Question

2018年8月2日《自然》杂志发表了中国科学家将酿酒酵母的全部16条染色体融合成了一条染色体，首次人工创建了单条染色体的真核细胞的研究成果。酵母菌是基因工程中常用的真核生物受体细胞，有质粒存在。回答下列有关酿酒酵母和基因工程的问题：

（1）酵母菌染色体融合后，原来染色体上的基因表达并没有受什么影响，酵母的形态、功能各方面，除了_____（填“有丝”或“减数”）分裂略有异常外，全部都正常如初。

（2）1980﹣1982年，科学家利用基因工程方法在大肠杄菌及酵母菌细胞内获得了干扰素，干扰素的主要作用是抵抗_____（填“病毒”“细菌”或“真菌”）引起的感染；与大肠杆菌作为基因工程受体细胞相比，用酵母菌作为受体细胞的优势是_____。

（3）质粒是最常用的“分子运输车”，充当“分子运输车”的条件有_____（至少写出三点）。

（4）若要培育乳腺生物反应器，则需将药用蛋白基因与_____等调控组件重组在一起，通过_____等方法，导入哺乳动物的_____中，再将受体细胞送入母体内，使其生长发育成转基因动物。

Answer

减数 病毒 在蛋白质合成后对其加工分泌到细胞外，便于提取 能在受体细胞中复制并稳定保存；具有一至多个限制酶切点，供外源DNA片段插入；具有标记基因，供重组DNA的鉴定和选择 乳腺蛋白基因启动子 显微注射技术 受精卵

【解析】

基因工程的基本工具 
1、“分子手术刀”--限制性核酸内切酶（限制酶） 
（1）来源：主要是从原核生物中分离纯化出来的。 
（2）功能：能够识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开，因此具有专一性。 
（3）结果：经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有两种形式：黏性末端和平末端。 
2、“分子缝合针”--DNA连接酶 
（1）两种DNA连接酶（E•coliDNA连接酶和T4DNA连接酶）的比较： 
①相同点：都缝合磷酸二酯键。 
②区别：E•coliDNA连接酶来源于大肠杆菌，只能将双链DNA片段互补的黏性末端之间的磷酸二酯键连接起来；而T4DNA连接酶来源于T4噬菌体，可用于连接粘性末端和平末端，但连接效率较低。 
（2）与DNA聚合酶作用的异同：DNA聚合酶只能将单个核苷酸加到已有的核苷酸片段的末端，形成磷酸二酯键。DNA连接酶是连接两个DNA片段的末端，形成磷酸二酯键。 
3、“分子运输车”--载体 
（1）载体具备的条件：①能在受体细胞中复制并稳定保存。 
②具有一至多个限制酶切点，供外源DNA片段插入。 
③具有标记基因，供重组DNA的鉴定和选择。 
（2）最常用的载体是质粒，它是一种裸露的、结构简单的、独立于细菌拟核DNA之外，并具有自我复制能力的双链环状DNA分子。 
（3）其它载体：噬菌体的衍生物、动植物病毒 
（二）基因工程的基本操作程序 
第一步：目的基因的获取 
1、目的基因是指：编码蛋白质的结构基因。 
2、原核基因采取直接分离获得，真核基因是人工合成。人工合成目的基因的常用方法有反转录法和化学合成法。 
3、PCR技术扩增目的基因 
（1）原理：DNA双链复制 
（2）过程：第一步：加热至90～95℃DNA解链；第二步：冷却到55～60℃，引物结合到互补DNA链；第三步：加热至70～75℃，热稳定DNA聚合酶从引物起始互补链的合成。 
第二步：基因表达载体的构建 
1、目的：使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传至下一代，使目的基因能够表达和发挥作用。 
2、组成：目的基因+启动子+终止子+标记基因 
（1）启动子：是一段有特殊结构的DNA片段，位于基因的首端，是RNA聚合酶识别和结合的部位，能驱动基因转录出mRNA，最终获得所需的蛋白质。 
（2）终止子：也是一段有特殊结构的DNA片段，位于基因的尾端。 
（3）标记基因的作用：是为了鉴定受体细胞中是否含有目的基因，从而将含有目的基因的细胞筛选出来。常用的标记基因是抗生素抗性基因。 
第三步：将目的基因导入受体细胞 
1、转化的概念：是目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程。 
2、常用的转化方法： 
将目的基因导入植物细胞：采用最多的方法是农杆菌转化法，其次还有基因枪法和花粉管通道法等。 
将目的基因导入动物细胞：最常用的方法是显微注射技术。此方法的受体细胞多是受精卵。 
将目的基因导入微生物细胞：原核生物作为受体细胞的原因是 繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少，最常用的原核细胞是大肠杆菌，其转化方法是：先用Ca2+处理细胞，使其成为感受态细胞，再将重组表达载体DNA分子溶于缓冲液中与感受态细胞混合，在一定的温度下促进感受态细胞吸收DNA分子，完成转化过程。 
3、重组细胞导入受体细胞后，筛选含有基因表达载体受体细胞的依据是标记基因是否表达。 
第四步：目的基因的检测和表达。

（1）将酵母菌的16条染色体融合成一条以后，原来染色体上的那些基因表达却并没有受什么影响，酵母的形态功能各方面，除了减数分裂略有异常外，全部都正常如初。

（2）干扰素是一类糖蛋白，它具有高度的种属特异性，故动物的干扰素对人无效，干扰素具有抗病毒、抑制细胞增殖、调节免疫及抗肿瘤作用，与大肠杆菌作为基因工程受体细胞相比，用酵母菌作为受体细胞的优势是在蛋白质合成后对其加工分泌到细胞外，便于提取。

（3）质粒是最常用的“分子运输车”，充当“分子运输车”的条件有能在受体细胞中复制并稳定保存；具有一至多个限制酶切点，供外源DNA片段插入；具有标记基因，供重组DNA的鉴定和选择。

（4）为获得乳汁中含有药用蛋白的动物，可通过基因工程技术实现，可将药用蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控组件重组在一起，构建基因表达载体，通常采用显微注射技术将该基因表达载体导入哺乳动物的受精卵中，再将受体细胞送入母体内，使其生长发育成转基因动物