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基因工程考试重点

基因工程考试重点


一、 名词解释 1. 质粒 质粒(plasmid) :是一类存在于细菌和真菌细胞中能独立于染色体 DNA 而自助复制的 共价、闭合、环状 DNA 分子(covalently closed circular DNA),也称为 cDNA,其大小 通常在 1-100kb 范围内。 2. DNA 连接酶 (DNA ligase) 广泛存在于各种生物体内, : 其催化的基本反应形式是将 DNA 双链上相邻的 3 羟基和 5 磷酸基团共价结合形成 3,5–磷酸二酯键,使原来断开的 DNA 缺口重新连接起来,因此它在 DNA 复制、修饰以及体内体外重组过程中起着重要作用。 3. 限制性核酸内切酶的星号活性 第Ⅱ类限制性核酸内切酶虽然具有特异性的识别序列及 限制性核酸内切酶的星号活性 活性: 切割位点,但当酶解条件发生变化时,酶切反应的专一性可能会降低,导致同种酶识别 多种序列,这种现象称为限制性核酸内切酶的星号活性。 4. 接合 接合(conjugation): 是指通过细菌细胞之间的直接接触导致 DNA 从一个细胞转移至另一 个细胞的过程。这个过程是由结合型质粒完成的,它通常具有促进供体细胞与受体细胞 有接触的接合功能以及诱导 DNA 分子传递的转移功能,两者均由结合型智力上的有关 基因编码。 5. 转化率 转化率:是转化(包括感染)效率的评估指标,通常由两种形势表征转化率。一是在待 转化 DNA 分子数大于受体细胞数的条件下,转化细胞与细胞总数之比。转化率的另一 种表示形式是在受体细胞相对待转化 DNA 分子数大大过量时, 每微克 DNA 转化所产生 的克隆数。 6. 正选择 正选择:载体遗传标记法的原理是利用载体 DNA 分子上所携带的选择性遗传基因筛选 转化子或重组子。由于标记基因所对应的遗传表型与受体细胞是互补的,因此在培养基 中施加合适的选择压力,即可保证转化子显现(长出菌落或噬菌斑) ,而非转化子隐去 (不生长) ,这种方法称为正选择。 7. 鸟枪法 鸟枪法:将某种生物体的全基因组或单一染色体切成大小适宜的 DNA 片段,分别连接 到载体 DNA 上,转化受体细胞,形成一套重组克隆,从中筛选出含有目的基因的期望 重组子。 8. 基因文库(gene library 或 gene bank) 基因文库( :是指某一特定生物体全基因组的克隆集合。基 ) 因文库的构建就是将生物体的全基因组分成若干 DNA 片段, 分别与载体 DNA 在体外拼 接成重组分子,然后导入受体细胞中,形成一整套含有该生物体全基因祖 DNA 片段的 克隆, 并将各克隆中的 DNA 片段按照其在细胞内染色体上的天然序列进行排序和整理, 因此某一生物体的基因文库实质上就是一个基因银行。 9. 包含体 包含体:在某些生长条件下,大肠杆菌能积累某种特殊的生物大分子,他们致密地集聚 在细胞内。或被膜细胞或形成无膜裸露结构,这种结构成为包含体(inclusion bodies, IB) 。 10. 潜伏期 潜伏期:当细菌接种到无菌培养基后,在一段时间内细菌数量并不会立即增加,这个阶 段称为潜伏期。细菌在此期间主要是适应新的环境条件,包括诱导表达原来处于关闭状 态的代谢途径,合成营养物质代谢所需的运输蛋白和相关酶系等。潜伏期的长短首先取 决于用于发酵接种的细菌菌龄,其次也与种子培养基和发酵培养之间的差别大小有关。 11. 酵母 是一群以芽殖或裂殖进行无性系列的单细胞真核微生物,分属于子囊菌纲(子囊 酵母: 菌酵母) 、担子菌纲(担子菌酵母) 、半知菌类(半知菌酵母) ,共由 56 个属和 500 多个 种组成。 12. 转基因技术:所谓的转基因通常是指在 DNA 操作过程中整合到动植物受体细胞染色体 转基因技术: 上的外源基因。为了使外源基因在动植物体内稳定展现出相应的生物学表型,必须采用 转基因的重组子构建技术、重组分子导入动植物体内的转化技术、转基因在受体细胞染 色体上的稳定整合及可控型表达技术,这些技术统称为转基因技术。

13. 转基因生物制品:含有转基因并为其遗传修饰了的动植物发育个体则称为转基因生物制 转基因生物制品: 品。 14. 基因:从化学上来说,指的是一段 DNA 或 RNA 顺序,该顺序可以产生或影响某种表型 基因: (genotype,phenotype) ,可以由于突变生成等位基因变异体(体细胞父源和母源;正常 和突变基因) ;从遗传学上来说,基因代表一个遗传单位,一个功能单位,一个突变单 位。 15.同裂酶与同尾酶:同裂酶 同裂酶与同尾酶: :在 II 型限制性内切核酸酶中,来源不同而识 同裂酶与同尾酶 同裂酶(isoschizomer) 别序列和切割方式均相同者称为同裂酶。 不同同裂酶对位点的甲基化敏感性有差别。 同尾酶 (isocaudamer) :在 II 型限制性内切核酸酶中,虽来源及识别序列不同,但 DNA 经其切割 后能形成相同粘性末端者。如 BamH I 、BclI、BglII 和 Xho I 是一组同尾酶。 注 意: 由同尾酶产生的粘性末端序列很容易重新连接, 但是两种同尾酶消化产生的粘性 末端重新连接形成的新片段将不能被该两种酶的任一种所识别。 16. 