王戎疆 張 立 佟向軍范六民 劉寶玉
(1北京大學生命科學學院 北京 100871 2北京師范大學生命科學學院 北京 100875 3天津市第一中學 天津 300051)
總分:100分
考試時間:90 min
共15題
本考題由3部分組成。
第1部分:質(zhì)粒的限制酶圖(48分);
第2部分:基于PCR的酵母突變體基因分型(37分);
第3部分:突變酵母的氨基酸營養(yǎng)缺陷(15分)。
任務1:
1)檢查材料和設備。
2)選擇限制酶。
3)孵育酶切反應。
4)配制瓊脂糖凝膠。
5)準備樣品并加載凝膠。
6)凝膠電泳*。
任務2:
7)拍攝凝膠照片及回答問題。
8)設置PCR反應。
9)PCR反應。
10)準備樣品并加載凝膠。
11)凝膠電泳*。
任務3:
12)拍攝凝膠照片及回答問題。
13)觀察和推論。
*注意:在操作時使用同一塊凝膠上不同的樣品孔。
材料和設備
現(xiàn)代生物技術(shù)作為21世紀的主要技術(shù)之一,它產(chǎn)生于食品研究,同時又很快被應用于食品生產(chǎn)。對于解決國家糧食危機,轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品舉足輕重。但隨著轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品對人們?nèi)粘I畹挠绊懖粩鄶U大,其安全性遭到質(zhì)疑。如何應對轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品,成了政府迫切需要解決的問題。目前,全球各國都在尋求一條有效途徑,來平衡兩者的沖突。如何用法律制度對其進行規(guī)制,已成為人類目前面臨的重要問題之一。
為了完成實驗工作,你需要下面列出的材料。請確??梢垣@取這些材料。每位考生只有一份實驗材料,在考試過程中請謹慎操作。
請注意:1)為了完成分析,實驗中提供的所有液體試劑都超過了所需用量的2倍。在實驗過程中出現(xiàn)溢出或錯誤時,不提供附加材料(包括實驗器材和瓊脂糖凝膠)。2)為了在管底收集液體,請使用手冊中注明的技術(shù)。3)考試的目的之一是測試你的實驗工作技能。4)標簽上標有藍線的試管應一直保存在冰上。5)所有溶液都處于冷凍狀態(tài),所以你必須在使用前對其進行解凍和混勻。
材料編號 數(shù)量 材料 在本試卷中需要使用的部分A 1 微量移液管 1~10 μL 1,2 B 1 微量移液管 20~200 μL 1,2 C 1 盒移液槍白槍頭 1~10 μL 1,2 D 1 盒移液槍黃槍頭 20~200 μL 1,2 E 1 PCR管架 1,2 F 1 1.5 mL 管架 1,2 G 5 1.5 mL管(有管蓋)2 H 2 0.2 mL PCR管(有管蓋,不要將管和蓋分開)1,2 I 1 12孔瓊脂糖凝膠(請勿打開包裝,直到你準備加載凝膠)1,2 J 1 OneRun電泳系統(tǒng);緩沖液 1,2 K 1 記號筆 1,2 L 1 秒表/定時器 1,2 M 1 紙巾 1,2 N 1 一套塑料手套(在候考時發(fā)放)1,2 O 2 拉鎖袋(信封)1,2 P 1 含有8種不同培養(yǎng)基上生長的酵母照片的手冊 3 Q 1 用于生成各種氨基酸的生化反應圖(在工作區(qū)的墻上)3 R 1 1 Kb Plus DNA marker 1,2 S 1 聯(lián)系考務人員時所需的粉紅卡片 1,2,3 T 2 小型標簽 1,2 U 1 大標簽 1 V 1 540 μL 水 1,2
材料H:具有國家代碼和學生編號的ID標簽和試管
冰桶含有1.5 mL管和一套液體。
