一、简答题1. 举两种植物基因转移的方法?简述其原理。
(1)Ti质粒介导的基因转移:农杆菌都携带有一种称为Ti的质粒(tumol-inducing plasmid),该质粒上有一段DNA,称为T-DNA(transfer-DNA),它能转移并整合进植物基因组中。将目的DNA片段插入T-DNA区,然后通过土壤农杆菌和Ti质粒将它送入受体植物,插入植物细胞基因组内。
(2)基因枪技术:借助于高速运动的金属微粒将附着于其表面的DNA导入受体细胞中的技术。
2. 什么是质粒的不亲和性?其分子机制如何?
两种质粒不能稳定共存于同一个细胞中的现象。同一不亲和群中的质粒具有相同的复制机制,相互间产生干扰。同时,细胞分裂时细胞质的不均等分配也是其原因之一。
3. 什么是接头连接法?人工接头在基因工程中有何用途?
人工合成的一段含有限制性内切核酸酶识别位点的一小段DNA。连接到载体或外源DNA片段上,从而方便地制造出新的酶切位点,便于二者的连接。主要用途是介导载体和插入片段的高效结合。
4. 如果知道某一基因的功能及其相应的蛋白质的氨基酸序列组成,可以通过何种方法克隆该基因?
简并引物PCR、合成寡核苷酸探针筛选基因组文库或cDNA文库、构建cDNA表达文库利用相应的抗体筛选。
5. 什么是黏粒?为什么它可以克隆大片段外源DNA?
具有cos位点的质粒载体就是黏粒。由于它具有该位点可以被λ噬菌体的包装蛋白包装,从而具有克隆大片段外源DNA的能力。
6. 简述质粒载体的发展改造过程。
改造质粒的复制特性和可选择性,把选择性标记引入到松弛型质粒中;调整质粒的结构,提高载体的效率,把载体的长度降低到最小,添加多克隆位点;在质粒中引入多种用途的辅助序列。
7. 基因工程的发展主要得益于哪些重大的发现和发明?
(1)技术上的三大突破:1970年Smith和Wilcox在流感嗜血杆菌(hatmonphilus influenzae)中分离和纯化限制性内切核酸酶HindⅡ;基因工程载体的构建——质粒和噬菌体的有关研究;Mendel M.和HigaA.确立的基因转化技术。此外,在20世纪60至70年代确立了多种基本研究技术如琼脂糖电泳、核酸杂交等。
(2)理论上的三大发现:1944年,Avery发现DNA是遗传物质;1953年Watson和Crick提出DNA的双螺旋结构模型;60年代众多学者共同阐明中心法则。
8. 限制性内切酶EcoR Ⅰ的识别序列是GTTAAC;限制性内切核酸酶HaeIII的识别序列是GGCC。每种酶切割双链DNA所得片段的平均长度是多少?
GTTAAC的出现频率是46,即4.096kb;GGCC的出现频率是44即0.256kb。
一环形的细菌质粒pBP1具有一四环素抗性基因(tetr),该基因中存在HindIII酶切位点。果蝇的基因组DNA经HindIII消化后用pBP1构建基因文库。菌落原位杂交显示克隆15含有目的基因。利用HindIII和EcoRV对该克隆进行限制性内切酶分析,对照为空的pBP1质粒。下图为电泳图谱,单位为kb。问:9. 画出具有或不具有插入片段的pBP1质粒的限制性酶切图谱,+并指出的tet
r位置;
酶切图如下:

10. 以tetl
r基因为探针进行杂交,预期哪几条为阳性条带?
所有5kb、4.5kb、3kb、2kb的片段均呈现出阳性。
11. 以目的基因为探针进行杂交,预期哪几条为阳性条带?

