高中 | 第3节 基因工程的应用 题目答案及解析

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选择性必修三 生物技术与工程

第三章 基因工程

第3节 基因工程的应用

栽培草莓果实的红色由花青素等天然色素决定。科研人员对花青素代谢和运输过程中$\rm F$基因的作用机制进行研究。构建含有$\rm F$基因的重组$\rm Ti$质粒,如图。

已知原始$\rm Ti$质粒中不含有潮霉素抗性基因,推测构建重组$\rm T-DNA$片段时,需要用                 两种限制酶共同处理原始$\rm Ti$质粒,连接外源$\rm DNA$后再通过农杆菌转化法将其导入到白色的草莓果肉细胞中。

[["$Kpn$Ⅰ、$Bam$$\\rm H$Ⅰ"]]

双酶切时,可以避免目的基因和质粒的反向链接,所以要用两种限制酶进行酶切,又因为构建重组质粒时目的基因前要有启动子,同时$\rm T-DNA$片段中最好也要含有标记基因,这样可以便与筛选含有重组质粒的细胞,所以启动子和标记基因位于$\rm F$基因上游并要和$\rm F$基因一起插入$\rm T-DNA$,这样的话就需要选择插入片段两侧的限制酶,片段左侧含有限制酶$ Kpn$Ⅰ识别序列,右侧含有限制酶$Bam$$\rm H$Ⅰ识别序列,构建重组$\rm T-DNA$片段时,需要用$ Kpn$Ⅰ、$Bam$$\rm H$Ⅰ。

重组$\rm Ti$质粒上的潮霉素抗性基因的具体作用是                                                                                  

[["

筛选转入重组$\\rm T-DNA$的农杆菌或草莓细胞

"]]

已知潮霉素对原核细胞和真核细胞的生长都有抑制作用,故将重组$\rm T-DNA$片段中接入潮霉素抗性基因目的是筛选转入重组$\rm T-DNA$的农杆菌和含重组$\rm T-DNA$的草莓细胞。

研究表明,$\rm F3$'$\rm H$基因和$\rm ANR$基因为花青素合成代谢的重要基因,二者均可由特异性启动子控制表达。为研究$\rm F$基因的作用机制,科研人员分别构建含有图$\rm 1$所示$\rm DNA$片段的表达载体。

   

科研人员分别在$\rm 1$~$\rm 4$组草莓果肉细胞中导入不同表达载体,测定荧光强度,处理及结果如图$\rm 2$

实验中,$\rm 1$$\rm 3$组的作用是                                                                                  

[["

观察无$\\rm F$基因时,蓝色荧光蛋白基因、$\\rm F3$'$\\rm H$基因和$\\rm ANR$基因(或“仅导入表达载体$\\rm b$和表达载体$\\rm c$”)的基础表达情况,作为荧光强度比的参照

"]]

$\rm 1$$\rm 3$组都没有加入表达载体$\rm a$(含$\rm F$基因),这样的话就可以直接观察仅导入表达载体$\rm b$和表达载体$\rm c$,蓝色荧光蛋白基因表达蓝色荧光蛋白的情况,以及$\rm F3$'$\rm H$基因启动子和$\rm ANR$基因启动子启动的黄绿色荧光蛋白基因的情况,进一步可以反应$\rm F3$'$\rm H$基因和$\rm ANR$基因的基础表达情况。

$\rm 3$结果表明                                                                                 

[["

$\\rm F$基因明显促进$\\rm F3$'$\\rm H$基因的表达,抑制(或“不影响”)$\\rm ANR$基因的表达

"]]

$\rm 2$组加入表达载体$\rm b$和表达载体$\rm a$(含$\rm F$基因),黄绿色$\rm /$蓝色荧光强度比明显大于$\rm 2$组仅加入表达载体$\rm b$,即$\rm 2$$\rm F3$'$\rm H$基因启动子启动的黄绿色荧光蛋白基因表达量明显高于$\rm 1$组,这说明$\rm F$基因明显可以促进$\rm F3$'$\rm H$基因启动子启动的转录,即促进$\rm F3$'$\rm H$基因的表达;$\rm 4$组加入表达载体$\rm c$和表达载体$\rm a$(含$\rm F$基因),黄绿色$\rm /$蓝色荧光强度比明显小于$\rm 3$组仅加入表达载体$\rm c$,即$\rm 4$$\rm ANR$基因启动子启动的黄绿色荧光蛋白基因表达量明显低于$\rm 3$组,这说明$\rm F$基因明显可以抑制$\rm ANR$基因启动子启动的转录,即抑制$\rm ANR$基因的表达。

基于上述研究,若将$\rm F$基因转入玫瑰、菊花等观赏花卉中,用以研发色彩绚丽的转基因鲜切花商品,则在生产实践中可能面临的挑战是                                                                                 

[["

$\\rm F$基因转入玫瑰、菊花等观赏花卉中是否能够(稳定)表达;$\\rm F$基因转入玫瑰、菊花等观赏花卉细胞中是否影响其他基因的表达;$\\rm F$基因转入玫瑰、菊花等观赏花卉中诱导积累的代谢产物是否影响鲜切花的生长。

"]]

若将$\rm F$基因转入玫瑰、菊花等观赏花卉中,用以研发色彩绚丽的转基因鲜切花商品,这时我们要考虑到转基因植物的$\rm F$基因是否能够(稳定)表达;$\rm F$基因会不会影响植物细胞中其他基因的表达;$\rm F$基因转入后诱导积累的代谢产物是否影响植株的生长等。

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