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专题二十八 基因工程与蛋白质工程
拓展一 新冠病毒的核酸检测 Ｔａｑ 探针具有三要素 端连着一个
① Ｍａｎ ：５′－
１ 取样 短波长荧光基团 端连着一个长波长荧光基
． 、３′－
常用方法 咽拭子 鼻拭子和肛拭子取 团 可与靶 中间部位结合的单链
（１） ： 、 、 ＤＮＡ ＤＮＡ
样法 序列
。 。
拭子样本成分 细胞 病毒 细菌 分泌 探针中的两个荧光基团由于距离过近
（２） ： 、 、 、 ② ，
物等 在荧光共振能量转移作用下发生了荧光淬灭
。 ，
样本处理方法 因此检测不到荧光 当探针 的碱基被耐高
（３） 。 ＤＮＡ
密封样本加热灭活后加入微离心管中
温的 聚合酶的核酸酶逐个切掉 会使两个
① ，
ＤＮＡ ，
并在加入裂解缓冲液后 在振荡器中振荡
荧光基团释放出来 解除了荧光淬灭的束缚
， 。
， 。
短波长的荧光基团在激发光的作用下 产生绿
，
色荧光
。
核酸检测过程
（３）
* 3/"
D
JD%/"
对 进行提纯 以离心柱法为例 将
② ＲＮＡ （ ）： JD%/"
含目的 的样本加入离心柱中 其中加入了
1$3
ＲＮＡ ，
'
含 基质的洗涤缓冲液 在离心机中进行离 5BH.BO
ＳｉＯ２ ， I
心 洗涤缓冲液会通过滤过膜除掉样本所有残 5P#+%/"5 F F+
， 8
留的杂质 基质可以吸附 留在管中
，ＳｉＯ２ ＲＮＡ， ；
最后加入洗脱液 重新放入离心机 将 和
新冠病毒 反转录 在试剂盒中
， ， ＲＮＡ
① ＲＮＡ ：ＲＮＡ
分离 从而获得不含蛋白质 抑制剂和其他
逆转录酶的作用下逆转录出与其互补的单链
ＳｉＯ２ ， 、
污染物的纯化
再通过耐高温的 聚合酶组装成双链
ＲＮＡ。
ｃＤＮＡ， ＤＮＡ
２ 核酸检测核心技术———
． ＰＣＲ
样本中获得的 含量少不易检测 需对 ｃＤＮＡ。
ＲＮＡ ， ， 利用高温可以将连接两条 单链的氢
② ＤＮＡ
样本中的 进行扩增 利用的是 技术
ＲＮＡ ， ＰＣＲ 。 键短暂打断 使其以单链形式存在
， 。
检测试剂盒 包含了 反应中
（１）ＰＣＲ ： ＰＣＲ 降低温度 试剂盒中的 Ｔａｑ 探针与目
③ ， Ｍａｎ
需要的逆转录酶 耐高温的 聚合酶 引物
、 ＤＮＡ 、 标 单链互补配对 一段引物也会与该单链
ｃＤＮＡ ，
种 Ｔａｑ 探针等核心材料
（２ ）、 Ｍａｎ 。 结合 耐高温的 聚合酶从引物开始 沿着
， ＤＮＡ ， ５′
Ｔａｑ 探针的结构及特点
（２） Ｍａｎ 的方向引导 的复制 当该酶经过探针
→３′ ＤＮＡ ，
的位置时 其含有的 外切酶可以将探针的碱
， ５′
基依次切除 包括荧光基团也会被释放 最终
， ， ，
此单链重组成了一条完整的 双链 与此同
ＤＮＡ 。
-"J+8 J"J+8
5BR.BOI 时 另一条单链 也被重新组装成一条完整
， ｃＤＮＡ
５３的 双链 这两条新的双链会进行新一轮循 团队成功让中国的棉花纤维增长了 这
ＤＮＡ 。 ０．３ ｃｍ。
环 经过约 次 释放的短波长荧光基团就可以 一突破 让我国的高端棉纺织产业开始摆脱对
， ４５ ， ，
发出足够检测的光 进口棉花的依赖 也使中国的棉花研究达到世
。 ，
通过 仪器中的激发光源和发射光检测 界领先水平 这一研究成果获得国家自然科学
④ ＰＣＲ 。
器 能让每个循环中释放出来的短波长荧光基团发 二等奖 用科学力量开拓出我国棉花产业的新
， ，
出的光被检测到 这些被检测到的荧光就是核酸 格局
， ， 。
检测中的阳性反应 ２ 抗虫棉打破美国的限制
。 ．
拓展二 我国棉花的崛起 上世纪 年代 我国黄淮海流域棉区棉铃
９０ ，
１ 棉纤维长度机制的攻破 虫大爆发 短时间内 多个产棉区被棉铃虫危
． 。 ，
棉花最重要的产物就是棉纤维 由于棉纤 害到几近绝收 农药防治几乎不能有效控制棉
， 。
维具有许多优良经济性状 因此成为主要的纺 铃虫的发生与危害 这场棉铃虫危害曾给国家
， 。
织工业原料 棉纤维质量的优劣主要看两个物 和棉农造成巨大的经济损失 用生物技术手段
。 。
理特性 一是强度 二是长度 防治棉铃虫成了打赢这场棉田保卫战的必然
： ， 。
选择
。
与此同时 美国从苏云金芽孢杆菌中克隆
，
到 Ｂｔ 杀虫基因 利用转基因技术将其转化到棉
，
曾经 我国的原棉品质偏差 中国原棉比美 花中 培育出了转 Ｂｔ 基因抗虫棉 经过基因改