探针与核酸分子探针 探针(probe), 是指在化学与生物学意义上能够与特定的靶分子发生特异性相互作用, 并可被 探针 特殊的方法探知的分子。抗体-抗原、生物素-抗生物素蛋白、生长因子-受体的相互作用都可 以看作是探针与靶分子的相互作用。 核酸分子探针(nucleic acid molecular probe) :是指能与互补核酸序列发生复性杂交的特定 核酸分子探针 已知核酸片段。 17. 人工接头(adaptor) 人工接头( ) 人工接头(adaptor)是一种人工合成的短双链寡脱氧核苷酸,一端是可与目的基因双链(如 cDNA)连接的平头末端,一端是可与载体连接的粘性末端。与 linker 不同,在加到 cDNA 分子之后 adaptor 不需要用限制酶降解,与脱磷酸化具有同样粘性末端的载体相连。 18.转导(transduction) .转导( ) 转导(transduction)首先将重组的 λ 噬菌体 DNA 或柯斯质粒 DNA 体外包装成具有感染能 力的 λ 噬菌体颗粒,然后经由在受体细胞表面的 λ 噬菌体接受器位点使这些重组体 DNA 注 入大肠杆菌宿主细胞。 二、 填空 1. 核酸是一种线形多聚核苷酸,它的基本单位是核苷酸。核苷酸由三部分组成:戊糖、碱 基和磷酸。 2. 野生型质粒的基本特性:自主复制性、可扩增性、可转移性、不相容性。 3. λ 噬菌体是大肠杆菌的温和型噬菌体,由外壳蛋白与一个 48.5kb 长的双链线状 DNA 分 子组成。λ-DNA 的两端各有一个 12 碱基组成的互补单链,称为 cos 末端。 4. Ⅰ类限制-修饰酶 DNA 识别位点结合以来于 M 亚基与辅助因子 S-腺苷甲硫氨酸的相互 作用,后者通过变构作用使酶处于活性状态。Ⅲ类限制-修饰酶由 R 亚基和 MS 亚基组 成, 其中 MS 亚基具有位点识别和甲基化修饰双重活性。 类限制性核酸内切酶具有 180 II 旋转对称的回文结构。 5. 基因文库的构建通常采用鸟枪法和 cDNA 法两种方法。 用鸟枪法构建的基因文库又称为 基因组文库(genomic bank) ,由 cDNA 法构建的基因文库则称为 cDNA 文库。 6. 含有启动子活性的 DNA 片段的分离大体上有三种方法:鸟枪法克隆、酶保护法分离和 滤膜结合法分离。 7. 目前在表达型载体上应用最为广泛的大肠杆菌天然启动子有四种, Plac、 trp、 L、 recA 即 P P P 它们分别来自乳糖操纵子、色氨酸操纵子、噬菌体左早期操纵子、recA 基因。 8. 包含体的分离主要包括菌体破碎、离心收集、清洗三大操作步骤。 9. 融合蛋白三个特点是分离纯化程序简单、表达率较高、稳定性大大增强。

10. 在大肠杆菌中表达寡聚异源蛋白,还可用于同源或异源多亚基蛋白质的体内组装,这方 面成功的例子包括四亚基的血红蛋白和丙酮酸脱氢酶、 三亚基的复制蛋白 A 以及两亚基 的肌球蛋白和肌酸激酶等。 11.细胞内蛋白质降解功能:调控功能,即降低代谢途径关键酶的存量和灭活细胞调控因子 的和清除代谢过程中产生的错误折叠、错误装配、错误定位、毒性大或其他形式的异常蛋白 质。 12.SDS 已广泛用于牛生长激素、β-干扰素、白细胞介素-2 的大规模纯化,其缺点是 CMC 值 低,除去它极其困难。值得推荐的是正十二醇基肌氨酸,它的 CMC 值可达 0.4%,远远高 于 SDS。 13. 基因工程菌的发酵通常有三种不同的操作方式,即为分批式发酵、流加式发酵、连续式 发酵。 14. 分批式发酵中整个细菌生长过程可分为六个典型阶段:潜伏期、加速期、对数期、减速 期、稳定期、衰亡期。 15. 酵母自主复制型载体质粒的构建主要包括引入复制子结构、选择标记基因、克隆位点三 部分 DNA 序列。 16. 目前已广泛用于外源基因表达的酵母有:酵母属、克鲁维酵母属、毕赤酵母属、裂殖酵 母属、汉逊酵母属等,其中酿酒酵母的遗传学和分子生物学研究最为详尽。 17. pGKLl 质粒拥有 4 个可读框,分别编码 DNA 聚合酶、毒素蛋白 αβ 亚基、免疫蛋白、毒 素蛋白 γ 亚基。pGKL2 质粒含有 10 个可读框,其中 ORF2、ORF4、ORF6 分别编码 DNA 聚合酶、DNA 解旋酶、RNA 聚合酶。 18. 用于酵母转化子筛选的标记基因主要有营养缺陷互补基因和显性基因两大类,前者主要 包括营养成分的生物合成基因。 19. 目前广泛使用的酵母可控性启动子表达系统有半乳糖启动子、酸性磷酸酶启动子、甘油 醛-3-磷酸脱氢酶基因启动子、Cu2+螯合蛋白启动子、交配 0c 型阻遏系统。 20.大多数分泌型的蛋白质运输路线是:内质网膜?高尔基体?泡囊?细胞表面。 21. 限制酶的命名主要是参照 H.O. Smith 和 D. Nathans 提出的待命名酶的供体微生物的属名 与种名相结合的原则进行的。 限制性内切酶一般以提取这类酶的微生物的属名的第 1 字母大 写和种名的第 1,2 个字母小写来命名。如大肠杆菌 Escherichia coli 表示为 Eco, 流感嗜血 菌 Haemophilus influenzae 表示为 Hin。 22. 型限制性内切核酸酶的酶活辅助因子是 Mg2+, II 其识别序列/识别位点常呈旋转对称性。 23.大肠杆菌 DNA 聚合酶 I 全酶主要具有三种活性:①5'→3'DNA 聚合酶活性;②5'→3'外 切核酸酶活性;③3'→5'外切核酸酶活性。