液體編號 數(shù)量 標簽 體積(μL)成分1 1 dNTP 60 dATP、dGTP、dcTP和dTTP 混合物2 1 DNApol緩沖液 140 DNA聚合酶緩沖液(5×)3 1 上樣緩沖液 100 加載緩沖液,用于瓊脂糖凝膠電泳4 1 引物A 30 引物對A 5 1 引物B 30 引物對B 6 1 引物C 30 引物對C 7 1 引物D 30 引物對D 8 1 引物E 30 引物對E 9 1 DNApol 14 脫氧核糖核酸聚合酶10 1 1 Kb marker 12 DNA marker,用于瓊脂糖凝膠電泳11 1 緩沖液1 8 緩沖液1(10×)12 1 緩沖液2 8 緩沖液2(10×)13 1 緩沖液3 8 緩沖液3(10×)14 1 模板WT 6 野生型模板DNA 15 1 突變體模板 6 突變體模板DNA 16 1 質(zhì)粒1 6 質(zhì)粒1 17 1 質(zhì)粒2 6 質(zhì)粒2 18 1 ApaI 6 ApaI限制酶19 1 EcoRI 6 EcoRI限制酶20 1 SmaI 6 SmaI限制酶
1 限制酶選擇(48分)
設計一個實驗以確定釀酒酵母中蛋白質(zhì)Alb的亞細胞定位。實驗策略要求將基因alb(999bp)與編碼2種不同熒光蛋白的序列融合。這是通過將基因克隆到2個質(zhì)粒骨架(pX和pZ)中實現(xiàn)的,最終可得到質(zhì)粒pX:alb和pZ:alb。用2個連接混合物轉(zhuǎn)化大腸桿菌。純化來自2個大腸桿菌轉(zhuǎn)化體的質(zhì)粒,得到“質(zhì)粒管1”和“質(zhì)粒管2”中的DNA。請確定2個管中包含有4個可能質(zhì)粒(pX,pX:alb,pZ或pZ:alb)中的哪2個(每個管中1個)。
問題1.DNA片段大小。(2分)
用標簽表示4種質(zhì)粒完全酶切獲得的DNA片段的預期大小。
限制酶及其最佳反應條件表
對2個質(zhì)粒進行嚴格的限制性內(nèi)切酶設計。
問題2.選擇限制性內(nèi)切酶。(4分)
你有3種限制酶可用:ApaI、EcoRI和SmaI。點擊這3種酶中的一種,可以區(qū)分4種可能的質(zhì)粒。請注意,長度小于100 bp的DNA片段將產(chǎn)生非常微弱的條帶,并且不能準確地確定它們的大小。
A.ApaI B.EcoRI C.SmaI
問題3.設計研究方案。(4分)
步驟:
1)分別用S1、S2、S3和S4標記0.2 mL PCR管。
2)設計酶切實驗,以確保使用所有2種質(zhì)粒,其中包含未切割質(zhì)粒DNA的對照。每個反應的總體積應為10 μL。典型的限制酶酶切包括:2 μL質(zhì)粒DNA,1 μL限制酶,1 μL緩沖液和加水至終體積為10 μL。
用整數(shù)表示添加到4個管中的每一種液體體積(所有量都以μL計)。如果不添加此特定成分,請寫入“0”。
S1(μL)S2(μL)(對照)S3(μL)S4(μL)(對照)質(zhì)粒管1質(zhì)粒管2 ApaI EcoRI SmaI 10 x緩沖液1 10 x緩沖液2 10 x緩沖液3水總?cè)莘e
問題4.酶切的反應條件。(2分)
繼續(xù)步驟:
3)按照問題2中的說明,混合限制性酶切反應的必要組分。
4)將移液器的體積設置為5 μL,并通過在每個管中上下吸打5~10次進行充分混合。始終保持移液管尖端在液體表面以下,避免產(chǎn)生氣泡。
5)將0.2 mL管放在小的拉鏈鎖袋中。關閉袋子,并將標簽上的ID號貼在包裝袋外面。
請指出你用于酶切的反應條件:
A.25℃ B.37℃
繼續(xù)步驟:
6)舉起你的粉紅色卡片與考務人員聯(lián)系,考務人員會將你的樣品送到所選的培養(yǎng)箱。完全酶切質(zhì)粒DNA需要15 min的孵育。
7)20 min后,你的粉紅色卡片會提示你收回樣品。
8)請檢查你是否收到了自己的樣品。
9)向每個樣品中加入3 μL加樣緩沖液。
10)通過上下吸打10次混合(避免產(chǎn)生氣泡)。
使用標準瓊脂糖凝膠電泳方法,通過凝膠電泳分析限制酶酶切的效果。
