Question

【题目】电影中，“蜘蛛侠”能产生高强度的蜘蛛丝，现实中的基因工程也创造出了“蜘蛛羊”。该羊的乳汁中含有蛛丝蛋白，高强度的蛛丝蛋白可制成防弹背心、降落伞绳等，用于许多重要的特种工业领域，还可被制成人造韧带和人造肌腱等医学用品为人类健康带来福音。生产流程如图，请回答相关问题：

（1）为确保实验成功，编码蛛丝蛋白的基因需要从___________（填“基因组”或“cDNA”）文库中获取。

（2）将蛛丝蛋白基因和运载体通过甲过程形成的X为___________，该过程通常用相同的限制酶进行切割，原因是______________________。

（3）ES细胞在形态上的特点是______________________。细胞培养过程中，定期更换培养液的目的是______________________。

（4）早期胚胎可通过___________移入代孕母体子宫内继续发育，该技术在生产实践中的意义在于______________________。

（5）蜘蛛羊的性状除了能产生蛛丝蛋白外，与提供ES受体细胞的个体不完全相同的原因是____________________________________________。

Answer 1

【答案】cDNA （蛛丝蛋白）基因表达载体 使目的基因和运载体有相同的黏性末端，便于连接 体积小、细胞核大、核仁明显 防止代谢产物积累对细胞造成伤害 胚胎移植 提高优良母畜的繁殖率 蜘蛛羊的细胞质遗传物质来自受体卵母细胞；性状是基因与环境共同作用的结果；个体发育过程中有可能发生基因突变（变异）等

【解析】

1.人工合成基因的方法主要有两条。一条途径是以目的基因转录成的信使RNA为模板，反转录成互补的单链DNA，然后在酶的作用下合成双链DNA，从而获得所需要的基因。另一条途径是根据已知的蛋白质的氨基酸序列，推测出相应的信使RNA序列，然后按照碱基互补配对的原则，推测出它的基因的核苷酸序列，再通过化学方法，以单核苷酸为原料合成目的基因。如人的血红蛋白基因胰岛素基因等就可以通过人工合成基因的方法获得。

2. 基因表达载体的构建（即目的基因与运载体结合）是实施基因工程的第二步，也是基因工程的核心。将目的基因与运载体结合的过程，实际上是不同来源的DNA重新组合的过程。如果以质粒作为运载体，首先要用一定的限制酶切割质粒，使质粒出现一个缺口，露出黏性末端。然后用同一种限制酶切断目的基因，使其产生相同的黏性末端（部分限制性内切酶可切割出平末端，拥有相同效果）。将切下的目的基因的片段插入质粒的切口处，首先碱基互补配对结合，两个黏性末端吻合在一起，碱基之间形成氢键，再加入适量DNA连接酶，催化两条DNA链之间形成磷酸二酯键，从而将相邻的脱氧核糖核酸连接起来，形成一个重组DNA分子。如人的胰岛素基因就是通过这种方法与大肠杆菌中的质粒DNA分子结合，形成重组DNA分子（也叫重组质粒）的。

3. 胚胎移植的本质：生产胚胎的供体和孕育胚胎的受体共同繁殖后代的过程。意义：可以充分发挥雌性优良个体的繁殖能力；大大缩短了供体本身的繁殖周期；增加了供体一生繁殖后代的数量。生理学基础：（1）同种动物的供，受体的生殖器官的生理变化是相同的，为供体胚胎移入受体提供相同的生理环境。（2）早期胚胎在一定时间内处于游离状态，为胚胎的收集提供了可能。（3）受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应，为胚胎在受体内的存活提供了可能。（4）供体胚胎可与受体子宫建立正常的生理和组织联系，但供体胚胎的遗传特性在孕育过程中不受任何影响。

（1）cDNA文库是利用mRNA反转录获得的，除去了基因结构中的内含子，实验容易成功。

（2）甲表示基因表达载体的构建过程，因此该过程形成的X为基因表达载体。构建基因表达载体时通常用相同的限制酶进行切割，这样可以使目的基因和载体有相同的黏性末端，便于连接。

（3）胚胎干细胞简称ES或EK细胞的特点是在形态上，体积较小，细胞核大，核仁明显。细胞培养过程中，为防止代谢产物积累对细胞造成伤害，应定期更换培养液；

（4）在早期胚胎的培养中，将获得的重组细胞培养成早期胚胎后，需要将胚胎移植到经过同期发情处理的代孕母羊子宫内。该技术在生产实践中的意义在于可以充分发挥雌性优良个体的繁殖能力，提高优良母畜的繁殖率。

（5）蜘蛛羊的性状除了能产生蛛丝蛋白外，与提供ES受体细胞的个体不完全相同的原因有：蜘蛛羊的细胞质遗传物质来自受体卵母细胞；性状是基因与环境共同作用的结果；个体发育过程中有可能发生基因突变(变异)等。