释疑|有关抗性基因的三个问题

百科   2025-01-22 14:04   云南  

抗性基因的三个问题

在复习基因工程的过程中,发现多次提到抗性基因有关的问题,抗生素是一类药物,用于治疗或预防由细菌引起的感染。它们通过抑制细菌的生长或杀死细菌,帮助人体抵抗细菌感染。下面阐明有关抗性基因的若干问题。
问题1:抗生素可以通过不同的机制对细菌产生作用。常见的抗生素类型及其作用机制。
1. 青霉素类抗生素:作用于细菌细胞壁的合成,干扰其结构,导致细菌细胞壁破裂,细菌死亡。
2. 大环内酯类抗生素:通过阻断细菌蛋白质的合成过程,阻碍细菌的生长和复制。
3. 氨基糖苷类抗生素:抑制细菌蛋白质的合成,通过与细菌的核糖体结合,阻碍蛋白质合成的进行。
4. 四环素类抗生素:抑制细菌的蛋白质合成,通过与细菌的核糖体结合,阻碍蛋白质链的延伸。
5. 氟喹诺酮类抗生素:抑制细菌DNA的复制和转录过程,阻断细菌的生长。
抗生素抗性基因(ARG)是指存在于细菌或其他微生物基因组中的基因,使它们具有对抗生素的抵抗能力。这些基因编码了一系列的蛋白质或其他分子机制,使细菌能够对抗生素产生耐药性。
问题2:抗生素抗性基因(ARG)和常见的抗生素抗性基因。
抗生素抗性基因(ARG)是指存在于细菌或其他微生物基因组中的基因,使它们具有对抗生素的抵抗能力。这些基因编码了一系列的蛋白质或其他分子机制,使细菌能够对抗生素产生耐药性。

1.氨苄青霉素抗性基因(ampr

氨苄青霉素抗性基因是基因操作中使用最广泛的选择标记,绝大多数在大肠杆菌中克隆的质粒载体带有该基因。青霉素可抑制细胞壁肽聚糖的合成,与有关的酶结合并抑制其活性,抑制转肽反应。氨苄青霉素抗性基因编码一个酶,该酶可分泌进入细菌的周质区,抑制转肽反应并催化 β-内酰胺环水解,从而解除了氨苄青霉素的毒性。

2.四环素抗性基因(tetr

四环素可与核糖体 30S 亚基的一种蛋白质结合,从而抑制核糖体的转位。四环素抗性基因编码一个由 399 个氨基酸组成的膜结合蛋白,可阻止四环素进入细胞。pBR322 质粒除了带有氨苄青霉素抗性基因外,还带有四环素抗性基因。

3.氯霉素抗性基因(cat)

氯霉素可与核糖体 50S 亚基结合并抑制蛋白质合成。目前使用的氯霉素抗性基因来源于转导性 P1 噬菌体。cat 基因编码氯霉素乙酰转移酶,一个四聚体细胞质蛋白。在乙酰辅酶 A 存在的条件下,该蛋白催化氯霉素形成氯霉素羟乙酰氧基衍生物,使之不能与核糖体结合。

4.卡那霉素和新霉素抗性基因(kanrneor

卡那霉素和新霉素是一种脱氧链霉胺氮基糖苷,都可与核糖体结合并抑制蛋白质合成。卡那霉素和新霉素抗性基因实际就是一种编码氨基糖苷磷酸转移酶的基因,氨基糖苷磷酸转移酶可使这两种抗生素磷酸化,从而干扰了它们向细胞内的主动转移。在细胞中合成的这种酶可以分泌至外周质腔,保护宿主不受这些抗生素的影响。

问题3:抗生素抗性基因的表达过程。


抗生素的表达过程和一般的基因表达过程相同,有学生问要不要启动子,因为平时的试题图示中并没有出现启动子和终止子(浙科版选择性必修3课后习题有标记出来的启动子和终止子),个人认为,也需要启动子和终止子,只不过质粒是天然的载体,抗性基因应该自带启动子和终止子,当然,人工建立的表达载体可以和目的基因等共用启动子。抗生素抗性基因的表达过程如下:

1.基因转录‌:在细菌中,抗生素抗性基因首先被转录成mRNA。这一过程需要RNA聚合酶的参与,RNA聚合酶识别抗性基因的启动子序列,开始合成mRNA‌。


2‌.翻译‌:转录得到的mRNA随后被运输到核糖体,在这里mRNA作为模板,tRNA携带氨基酸按照mRNA上的密码子顺序合成蛋白质。对于不同的抗生素抗性基因,翻译过程会产生不同的蛋白质,这些蛋白质能够使细菌抵抗特定的抗生素‌。


试题:研究发现,利用基因工程技术编辑基因L,可培育耐盐碱大豆品系。在载体上的限制酶BsaI切点处插入大豆基因L的向导DNA序列,将载体导入大豆细胞后,其转录产物可引导核酸酶特异性结合基因组上的目标序列并发挥作用。载体信息、目标基因L部分序列及相关结果等如图所示。


(1)若用限制酶BsaI分别酶切载体和大豆基因L的向导DNA 序列,理论上是否可进行定向连接并说明理由                     。(答案:可以,因为酶切后分别产生相同的黏性开端)

(2)构建的重组载体通过农杆菌导入大豆细胞,再将大豆细胞经       技术培育为植株,从中筛选出转基因植株需选用的抗生素是   ,原因是                  。(答案:植物组织培养 卡那霉素  重组载体中含有卡那霉素抗性基因,而大豆细胞中不含该基因)

(3)为了鉴定基因编辑是否成功,以选出的转基因大豆①~④的DNA 为模板,通过PCR扩增目标基因L,部分序列信息及可选用的酶切位点如图乙、丙所示,PCR 产物完全酶切后的电泳结果如图丙所示。据图可判断选用的限制酶是           ,其中纯合的突变植株是          (填图丙中序号)。为确认该植株是否为耐盐碱大豆品系,还应做的个体水平检测及结果是            ,即筛选出了耐盐碱大豆,可用于后续的品种选育。(答案:SacⅠ  ④  将该植株种植在盐碱地中,观察其生长情况,能正常生长说明为耐盐碱大豆品系

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