警告:電氣危險-RunOne電泳儀一旦啟動就不要移動。開始時,請勿將物品穿過設備蓋子的薄片加入。
警告:潛在的危險化學物質(zhì)。當處理瓊脂糖凝膠時,始終佩戴手套,因為它是與DNA結(jié)合染料一起預染的。
建議的操作流程:通過瓊脂糖凝膠電泳分析第1部分和/或第2部分的樣品。a.加載第1部分的樣品并運行15~20 min。b.停止設備。c.加載第2部分樣品。d.重新啟動設備,再運行15~20 min。
電泳方案:1)戴橡膠手套。2)將RunOne電泳室的蓋子抬起直立。3)從白色袋子包取出瓊脂糖凝膠準備進行電泳。拆下透明蓋子,并將凝膠從透明外殼小心地提起。小心處理凝膠,因為它容易斷裂。保留白色袋子供以后使用。4)檢查凝膠是否存在明顯的損壞,如裂縫/缺少孔或凝膠內(nèi)部有氣泡等。如果你發(fā)現(xiàn)此類問題,請立即通過舉起粉紅色卡片向考務人員報告。5)如下圖所示放置凝膠。
繼續(xù)操作步驟:
7)凝膠應完全浸沒在緩沖液中。如果不能,請考務人員提供適當?shù)膸椭?/p>
8)如下2個表(第1部分的樣品、第2部分的樣品)所述裝載瓊脂糖凝膠。加載3 μL 1 Kb marker、13 μL樣品(第1部分)和15 μL(第2部分)。
第1部分(1~5孔)
第2部分(6~12孔)
繼續(xù)電泳步驟:
9)將蓋子放在RunOne裝置上(有標簽的一面向下滑入電源盒)。
10)檢查電壓是否設置為100 V,否則使用“電壓選擇”按鈕。
11)按“運行/停止”按鈕打開電源,運行凝膠電泳15~20 min。請注意,你將無法看到通過凝膠實時遷移的DNA帶,但緩沖液中的藍色指示劑與300 bp DNA片段的遷移速度相同。
12)20 min后,按“運行/停止”按鈕關閉電源。
13)舉起你的卡片,考務人員將帶給你在瓊脂糖凝膠上查看DNA所需的設備,并記錄下來。
14)通過使用你的平板電腦和考務人員為你帶來的設備,將凝膠中的DNA帶記錄下來。考務人員將協(xié)助你進行記錄。
15)將托盤中的瓊脂糖凝膠轉(zhuǎn)移到燈臺上。
16)將黑色照片罩放在燈臺的頂部。
17)將平板電腦放在照相機的頂部,使透鏡向下指向室內(nèi)。
18)拍攝你的凝膠圖片。
問題5.拍照記錄你的DNA電泳結(jié)果。
拍攝DNA凝膠的3張照片。這些圖像將用于判斷你的PCR和限制酶酶切反應是否成功。
上傳你的3張凝膠圖像。
完成拍照,請將凝膠轉(zhuǎn)移到交付的白色袋子里。
問題6.使用限制酶酶切質(zhì)粒DNA。
在下圖中指出質(zhì)粒DNA是否已被添加的限制酶酶切。
現(xiàn)在請根據(jù)提供的標準凝膠圖片,對照你選擇的限制酶獲得的結(jié)果(問題3)。使用這張照片回答問題7和8。請注意,你只有在完成凝膠記錄后才可以使用標準圖片。
問題7.限制酶酶切的DNA片段大小。
如果在限制酶酶切中存在給定大小的DNA片段,則用標簽表示出來。
問題8.每管中質(zhì)粒的鑒定。
指示出每個管中存在哪些質(zhì)粒,不存在哪些質(zhì)粒。如果不能確定管中的質(zhì)粒存在與否,則在最后一列中用“+”表示。
2 基于PCR的基因組遺傳檢測(37分)
前期工作中已經(jīng)分離出突變體酵母菌株。這種酵母菌株在生長培養(yǎng)基中需要酪氨酸和苯丙氨酸才能繁殖。突變體在沒有色氨酸的培養(yǎng)基上生長的能力尚未測試。突變菌株的回交顯示僅單個基因受到了影響。你的任務是確定觀察到的營養(yǎng)缺陷的遺傳基礎。你可以使用5個引物對(下表),每個引物對能檢測編碼芳香族氨基酸生物合成途徑中5種關鍵酶的基因的功能障礙(突變體)等位基因(下圖)。
可用的引物對及它們擴增的基因預期的DNA片段大小
用于形成芳香族氨基酸的生物合成途徑(左上:色氨酸,酪氨酸,苯丙氨酸,假苯甲酸酯,分支酸鹽和莽草酸酯)及編碼途徑中各個酶的基因
問題9.選擇引物對。(5分)