所有2.5kb、1.5kb、1kb以及EcoRV消化的克隆15产生的4.5 kb和3kb均呈现阳性。
12. 什么是遗传密码子偏好?它是如何影响外源基因在宿主细胞中的表达量的?
不同物种中对64种密码子的使用频率有较大的差异称为遗传密码子偏好;很少使用的密码子,在细胞中其相应的tRNA就很少;如果基因的编码序列中存在这些密码子,在翻译时就需要较长的时间等待相应tRNA的到来,使得翻译效率降低。
13. 简述用基因工程方法培育抗虫棉花新品种的步骤。
获得目的基因——抗虫基因;把抗虫基因与一定的载体(如Ti质粒)连接形成重组体DNA;转化棉花的细胞;培养出愈伤组织和试管苗;筛选出具有抗性的试管苗;把试管苗种植并与普通棉花杂交筛选并培育为品系。
14. 把卡那霉素抗性基因插入Ti质粒的rr-DNA区,转化植物Arabidopsis thaliana。获得了两个卡那霉素抗性基因品系A和B。品系A自交3/4子代为卡那霉素抗性,1/4敏感;品系B自交15/16子代为卡那霉素抗性,1/16敏感。请对两种不同的比例作出合理解释。
品系A整合了—个拷贝的卡那霉素抗性基因;品系B整合了两个拷贝的卡那霉素抗性基因,且位于不同的染色体上。
15. 已知某疾病是由于不表达的A基因过量表达引起的。现欲克隆该基因,请你设计一个可操作的实验程序。‘
提取正常组织和A基因过度表达的组织的mRNA进行差减杂交。
16. 借助于基因工程技术可以改造生物的某些性状,但在生产实践中,获取高产、抗逆以及优良品质集于一身的超级转基因农作物却非常困难。谈谈你对这一问题的看法。
原因是多方面的:①目前尚难于对多个基因同时进行转移;②目前尚难于对基因在转基因植株中的位置进行控制;③与高产、抗逆及其他优良品质相关的基因还没有克隆;④基因组是经过漫长的进化形成的相互协调的整体.过多外源基因的插入无疑会干扰其协调性,从而影响其生存和品质。
17. 什么是蓝白斑筛选?为什么蓝白斑筛选也会有假阳性?
质粒上含有lacZ'基因,此基因为lacZ的5'端,编码氨基端;宿主菌中含有lacZ基因的3'端,编码羧基端;二者同时存在时发生分子内互补,成为具有活性的LacZ蛋白;当培养基中含有IPTG和X-gal时可以形成蓝色化合物。
18. 水稻是禾本科植物中基因组最小的物种,目前已完成基因组草图,而禾本科其他作物都未有完整基因组测序资料。现在水稻中克隆了一个矮秆基因,如何由此出发,克隆大麦中的矮秆基因?构建大麦的基因组DNA文库;把水稻的矮秆基因标记后作为探针筛选该文库。
构建大麦的基因组DNA文库;把水稻的矮秆基因标记后作为探针筛选该文库。
19. 在真核生物的基因工程中,有时会出现这样的情况:通过Southern分析证明了携带外源基因的载体已整合到转化受体的基因组中,但是在转基因受体的当代或后代个体中未能检测出该外源基因的表型。请问有哪些原因会导致这种负的结果?如何分析才能判断该基因不产生表型的原因?
①基因的整合位点位于异染色质中,不能转录;可以用Northern杂交证明;②基因的表达有时间和空间的特异性,检测时发育时期和组织器官选择不当,改变检测的时间和选择更多的组织器官;③由于稀有密码子等的存在使得mRNA不能有效翻译,可以通过Northern杂交证明;④基因转录了,但mRNA被降解,可以通过Northem杂交证明
20. 当两种限制性内切核酸酶的作用条件不同时,若进行双酶切,应采取何种措施?为什么?
用通用缓冲液;先用低盐酶,后用高盐;先低温后高温。
21. 人们从红色面包霉(Neurospora)中克隆了β-tubulin基因。下图为一大肠杆菌质粒载体pBR的图谱。请你详尽列出从真菌Podospora中克隆同样基因的实验步骤。

