Question

【題目】大腸桿菌β-半乳糖苷酶（Z酶）可催化底物（X-gal）水解產生藍色物質。在pUC18質粒中，lacZ′ 編碼Z酶氨基端的一個片段（稱為α-肽），該質粒結構及限制酶識別位點如圖甲所示。已知α-肽、缺失α-肽的Z酶片段單獨存在時均無Z酶活性，共同存在時就會表現出Z酶活性。利用圖乙中的DNA片段與pUC18質粒進行基因工程操作。

（1）限制酶能催化雙鏈DNA分子中___（填化學鍵名稱）的斷裂。本實驗可使用限制酶___處理pUC18質粒和圖乙中的DNA片段，再通過DNA連接酶連接，獲得含目的基因的重組質粒。

（2）用重組質粒轉化大腸桿菌，然后將大腸桿菌接種到含氨芐青霉素的固體培養基上進行培養，由于未發生轉化的大腸桿菌沒有該質粒，因而不具有___，在該培養基上不能生長。從功能上劃分，該培養基屬于___培養基。

（3）當上述培養基中含有X-gal時，生長出的菌落有藍色和白色兩種類型，其中含有重組質粒的大腸桿菌的菌落顏色為___，這是因為___。為保證能通過菌落顏色辨別出含有重組質粒的大腸桿菌，本實驗作為受體細胞的大腸桿菌中Z酶基因應滿足的條件是___。

Answer 1

【答案】磷酸二酯鍵 SalI 氨芐青霉素抗性 選擇 白色 目的基因與質粒連接后使lacZ′ 被破壞，不能合成α-肽 編碼α-肽的DNA序列缺失，其他序列正常

【解析】

基因工程是狹義的遺傳工程，基因工程的基本原理是讓人們感興趣的基因（即目的基因）在宿主細胞中穩定高效地表達。為了實現基因工程的目標，通常要有多種工具酶、目的基因、載體和宿主細胞等基本要素，并按照一定的程序進行操作，它包括目的基因的獲得、重組DNA的形成，重組DNA導入受體細胞也稱（宿主）細胞、篩選含有目的基因的受體細胞和目的基因的表達等幾個方面。基因表達載體的構建（即目的基因與運載體結合）是實施基因工程的第二步，也是基因工程的核心。其構建目的是使目的基因能在受體細胞中穩定存在，并且可以遺傳給下一代，同時，使目的基因能夠表達和發揮作用。

（1）限制酶能催化雙鏈DNA分子中磷酸二酯鍵的斷裂，將DNA降解。從圖中可知，酶HindIII可破壞目的基因，而質粒和目的基因兩側都有酶SalI識別位點，因此本實驗可使用限制酶SalI處理pUC18質粒和圖乙中的DNA片段。

（2）重組質粒上有氨芐青霉素抗性基因，由于未發生轉化的大腸桿菌沒有該質粒，因而不具有氨芐青霉素抗性，在含氨芐青霉素培養基上不能生長。從功能上劃分，該培養基屬于選擇培養基，選擇了含重組質粒的大腸桿菌。

（3）從圖中可知，重組質粒是用酶SalI分別處理過的質粒和目的基因片段形成的，重組質粒的lacZ′基因被破壞，不能合成β-半乳糖苷酶（Z酶），不能催化底物（X-gal）水解產生藍色物質，故呈菌落白色。已知α-肽、缺失α-肽的Z酶片段單獨存在時均無Z酶活性，共同存在時就會表現出Z酶活性，為保證能通過菌落顏色辨別出含有重組質粒的大腸桿菌，本實驗作為受體細胞的大腸桿菌中Z酶基因應滿足的條件是編碼α-肽的DNA序列缺失，其他序列正常。