Taq DNA 聚合酶主要具有一种活性:5'→3'DNA 聚合酶活性。 24. 酵母转化法首先利用蜗牛酶处理对数生长期的酵母细胞, 然后将经酶解去除了细胞壁的 原生质体悬浮于山梨醇及氯化钙的溶液中,在运载 DNA 鲑精 DNA、小牛胸腺 DNA 的存在 下,用聚乙二醇使重组 DNA 分子进入酵母细胞。 25.酵母载体分为整合型载体,YIP、复制型载体,YRP 和附加型载体 YEP。植物农杆菌质 粒载体可分为根癌农杆菌诱导肿瘤质粒, Ti plasmid 载体和发根农杆菌诱导发根质粒,Ri plasmid 载体。 三、 选择 1. 1944 年 Avery 证明了基因的物质基础是(A) A DNA B RNA C mRNA D 蛋白质 2. 0.1.4 20 种氨基酸(中英文名称)的三字母代表符号。 甘氨酸(Glycine)→Gly,丙氨酸(Alanine)→Ala,缬氨酸(Valine)→Val,亮氨酸

(Leucine)→Leu,异亮苷酸(Isoleucine)→Ile,脯氨酸(Proline)→Pro,苯丙氨酸 (Phenylalanine)→Phe,酪氨酸(Tyrosin)→Tyr,色氨酸(Tryptophan)→Try,半胱氨酸 (Cysteine)→Cys,甲硫氨酸或蛋氨酸(Methionine)→Met,丝氨酸(Serine)→Ser,苏 氨酸 (Threonine) →Thr, 赖氨酸 (Lysine) →Lys, 精氨酸 (A rginine) →A rg, 组氨酸 (Histidine) →His, 天冬氨酸 (Aspartic acid) →Asp, 天冬酰胺 (Asparagine) →Asn, 谷氨酰胺 (Glutamine) →Gln,谷氨酸(Glutamic acid)→Glu 3.下列(B)来源于牛胰脏, (A)来自禽成髓细胞瘤病毒, (D)最初来自水生栖热菌,现可 由基因工程途径来生产。 A 逆转录酶 B RNA 酶 A C T4–DNA 聚合酶 D Taq DNA 聚合酶 E 碱性磷酸单脂酶 F T4–多核苷酸磷酸激酶。 4.影响连接反应的因素很多,包括(ABCD) 。 A 温度 B 离子浓度 C DNA 末端的性质及浓度 D DNA 片段的大小等 5. 人血浆中的血清清蛋白浓度可高达 42g/L, 其功能是作为机体内集中重要生理物质的可溶 性运输载体,包括(ABCDE) 。 A 类固醇激素、B 胆汁色素、C 金属离子、D 氨基酸、E 脂肪酸、F 维生素 6.狭义的转化(transformation)是指感受态的大肠杆菌细胞接受及表达 ( A )的生命 过程。转染(transfection)是指感受态的大肠杆菌细胞接受及表达( B )分子的生命 过程。 A. 质粒 DNA 分子 B. 噬菌体 DNA 分子 C. 柯斯质粒 DNA 分子 7.I 型限制性内切核酸酶的酶蛋白由(C)构成, II 型限制性内切核酸酶的酶蛋白由(B) . 构成,III 型限制性内切核酸酶的酶蛋白由(A)构成。 A. 两种不同的亚基 B. 两个相同的亚基 C. 三种不同的亚基 8.在 DNA 聚合酶中,依赖于 DNA 的 DNA 聚合酶有(C D E F) ,依赖于 RNA 的 DNA 聚 合酶有(A) ,它不以 DNA 或 RNA 为模板的 DNA 聚合酶是(B) 。 A. 逆转录酶 B. 末端脱氧核苷酸转移酶 C. 大肠杆菌聚合酶 I(全酶) D. 大 F. 耐 肠杆菌聚合酶 I 大片段 (Klenow 片段) E. T4 噬菌体编码的 DNA 聚合酶 热的 DNA 聚合酶(Taq DNA 聚合酶) 9.λ 噬菌体载体插入型载体(insertion vector)可容纳的外源 DNA 一般为(B) ;置换型载 体容纳外源 DNA 片段大小范围一般为(D) 。 A. ≤ 5kb B. ≤ 10kb C. 10–15kb D. 9–22kb 10.柯斯质粒载体,是指一类由人工构建的含有 λDNA 的(B)和质粒的(C)特殊类型的 质粒载体。 A.抗药性选择标记基因 B. cos 序列 C. 复制子 D. 多克隆位点区 11.Southern 吸印杂交法操作对象是(B) ,Northern 吸印杂交法操作对象是(C) ,Western blotting 操作对象是(D) 。 A. RNA-RNA 杂交体 B. DNA 片段 C. RNA 片段 D. 蛋白质 四、 简答 1.蛋白质的结构 蛋白质的结构 (1)蛋白质的一级结构 蛋白质的一级结构即多肽链的氨基酸顺序。多肽链是蛋白质结构的基础,它是由 α-氨 基酸按一定的顺序通过肽键连接而成的。 肽键是由一个氨基酸的 α-羧基与另一个氨基酸的 α氨基间失水缩合而成的。 (2)蛋白质的二级结构 蛋白质的二级结构是指它的多肽链中有规则重复的构象。 二级结构可涉及少至 3 个氨基