把Neurospora的β-tubulin基因标记作为探针。选者在质粒pBR中具有唯一切点的HaeⅡ消化该质粒,制备Podospora的基因组或cDNA文库。筛选tetrkans克隆找出含有该基因的克隆。
22. 什么是Klenow酶?具有哪些活性?简要说明其在基因工程中的用途。
用枯草杆菌蛋白水解酶处理DNA聚合酶Ⅰ,得到一个大的片段,具有3'→5'外切酶活性和5'→3'聚合酶活性,失去了5'→3'外切酶活性的酶。主要用途包括:补平DNA的突出单链末端;标记3'突出端;随机引物法标记DNA探针等。
α-干扰素的编码基因没有内含子。为了确定一种免疫缺陷的原因,收集了一些患者和正常人的血样研究其α-干扰素基因的表达状况。下图为关于该基因

的Southern、Northern和western印迹的结果。其中个体1和2具有正常免疫能力,个体3、4和5为免疫缺陷。问:24. 你认为个体3、4和5为免疫缺陷的原因何在?试说出其突变类型。
个体3患病的原因可能为该基因的调控区或相应的调控转录因子发生突变,使得该基因不转录;个体4由于Northern杂交结果正常,但Western杂交偏小,应该是由于在编码区产生了无义突变,使得翻译提前终止,产生的蛋白质没有活性;个体5由于Northern杂交结果正常,但Western杂交偏大,应该是由于在终止密码处产生了突变发生了通读,使得翻译没有正常终止,产生的蛋白质没有活性。
25. 形态标记(morphological marker)和分子标记(molecular marker)都可用于基因定位,简要说明利用这两种标记进行基因定位的基本步骤。
①收集不同的患者家系(人类中)或进行一定的杂交(测交或自交,动植物中);②分析多个形态标记或分子标记与目的基因的遗传规律;③根据连锁情况,进行基因定位。
某一家系具有一常染色体显性遗传病,该疾病通常在40岁以后发病。从每一个家庭成员提取DNA样品,用限制性内切核酸酶TaqI消化并进行电泳分离。用已克隆到质粒中的人的DNA片段为探针,放射性标记后进行Southern杂交。结果如下:26. 全面分析DNA变异、探针DNA及致病基因之间的关系。
所有的家庭成员都具有5kb带;6个患者中的5个具有3和2kb的带,但非患者均不具有,因此这些片段与疾病基因顺式连锁。

27. 你如何解释最后一个男孩的结果?
最后一个男孩可能是致病基因与RLFP座位间发生交换,导致一染色体具有D和5kb片段。
28. 你如何利用该结果对该家庭成员进行遗传咨询服务?

由于3kb和2kb片段与致病基因连锁,这些片段的存在可以作为该疾病的标志,但产前诊断必须考虑交换的问题。
29. 现有两个可以在大肠杆菌中复制的质粒A和B。A质粒有氨苄青霉素抗性基因,在该基因的上游有.BarnH Ⅰ、HindIII、PstⅠ限制酶位点;下游有EcoR Ⅰ、Kpn Ⅰ限制酶位点。B质粒有卡那霉素抗性基因,还有Cla Ⅰ、EcoR Ⅰ、HindⅢ、Kpn Ⅰ酶切位点供克隆DNA片段之用。简述如何将氨苄青霉素抗性基因克隆到质粒B中。
用HindⅢ和EcoRⅠ或KpnⅠ切割A质粒和B质粒,把切割片段重组连接后转化大肠杆菌,筛选出具有氨苄青霉素抗性和卡那霉素抗性的克隆。
30. 如何利用脉冲场凝胶电泳技术对已经克隆的基因进行染色体定位?
电泳后,利用放射性同位素或地高辛或生物素标记已克隆的基因作为探针进行Southern印迹。
某个转基因载体结构,卡那霉素抗性选择标记基因旁边紧密连锁着目的基因(抗冻基因)。用该结构转化烟草叶片,筛选抗卡那霉素的叶片细胞再生植株,即为T0代转基因植株。T0代转基因植株开花结果,即得T1代种子。问:31. 如果外源基因是单位点插入到烟草某个染色体上,T
1代种子中抗卡那霉素和不抗卡那霉素的分离比为多少?抗卡那霉素抗冻,抗卡那霉素不抗冻,不抗卡那霉素抗冻,不抗卡那霉素不抗冻各占多少?将若干个抗卡那霉素的种子所萌发的小苗培养至开花结果,分别收集T
2代种子T
2代种子分成2种情况,有些是整包种子都抗卡那霉素的,有些是出现分离比的,请问前者情况占百分之多少的概率?(如果某表型不可能出现,就写占0%)

