Question

我国科学家屠呦呦因在青蒿素研究中的特殊贡献荣获2015年诺贝尔生理学或医学奖。青蒿素是青蒿植株的次级代谢产物，其化学本质是一种萜类化合物，其生物合成途径如图1所示。正常青蒿植株的青蒿素产量很低，难以满足临床需求，科学家为了提高青蒿素产量，将棉花中的FPP合成酶基因导入了青蒿植株并让其成功表达，获得了高产青蒿植株，过程如图2所示。请据图回答问题：

（1）研究人员从棉花基因文库中获取FPP合成酶基因后，可以采用PCR技术对该目的基因进行大量扩增，该技术除了需要提供模板、原料、Taq酶外，还需要根据______________设计引物。

（2）图2中①上启动子的作用是____________________________。

（3）①需要与______________处理的农杆菌混合于培养基中完成转化，在制备此培养基时，需先挑取上述单菌落在培养液中培养并接种于固体培养基上，并使其均匀分布在含有_________的培养基上培养一段时间后，挑选出部分菌株。若②不能在以上培养基上生存，说明______________。

（4）用农杆菌感染青蒿植株，是因为农杆菌中的______________可转移至青蒿植株细胞，并整合到其染色体DNA上，整合成功的分子学基础______________。

（5）据图分析，除了通过提高FPP的含量来提高青蒿素的产量外，还可以通过哪些途径来提高青蒿素的产量? ____________________________。

Answer

FPP基因两端的核苷酸序列 RNA聚合酶识别和结合的部位，驱动基因转录出mRNA Ca+ 抗生素Kan 重组质粒（目的基因）没有导入农杆菌 Ti质粒的T-DNA DNA的分子组成、结构相似 抑制SQS基因的表达（或增强ADS基因的表达）

【解析】

1、PCR技术扩增目的基因的原理是DNA双链复制。过程：第一步：加热至90~95CDNA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。

2、基因工程的基本操作步骤主要包括四步：①目的基因的获取；②基因表达载体的构建；③将目的基因导入受体细胞；④目的基因的检测与鉴定。

（1）PCR技术可在体外快速扩增目的基因，PCR的条件：模板（目的基因）、原料（四种脱氧核苷酸）、热稳定DNA聚合酶（Taq酶），还需要根据目的基因FPP基因两端的核苷酸序列设计引物。

（2）图2中①上启动子是目的基因转录时，RNA聚合酶的结合位点，驱动目的基因转录出mRNA。

（3）图2中的①为构建的基因表达载体（重组质粒），需要与钙离子处理的农杆菌混合于培养基中完成转化。重组质粒中标记基因为抗生素Kan抗性基因，在含有抗生素Kan 的培养基上培养一段时间后，挑选出部分菌株，若②不能在含抗生素Kan的培养基上生长，说明重组质粒未导入农杆菌。

（4）农杆菌转化法的原理是因为农杆菌中的Ti质粒的T-DNA可转移并整合到受体细胞的染色体DNA上，能整合成功的原因是DNA的分子组成、结构相似。

（5）据图分析，除了通过提高FPP的含量来提高青蒿素的产量外，还可以通过抑制SQS基因的表达（或增强ADS基因的表达）来提高青蒿素的产量。