1. 聚羟基脂肪酸酯(PHA)是一种可降解的生物大分子,常用来制备环保塑料包装袋,研究人员通过构建受温度控制的大肠杆菌表达体系来生产PHA。为实现通过温度控制工程菌合成所需的蛋白质,科研人员利用下图方案,构建了相关的基因表达载体,然后将其导入大肠杆菌,获得相应的工程菌。

   

(1) 图1所示的基因表达载体中,RFP基因和GFP基因属于;启动子M和启动子R的类型虽然不同,但是二者都能与结合,启动基因的转录。
(2) 大肠杆菌在30℃和37℃均可生长和繁殖,据图1分析,当培养温度为30℃时,C基因编码的C蛋白形成二聚体,因而大肠杆菌表达荧光蛋白。
(3) PHA的合成过程中,可由单体分子3HB和4HB随机聚合形成随机共聚物;也可以先合成3HB聚合体,再合成4HB聚合体,最后形成分段共聚物(如图2所示),其中分段共聚物形式的pHA品质更佳。请完善以下表格,通过改造上述方案以实现应用工程菌大规模生产优质PHA(不考虑各种酶在不同温度下的活性差异)。

操作

目的

对上述方案表达载体的改造为:①,并加入持续表达启动子连接的②基因。将构建好的表达载体导入大肠杆菌,获得工程菌。

获得可以合成PHA的工程菌。

以③为原料配置培养基,灭菌后加入上述工程菌。

配制培养基、接种。

控制发酵条件:30℃发酵12小时,随后切换至37℃发酵36小时。

发酵48小时,获得3HB

比例为④的分段共聚物。

【考点】
基因工程的操作程序(详细); 基因工程综合;
【答案】

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2. 为更好地利用农杆菌转化玉米,科学家将基因编辑系统引入农杆菌Ti质粒对其进行改造。
(1) Ti质粒在基因工程中常作为。改造后的Ti质粒的部分序列如图1所示,转入玉米细胞后,gRNA能够与玉米细胞DNA特定位点结合,从而引导Cas9蛋白在此位点切断键断开DNA.HR1和HR2与玉米DNA切断位点上下游序列同源,玉米细胞能以同源序列之间的序列为模板合成一段DNA,连接断开的DNA分子,实现外源片段插入。图1中插入玉米染色体的片段能稳定表达和扩增,其他区域的基因只能瞬时表达且无法扩增。在转化玉米的过程中,使用改造后的Tⅰ质粒的优点是

注:HRA为抗除草剂基因:NPTⅡ为卡那霉素抗性基因

(2) 用上述改造后的农杆菌转化玉米幼胚,在培养基中加入除草剂或均能筛选出已发生转化的幼胚。对培养后的植株进行PCR(引物设计如图2),部分植株实验结果如图3。

电泳结果显示号玉米中成功插入了外源基因,自交后(选填“会”或“不会”)发生性状分离。

(3) 标记基因插入转基因作物染色体中往往会影响植物的生长发育,并带来环境安全隐患。现要制备转耐寒CXE-20基因的转基因玉米,请利用该方法设计Ti质粒相关序列,选择相关基因的序号填入Ti质粒部分序列示意图。

①Cas9   ②gRNA   ③HRA   ④NPTⅡ   ⑤CXE-20   ⑥HR1   ⑦HR2

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