32. 如果T
1代种子中观察到抗卡那霉素和不抗卡那霉素的分离比为15:1,请问植物染色体上有几个位置插入了外源基因?
33. 如果在同一染色体上两个重组值为20%的位置各插入外源基因,请问T
1代种子中抗卡那和不抗卡那霉素的种子各占多少?
34. 若T
0植株在开花时与野生型杂交,F
1中抗卡那霉素和不抗卡那霉素的分离比是多少?
35. cDNA文库和基因组文库有何区别?
前者不含内含子,后者有。前者仅是部分结构基因的克隆,后者包含了基因组的全部信息。
36. 什么是辅助噬菌体?它和相应的噬菌粒是如何协同工作的?
在主要基因间隔区含有突变,使得自身DNA复制效率低下的一类噬菌体突变体。但它们可以为寄主中噬菌粒的复制与包装提供蛋白酶与外壳蛋白,同时噬菌粒中所具有的复制子完全正常,可以利用这些蛋白质迅速复制自身。
37. 某种细菌可以利用乙酰辅酶A作为底物在一种酶的作用下合成一种十分重要的聚合物。拟通过高等植物基因工程大量生产这种聚合物。现已经克隆了编码催化该聚合物生成酶的基因,并使该基因处在一个组成型强启动子的控制下,转化并整合到高等植物的基因组中。对转基因植物的分析发现所需的聚合物含量非常低,而且还影响到转基因植株的正常生长发育。请分析产生这一结果的可能原因,并设计实验加以改进。
①所用启动子为组成型强启动子,使得目的基因在所有组织和器官中表达,影响转基因植株的代谢和生长,从而影响该聚合物的合成。②乙酰辅酶A为生命活动中的重要物质,目的基因的表达产物与植株内的基因竞争该底物.影响转基因植株的代谢和生长,从而影响该聚合物的合成。③遗传密码子的偏爱。
38. 什么是密码子偏爱?它是如何影响外源基因表达水平的?
不同物种中对64种密码子的使用频率有较大的差异称为遗传密码子偏好;很少使用的密码子,在细胞中其相应的tRNA就很少;如果基因的编码序列中存在这些密码子,在翻译时就需要较长的时间等待相应tRNA的到来,使得翻译效率降低。
39. 简述双脱氧链终止法测定DNA碱基序列的原理。根据下列图谱给出被测定链的基因序列和方向。

正常的体外合成体系中,DNA聚合酶在引物的引导下,沿模板链的3'→5'方向移动,利用体系中的4种2'-脱氧核糖核苷酸(dNTP)聚合成一条与模板互补(沿5'→3'方向)的DNA新生链。如果在体系中加入2',3'-双脱氧核苷三磷酸(ddNTP),当它们掺入正在合成的新链DNA后,由于其在脱氧核糖3'位置上没有羟基,因而不能与后续dNTP的5'磷酸基团之间形成磷酸二酯键,合成中的新DNA链在这个位置上终止延伸。这样如果在DNA合成体系中,既有正常反应所需的4种dNTP,同时又加入了一定比例的ddNTP,那么新合成的DNA链在掺入这种dNTP的位置,即可能掺入同种ddNTP,导致新合成链在凡是应该掺入这种核苷酸的位置就有可能随机终止。由于存在这样一种ddNTP与同种dNrrP的竞争,合成产物即为一系列长度不同的多核苷酸片段。这些片段的5'端是固定的,而终止点随模板链碱基序列而改变。5'GCGAAGAGT 3'
基因D编码一个对肌肉发育十分重要的酶。以下为对两个小孩的研究结果。
小孩1:

小孩2:

41. 你如何解释小孩2酶活低的原因。
基因的表达正常,但活性大大降低,说明可能发生了突变,从而影响酶活性。
42. 你如何解释两个小孩Southern杂交结果的差异?
基因D发生了一个点突变,碱基序列的改变产生了一个新的酶切位点,可以被XhoⅠ识别和消化。使得个体2的Southern杂交结果出现两条带纹。
43. 某一质粒载体具有Tet
r和Kan
r的选择性标记,在Kan
r基因内部有一BarnH Ⅰ切点。现用Barn H Ⅰ切割该载体进行基因克隆,问:(1)转化后涂皿时应加何种抗生素?(2)培养后长出的菌落具有什么样的抗性表型?(3)如何利用抗性变化筛选到含有插入片段的重组子?
加抗生素Tet;抗Tet,对Kan敏感;把涂皿形成的菌落影印到新的含Kan的平皿中,凡是不能生长的克隆就是阳性克隆。
44. 假设你已经把玉米中一个与光合成有关的蛋白质基因克隆到了质粒载体中。希望知道该基因是否在根和其他非光合组织中起作用,请提出你的实验方案。
①把已经克隆的基因经标记作为探针使用。从根或其他非光合组织中提取RNA进行Northem印迹。②设计特异引物,从根或其他非光合组织中提取RNA进行RT-PCR,或荧光定量PCR。
45. 普通PCR与随机引物PCR(RAPD)有何区别?
①引物不同。普通PCR为双引物,且较长20bp左右;RAPD用单引物且较短,10bp左右;②复性温度不同。普通PCR较高,45℃以上;RAPD较低,40℃以下;③扩增产物不同。普通PCR产物序列已知,且单一;RAPD产物未知且多样。
46. 简要说明PCR技术的工作原理并举几例说明该技术在分子生物学不同研究内容中的应用。
(1)基本原理:在高温下使DNA变性成为单链;在较低的温度下引物与单链DNA在互补位置结合,形成复合物。把温度调节到DNA聚合酶的最适温度,以dNTP为原料,以单链DNA为模板从引物的3'端开始合成一条新的DNA双链。重复这一过程就可以使靶DNA特异扩增。
(2)应用:用于制备目的PCR、用于检测目的PCR、用于引入突变的PCR、用于扩增未知区域的PCR等。
47. 某一显花植物的隐性矮秆突变体是由于基因缺失造成的。试设计一可操作的实验方案克隆它的野生型基因。
把正常植株的基因组DNA与隐性矮秆植株的基因组DNA进行差减杂交。
48. YAC载体上具有什么样的功能性DNA序列?
复制起点、着丝粒和端粒。具有克隆数百kb碱基对DNA的能力。因此,利用它作载体构建基因文库可以显著减少克隆的数目,降低在因文库筛选的难度,同时也加快了染色体步移的速度。
49. 什么是限制性内切核酸酶的星号活力?它受哪些因素的影响?
酶切条件的改变会对限制性内切核酸酶的专一性造成影响,识别序列和切割都有一些变化,改变后的活性就是星号活力。诱发因素包括:甘油浓度大于5%;限制酶过量;低离子强度;高pH;有机溶剂的存在;非Mg2+的二价阳离子存在等。
50. 什么是测序酶(sequenase)?
采用缺失的方法,使野生型的酶失去3'→5'外切酶活性,保留聚合酶活性,聚合能力提高了数倍。属于序列测定专用酶。
51. 简单比较Sotlthern印迹、Northern印迹、Western印迹和点印迹的区别和用途。
Southern杂交用于检测待测DNA样品中是否含有与探针同源的DNA片段和大小。
Northern杂交用于检测待测RNA样品中是否含有与探针同源的RNA片段和大小。
点印迹只能检测DNA和RNA样品中是否含有与探针同源的片段而不能得知其大小;但操作简便。
Western杂交利用抗体抗原反应检测某一蛋白质的存在与否。
52. 一个质粒携带有氨苄青霉素抗性基因和卡那霉素抗性基因。利用卡那霉素抗性基因内部的EcoR Ⅰ酶切位点进行人类生长激素基因的克隆。二者连接后转化对两种抗生素都敏感的大肠杆菌菌株。如何鉴别出哪些细菌获得了质粒?哪些细菌含有的质粒上携带有人类生长激素基因?
对氨苄青霉素有抗性的细菌;对氨苄青霉素有抗性、对卡那霉素无抗性的细菌。