， ， ， 。
国原棉平均长度短了 这 的差距 造 棉花细胞中存在 抗虫蛋白 这种蛋白质专
０．３ ｃｍ， ０．３ ｃｍ ， Ｂｔ ，
就导致了我们需要进口 的进口原棉 因此 门破坏棉铃虫等鳞翅目害虫的消化系统 使其
１／４ 。 ， ，
研究并获得调控纤维细胞伸长的关键基因或关 死亡 而对人畜无害
， 。
键代谢途径 是本领域的核心科学问题 年底 我国科学家为了打破美国的限
， 。 １９９２ ，
芯片数据表明 植物激素乙烯生物合成途 制 研制成功了具有自主知识产权的 转基因
， ， Ｂｔ
径在棉花纤维发育早期显著上调 外源乙烯导 抗虫棉 年 具有两种抗虫基因 Ｂｔ ＣｐＴＩ
， 。 １９９５ ， （ ＋ ）
致棉花纤维显著伸长 三个棉纤维特异表达的 的双价抗虫棉研制成功 年起 我国开始大
， ，１９９７ ，
ＡＣＯ 基因都具有在体外合成植物激素乙烯的功 面积推广种植转基因抗虫棉 这是我国首个批
，
能 超长链脂肪酸通过调控植物激素乙烯的生 准商业化种植的农作物 年正式授权
。 。 １９９８ ，
物合成 影响纤维伸长 通过实验表明 超长链 年该专利被国际知识产权组织及国家知识
， 。 ， ２００１
脂肪酸是控制棉纤维伸长发育的充分和必要条 产权局授予发明专利金奖 它标志着我国成为
。
件 另外 超长链脂肪酸不光影响纤维细胞 还 继美国之后 世界上独立自主成功研制抗虫棉
。 ， ， ，
能影响根毛 主根 侧根的细胞生长 的第二个国家
、 、 。 。
因此 科学家首次在棉纤维伸长过程的调 种植国产转基因抗虫棉后 棉田化学农药
， ，
控机制中 发现饱和超长链脂肪酸作用于乙烯 的使用量显著降低 棉农的劳动强度和防治成
， ，
信号的上游 运用基因工程的手段 提高 ＡＣＯ 或 本也显著下降 棉田生态环境明显改善 我国
， ， ， 。
者 ＫＣＳ 基因的表达强度 可能会提高我国棉花 转基因抗虫棉的成功研发和推广 对于应用转
， ，
的产量和品质 经过 年的反复实验 朱玉贤 基因技术改造农作物提供了良好的借鉴
。 １３ ， 。
５４如今 我国棉花 尤其是新疆棉花已经具有 入致病菌中 增强其抗药性 一般的抗生素将
， ， ， 。
世界顶级品质 可以说 棉花科技是中国赶超美 对这种改造的致病菌不起作用 一旦将它制成
， ， ，
国的一部奋斗史 生物武器投入战场 被感染的人将可能无药可
。 ，
拓展三 转基因技术与生物武器 救 例如 如果在炭疽杆菌中引入一种内酰胺
。 ，
随着分子生物学研究的不断深入以及转基 酶基因 抗生素将对它无效
， 。
因技术的出现 使得利用转基因技术制造各种 ４ 增加选择性与精确性
， ．
新型的病菌 病毒等成为可能 这也为制造新型 人类基因组计划已经完成 有人想利用不
、 ， ，
生物武器提供了可能 利用转基因技术主要可 同人种之间基因的差异 研制只对某个人种起
。 ，
以从以下几个方面对病菌 病毒等进行改造 从 作用的生物武器 例如 有报道称研制出了专
、 ， 。 ，
而增加用它们制成的生物武器的杀伤力 门针对某一种族的生物武器 它可以通过影响
。 ，
１ 增加传染性 人口的出生率 婴儿的死亡率等来对该种族产
． 、
利用转基因技术 可以使本身不具有传染 生长久的影响 这其实也提高了生物武器的精
， 。
性的剧毒物质具有强传染性 例如 眼镜蛇的 确性 即精确地选择攻击目标 利用转基因技
。 ， ， 。
毒素毒性巨大且十分稳定 但它本身不具有传 术提高生物武器的精确性 还包括精确地设计
， ，
染性 有人将眼镜蛇的毒素基因与流感病毒的 损伤类型 如对某些生理功能如学习记忆 精细
， ， 、
基因拼接形成新型病毒 用这种新型病毒制造 动作等造成损害
， 。
的生物武器既具有很强的毒性又具有很强的传 ５ 增加潜伏期
．
染性 利用转基因技术 可以改造生物武器 使它
。 ， ，
２ 增加致病性 具有潜伏期 有报道称改造后的某种生物武器
． ，
通过改变某些病菌 病毒的基因序列 或将 的潜伏期可达十年之久
、 ， 。
多种致病基因拼接在一起 可以制成致病性更 以上这些新型生物武器一旦被使用 带来
， ，
强的生物武器 的危害将是不可估量的 因此 我们应该坚决
。 。 ，
３ 增加抗药性 抵制利用转基因技术来研制生物武器 并坚决
． ，
利用转基因技术 可以将多种抗药基因导 支持全面禁止生物武器 共同维护世界和平
， ， 。
５５