酸残基或多至肽链中的大部分残基。 氢键是稳定二级结构的主要作用力。 蛋白质的二级结构 有 α-螺旋、β-折叠和 β-转角三种基本类型。 (3)蛋白质的三级结构 形成二级结构后, 多肽链还可进上步折叠成三维球状结构, 它们具有独立的结构和功能, 称为三级结构。 有些较大蛋白质的多肽链会折叠成相对独立的结构域的三维结构。 结构域常 对应于基因中各自的外显子(exon) 。 2.M13-DNA 载体改造的内容? 载体改造的内容? (1)通过定点诱变技术封闭修复的重要限制性酶切口; (2)引入合适的标记基因,如含有 启动子、操作子和 β-半乳糖苷酶氨基端编码序列(lacZ’)的乳糖操纵子片段(lac) 、组氨酸 操纵子片段 (his) 以及抗生素抗性基因等; 将人工合成的多克隆位点接头片段插在 lacZ’ (3) 标记基因内部, 使得含有重组子的噬菌斑呈白色, 而只含有载体 DNA 的混浊噬菌斑呈蓝色; (4)在多克隆位点接头片段的两侧区域改为统一的 DNA 测序引物序列,使得重组 DNA 分 子的单链形式分离纯化后,可直接进行测序反应。 3.与M13-DNA 相比,噬菌粒载体的优点是? 相比,噬菌粒载体的优点是? 与 - 1.具有质粒的基本性质,便于外源 DNA 片段的克隆及重组子的筛选;2.在一定程度 上提高了外源 DNA 片段的装载量,普通的M13-DNA 系列载体长度为 6.4Kb,外源 DNA 片段与之重组后通常利用质粒转化方法导入受体细胞,其导入效率在重组分子大于 15Kb 时 与重组分子的大小成反比,因此载体越小,其装载量越大,噬菌粒通常只有 M13mp 载体大 小的一半 3. M13-DNA 的重组分子在复制时常会发生 DNA 缺失,而噬菌粒重组分子则相对 稳定。 4. λ-DNA 载体改造的内容包括 载体改造的内容包括? (1)缩短野生型 λ-DNA 的长度,提高外源 DNA 的有效装载量。 (2)删除重复的酶切位点,引入单一的多酶切位点接头序列,增加外源 DNA 片段克隆的 可操作性。 (3) 灭活某些与裂解周期有关的基因, λ-DNA 载体只能在特殊的实验条件下感染裂解宿 使 主细菌以避免可能出现的生物污染。 (4)引入合适的选择标记基因,便于重组噬菌体的检测。 5. 大肠杆菌 DNA 聚合酶 1 在其单一多肽链上具有的活性? 在其单一多肽链上具有的活性? ①5'→3'的 DNA 聚合活性,是 DNA 链在模板的指导下延伸;②3'→5'的核算酶外切活性, 其主要功能是识别切除错配的碱基,通过这种校正作用保证 DNA 复制的准确性;③5'→3' 的核苷酸外切活性, 这一功能具有三个特征, 首先待切除的核酸分子必须具有 5 端游离的磷 酸基团,其次,核苷酸在被切除之前必须是已经配对的,最后,被切除的核苷酸既可以是脱 氧的,也可以是非脱氧的;④核苷酸内切酶活性,当一段 DNA 带有游离 5 端磷酸基团的不 配对单链时,该酶可作用在与此单链相连的两对配对碱基之间,切断其磷酸二脂键。 11. S1 核酸酶 (S1 nuclease)的特征? 的特征? 的特征 ①降解单链 DNA 或 RNA,包括不能形成双链的区域(如发夹结构中的环状部分) ,但降解 DNA 的速度大于降解 RNA 的速度; ②降解反应的方式为内切和外切; ③酶量过大时会伴有 双链核酸的降解,因为该酶的双链降解比单链低 7.5 万倍。在 DNA 重组及分子生物学研究 中,S1 核酸常用来切平突出的单链末端以及制作 S1 图谱。 7. 与鸟枪法相比,cDNA 法的优点是? 与鸟枪法相比, 法的优点是? 首先,cDNA 法能选择地克隆蛋白编码基因, 而且由 mRNA 反转录合成的 cDNA 对特定的 基因而言只有一种可能性, 这样大大縮小了后续筛选样本的范围, 减轻了筛选工作量; 其次, cDNA 法克隆的目的基因相当“纯净”,它既不含有基因的 5'端的调控区,同时又剔除了内含 子结构,有利于在原核细胞中的表达;最后,cDNA 通常比其相应的基因组拷贝要小数倍甚

至数十倍, 一般只有 2~3kb 或更小, 便于稳定地克隆在一些表达型质粒上。 因此, 利用 cDNA 法将真核生物蛋白编码基因克隆在原核生物中进行高效表达,是基因工程常用的战略思想。 8. PCR 扩增 DNA 的基本原理? 的基本原理? PCR 扩增技术的本质是根据生物体 DNA 的复制原理在体外合成 DNA,这个反应同样 需要 DNA 单链模板、引物、DNA 聚合酶以及缓冲系统,并包括三步程序:①将待扩增双 链 DNA 加热变性,形成单链模版;②加入两种不同的单链 DNA 引物,并分别与两条单链 DNA 模版退火;③DNA 聚合酶从两个引物的羟基端按照模板要求合成新生 DNA 链,构成 一轮复制反应。重复上述操作 n 次,理论上即可从 1 分子的双链 DNA 扩增到 2n 个分子,也 就是说,经过 42 轮反应后,从 1 分子的 1kb DNA 即可得到 1?g 的相同 DNA 样品,而完成 整个扩增反应只需要 3h。 9.利用 Taq DNA 聚合酶扩增 DNA 片段的缺陷是产物容易发生序列错误的原因? 片段的缺陷是产物容易发生序列错误的原因? 利用 首先,在体外进行 DNA 聚合反应,由于脱离了体内较为完善的 DNA 合成纠正系统,脱氧 核苷酸掺入的误配率自然比体内高。生物体内 DNA 聚合反应的误配率约为 10-9,而体外用 大肠杆菌 Klenow 酶催化相同反应,误配率高达 10-4。其次,Taq DNA 聚合酶由于缺乏校正 功能,其错误掺入率比 Klenow 酶还要高四倍,也就是说,对于一个 1 kb 长的 DNA 靶序列, 经 30 轮 Taq DNA 聚合酶循环反应后,扩增产物的出错率可达 2.5 bp,这些错误的掺入可以 发生在扩增产物的任何位点,既有颠换、转换,也有单碱基缺失或插入。 10.除了尽可能高的完备性外,一个理想的基因文库还应具备哪些条件? 