Question

4．植物的抗旱机制很大程度上依赖植物激素脱落酸．2016年2月，中、美两国科学家宣布发现了PYL9蛋白（脱落酸的一种受体蛋白），利用转基因技术实现了启动子pRD29A控制PYL9过量表达，让水稻自身产生大量PYL9蛋白，显著提高了其抗旱性．请回答：
（1）已知PYL9蛋白的氨基酸序列，培育转基因抗旱水稻可用人工合成法来获得PYL9基因．
（2）一个PYL9基因进行扩增最简便的方法是使用PCR技术，如果这个过程中消耗了引物62个，则进行了5轮的DNA复制．
（3）科学家通过农杆菌转化法成功培育了该转基因水稻．构建的基因表达载体上除了图示标注外，还必须含有启动子pRD29A、PYL9基因、终止子，所填充的这些序列需要 （需要/不需要）全部转入到农杆菌Ti质粒的T-DNA区域．
（4）导入目的基因的重组细胞可通过植物组织培养技术培育成完整植株．
（5）检测水稻细胞是否含有PYL9基因的分子工具是DNA分子探针/基因探针．从个体水平上检测转基因水稻是否有抗性及抗性程度的方法是转基因水稻植株分别种植在干旱程度（或含水量）不同的田地里（观察其生长状况以检测其是否有抗性及抗性程度）．

Answer 1

分析 1、PCR技术扩增目的基因：
（1）原理：DNA双链复制．
（2）过程：第一步：加热至90～95℃DNA解链；第二步：冷却到55～60℃，引物结合到互补DNA链；第三步：加热至70～75℃，热稳定DNA聚合酶从引物起始互补链的合成．
（3）第n轮：需要消耗（2ⁿ-2）×2+2个引物．
2、获取目的基因的方法：从基因文库中获取、PCR技术扩增、人工合成．
3、目的基因的检测和表达：
首先要检测：转基因生物的染色体DNA上是否插入了目的基因，方法是采用 DNA分子杂交技术．
其次还要检测：目的基因是否转录出了mRNA，方法是采用用标记的目的基因作探针与 mRNA杂交．
最后检测：目的基因是否翻译成蛋白质，方法是从转基因生物中提取 蛋白质，用相应的 抗体进行抗原-抗体杂交．
有时还需进行：个体生物学水平的鉴定．如 转基因抗虫植物是否出现抗虫性状．

解答 解：（1）在已知PYL9蛋白的氨基酸序列，可以推测基因的脱氧核苷酸序列，因此培育转基因抗旱水稻可用人工合成方法来获得目的基因．
（2）一个PYL9基因进行扩增最简便的方法是使用PCR技术．第一轮：1个DNA含2条脱氧核苷酸链复制得2个DNA4条脱氧核苷酸链消耗2个引物；第二轮：2个DNA含4条脱氧核苷酸链复制得4个DNA8条脱氧核苷酸链消耗（2²-2）×2+2=6个引物；第三轮：2²个DNA含8条脱氧核苷酸链复制得2³个DNA16条脱氧核苷酸链消耗（2³-2）×2+2=14个引物；第四轮：2³个DNA含16条脱氧核苷酸链复制得2⁴个DNA32条脱氧核苷酸链消耗（2⁴-2）×2+2=30个引物；第三轮：2⁴个DNA含32条脱氧核苷酸链复制得2⁵个DNA64条脱氧核苷酸链消耗（2⁵-2）×2+2=62个引物．（3）基因表达载体的组成包括目的基因（PYL9基因）、标记基因、复制原点、启动子和终止子等．科学家通过农杆菌转化法成功培育了该转基因水稻．需要将目的基因转入到农杆菌Ti质粒的T-DNA区域，之后才可以转移到水稻细胞的染色体上．
（4）导入目的基因的重组细胞培育成完整植株，所用的技术是植物组织培养技术，这一过程体现了植物细胞的全能性．
（5）检测目的基因是否导入受体细胞常用DNA分子杂交技术，该方法常用的分子工具是探针；从个体水平上检测转基因水稻是否有抗性及抗性程度的方法是转基因水稻植株分别种植在干旱程度（或含水量）不同的田地里（观察其生长状况以检测其是否有抗性及抗性程度）．
故答案为：
（1）人工合成
（2）PCR    　5
（3）启动子pRD29A、PYL9基因、终止子          需要
（4）植物组织培养
（5）DNA分子探针/基因探针    转基因水稻植株分别种植在干旱程度（或含水量）不同的田地里（观察其生长状况以检测其是否有抗性及抗性程度）

点评 本题考查了基因工程和细胞工程的有关知识，要求考生能够识记基因工程的操作工程和操作步骤，掌握目的基因检测和鉴定的方法，并能够根据题干信息准确答题．对于PCR技术中引物的问题有一定的难度，要学生多思考．