Question

【题目】大肠杆菌β-半乳糖苷酶（Z酶）可催化底物（X-gal）水解产生蓝色物质。在pUC18质粒中，lacZ′ 编码Z酶氨基端的一个片段（称为α-肽），该质粒结构及限制酶识别位点如图甲所示。已知α-肽、缺失α-肽的Z酶片段单独存在时均无Z酶活性，共同存在时就会表现出Z酶活性。利用图乙中的DNA片段与pUC18质粒进行基因工程操作。

（1）限制酶能催化双链DNA分子中___（填化学键名称）的断裂。本实验可使用限制酶___处理pUC18质粒和图乙中的DNA片段，再通过DNA连接酶连接，获得含目的基因的重组质粒。

（2）用重组质粒转化大肠杆菌，然后将大肠杆菌接种到含氨苄青霉素的固体培养基上进行培养，由于未发生转化的大肠杆菌没有该质粒，因而不具有___，在该培养基上不能生长。从功能上划分，该培养基属于___培养基。

（3）当上述培养基中含有X-gal时，生长出的菌落有蓝色和白色两种类型，其中含有重组质粒的大肠杆菌的菌落颜色为___，这是因为___。为保证能通过菌落颜色辨别出含有重组质粒的大肠杆菌，本实验作为受体细胞的大肠杆菌中Z酶基因应满足的条件是___。

Answer 1

【答案】磷酸二酯键 SalI 氨苄青霉素抗性 选择 白色 目的基因与质粒连接后使lacZ′ 被破坏，不能合成α-肽 编码α-肽的DNA序列缺失，其他序列正常

【解析】

基因工程是狭义的遗传工程，基因工程的基本原理是让人们感兴趣的基因（即目的基因）在宿主细胞中稳定高效地表达。为了实现基因工程的目标，通常要有多种工具酶、目的基因、载体和宿主细胞等基本要素，并按照一定的程序进行操作，它包括目的基因的获得、重组DNA的形成，重组DNA导入受体细胞也称（宿主）细胞、筛选含有目的基因的受体细胞和目的基因的表达等几个方面。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。其构建目的是使目的基因能在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传给下一代，同时，使目的基因能够表达和发挥作用。

（1）限制酶能催化双链DNA分子中磷酸二酯键的断裂，将DNA降解。从图中可知，酶HindIII可破坏目的基因，而质粒和目的基因两侧都有酶SalI识别位点，因此本实验可使用限制酶SalI处理pUC18质粒和图乙中的DNA片段。

（2）重组质粒上有氨苄青霉素抗性基因，由于未发生转化的大肠杆菌没有该质粒，因而不具有氨苄青霉素抗性，在含氨苄青霉素培养基上不能生长。从功能上划分，该培养基属于选择培养基，选择了含重组质粒的大肠杆菌。

（3）从图中可知，重组质粒是用酶SalI分别处理过的质粒和目的基因片段形成的，重组质粒的lacZ′基因被破坏，不能合成β-半乳糖苷酶（Z酶），不能催化底物（X-gal）水解产生蓝色物质，故呈菌落白色。已知α-肽、缺失α-肽的Z酶片段单独存在时均无Z酶活性，共同存在时就会表现出Z酶活性，为保证能通过菌落颜色辨别出含有重组质粒的大肠杆菌，本实验作为受体细胞的大肠杆菌中Z酶基因应满足的条件是编码α-肽的DNA序列缺失，其他序列正常。