个合理的思路：________________________________________。

（4）利用酵母细胞生产青蒿素与从植物体内直接提取相比较，明显的优势有（至少2点）。_________________________________________________________________________

Answer

RNA聚合 ATP、氨基酸、tRNA、mRNA和核糖体等 ADS酶基因、CYP71AV1酶基因 酵母细胞中FPP部分用于合成固醇 通过基因改造降低ERG9酶的活性（数量） 酵母细胞繁殖快；代谢速率旺盛；酵母菌易培养；成本低；工业化生产；克服地域性种植的限制等

【解析】

分析题图：图中实线方框中表示青蒿细胞中青蒿素的合成途径，青蒿素的合成需要FPP合成酶、ADS酶和CYP71AV1酶。虚线方框表示酵母细胞合成FPP合成酶及固醇的过程，酵母细胞只能合成FPP合成酶，不能合成ADS酶和CYP71AV1酶，因此其不能合成青蒿素。

（1）图中①表示转录过程，该过程需要RNA聚合酶的催化；②为翻译过程，该过程需要的条件：ATP（提供能量）、氨基酸（原料）、tRNA（转运氨基酸）、mRNA（翻译的模板）和核糖体（翻译的场所）等。

（2）由图可知，酵母细胞能合成FPP合成酶，但不能合成ADS酶和CYP71AV1酶，即酵母细胞缺乏ADS酶基因和CYP71AV1酶基因。因此，要培育能产生青蒿素的酵母细胞，需要向酵母细胞中导入ADS酶基因、CYP71AV1酶基因。

（3）由图可知，酵母细胞中部分FPP用于合成了固醇，因此将相关基因导入酵母菌后，即使这些基因能正常表达，酵母菌合成的青蒿素仍很少。可通过基因改造降低ERG9酶的活性（数量）来提高酵母菌合成青蒿酸的产量。

（4）利用酵母细胞生产青蒿酸与从植物体内直接提取相比较，明显的优势有：酵母细胞繁殖快、代谢速率旺盛、酶母菌易培养、成本低、工业化生产、克服地域性种植的限制等。