Question

【題目】現有甲、乙兩種雙子葉植物，植物甲含有抗旱基因而具有極強的抗旱性，植物乙抗旱性低。若將該抗旱基因轉移至植物乙中，有可能提高后者的抗旱性。目前，基因工程中使用的限制酶主要從原核生物中分離純化獲得。含有限制酶的細胞通常還具有相應的甲基化酶，它可以在基因組胞嘧啶5'碳位共價鍵結合一個甲基基團，對DNA序列進行修飾。回答下列問題：

(l)為獲取抗旱基因，可以先從植物甲中提取該基因mRNA，然后經____________過程獲得cDNA�；�因工程的核心步驟是_________。

(2)使用PCR技術擴增抗旱基因時，可選擇圖中A、B、C、D四種單鏈DNA片段中的___________作為引物，此過程還需要___________酶，但不需要解旋酶，而是利用___________使DNA解旋。

(3)原核細胞中的限制酶可切割外源DNA，但不破壞自身DNA，其原因可能是①______________；②________________。

(4)在大田里栽培轉基因植物時，要求轉基因植物與傳統作物之間應該間隔足夠遠的距離，以免___________________ 。

Answer 1

【答案】逆轉錄 構建基因表達載體 B C Taq 高溫 ①細胞自身的DNA分子沒有該限制酶的識別序列 ②甲基化酶對細胞自身的DNA進行甲基化，限制酶無法識別修飾后的DNA序列 目的基因隨花粉傳播，與傳統植物發生雜交，造成基因污染。

【解析】

1、基因工程的操作程序：目的基因的獲取；基因表達載體的構建；將目的基因導入受體細胞；目的基因的檢測與鑒定。其中基因表達載體的構建是基因工程的核心步驟。

2、PCR技術又叫多聚酶鏈式反應是體外合成DNA的技術，通常有三個基本步驟──變性、復性和延伸。PCR過程需要的引物不是RNA，而是人工合成的DNA單鏈，其長度通常為20－30個脫氧核苷酸，通常需要兩種引物，分別與DNA分子的兩條鏈互補。PCR過程中DNA的解旋不依靠解旋酶，而是通過對反應溫度的控制來實現的模板DNA經加熱至90℃以上。一定時間后，使模板DNA雙鏈或經PCR擴增形成的雙鏈DNA解離，使成為單鏈，50℃時引物與DNA摸板鏈之間形成氫鍵， 72℃時使單鏈從引物的3’開始延伸。在這個過程中需要耐高溫的DNA聚合酶。

3、原核生物在長期的進化過程中形成了一套完善的防御機制，以防止外來病原物的侵害。限制酶就是細菌的一種防御性工具，當外源DNA侵入時，會利用限制酶將外源DNA切割掉，以保證自身的安全。通過長期的進化，細菌中含有某種限制酶的細胞，其DNA分子中不具備這種限制酶的識別切割序列，或者通過甲基化酶將甲基轉移到所識別序列的堿基上，使限制酶不能將其切開。這樣，盡管細菌中含有某種限制酶也不會使自身的DNA被切斷，并且可以防止外源DNA的入侵。

由分析可知：

(l) cDNA文庫是通過mRNA經過逆轉錄過程獲得的，故為獲取抗旱基因，可以先從植物甲中提取該基因mRNA，然后經逆轉錄過程獲得cDNA�；�因表達載體的構建是基因工程的核心步驟。

(2)使用PCR技術擴增抗旱基因時，可選擇圖中A、B、C、D四種單鏈DNA片段中的B、C作為引物，此過程還需要Taq酶，但不需要解旋酶，而是利用高溫使DNA解旋。

(3)原核細胞中的限制酶可切割外源DNA，但不破壞自身DNA，其原因可能是①細胞自身的DNA分子沒有該限制酶的識別序列；②甲基化酶對細胞自身的DNA進行甲基化，限制酶無法識別修飾后的DNA序列。

(4)基因污染是指轉基因植物的花粉與近緣物種進行雜交，從而使得近緣物種有了轉基因物種的性狀，造成不必要的麻煩。故在大田里栽培轉基因植物時，要求轉基因植物與傳統作物之間應該間隔足夠遠的距離，以免目的基因隨花粉傳播，與傳統植物發生雜交，造成基因污染。