Question

藏红花素是藏红花中的主要活性成分，具有抗肿瘤、抗氧化、抗高血压、抗动脉粥样硬化和抗抑郁等多种药理作用。2019年7月，中科院天津生物所研究员利用大肠杆菌合成藏红花素方面取得进展。下图为藏红花素合成过程图，请回答有关问题：

（1）图中靶DNA片段是从基因文库中获取，基因组文库与cDNA文库的主要区别是______。

（2）在藏红花植株内获得靶DNA分子后用PCR技术扩增目标片段，基本原理是_________，Taq酶催化 DNA 子链的延伸方向为 5'—3'，应选择与模板结合的引物是（填字母）________。若向反应体系加入 a 个靶 DNA 分子，经 4 次循环获得目标 DNA 片段所占的比例_______。

（3）为保证目的基因在大肠杆菌中能够表达，构建好的重组质粒应含有以下_________部分（请选择）。

①目的基因  ②引物  ③标记基因 ④启动子  ⑤终止子  ⑥终止密码子  ⑦起始密码子  ⑧复制原点

（4）上述过程中，大肠杆菌成为生产藏红花素的细胞工厂。基因工程中用原核生物作为受体细胞的优点是____________。

（5）检测目的基因是否发挥功能的第一步是____________，检测方法是分子杂交技术，若出现杂交带，则表明成功，具体操作过程为____________。

Answer

基因组文库有启动子、内含子（或cDNA文库中没有启动子、内含子） DNA 复制 引物 B、引物 E 1/4 ① ③ ④ ⑤ ⑧ 繁殖快，多为单细胞，遗传物质相对较少 检测目的基因是否转录出 mRNA 从转基因生物中提取出 mRNA，用标记的目的基因做探针与 mRNA 杂交

【解析】

1、基因工程又叫DNA重组技术，是指按照人们的意愿，进行严格的设计，并通过体外DNA重组和转基因等技术，赋予生物以新的遗传特性，从而创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。

2、基因工程的工具：

（1）限制酶：能够识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列，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裂。

（2）DNA连接酶：连接的是两个核苷酸之间的磷酸二酯键。

（3）运载体：常用的运载体：质粒、噬菌体的衍生物、动植物病毒。

3、基因工程技术的基本步骤：

（1）目的基因的获取：方法有从基因文库中获取、利用PCR技术扩增和人工合成。

（2）基因表达载体的构建：是基因工程的核心步骤，基因表达载体包括目的基因、启动子、终止子和标记基因等。

（3）将目的基因导入受体细胞：根据受体细胞不同，导入的方法也不一样，将目的基因导入植物细胞的方法有农杆菌转化法、基因枪法和花粉管通道法；将目的基因导入动物细胞最有效的方法是显微注射法；将目的基因导入微生物细胞的方法是感受态细胞法。

（4）目的基因的检测与鉴定：分子水平上的检测：①检测转基因生物染色体的DNA是否插入目的基因--DNA分子杂交技术；②检测目的基因是否转录出了mRNA--分子杂交技术；③检测目的基因是否翻译成蛋白质--抗原-抗体杂交技术，个体水平上的鉴定：抗虫鉴定、抗病鉴定、活性鉴定等。

（1）基因组文库包含该生物的全部遗传信息，而cDNA文库是指由mRNA逆转录成cDNA构建出来的，故它们的主要区别是基因组文库有启动子、内含子，cDNA文库中没有启动子、内含子。

（2）PCR技术扩增的基本原理是DNA 复制，Taq酶催化 DNA 子链的延伸方向为 5'—3'，故要扩展中间的目的基因应选择与模板结合的引物是引物 B、引物 E。由于题图中的引物E和引物B均不在该片段的端点，因此第一轮循环后，得到的两DNA片段中两条脱氧核苷酸链都不等长，通过自行绘图可推知，第二轮中亦不会出现等长的，只有第三轮才开始出现等长的目标DNA片段，若向反应体系加入 a 个靶 DNA 分子，经 4 次循环后共获得DNA片段16a个，其中等长的目标DNA片段4a个，经 4 次循环获得目标 DNA 片段所占的比例1/4。

（3）为保证目的基因在大肠杆菌中能够表达，构建好的重组质粒应含有以下部分：①目的基因、③标记基因、④启动子、⑤终止子、⑧复制原点。

（4）基因工程中用原核生物作为受体细胞的优点是繁殖快，多为单细胞，遗传物质相对较少。

（5）检测目的基因是否发挥功能的第一步是检测目的基因是否转录出 mRNA，检测方法是分子杂交技术，若出现杂交带，则表明成功，具体操作过程为从转基因生物中提取出 mRNA，用标记的目的基因做探针与 mRNA 杂交。