2025年大學(xué)《生物科學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——人工合成基因在生物體內(nèi)的表達(dá)調(diào)控考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)的字母填在括號(hào)內(nèi)。）1.在設(shè)計(jì)用于原核生物表達(dá)的外源基因時(shí)，為了提高翻譯效率，通常重點(diǎn)優(yōu)化的是（）。A.基因的GC含量B.編碼區(qū)的密碼子使用頻率，使其接近宿主菌偏好性C.基因中內(nèi)含子的數(shù)量和位置D.轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)的選擇2.下列哪種啟動(dòng)子通常用于需要精確控制基因表達(dá)時(shí)間的實(shí)驗(yàn)中？（）A.熱休克蛋白基因的啟動(dòng)子B.細(xì)菌的組成型啟動(dòng)子pLC.受特定誘導(dǎo)劑（如IPTG）控制的啟動(dòng)子pBADD.真核細(xì)胞的默認(rèn)啟動(dòng)子3.將人工合成的目的基因片段連接到表達(dá)載體上時(shí)，通常需要使用（）。A.DNA連接酶和RNA聚合酶B.限制性內(nèi)切酶和DNA連接酶C.轉(zhuǎn)錄因子和RNA聚合酶D.RNA連接酶和RNA聚合酶4.下列關(guān)于核糖體結(jié)合位點(diǎn)（RBS）的敘述，錯(cuò)誤的是（）。A.位于真核信使RNA（mRNA）的5'端，核糖體結(jié)合蛋白結(jié)合的位點(diǎn)B.位于原核信使RNA（mRNA）的5'端，決定翻譯起始的位點(diǎn)C.其序列和間距會(huì)影響翻譯起始的效率D.在真核生物中被稱為Kozak序列5.在將表達(dá)載體導(dǎo)入宿主細(xì)胞的過(guò)程中，如果宿主細(xì)胞是細(xì)菌，常用的方法是（）。A.電穿孔B.病毒轉(zhuǎn)導(dǎo)C.化學(xué)轉(zhuǎn)化D.微注射6.為了篩選成功導(dǎo)入了表達(dá)載體的宿主細(xì)胞，載體上通常會(huì)包含（）。A.特異性啟動(dòng)子B.選擇標(biāo)記基因（如抗性基因）C.調(diào)控蛋白基因D.蛋白質(zhì)終止密碼子7.下列哪種技術(shù)通常用于檢測(cè)外源基因是否在宿主細(xì)胞中成功轉(zhuǎn)錄成mRNA？（）A.WesternBlotB.RT-PCRC.ELISAD.SouthernBlot8.如果在異源表達(dá)系統(tǒng)中，外源蛋白的表達(dá)水平很低，可能的原因之一是（）。A.宿主細(xì)胞缺乏合適的轉(zhuǎn)錄終止信號(hào)B.所選用的啟動(dòng)子強(qiáng)度不夠C.基因的密碼子與宿主偏好性差異較大D.蛋白質(zhì)加工修飾途徑不兼容9.限制性核酸內(nèi)切酶的主要功能是（）。A.合成DNA片段B.連接DNA片段C.切割DNA分子，產(chǎn)生特定位點(diǎn)的粘性末端或平末端D.轉(zhuǎn)錄DNA為RNA10.RNA干擾（RNAi）現(xiàn)象對(duì)基因表達(dá)可能產(chǎn)生的影響是（）。A.提高外源基因的表達(dá)水平B.導(dǎo)致宿主基因的隨機(jī)失活C.使外源基因的mRNA降解，從而抑制其表達(dá)D.促進(jìn)蛋白質(zhì)的翻譯二、填空題（每空1分，共15分。請(qǐng)將答案填在橫線上。）1.人工合成基因通常需要考慮密碼子優(yōu)化，以適應(yīng)_宿主細(xì)胞_的偏好性，從而提高翻譯效率。2.表達(dá)載體是用于在宿主細(xì)胞中_表達(dá)_外源基因的工具質(zhì)?；虿《据d體。3.啟動(dòng)子是RNA聚合酶結(jié)合并開(kāi)始_轉(zhuǎn)錄_的位點(diǎn)，通常包含核心啟動(dòng)子和上游調(diào)控元件。