除了尽可能高的完备性外, 除了尽可能高的完备性外 一个理想的基因文库还应具备哪些条件? ①重组克隆的总数不宜过大, 以减轻筛选工作的压力; ②载体的装载量必须大于绝大多数基 因的长度,以免基因被分隔在不同的克隆中;③含有相邻 DNA 片段的重组克隆之间,必须 具有部分序列的重叠, 以利于基因文库各克隆的排序; ④克隆片段易于从载体分子上完整卸 下且最好不带有任何载体序列;⑤重组克隆应能稳定保存、扩增及筛选。上述条件的满足极 大程度上依赖于基因文库的构建战略。 11.目的基因背景知识内容? 目的基因背景知识内容? 目的基因背景知识内容 ⑴目的基因的部分或全部碱基序列已知。 ⑵目的基因编码产物的结构或功能已知。 ⑶目的基因与某些生物表型(如疾病等)的相关性已知。 12.构建融合蛋白表达质粒必须遵循三个原则? 构建融合蛋白表达质粒必须遵循三个原则? 构建融合蛋白表达质粒必须遵循三个原则 首先, 受体细菌结构基因应能高效表达, 且其表达产物可通过亲和层析进行特异性简单纯化。 其次,外源基因应插在受体菌结构基因的下游区域,并为融合蛋白提供终止密码子。在某些 情况下, 并不需要完整的受体菌结构基因, 以尽可能避免融合蛋白分子中两种组分的相对分 子质量大小过于接近,为异源蛋白的分离回收创造条件。此外,两个结构基因拼接位点处的 序列设计十分重要,它直接决定了融合蛋白的裂解方法。最后,当两个蛋白编码序列融合在 一起时,外源基因的表达取决于其正确的翻译阅读框架。 13.整合型外源基因表达系统的构建应步骤? 整合型外源基因表达系统的构建应步骤 整合型外源基因表达系统的构建应步骤? ① 探测并鉴定受体菌染色体 DNA 的整合位点, 以该位点被外源 DNA 片段插入后不影响细 胞的正常生理功能为前提,例如细菌的抗药性基因、次级代谢基因或两个操纵子之间的 间隔区等;②克隆分离选定的染色体 DNA 整合位点,并进行序列分析;③将外源基因 以及必要的可控性表达元件连接到已克隆的染色体整合位点中间或邻近区域;④将上述 重组质粒转入受体细胞中;⑤筛选和扩增整合了外源基因的受体细胞。 14. 理想的变性剂应具备的性质? 理想的变性剂应具备的性质? ①变性溶解速度快;②对包含体中残留细胞碎片的分离没有干扰;③无温度依赖性;④对蛋 白酶具有抑制作用;⑤对蛋白质中的氨基酸侧链基团无化学反应活性。 15. 作为一个真核生物表达系统,酵母的优势是 作为一个真核生物表达系统,酵母的优势是?

①基因表达调控机制丝糕清楚, 并且遗传操作相对较为简单; ②具有原核细菌无法比拟的真 核生物蛋白翻译后修饰加工系统;③不含有特异性的病毒,不产生毒素,有些酵母属(如酿 酒酵母等)在食品工业中有着几百年的应用历史,发球安全型基因工程受体系统;④大规模 发酵工艺简单,成本低廉;⑤能将外源基因表达产物分泌至培养基中;⑥酵母是最简单的真 核生物, 利用酵母表达动植物基因, 能在相当大的程度上阐明高等真核生物乃至人类基因表 达调控的基因原理以及基因编码产物结构与功能之间的关系。 16.核酸原位杂交 核酸原位杂交 核酸原位杂交,又称组织原位杂交(Tissue in situ hybridization)和基因组原位杂交(Genome in situ hybridization),是指以特定标记的已知序列核酸为探针与细胞内或组织切片内的待测 核酸进行杂交并对其实行检测的方法。根据所用的士民所测核酸种类,可分为 DNA-DNA、 DNA-RNA、RNA -RNA 。 一般流程:A、载片处理(酸洗、灭菌、涂多聚赖氨酸)→组织细胞切片或涂片的固定→组 织细胞杂交前的预处理 17.Northern 吸印杂交法 . Northern 吸印杂交法(Northern blot)是指通过虹吸转移法、电泳转移法、真空转移法等转 移方法将经变性及电泳分离的 RNA 片段转移到一定固相支持物上然后进行杂交并对其进行 检测的方法。 一般流程: RNA 的提取 → RNA 变性电泳 → 印记转移 → 预杂交 — (探针) → 杂交 → 洗膜 → 放射自显影或化学显色。 18.基因工程的研究内容 基因工程的研究内容 根据一般技术操作流程, 基因工程的研究内容主要包括以下几个方面: ①运用合适的方法从 生物体中分离或通过化学合成制备目的基因; ②采用合适的方法将目的基因与合适的载体进 行体外连接,构建重组 DNA;③运用合适的方法将重组 DNA 导入生物细胞以获得转化体 阳性克隆; ④运用合适的方法对重组转化体阳性克隆进行进一步的分析以及操作, 使目的基 因在受体生物细胞中高效表达。 五、 论述 1.阐述 DNA 重组的载体的功能及理想载体的条件? 重组的载体的功能及理想载体的条件? 阐述 (1)为外源基因提供进入受体细胞的转移能力 从理论上讲, 任何 DNA 分子均可以物理渗透的方式进入生物细胞中, 但这种频率极低, 以至于在常规的实验中难以检测到。某些种类的载体 DNA 分子本身具有高效转入受体细胞 的特殊生物学效应,因此由于外源基因与载体剪接所形成的 DNA 重组分子转入受体细胞的 概率比外源 DNA 片段单独转化要高几个数量级。 (2)为外源基因提供在受体细胞中的复制能力和整合能力 外源基因进入受体细胞后面临两种选择,或者直接整合在受体细胞染色体 DNA 的某个 区域内,作为其一部分复制并遗传,或者独立于受体细胞染色体 DNA 而存在,在这种情况 下,载体 DNA 分子必须为外源基因提供独立的复制功能,否则外源基因不可能在受体细胞 中复制和遗传。 (3)为外源基因提供在受体细胞中的扩增和表达能力 外源基因的扩增依赖于载体分子在受体细胞中的高拷贝自主复制的能力, 这种能力通常 由载体 DNA 上的若干相关基因编码。同时,外源基因高效表达所需的调控元件一般也由载 体分子提供。 应当指出的是,上述三大功能并非所有的载体分子都必须具备,DNA 重组克隆的目的 不同,对载体分子的性能要求也不同。但对于所有不同用途的载体而言,为外源基因提供复 制和整合能力是必不可少的,因此通常选择生物体内天然存在的质粒以及噬菌体或病毒 DNA 作为载体蓝本,并根据分子克隆的的操作原理,对之进行必要的修饰和改造,构建出

