摘  要  基因工程是高中生物教學的重點和難點，理解重組質粒的相關知識是突破難點的關鍵所在。本文以高考試題評析的形式，辨析重組質粒的疑難問題，旨在為以后的高三復習備考提供參考。

 

關鍵詞  重組質粒  辨析  限制性核酸內切酶  目的基因

 

 

例題（2011年高考理綜浙江卷第6題）將ada（腺苷酸脫氨酶基因）通過質粒pET28b導入大腸桿菌并成功表達腺苷酸脫氨酶。下列敘述錯誤的是

 

A．每個大腸桿菌細胞至少含一個重組質粒

 

B．每個重組質粒至少含一個限制性核酸內切酶識別位點

 

C．每個限制性核酸內切酶識別位點至少插入一個ada

 

D．每個插入的ada至少表達一個腺苷酸脫氨酶分子

 

參考答案：C

 

考生對A選項基本沒有異議，因為題干中說明了ada已在大腸桿菌細胞內成功表達，說明大腸桿菌細胞內必定含有攜帶ada的重組質粒，故A選項表述的含義正確。B、C、D三個選項在師生中引起廣泛爭議，甚至有人認為試題存在科學性錯誤。下面是一些具有代表性的錯誤觀點和筆者對相關疑難問題的闡述。

 

1 重組質粒是否含有限制性核酸內切酶識別位點

 

認為B選項表述的含義是錯誤的原因分析：目的基因和質粒能夠形成重組質粒的關鍵是目的基因和質粒被限制性核酸內切酶切割后具有相同的粘性末端。形成相同的粘性末端可以采用兩種方法：①用相同的限制性核酸內切酶切割目的基因和質粒；②用同尾酶切割目的基因和質粒。若選擇同尾酶分別切割目的基因和質粒，再由DNA連接酶作用形成重組質粒。該重組質�？赡軣o法被同尾酶中的任何一種限制性核酸內切酶識別和切割。如限制酶BglⅡ的識別序列為A↓GATCT（↓表示切割位點，下同），限制酶BamHⅠ的識別序列為 G↓GATCC。若用BglⅡ切割目的基因（見圖1），用BamHⅠ切割質粒（見圖2），可獲得具有相同粘性末端序列（GATC）的DNA片段。再用DNA連接酶處理形成重組質粒（見圖3），其“接點”的堿基序列為5’ AGATCC 3’，既不能被BglⅡ識別，也不能被BamHⅠ識別，故認為重組質�？赡懿淮嬖谙拗菩院怂醿惹忻傅淖R別位點。 

 

 

 

 

實際上基因工程技術的操作過程中會遇到很多問題，如重組質粒導入受體細胞后，目的基因的表達可能會出現目的基因不表達、表達水平過低或過高、表達產物的氨基酸序列差錯等多種表達異常情況。當出現目的基因的表達異常時，需要回收目的基因，并對目的基因進行加工修飾，最終使目的基因表達出人們所預期的效果。因此在構建重組質粒時，要求連接形成的“接點”序列，必須能被特定的限制性核酸內切酶識別、切割，以便回收插入質粒的目的基因。以圖3所示的重組質粒為例，它還可以被識別序列為↓GATC的限制性核酸內切酶切割回收。如使用MboⅠ或Sau3A（兩者的識別序列都為↓GATC）處理該重組質粒時，在兩個“接點”位置將重組質粒重新切割開，形成兩個片段，即目的基因和質粒（見圖4）。

 

 

因此B選項表述的“每個重組質粒至少含一個限制性核酸內切酶識別位點”是正確的。當然準確地說應該至少含有兩個限制性核酸內切酶識別位點。

 

2 質粒的每個限制性核酸內切酶識別位點是否都要插入目的基因

 

認為C選項表述的含義是正確的原因分析：具有一種或多種限制性核酸內切酶的單一切割位點是理想質粒載體的基本條件之一，同時該切割位點就是目的基因的插入位點。也就是說如果用某一特定的限制性核酸內切酶（如BamHⅠ）作用于基因工程質粒載體（如pET28b）只會產生一個切口，故認為該切口插入一個目的基因（如ada）是目的基因成功表達（如合成腺苷酸脫氨酶）的前提條件。

 

基因工程通常不選擇天然質粒直接作為目的基因的載體，而選擇以天然質粒為基礎，人工改造和組建形成的實用質粒作為目的基因的載體。這種實用質粒不是單純為某一目的基因構建的，而需要有較廣泛的使用功能，也就是說要能夠和多種目的基因形成重組質粒。由于不同的目的基因兩端的堿基序列存在差異，因此提取不同的目的基因選擇的限制性核酸內切酶也不同，所以這種實用質粒就需要有多種限制性核酸內切酶的單一切割位點。如質粒pET28b具有BamHⅠ、BglⅡ、HindⅢ等16種限制性核酸內切酶的單一切割位點，若用BamHⅠ處理質粒pET28b，在其產生的切口中插入ada形成重組質粒，該重組質粒的另外15個限制性核酸內切酶識別位點都沒有插入ada。故C選項的含義錯誤。

 

3 每個插入的目的基因是否都要表達

 

認為D選項表述的含義是錯誤的原因分析：重組質粒隨機導入大腸桿菌細胞內，可能存在多個重組質粒同時導入同一個大腸桿菌細胞內的情況。此時只要其中一個重組質粒上的ada表達，其它重組質粒上的ada不表達，該大腸桿菌也能夠合成腺苷酸脫氨酶。故認為插入質粒的ada不一定都表達了腺苷酸脫氨酶分子。

 

基因工程技術操作過程，需要對轉化條件的控制，使每個受體細胞只進入一個重組DNA分子[1]。也就是說試題中提到的大腸桿菌細胞內只含有一個重組質粒，因此只要該大腸桿菌有腺苷酸脫氨酶的產生，就說明插入的ada至少表達一個腺苷酸脫氨酶分子。故D選項的含義正確。

 

綜上所述，該試題本身并沒有科學性的錯誤。導致考生困惑的主要原因是教師在教學過程中僅僅停留在基因工程的基本原理和理想化的簡要步驟的層面上，沒有抓住重組質粒的形成、特點和表達等核心問題，闡述基因工程的相關知識。

 

對今后教學的啟示：基因工程的教學應選擇學生感興趣的實例（如胰島素、乙肝疫苗的生產等），將具體的研究過程和生產工藝作為學生課外預習材料，課堂上引導學生歸納原理和基本生產步驟。再以重組質粒為核心概念對相關疑難點進行探討。這種以科學實例為基礎的合作探究式教學不僅可以幫助學生構建知識網絡，突破難點，而且能夠有效激發學生的學習興趣，培養學生搜集信息和自主學習的能力，也是符合新課程理念的有效教學方法。

本文來自：逍遙右腦記憶 /gaoyi/72937.html

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