4.核糖體結(jié)合位點(diǎn)（RBS）位于原核mRNA的_5'_端，為核糖體識(shí)別并結(jié)合提供序列。5.將目的基因片段插入表達(dá)載體多采用_限制性內(nèi)切酶_切割和DNA連接酶連接的技術(shù)。6.基因表達(dá)調(diào)控在真核生物中比原核生物更為復(fù)雜，涉及轉(zhuǎn)錄水平、轉(zhuǎn)錄后水平、_翻譯水平_和翻譯后水平等多種層次的調(diào)控。7.為了使外源基因在真核細(xì)胞中高效表達(dá)，通常需要構(gòu)建包含合適_啟動(dòng)子_和轉(zhuǎn)錄終止信號(hào)的表達(dá)盒。8.基因工程中常用的工具酶包括限制性內(nèi)切酶、_DNA連接酶_、DNA聚合酶、反轉(zhuǎn)錄酶等。9.人工合成基因的長(zhǎng)度通常受限于合成技術(shù)的限制，對(duì)于較長(zhǎng)的基因，可采用_逐步合成_或PCR重疊延伸等方法。10.在進(jìn)行基因表達(dá)時(shí)，選擇合適的_宿主生物_非常重要，因?yàn)樗鼤?huì)影響表達(dá)效率和蛋白的加工修飾。三、名詞解釋（每題3分，共12分。請(qǐng)給出簡(jiǎn)潔、準(zhǔn)確的定義。）1.基因優(yōu)化2.表達(dá)載體3.核糖體結(jié)合位點(diǎn)（RBS）4.可誘導(dǎo)表達(dá)系統(tǒng)四、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分。請(qǐng)簡(jiǎn)要回答下列問(wèn)題。）1.簡(jiǎn)述將一段基因組DNA序列人工合成的大致步驟。2.比較真核表達(dá)載體與原核表達(dá)載體在結(jié)構(gòu)上的主要區(qū)別。3.簡(jiǎn)述影響外源基因在異源生物中表達(dá)效率的幾個(gè)關(guān)鍵因素。4.為什么在構(gòu)建表達(dá)系統(tǒng)時(shí)，常常需要對(duì)人工合成的基因進(jìn)行密碼子優(yōu)化？五、論述題（每題8分，共16分。請(qǐng)結(jié)合所學(xué)知識(shí)，詳細(xì)闡述下列問(wèn)題。）1.設(shè)計(jì)一個(gè)在畢赤酵母中表達(dá)異源分泌蛋白的表達(dá)系統(tǒng)，需要考慮哪些關(guān)鍵要素？請(qǐng)簡(jiǎn)述設(shè)計(jì)思路。2.試述基因表達(dá)調(diào)控在基因工程應(yīng)用中的重要性，并舉例說(shuō)明如何通過(guò)改造表達(dá)調(diào)控元件來(lái)優(yōu)化基因表達(dá)。---試卷答案一、選擇題1.B2.C3.B4.A5.C6.B7.B8.B9.C10.C二、填空題1.宿主細(xì)胞2.表達(dá)3.轉(zhuǎn)錄4.5'5.限制性內(nèi)切酶6.翻譯水平7.啟動(dòng)子8.DNA連接酶9.逐步合成10.宿主生物三、名詞解釋1.基因優(yōu)化：根據(jù)目標(biāo)宿主細(xì)胞或生物的密碼子使用偏好性，對(duì)基因序列（特別是編碼區(qū)）進(jìn)行修改，以增加mRNA的翻譯效率或改善蛋白質(zhì)的正確折疊。2.表達(dá)載體：一種經(jīng)過(guò)改造的質(zhì)?；虿《据d體，含有有效的啟動(dòng)子、終止子、選擇標(biāo)記等元件，用于在宿主細(xì)胞中導(dǎo)入并穩(wěn)定維持外源基因，并控制其表達(dá)。3.核糖體結(jié)合位點(diǎn)（RBS）：位于原核信使RNA（mRNA）5'端起始密碼子上游的一段保守序列（通常約6-9個(gè)核苷酸），是核糖體識(shí)別并結(jié)合mRNA，從而啟動(dòng)翻譯的關(guān)鍵位點(diǎn)。4.