Question

【題目】番茄紅素具有一定的抗癌效果。普通番茄合成的番茄紅素易在番茄紅素環(huán)化酶的催化作用下轉(zhuǎn)化�？茖W(xué)家利用基因工程設(shè)計(jì)的重組DNA（質(zhì)粒三）能表達(dá)出雙鏈RNA（發(fā)卡），番茄細(xì)胞可識(shí)別雙鏈RNA并將該雙鏈RNA和具有相同序列的單鏈RNA一起降解，從而阻止番茄紅素的轉(zhuǎn)化，提高番茄紅素的產(chǎn)量。下圖為利用質(zhì)粒一和目的基因構(gòu)建重組質(zhì)粒三的過程示意圖。請(qǐng)回答下列問題：

（1）該基因工程中，“目的基因”是______基因，要想對(duì)該目的基因進(jìn)行體外擴(kuò)增，可從番茄組織中提取mRNA，通過逆轉(zhuǎn)錄獲得______用于PCR擴(kuò)增。PCR擴(kuò)增目的基因，需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的引物，設(shè)計(jì)引物時(shí)要避免引物之間出現(xiàn)______。

（2）PCR擴(kuò)增時(shí)，DNA先在高溫下解鏈，然后在溫度緩慢下降的過程中，引物與解開的鏈結(jié)合，這個(gè)過程叫做退火。退火溫度的設(shè)定與引物長度、堿基組成有關(guān)。在理想狀態(tài)下，退火溫度足夠低，以保證引物同目的序列有效退火，同時(shí)還要足夠高，以減少非特異性結(jié)合。合理的退火溫度從55℃到70℃。長度相同但______的引物需要設(shè)定更高的退火溫度。

（3）“質(zhì)粒二”利用______開環(huán)。為了防止其自身環(huán)化，要去除開環(huán)的質(zhì)粒兩端的______個(gè)磷酸基團(tuán)。

（4）構(gòu)建質(zhì)粒三時(shí)，最好在目的基因A、B兩端分別加______識(shí)別序列，目的是______。

（5）對(duì)于培育成功的轉(zhuǎn)基因番茄植株，“發(fā)卡”在細(xì)胞內(nèi)可以阻止______過程，從而使番茄紅素環(huán)化酶基因“沉默”。

Answer 1

【答案】番茄紅素環(huán)化酶 cDNA 堿基互補(bǔ)配對(duì) GC含量高 BamHⅠ酶 2 Ecl酶、BamHⅠ酶 確保目的基因反向連接 翻譯

【解析】

本題以降低番茄紅素為背景，考查基因工程的相關(guān)知識(shí)，旨在考查考生信息獲取與知識(shí)的遷移運(yùn)用能力。

（1）將構(gòu)建的重質(zhì)粒三導(dǎo)入番茄細(xì)胞并成功表達(dá)后，阻止了番茄紅素轉(zhuǎn)化為胡蘿卜素，而該轉(zhuǎn)化是在番茄紅素環(huán)化酶的催化作用下完成的，由此推知：圖中“目的基因”是番茄紅素環(huán)化酶基因；用PCR技術(shù)進(jìn)行擴(kuò)增時(shí)，需要先以mRNA通過逆轉(zhuǎn)錄獲得cDNA；引物要與模板DNA結(jié)合，故要避免一對(duì)引物之間出現(xiàn)堿基互補(bǔ)配對(duì)；

（2）DNA分子中，GC之間有3個(gè)氫鍵，AT之間有兩個(gè)氫鍵，氫鍵含量高的DNA更加穩(wěn)定，故長度相同但GC含量高的引物需要設(shè)定更高的退火溫度；

（3）由圖可知，質(zhì)粒二中含有BamHⅠ的識(shí)別序列，故需用BamHⅠ酶開環(huán)；開環(huán)后的質(zhì)粒兩端有2個(gè)游離的磷酸基團(tuán)，為了防止其自身環(huán)化，需要去除；

（4）構(gòu)建建質(zhì)粒三時(shí)，需要在目的基因A、B兩端分別加Ecl酶、BamHⅠ酶識(shí)別序列，以確保目的基因反向連接；

（5）質(zhì)粒三導(dǎo)入受體細(xì)胞并表達(dá)后，形成雙鏈RNA(發(fā)卡）的原因是轉(zhuǎn)錄后的RNA分子中存在互補(bǔ)配對(duì)的堿基序列。雙鏈RNA(發(fā)卡）的形成導(dǎo)致核糖體不能與mRNA的結(jié)合，因此“發(fā)卡”在受體細(xì)胞內(nèi)可以阻止翻譯過程，從而使基因“沉默”。