具有多种性能的载体 DNA 分子。 一个理想的载体至少应具备下列四个条件 一个理想的载体至少应具备下列四个条件: (1)具有对受体细胞的可转移或亲和性,以提高载体导入受体细胞的效率。 (2)具有与特定受体细胞相适应的复制位点或整合位点,使得外源基因在受体细胞中稳定 遗传。 (3)具有多种单一的核酸内切酶识别切割位点,有利于外源基因的剪接插入。 (4)具有合适的选择性标记,便于重组 DNA 分子的检测。 载体的可转移性和可复制性取决于它与受体细胞之间严格的亲缘关系, 不同的受体细胞 只能使用相匹配的载体系统。 本节主要涉及具有代表性的大肠杆菌载体系统, 其他载体系统 分别在相应的章节中述及。 2. 细菌转化的全过程? 细菌转化的全过程? (1)感受态的形成 典型的革兰氏阳性细菌由于细胞壁较厚, 形成感受态时细胞表面发生明显的变化, 出现 各种蛋白质和酶类,负责转化因子的接合、切割及加工。感受态细胞能分泌一种小相对分子 质量的激活蛋白或感受因子, 其功能是与细胞表面受体结合, 诱导某些与感受态有关的特征 性蛋白质(如细菌溶素)的合成,使细菌包壁部分溶解,局部暴露出细胞膜上的 DNA 结合 蛋白和核酸酶等。 (2)转化因子的接合 受体菌细胞膜上的 DNA 结合蛋白可与转化因子的双链 DNA 结构特异性接合,单链 DNA 或 RNA,双链 RNA 以及 DNA-RNA 杂合双链都不能结合在膜上。 (3)转化因子的吸收 双链 DNA 分子与结合蛋白作用后,激活邻近的核酸酶,一条链被降解,而另一条链则 被吸收到受体菌中,这个吸收过程为 EDTA 所抑制,可能是因为核酸酶活性需要二价阳离 子的存在。 (4)整合复合物前体的形成 进入受体细胞的单链 DNA 与另一种游离的蛋白因子接合,形成整合复合物前体结构, 它能有效地保护单链 DNA 免受各种胞内核酸酶的降解,并将其引导至受体菌染色体 DNA 处。 (5)转化因子单链 DNA 的整合 供体单链 DNA 片段通过同源重组,置换受体染色体 DNA 的同源区域,形成异源杂合 双链 DNA 结构。 3. PCR 扩增技术的应用? 扩增技术的应用? PCR 技术的应用范围极广,概括起来,除了上述的目的基因分离与克隆之外,大致有 下列几个方面: (1)扩增 DNA 靶序列并直接测序 PCR 技术通常用于扩增 DNA 靶序列产生双链分子,然而采取非对称性扩增方案,可以 选择性地从 DNA 样品中富集某一区域的单链 DNA,并直接用于双脱氧末端终止法测序反 应,其程序如图 2-61 所示。非对称性 PCR 扩增的关键在于双引物的分子数之比悬殊极大, 一般为 1: 100。 在开始的几轮扩增反应中, 两种引物均可指导合成各自相应的 DNA 新生链, 但随着双链扩增产物的增多,含量少的引物逐渐成为相应 DNA 链合成的限制因素,于是 DNA 扩增趋向单链化,最终使得扩增产物单双链 DNA 分子比高达 l010:l,这种方法显然要 比 M13 克隆系统简便得多。 (2) DNA 靶序列的突变分析 如果 DNA 靶序列发生较大范围的插入或缺失突变,则 PCR 扩增产物的大小就会发生

改变,从而确定突变的位置。另外,只要任何一种引物相对应的 DNA 模板上发生大面积的 缺失,则扩增反应根本不能进行,这是识别缺失突变的又一种方法。对于点突变的检测,通 常需要进行两组平行的扩增反应,两组反应均使用相同的引物系统,包括引物 A、引物 B 和引物 B’, 其中 B 和 B’的序列只有一个碱基的差异。 在一组反应中, 引物 B 用同位素标记, 而另一组反应中 B’被标记。在扩增反应进行过程中,能与模板链完全配对的引物 B 或 B’所 合成的 DNA 比含有错配碱基的竞争者自然要多,因此根据两组扩增产物的放射性比活性高 低,即可检测出样品 DNA 的靶序列的点突变。 (3)痕量 DNA 样品的检测与分析 利用 PCR 技术可以从痕量的血迹、毛发、单个细胞甚至保存了几千年的木乃伊中复制大量 的 DNA 样品,供进一步分析鉴定之用,因而在疾病诊断、刑事侦察、物种的分子生物进化 学研究等领域发挥着不可替代的作用。 4. 包含体的形成机制? 包含体的形成机制? 包含体的形成本质上是细胞蛋白质的集聚过程,其机制包括下列三个方面: (1)折叠状态的蛋白质集聚作用 至少在某些情况下, 具有折叠结构的蛋白质集聚是包含体的形成的基础。 蛋白质的水难 溶性以及细胞内的高浓度均能促进这种集聚过程, 如大肠杆菌自身正常表达的膜结合蛋白即 便具有良好的天然折叠空间构象, 但因其较小的水溶性而倾向于集聚形成疏水颗粒。 