通過結(jié)合5個引物對中2對可用引物(上表)的結(jié)果,可以確定在突變酵母菌株中觀察到的營養(yǎng)需求的遺傳基礎。
在下圖中指出選用的2個引物對(上表中A,B,C,D或E的組合)
步驟:
1)在1.5 mL管中制備PCR反應的混合物:196 μL水+70 μL DNA聚合酶緩沖液(5×)+35 μL dNTP+7 μL DNA聚合酶。
2)將移液管設置為100 μL,上下吹打5~10次。
3)找到0.2 mL PCR管標簽條,并粘貼在一個帶有ID號的小標簽上。
4)標記管1~6(不要將管條分離,否則你的樣品將不能參加PCR反應)。
5)將44 μL混合物平均轉(zhuǎn)移至6個PCR管中的每一個中。
6)對于管1~3,加入5 μL你選擇的第1個引物對。
7)對于管4~6,加入5 μL你選擇的第2個引物對。
8)向管1和4加入1 μL野生型模板DNA。
9)對于管2和5,加入1 μL突變體模板DNA。
10)對于管3和6,加入1 μL水。
11)在PCR程序中將移液管設定為45 μL,上下移動5~10次混合各個反應。關閉蓋子。
3個PCR程序(1~3)(結(jié)束后存儲在10°C)
問題10.選擇PCR程序。(2分)
請指出,如果引物溶解溫度(Tm)為60℃,DNA聚合酶可以以72 bp/s的速度在72℃下合成DNA,則3種PCR程序中哪一種(上表)能夠成功應用于擴增?
A.PCR程序1 B.PCR程序2 C.PCR程序3
重要提示:
1)請確保你按照步驟回答問題9和10。一旦你對答案表示確定,請點擊“LOCK ANSWERS”鎖定。注意:鎖定后,將無法再更改答案。
2)一旦你的答案被鎖定,請舉起卡片,考務人員將把你的樣品轉(zhuǎn)移到PCR儀。PCR程序需要20 min左右才能完成(此時可轉(zhuǎn)到第1部分或第3部分)。
3)20 min后,你的卡片將會提示送回你的樣品。
4)收到樣品后,請檢查它們是否為你的樣品。
5)準備將PCR樣品進行瓊脂糖凝膠電泳,每個樣品中加入10 μL加樣緩沖液,并通過上下吹打5次混合均勻(避免產(chǎn)生氣泡)。
6)按照瓊脂糖凝膠電泳部分所述方法裝載樣品。
7)通過拍攝照片記錄凝膠(該凝膠的照片將被評估,最多可以獲得22分)。你現(xiàn)在將獲得一個標準的凝膠圖片,基于你以前選擇使用的引物對PCR分析。請使用這些信息回答問題11和12。注意:你只有在得到考務人員發(fā)回你的凝膠照片后,才能獲得標準的凝膠圖片。
問題11.DNA片段大小。(4分)
如果給定大小的所得DNA(bp)產(chǎn)物存在,則請在此處注明“+”,并逐列報告結(jié)果。
問題12.功能異常酶的分析。(4分)
根據(jù)你的結(jié)果,指出每種酶功能狀態(tài)。
3 突變酵母的氨基酸營養(yǎng)體分析(15分)
多年來,單倍體真菌釀酒酵母(面包酵母)已被用作模擬生物體,用于闡明真核生物中的新陳代謝過程。酵母通常能夠合成蛋白質(zhì)所需的全部20種氨基酸。在經(jīng)過UV-誘變后,研究人員已經(jīng)分離出各種氨基酸營養(yǎng)缺陷突變體。下面具有8張照片的手冊描繪了在8種不同培養(yǎng)基(A~H)上生長的單倍體釀酒酵母菌株1~5。位置1=無接種物,位置2=菌株1;位置3=菌株2;位置4=菌株3;位置5=菌株4;位置6=菌株5。板A~H的培養(yǎng)基組成在下表中給出。請注意:不要在照片上留下任何注釋。
培養(yǎng)基成分
問題13.菌株生長情況分析。(10分)
記錄各種菌株的生長或缺乏生長,用“+”表示生長,“-”表示不生長。
問題14.功能缺陷的酶的分析。(5分)
基于記錄的生長模式,推導出在5個菌株(1~5)中哪個或哪些最有可能存在功能缺陷的酶(如果有的話)。對于每個突變體,寫入功能缺陷酶所在步驟的數(shù)字(1~31)(見培養(yǎng)基成分表),如果沒有步驟功能失調(diào),則填0。
考試結(jié)束。
(待續(xù))