可誘導(dǎo)表達(dá)系統(tǒng)：指基因的表達(dá)水平可以通過(guò)外加特定誘導(dǎo)劑（如化學(xué)物質(zhì)、光照、溫度變化等）來(lái)精確控制的開(kāi)關(guān)式表達(dá)系統(tǒng)，常用的如lac啟動(dòng)子系統(tǒng)（IPTG誘導(dǎo)）或Tet啟動(dòng)子系統(tǒng)（Dox誘導(dǎo)）。四、簡(jiǎn)答題1.人工合成基因的大致步驟通常包括：首先，根據(jù)目標(biāo)基因的已知序列或設(shè)計(jì)的新序列，合成數(shù)個(gè)短的寡核苷酸片段（Oligos）；然后，通過(guò)PCR重疊延伸或其他長(zhǎng)片段合成技術(shù)，將這些片段連接起來(lái)，逐步合成完整的基因片段；最后，對(duì)合成的基因進(jìn)行測(cè)序驗(yàn)證，確保序列正確無(wú)誤。2.真核表達(dá)載體與原核表達(dá)載體相比，主要區(qū)別在于：?jiǎn)?dòng)子不同（真核使用啟動(dòng)子驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)錄，如CMV、SV40、TATA-box啟動(dòng)子；原核使用啟動(dòng)子如pL、pR等，受IPTG等誘導(dǎo)劑控制）；通常包含增強(qiáng)子元件；轉(zhuǎn)錄終止信號(hào)不同（真核使用多聚腺苷酸化信號(hào)）；翻譯起始信號(hào)不同（真核使用Kozak序列作為RBS）；常常包含選擇標(biāo)記基因（如Neo抗性基因、G418抗性基因）和增強(qiáng)子，有時(shí)還包含PolyA信號(hào)等用于mRNA穩(wěn)定性的元件。3.影響外源基因在異源生物中表達(dá)效率的關(guān)鍵因素包括：?jiǎn)?dòng)子的強(qiáng)度和特異性；核糖體結(jié)合位點(diǎn)（RBS）的序列和位置；基因的密碼子優(yōu)化程度（與宿主偏好性匹配）；是否存在內(nèi)含子或需要加工的信號(hào)序列；是否存在抑制性RNA（如miRNA、siRNA）；轉(zhuǎn)錄后加工（如mRNA穩(wěn)定性、運(yùn)輸）；翻譯水平的調(diào)控元件；蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性及翻譯后修飾等。4.構(gòu)建表達(dá)系統(tǒng)時(shí)，常常需要對(duì)人工合成的基因進(jìn)行密碼子優(yōu)化，主要是因?yàn)椴煌锓N或細(xì)胞類型對(duì)密碼子的使用頻率存在顯著差異（即密碼子偏好性）。如果外源基因的密碼子使用不符合宿主細(xì)胞的偏好，會(huì)導(dǎo)致核糖體識(shí)別效率降低、tRNA池不平衡、翻譯延長(zhǎng)速度改變等問(wèn)題，從而顯著降低外源蛋白的表達(dá)水平，甚至導(dǎo)致翻譯停滯或產(chǎn)生無(wú)功能蛋白。通過(guò)優(yōu)化密碼子，可以使外源基因的mRNA更符合宿主的翻譯機(jī)制，從而提高翻譯效率和蛋白產(chǎn)量。五、論述題1.設(shè)計(jì)一個(gè)在畢赤酵母中表達(dá)異源分泌蛋白的表達(dá)系統(tǒng)，需要考慮以下關(guān)鍵要素和設(shè)計(jì)思路：*宿主系統(tǒng)選擇：畢赤酵母（*Saccharomycescerevisiae*）是常用的真核表達(dá)宿主，特別是其甲醇誘導(dǎo)型表達(dá)系統(tǒng)（如pGAP啟動(dòng)子驅(qū)動(dòng)的菌株）便于分泌蛋白的生產(chǎn)。