对外源 基因表达的重组异源蛋白而言, 尽管他们能靠自身的二硫键进行体内折叠, 但这种折叠形式 在大肠杆菌中是随机发生的, 异源多肽链中半胱氨酸残基的含量越高, 二硫键错配的概率也 越大。 这种错误折叠的蛋白质往往显示出较低的水溶性, 再加上高效表达产生的高浓度蛋白 分子之间的相互作用概率增大,最终形成分子集聚物。 (2)非折叠状态的蛋白质集聚作用 对于那些热稳定性差的重组异源蛋白, 又在生长温度较高的细菌中表达, 则蛋白产物的 还原状态在细胞质内始终占主导地位, 蛋白质分子内部的二硫键不易形成, 因此大都处于非 折叠状态。 包含有高浓度或高比例游离巯基非折叠多肽的存在, 均会大大提高多肽分子之间 二硫键形成的概率, 导致产生高相对分子质量的蛋白多聚体, 从而降低其水相溶解度并形成 包含体颗粒。 (3)蛋白折叠中间体的集聚作用 有些细菌或噬菌体自身合成的天然蛋白虽然是可溶性的, 但其折叠中间体的半衰期较长而且 溶解度较低。如果这些细菌或噬菌体生长在非生理条件下(如高温等) ,那么任何对蛋白折 叠速率有负面影响的环境条件均可在不同程度上导致折叠中间体的积累, 后者在折叠成天然 蛋白质之前集聚为包含体 o 例如,沙门氏菌噬菌体 P22 一个编码尾部蛋白基因的突变株在 42°C 时,由于这一尾部蛋白折叠过程的延长,导致折叠中间体集聚形成包含体,从而影响 噬菌体感染颗粒的装配。 5.高效表达的重组异源蛋白在大肠杆菌中形成包含体的影响素? 高效表达的重组异源蛋白在大肠杆菌中形成包含体的影响素? 高效表达的重组异源蛋白在大肠杆菌中形成包含体的影响素 (1)温度 温度对包含体形成的影响虽然不是个别现象, 但并不普遍。 细菌较低培养温度有利于重 组异源蛋白可溶性表达的有 β 一干扰素、γ 一干扰素、肌酸激酶、免疫球蛋白 Fab 片段、β半乳糖苷酶融合蛋白、枯草杆菌蛋白酶 E、糖原磷酸化酶等,但相当多的重组蛋白可溶性表 达并不能依靠降低培养温度而得到改善。 虽然较高的培养温度能诱导受体细菌热休克蛋白的 表达,它在某种程度上抑制包含体的形成,但高温本身不利于蛋白质的折叠 o (2)表达水平 不管包含体的形成机制如何, 重组异源蛋白的过量表达均有利于包含体的形成, 然而通 过降低表达量来提高异源蛋白的可溶性却并不容易奏效。

(3)细菌遗传性状 相同的重组质粒在不同的大肠杆菌菌株中表达异源蛋白, 其可溶性与不溶性流分的比例 可能不同,有时甚至相差很大。一般来说,大肠杆菌染色体 DNA 上的热休克基因表达产物 (如 Hsp、GroEL、PPlase 等)有助于重组异源蛋白的正确折叠而形成可溶性流分,同理, 灭活这些基因则有可能促进包含体的形成。 (4)异源蛋白氨基酸序列 天然的人 γ-干扰素在大肠杆菌中往往是以包含体的形式表达, 但通过基因人工合成或定 点突变技术改变其天然氨基酸序列,则可获得高比例的可溶性蛋白流分,相反,对于另一些 异源蛋白而言,突变体比天然分子更易形成包含体。 6. 基因工程菌在发酵过程中,分子水平的优化控制? 基因工程菌在发酵过程中,分子水平的优化控制? 基因工程菌在发酵过程中的优化控制有三个分子水平上作用位点 (1)外源基因的表达控制 基因工程菌的构建为这种控制提供了分子结构上的可能性, 但它必须通过各种工艺手段 在细菌生长过程中得以实现, 这些手段包括外源基因转录启动的特异性诱导、 表达产物在受 体菌中的定位和转运等。 外源基因的时空特异性表达控制可以在很大程度上减少表达产物对 细菌自身生长代谢过程的影响,提高表达产物的宏观产率。 (2)细胞内蛋白质生物合成系统的均衡 无论基因工程菌的目标产物是蛋白质还是其他小分子化合物, 它们都必须与细菌的初级 代谢和次级代谢途径共用一套蛋白质翻译系统,其成分包括核糖体、tRNA、ATP/GTP 以及 相关的酶系。这些成分通常都由受体菌的染色体 DNA 编码,合理控制这些细菌基因的表达 时间与强度,有利于细胞内代谢途径的和谐与稳定。 (3)重组质粒拷贝数或外源基因剂量的维持 从理论上来讲, 外源基因剂量的增加有助于提高其表达产物的产量, 但实际上并不都是 如此的。如果细胞内 RNA 聚合酶是限制因素,外源基因剂量与其表达水平未必成正相关。 而且重组质粒的高拷贝复制耗费大量的能源, 不但影响细菌的正常生长与代谢, 同时也不利 于其稳定性。 另外, 重组质粒高拷贝复制在提高外源基因剂量的同时也同步增加了载体上其 他基因(如标记基因)的分子数,这些基因的表达效率通常并不逊色于外源基因,因此两者 之间的表达竞争不容忽视。 7. 论述根据不同的研究目的,可运用 DNA 重组技术构建哪些不同结构的转基因? 论述根据不同的研究目的 根据不同的研究目的, 重组技术构建哪些不同结构的转基因? 哪些不同结构的转基因 (1)基因组片段:用 YAC 或考斯质粒等类型的在克隆动物基因组片段,这类转基因由 于相对分子质量较大, 能保持较完整的基因结构, 能表达不易受宿主细胞基因组和其他因素 的影响,从而得到更可靠的对相关基因体内表达及调控特征的认识。 (2)小基因:分别取同一基因的某一或若干区域组成转基因,用于研究该基因个部分 在基因表达调控中的作用。 (3)融合基因:将不同来源的结构基因、非编码序列以及表达调控序列重组在一起, 构成杂合转基因单位,这是研究最多、应用最广的转基因结构,它通常包括结构基因与异源 调控序列的融合基因、 由不同来源的结构基因组成的融合基因以及未知功能的调控序列与报 告基因的融合基因等 (4)靶基因:结构基因或调控序列经诱变或定向突变处理后,将之重新输入动物体内, 用于突变后基因功能的筛选与检测, 既可作为遗传标记使用, 亦可研究突变机制以及突变位 点与基因功能之间的关系。 (5)插入基因:含有在动物染色体上随机或特异性插入的位点,根据需要也可加装标 记基因,用于动物染色体的基因打靶,体内检测动物基因组的功能 (6)置换基因:两侧含有动物基因或其他 DNA 区域的同源序列,用于动物基因的定

