Question

【題目】我國科學(xué)家屠呦呦因在青蒿素研究中的特殊貢獻(xiàn)榮獲2015年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎。青蒿素是青蒿植株的次級代謝產(chǎn)物，其化學(xué)本質(zhì)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(chǎn)量很低，難以滿足臨床需求，科學(xué)家為了提高青蒿素產(chǎn)量，將棉花中的FPP合成酶基因?qū)�入了青蒿植株并讓其成功表達(dá)，獲得了高產(chǎn)青蒿植株，過程如圖2所示。請據(jù)圖回答問題：

（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______技術(shù)對該目的基因進(jìn)行大量擴(kuò)增，該技術(shù)除了需要提供模板和原料外，還需要提供______酶、______種引物等條件。

（2）圖2中的①為______；將酶切后的棉花FPP合成酶基因和質(zhì)粒連接形成①時，需要______酶；①上的的______是目的基因轉(zhuǎn)錄時，RNA聚合酶的結(jié)合位點。

（3）若②不能在含有抗生素Kan的培養(yǎng)基上生存，說明______。

（4）由題意可知，除了通過提高FPP的含量來提高青蒿素的產(chǎn)量外，還可以通過哪些途徑來提高青蒿素的產(chǎn)量？ (試舉一例)______。

Answer 1

【答案】PCR熱穩(wěn)定的DNA聚合（Taq）兩基因表達(dá)載體(重組質(zhì)粒)DNA連接啟動子重組質(zhì)粒（目的基因）沒有導(dǎo)入農(nóng)桿菌抑制SQS基因的表達(dá)(或增強(qiáng)ADS基因的表達(dá))

【解析】

1、PCR由變性--退火--延伸三個基本反應(yīng)步驟構(gòu)成：

①變性：在高溫下（如95℃），作為模板的雙鏈DNA解旋成為單鏈，以便它與引物結(jié)合；②退火：反應(yīng)體系溫度降低時（如55℃），引物與模板DNA單鏈的互補(bǔ)序列配對和結(jié)合；③延伸：反應(yīng)體系的溫度回升時（如72℃），DNA聚合酶以目的基因為模板，將四種脫氧核苷酸逐個按照堿基互補(bǔ)配對原則連接在引物之后，使合成的新鏈延伸，形成互補(bǔ)的DNA雙鏈。如此進(jìn)行多個循環(huán)，就可以有選擇地大量擴(kuò)增需要的DNA片段。

2、基因工程的基本操作步驟包括①獲得目的基因；②形成重組質(zhì)粒；③將重組質(zhì)粒導(dǎo)入受體細(xì)胞；④篩選含有目的基因的受體細(xì)胞；⑤目的基因的表達(dá)。

（1）研究人員已經(jīng)從棉花基因文庫中獲取FPP合成酶基因，目的基因的序列是已知，可以用化學(xué)方法合成FPP合成酶基因或者采用PCR技術(shù)擴(kuò)增FPP合成酶基因。PCR技術(shù)除了需要提供模板和原料外，還需要提供DNA聚合酶、2種引物等條件。

（2）棉花FPP合成酶基因和酶切后的基因和質(zhì)粒連接形成圖2中的①，因此①是重組質(zhì)粒（基因表達(dá)載體），這個過程需要DNA連接酶。重組質(zhì)粒上的啟動子是目的基因轉(zhuǎn)錄時，RNA聚合酶的結(jié)合位點。

（3）質(zhì)粒中含有抗生素Kan抗性基因，可以在含有抗生素Kan的培養(yǎng)基上生存。若②不能在含有抗生素Kan的培養(yǎng)基上生存，說明重組質(zhì)粒（目的基因）沒有導(dǎo)入農(nóng)桿菌。

（4）據(jù)圖1分析可知，FPP在ADS基因表達(dá)的情況下，生成青蒿素。此外，FPP在SQS基因表達(dá)的情況下，生成其他萜類化合物。因此，青蒿素除了通過提高FPP的含量來提高青蒿素的產(chǎn)量外，還可以通過抑制SQS基因表達(dá)或增強(qiáng)ADS基因的表達(dá)來提高青蒿素的產(chǎn)量。