Question

【題目】電影中，“蜘蛛俠”能產(chǎn)生高強(qiáng)度的蜘蛛絲，現(xiàn)實(shí)中的基因工程也創(chuàng)造出了“蜘蛛羊”。該羊的乳汁中含有蛛絲蛋白，高強(qiáng)度的蛛絲蛋白可制成防彈背心、降落傘繩等，用于許多重要的特種工業(yè)領(lǐng)域，還可被制成人造韌帶和人造肌腱等醫(yī)學(xué)用品為人類(lèi)健康帶來(lái)福音。生產(chǎn)流程如圖，請(qǐng)回答相關(guān)問(wèn)題：

（1）為確保實(shí)驗(yàn)成功，編碼蛛絲蛋白的基因需要從___________（填“基因組”或“cDNA”）文庫(kù)中獲取。

（2）將蛛絲蛋白基因和運(yùn)載體通過(guò)甲過(guò)程形成的X為___________，該過(guò)程通常用相同的限制酶進(jìn)行切割，原因是______________________。

（3）ES細(xì)胞在形態(tài)上的特點(diǎn)是______________________。細(xì)胞培養(yǎng)過(guò)程中，定期更換培養(yǎng)液的目的是______________________。

（4）早期胚胎可通過(guò)___________移入代孕母體子宮內(nèi)繼續(xù)發(fā)育，該技術(shù)在生產(chǎn)實(shí)踐中的意義在于______________________。

（5）蜘蛛羊的性狀除了能產(chǎn)生蛛絲蛋白外，與提供ES受體細(xì)胞的個(gè)體不完全相同的原因是____________________________________________。

Answer 1

【答案】cDNA （蛛絲蛋白）基因表達(dá)載體 使目的基因和運(yùn)載體有相同的黏性末端，便于連接 體積小、細(xì)胞核大、核仁明顯 防止代謝產(chǎn)物積累對(duì)細(xì)胞造成傷害 胚胎移植 提高優(yōu)良母畜的繁殖率 蜘蛛羊的細(xì)胞質(zhì)遺傳物質(zhì)來(lái)自受體卵母細(xì)胞；性狀是基因與環(huán)境共同作用的結(jié)果；個(gè)體發(fā)育過(guò)程中有可能發(fā)生基因突變（變異）等

【解析】

1.人工合成基因的方法主要有兩條。一條途徑是以目的基因轉(zhuǎn)錄成的信使RNA為模板，反轉(zhuǎn)錄成互補(bǔ)的單鏈DNA，然后在酶的作用下合成雙鏈DNA，從而獲得所需要的基因。另一條途徑是根據(jù)已知的蛋白質(zhì)的氨基酸序列，推測(cè)出相應(yīng)的信使RNA序列，然后按照堿基互補(bǔ)配對(duì)的原則，推測(cè)出它的基因的核苷酸序列，再通過(guò)化學(xué)方法，以單核苷酸為原料合成目的基因。如人的血紅蛋白基因胰島素基因等就可以通過(guò)人工合成基因的方法獲得。

2. 基因表達(dá)載體的構(gòu)建（即目的基因與運(yùn)載體結(jié)合）是實(shí)施基因工程的第二步，也是基因工程的核心。將目的基因與運(yùn)載體結(jié)合的過(guò)程，實(shí)際上是不同來(lái)源的DNA重新組合的過(guò)程。如果以質(zhì)粒作為運(yùn)載體，首先要用一定的限制酶切割質(zhì)粒，使質(zhì)粒出現(xiàn)一個(gè)缺口，露出黏性末端。然后用同一種限制酶切斷目的基因，使其產(chǎn)生相同的黏性末端（部分限制性?xún)?nèi)切酶可切割出平末端，擁有相同效果）。將切下的目的基因的片段插入質(zhì)粒的切口處，首先堿基互補(bǔ)配對(duì)結(jié)合，兩個(gè)黏性末端吻合在一起，堿基之間形成氫鍵，再加入適量DNA連接酶，催化兩條DNA鏈之間形成磷酸二酯鍵，從而將相鄰的脫氧核糖核酸連接起來(lái)，形成一個(gè)重組DNA分子。如人的胰島素基因就是通過(guò)這種方法與大腸桿菌中的質(zhì)粒DNA分子結(jié)合，形成重組DNA分子（也叫重組質(zhì)粒）的。

3. 胚胎移植的本質(zhì)：生產(chǎn)胚胎的供體和孕育胚胎的受體共同繁殖后代的過(guò)程。意義：可以充分發(fā)揮雌性?xún)?yōu)良個(gè)體的繁殖能力；大大縮短了供體本身的繁殖周期；增加了供體一生繁殖后代的數(shù)量。生理學(xué)基礎(chǔ)：（1）同種動(dòng)物的供，受體的生殖器官的生理變化是相同的，為供體胚胎移入受體提供相同的生理環(huán)境。（2）早期胚胎在一定時(shí)間內(nèi)處于游離狀態(tài)，為胚胎的收集提供了可能。（3）受體對(duì)移入子宮的外來(lái)胚胎基本上不發(fā)生免疫排斥反應(yīng)，為胚胎在受體內(nèi)的存活提供了可能。（4）供體胚胎可與受體子宮建立正常的生理和組織聯(lián)系，但供體胚胎的遺傳特性在孕育過(guò)程中不受任何影響。

（1）cDNA文庫(kù)是利用mRNA反轉(zhuǎn)錄獲得的，除去了基因結(jié)構(gòu)中的內(nèi)含子，實(shí)驗(yàn)容易成功。

（2）甲表示基因表達(dá)載體的構(gòu)建過(guò)程，因此該過(guò)程形成的X為基因表達(dá)載體。構(gòu)建基因表達(dá)載體時(shí)通常用相同的限制酶進(jìn)行切割，這樣可以使目的基因和載體有相同的黏性末端，便于連接。

（3）胚胎干細(xì)胞簡(jiǎn)稱(chēng)ES或EK細(xì)胞的特點(diǎn)是在形態(tài)上，體積較小，細(xì)胞核大，核仁明顯。細(xì)胞培養(yǎng)過(guò)程中，為防止代謝產(chǎn)物積累對(duì)細(xì)胞造成傷害，應(yīng)定期更換培養(yǎng)液；

（4）在早期胚胎的培養(yǎng)中，將獲得的重組細(xì)胞培養(yǎng)成早期胚胎后，需要將胚胎移植到經(jīng)過(guò)同期發(fā)情處理的代孕母羊子宮內(nèi)。該技術(shù)在生產(chǎn)實(shí)踐中的意義在于可以充分發(fā)揮雌性?xún)?yōu)良個(gè)體的繁殖能力，提高優(yōu)良母畜的繁殖率。

（5）蜘蛛羊的性狀除了能產(chǎn)生蛛絲蛋白外，與提供ES受體細(xì)胞的個(gè)體不完全相同的原因有：蜘蛛羊的細(xì)胞質(zhì)遺傳物質(zhì)來(lái)自受體卵母細(xì)胞；性狀是基因與環(huán)境共同作用的結(jié)果；個(gè)體發(fā)育過(guò)程中有可能發(fā)生基因突變(變異)等。