位分离与克隆,在标记基因的存在下,亦可用于基因您的定位灭活 8.叙述 ICP 基因工程与蛋白酶抑制剂基因工程机理。 基因工程与蛋白酶抑制剂基因工程机理。 (15 . ( 分) ICP 基因工程:ICP 基因来自于苏云金杆菌(bacillus thuringiensis,Bt),ICP 基因工程主 要是运用脓杆菌介导法,基因枪法等对植物进行 ICP 基因遗传转化,借助于伴胞晶体蛋白 的毒性,达到抗病虫害的目的。其抗虫机理为:当苏云金杆菌的营养体发育到一定阶段后, 在其一端形成芽孢,在另一端形成胞晶体。当昆虫吞噬伴胞晶体后,在昆虫肠道碱性条件和 特定蛋白酶的作用下,伴胞晶体蛋白变成有活性的毒性分子。这种蛋白称为 δ-内毒素 (δ-endotoxin),被称作杀虫结晶蛋白(Insecticidal crystal protein, ICP) 。ICP 长期以原毒素 (protoxin)形式存在。当 ICP 被昆虫取食后,在昆虫消化道内,其在碱性条件下溶解,被 专一性蛋白酶水解而活化。活化后的 ICP 与昆虫肠道上皮细胞上的特异性结合蛋白结合而 转型为毒性多肽分子。结合转型后的 ICP 全部或部分嵌合于细胞膜中,使细胞膜产生一些 孔道,从而破坏了细胞的渗透平衡,最终就会使昆虫死亡。 蛋白酶抑制剂基因工程:蛋白酶抑制剂(proteinase inhibitor,PI)主要存在于植物的种子及 块茎中, 其含量可高达总蛋白的 1%~10%, 在有些果实中丝氨酸蛋白酶抑制剂的含量可达总 蛋白的 30%。植物中存在 3 种蛋白酶抑制剂:丝氨酸、巯基和金属蛋白酶抑制剂。其中, 丝氨酸蛋白酶抑制剂与抗虫关系密切,因为大多数昆虫的蛋白消化酶为丝氨酸蛋白消化酶。 巯基蛋白酶抑制剂鞘翅目昆虫具有独特抗性。 基因工程方面的应用是: 利用转基因技术将编 码这些蛋白酶抑制剂的 cDNA 转移到某一种植物中,通过表达蛋白酶抑制剂来抑制相应害 虫。 9. 简要阐明三种重组转化体的筛选与鉴定的方法(15 分) 简要阐明三种重组转化体的筛选与鉴定的方法( (一)α-互补(蓝白菌落筛选或称 x-gal 筛选) ⒈ 载体 PUC 系列(PUC18/19)带有 E.coli DNA 的短区段,含:(1)Lacz(N)即编码 β-半乳 糖苷酶 N 端的 146 个 AA 信息也称 α-多肽; (2)编码区插入一个 MCS 并不破坏阅读框, 使 少数几个 AA 插入到该酶的 N 端而不影响其功能;(3)Plac 可以启动 Lacz 的转录,表达,但 受阻 pr.阻遏,IPTG(异丙基硫代 β-半乳糖苷)能够去阻遏。⒉ JM103 受体菌含 lacz(c)可 以编码 β-半乳糖苷酶 C 端部分。⒊α-互补 当载体转入 JM103 lacz(n)与 lacz(c) α 互补,编 码具有活性酶 pr→使底物 X-gal 生色 溴 4 氯 3 吲哚 β-半乳糖苷产生兰菌落)⒋ 当 MCS (5 。 插入外源 gene 片断时,几乎无一例外产生无 α-互补能力的氨基酸片段(插入酶失落)导 致白菌落产生。 (二) 插入失活 此法适用于带有抗生素抗性标记基因的克隆载体,将外源 DNA 插入到其一抗生素基因序列 内,该基因就失活,据此特性,设计一套药物平板,可筛选出重组子。 1.PBR322 含 Ampr 和 tetr,后者含 BamH I 和 Sal I2 个单一限制酶切点,具有 Ampr 和 tetr 表 型。 (双抗)2.在 tetr 任何一个酶切点插入外源基因片断,都会导致 tetr 失活。3.将插入外 源基因的 PBR322 分别涂布于含 Ampr 和 tetr 的琼脂板上, 存活者必定是转化子。Ampr) 将 ( 4. r r r 存活菌复印在 tet 的琼脂板上,对照 2 个平板,凡在 Amp 平板上生长而在 tet 上不生长的菌 落,必定是带有外源基因的重组子。 (三) 杂交筛选 1.基本原理:核酸杂交法是目前广泛使用的筛选目的基因片断重组的方法。应用放射性或非 放射性标记的特定的 DNA 或 RNA 作探针进行 DNA/DNA 或 DNA/RNA 杂交的核酸杂交法, 利用同源 DNA 配对的原理筛选含有目的基因片断的重组子。 2.分子杂交主要类型 根据测定对象不同可将分子杂交分为 3 个基本类型⑴鉴别 DNA 的杂交(Southern blot),受体 片段为 DNA, 探针为 DNA 或 RNA; ⑵鉴别 RNA 的杂交 (Northern blot) 受体片段为 RNA, ,

探针为 RNA 或 DNA;⑶鉴别蛋白质的杂交(Western blot) ,受体片段为蛋白质,探针为另 一标记蛋白质。


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