Question

【题目】我国科学家屠呦呦因在青蒿素研究中的特殊贡献荣获2015年诺贝尔生理学或医学奖。青蒿素是青蒿植株的次级代谢产物，其化学本质是一种萜类化合物，其生物合成途径如图1所示。正常青蒿植株的青蒿素产量很低，难以满足临床需求，科学家为了提高青蒿素产量，将棉花中的FPP合成酶基因导入了青蒿植株并让其成功表达，获得了高产青蒿植株，过程如图2所示。请据图回答问题：

（1）研究人员从棉花基因文库中获取FPP合成酶基因后，可以采用______技术对该目的基因进行大量扩增，该技术除了需要提供模板和原料外，还需要提供______酶、______种引物等条件。

（2）图2中的①为______；将酶切后的棉花FPP合成酶基因和质粒连接形成①时，需要______酶；①上的的______是目的基因转录时，RNA聚合酶的结合位点。

（3）若②不能在含有抗生素Kan的培养基上生存，说明______。

（4）由题意可知，除了通过提高FPP的含量来提高青蒿素的产量外，还可以通过哪些途径来提高青蒿素的产量？ (试举一例)______。

Answer 1

【答案】PCR热稳定的DNA聚合（Taq）两基因表达载体(重组质粒)DNA连接启动子重组质粒（目的基因）没有导入农杆菌抑制SQS基因的表达(或增强ADS基因的表达)

【解析】

1、PCR由变性--退火--延伸三个基本反应步骤构成：

①变性：在高温下（如95℃），作为模板的双链DNA解旋成为单链，以便它与引物结合；②退火：反应体系温度降低时（如55℃），引物与模板DNA单链的互补序列配对和结合；③延伸：反应体系的温度回升时（如72℃），DNA聚合酶以目的基因为模板，将四种脱氧核苷酸逐个按照碱基互补配对原则连接在引物之后，使合成的新链延伸，形成互补的DNA双链。如此进行多个循环，就可以有选择地大量扩增需要的DNA片段。

2、基因工程的基本操作步骤包括①获得目的基因；②形成重组质粒；③将重组质粒导入受体细胞；④筛选含有目的基因的受体细胞；⑤目的基因的表达。

（1）研究人员已经从棉花基因文库中获取FPP合成酶基因，目的基因的序列是已知，可以用化学方法合成FPP合成酶基因或者采用PCR技术扩增FPP合成酶基因。PCR技术除了需要提供模板和原料外，还需要提供DNA聚合酶、2种引物等条件。

（2）棉花FPP合成酶基因和酶切后的基因和质粒连接形成图2中的①，因此①是重组质粒（基因表达载体），这个过程需要DNA连接酶。重组质粒上的启动子是目的基因转录时，RNA聚合酶的结合位点。

（3）质粒中含有抗生素Kan抗性基因，可以在含有抗生素Kan的培养基上生存。若②不能在含有抗生素Kan的培养基上生存，说明重组质粒（目的基因）没有导入农杆菌。

（4）据图1分析可知，FPP在ADS基因表达的情况下，生成青蒿素。此外，FPP在SQS基因表达的情况下，生成其他萜类化合物。因此，青蒿素除了通过提高FPP的含量来提高青蒿素的产量外，还可以通过抑制SQS基因表达或增强ADS基因的表达来提高青蒿素的产量。