Question

【題目】我國科學家屠呦呦因青蒿素的研究榮獲2015年諾貝爾生理學和醫學獎。青蒿素是目前世界上最有效的治療瘧疾藥物，為青蒿植株的次級代謝產物，其化學本質是一種萜類化合物，其生物合成途徑如圖1所示。正常青蒿植株的青蒿素產量很低，難以滿足臨床需求，科學家為了提高青蒿素產量，將棉花中的FPP合成酶基因導入了青蒿植株并讓其成功表達，獲得了高產青蒿植株，過程如圖2所示。

(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________技術對該目的基因進行大量擴增，利用此技術擴增目的基因的前提是：根據一段已知目的基因的核苷酸序列合成 ，此外還需要提供______ __酶等條件。

(2)基因工程的核心是第二步 ，其目的是使目的基因在受體細胞中穩定存在，并可以遺傳給下一代，同時使目的基因能夠 作用。形成該過程中需要________等酶；棉花FPP合成酶基因能夠和質粒連接成①的主要原因是切割后具有________。

(3)圖2中①導入青蒿植株細胞的方法為 ，具體的原理是利用了農桿菌中的Ti質粒上的T—DNA可以轉入受體細胞,并整合到受體細胞的 上的特點。若這種方法應用于單子葉植物，從理論上說，可以向單子葉植物的傷口處噴灑 化合物。

(4)若②不能在含有 的培養基上生存，則原因是重組質粒沒有導入農桿菌。

(5)要想檢測導入的FPP合成酶基因是否表達，在分子水平上可用 方法進行檢測。

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

Answer 1

【答案】(1) PCR 引物 熱穩定的DNA聚合 (2) 基因表達載體的構建 表達和發揮（2分） 限制酶和DNA連接酶（答全得分） 相同的粘性末端 (3) 農桿菌轉化法 染色體DNA（基因組）（2分） 酚類（2分） (4) 抗生素Kan（2分） (5) 抗原-抗體雜交（2分） (6) 抑制SQS基因的表達(或增強ADS基因的表達)

【解析】（1）對目的基因進行大量擴增的技術是PCR技術，利用此技術擴增目的基因的前提是：根據一段已知目的基因的核苷酸序列合成引物，此外還需要提供原料、熱穩定的DNA聚合酶等條件。（2）基因工程的核心步驟是基因表達載體的構建，其目的是使目的基因在受體細胞中穩定存在，并可以遺傳給下一代，同時使目的基因能夠表達和發揮作用。該過程中需要限制酶和DNA連接酶。目的基因能夠和質粒連接成①的主要原因是切割后具有相同的粘性末端。（3）將目的基因導入植物細胞的常用方法是農桿菌轉化法，具體的原理是利用了農桿菌中的Ti質粒上的T—DNA可以轉入受體細胞,并整合到受體細胞的染色體DNA上的特點。由于酚類化合物有吸引農桿菌感染植物細胞的作用，所以若這種方法應用于單子葉植物，可以向單子葉植物的傷口處噴灑酚類化合物。（4）由于導入到農桿菌中重組質粒含有抗生素Kan基因的標記基因，所以導入的受體細胞②不能在含有抗生素Kan的培養基上生存，則原因是重組質粒沒有導入農桿菌。（5）分子水平上檢測導入的FPP合成酶基因是否表達產生出特定的蛋白質，可用抗原—抗體雜交法進行檢測。（6）由題意可知，除了通過提高FPP的含量來提高青蒿素的產量外，還可以通過抑制SQS基因的表達或增強ADS基因的表達的途徑來提高青蒿素的產量。