*表達(dá)載體構(gòu)建：需要構(gòu)建一個(gè)畢赤酵母表達(dá)載體，包含：①?gòu)?qiáng)啟動(dòng)子，如pGAP啟動(dòng)子（甲醇誘導(dǎo)）或更強(qiáng)的異源啟動(dòng)子（如GAP啟動(dòng)子、AOX1啟動(dòng)子）；②異源蛋白的編碼序列；③分泌信號(hào)序列（SignalSequence），通常是來(lái)源于分泌蛋白（如胰蛋白酶抑制劑、α-淀粉酶）的信號(hào)肽，將其置于編碼序列的N端，以確保合成的蛋白能正確進(jìn)入分泌途徑，最終分泌到酵母細(xì)胞外；④轉(zhuǎn)錄終止信號(hào)，如釀酒酵母3'端加尾信號(hào)；⑤可選的選擇標(biāo)記（如His3、Ura3），用于篩選成功轉(zhuǎn)化酵母的菌株。*設(shè)計(jì)思路：將編碼目標(biāo)蛋白的cDNA片段，通過(guò)PCR擴(kuò)增（可能需要引入合適的酶切位點(diǎn)），與含有分泌信號(hào)肽的表達(dá)盒、選擇標(biāo)記等元件連接，構(gòu)建在畢赤酵母復(fù)制起點(diǎn)、篩選標(biāo)記和合適的啟動(dòng)子控制下的表達(dá)質(zhì)粒。將此質(zhì)粒轉(zhuǎn)化入畢赤酵母宿主細(xì)胞中。*表達(dá)與誘導(dǎo)：轉(zhuǎn)化后的酵母菌在基本培養(yǎng)基（缺乏甲醇）上生長(zhǎng)，此時(shí)啟動(dòng)子通常不活躍或活性很低。當(dāng)培養(yǎng)基中補(bǔ)充甲醇后，誘導(dǎo)pGAP等啟動(dòng)子表達(dá)，異源蛋白開(kāi)始合成，并借助信號(hào)肽被分泌到培養(yǎng)基中。可以通過(guò)收集培養(yǎng)液，純化目標(biāo)蛋白。*優(yōu)化考慮：可能需要優(yōu)化啟動(dòng)子強(qiáng)度、調(diào)整信號(hào)肽選擇、優(yōu)化密碼子等，以獲得最高的分泌表達(dá)量和正確的蛋白折疊。2.基因表達(dá)調(diào)控在基因工程應(yīng)用中至關(guān)重要，因?yàn)樗苯佑绊懲庠椿虻谋磉_(dá)效率、表達(dá)時(shí)空模式以及最終產(chǎn)物的質(zhì)量和功能性。通過(guò)改造表達(dá)調(diào)控元件，可以優(yōu)化基因表達(dá)，滿足不同應(yīng)用需求。例如：*提高表達(dá)水平：通過(guò)選擇更強(qiáng)的啟動(dòng)子（如將弱啟動(dòng)子替換為強(qiáng)啟動(dòng)子，如CMV啟動(dòng)子），或優(yōu)化核糖體結(jié)合位點(diǎn)（RBS）序列，可以顯著提高外源基因的轉(zhuǎn)錄或翻譯效率，從而增加目標(biāo)蛋白的產(chǎn)量。例如，在工業(yè)生產(chǎn)中，需要高產(chǎn)量的酶或蛋白質(zhì)，就必須強(qiáng)化其表達(dá)調(diào)控。*實(shí)現(xiàn)時(shí)空特異性表達(dá)：通過(guò)使用組織特異性啟動(dòng)子或誘導(dǎo)型啟動(dòng)子，可以使外源基因只在特定的組織、細(xì)胞類型或響應(yīng)特定環(huán)境信號(hào)（如溫度、光照、添加特定誘導(dǎo)劑）時(shí)才表達(dá)。例如，在植物轉(zhuǎn)基因中，使用花器官特異性啟動(dòng)子只表達(dá)報(bào)告基因或藥用蛋白，避免在非目標(biāo)部位積累；在動(dòng)物細(xì)胞工程中，使用IPTG誘導(dǎo)的啟動(dòng)子，可以在需要時(shí)才啟動(dòng)基因表達(dá)，便于控制和收獲蛋白。*控制表達(dá)節(jié)奏與幅度：使用可調(diào)節(jié)的啟動(dòng)子系統(tǒng)（如四環(huán)素??應(yīng)系統(tǒng)Tet-On/Tet-Off）或合成生物學(xué)設(shè)計(jì)的基因開(kāi)關(guān)，可以根據(jù)需要精確控制基因表達(dá)的開(kāi)啟、關(guān)閉或表達(dá)量的大小，這對(duì)于研究基因功能或生產(chǎn)需要精確劑量控制的蛋白（如藥物）非常重要