生物
高校生

ブルーホワイトセレクションの問題です。
最初から分からないので、教えてください。

また、この問題がどこ大?何年度のセンター?か、分かれば教えてください(分かればでいいです)

図2に示した目的の遺伝子をプラスミドに組み込む操作を行った。目的の遺伝子 は塩基配列Iと塩基配列Iではさまれている。また図3に示した大陽菌のプラスミ ドは、B-ガラクトシダーゼ遺伝子と抗生物質Aの耐性遺伝子をもち、B-ガラクト シダーゼ遺伝子の中に塩基配列目をもつ。 塩配列1~Ⅲには, 制限酵素Bamll1. HindI, EcoRVが認識する配列がある。 それぞれの矢印は転写の方向である。 同一の塩基配男をもつ DNA 派片を得るための操作をクローニングといい。 PCR 法や、遺伝子組換えを利用する方法がある。 PCR法は目的の DNA を DNAポリメ ラーゼを用いて試験管内で増幅させる方法である。 遺伝子組換えを利用する方法は、 まず目的の遺伝子を含む DNA と大腸菌のプラスミドを、 同じ制限酵素で処理する。 目的の遺伝子を含む DNA の切断面とプラスミドの切断面は1本鎖部分の塩基どう しが相補的に水素結合するので、 DNA リガーゼを用いてヌクレオチド鎮どうしの 切れ目をつなぎ合わせ、目的の遺伝子をプラスミドに組み込むことができる(図1)。 こうしてつくられた組換えプラスミドを大腸菌に導入する。 この大腸直を培養すれ ば、大陽菌の増殖とともにプラスミドも増え、 目的とする DNA を大量に得ること 抗生物質Aの 耐性遺伝子 プロモーター 目的の遺伝子 一塩基配列 amHI Hind ECORV BamHI FroRVBamHI ベクター く 塩基配列1 塩基配列I ができる。 図 3 図 2 目的の遺伝子 GAATTC CTTAAG GAATTC DNA GAAT TAC CTTAAG 染色体 DNA 制限酵素の切断部分 大腸菌 AAT。 TTA。 プラスミドー 目的遺伝子からつく られるタンパク質の かたまり 図 1 DNAリガーゼ>
問1 図2の塩基配列Iおよび塩基配列Iと、プラスミドの塩基配列を、 それぞ れどの制限酵素で切断すれば、図2の日的の遺伝子を図3のプラスミドに組み 込むことができるか。制限酵素のセットとして適当なものを、次の0~の うちから二つ選べ。ただし、 解答の順序は問わない。 なお,目的の遺伝子およ びブラスミドは、 塩基配列1~Ⅲ以外に制限酵素によって認識される塩基配列 をもたないものとする。 問2 図3のプラスミドに存在するB-ガラクトシダーゼ遺伝子の遺伝子産物は物 質Xを分解し、青色の物質を生成する。 このため, 通常の大腸菌を培養する と白いコロニー*を形成するが、 物質Xを含む培地でB-ガラクトシダーゼ遺 伝子の遺伝子産物をもつ大腸菌を培養すると、 青いコロニーを形成する。 また 抗生物質Aの耐性遺伝子をもつ大腸菌は、 抗生物質Aの存在下でも生存でき る。図2の目的の遺伝子を図3のプラスミドに組み込むことができる制限酵素 1 2 で処理した後、リガーゼを加えて反応させて大量のプラスミドを得た。このプ ラスミドを大腸菌の培養後とあわせ、 大腸菌が導入できるよう処理をした。処 理した大陽菌を物質X と抗生物質Aが含まれる培地で培養したところ、 多く の白いコロニーと, いくつかの青いコロニーが形成された。 青いコロニーを彩 成した大腸菌で起きていることを説明する記述の~Dのうち、考えられるもの を過不足なく含む組合せとして最も適当なものを、 下の0~@のうちから一 塩基配列I 塩基配列I 塩基配列重 0 の BamH1 BamH1 BamHI Hind I Hind HindE EcoRV EcoRV EcoRV の BamH I EcoRV BamHIと EeoRV Hind m EcoRV BamHIとEcoRV つ選べ。 |3 BamHI BcoRV Hindと EcoRV *コロニー:1細胞が分裂を繰り返してできた細胞のかたまりのこと。 O プラスミドが導入されていない。 D 目的の遺伝子が組み込まれていないプラスミドが導入されている。 O B-ガラクトシダーゼ遺伝子を分断する形で、 目的の遺伝子が組み込まれ たプラスミドが導入されている。 の プラスミドの抗生物質A の耐性遺伝子を分断する形で、 目的の遺伝子が 組み込まれたプラスミドが導入されている。 O プラスミドのβ-ガラクトシダーゼの遺伝子が発現している。 の プラスミドの抗生物質Aの耐性遺伝子が発現している。 0 . 6 の O.の @ O. の 6 ④、 © @ O. O 0 O, O. ④) 6 6, O, の

回答

これは、パズルのような問題です。
どのくらい制限酵素について理解されているか分かりませんので、順に説明してみます。添付した図を見ながら読んで下さい。

とりあえず添付図Aを見て下さい。
制限酵素は、それぞれに決まったDNA配列を切断します。BamHIとHindIIIは違った配列を切断し、一方の鎖が少し突き出た切断面を作ります(突出末端と呼びます)。

こんどは逆に制限酵素で切ったDNA断片を繋ぐ時ですが、DNAの末端間でAとT、CとGがペアを作れなければ、繋ぐことが出来ません。ですので、突出末端を作る制限酵素を使った場合は、プラスミドと目的遺伝子の両方を同じ制限酵素で切る必要があります。BamHIで切った末端同士やHindIIIで切った末端同士を繋ぐことが出来ますが、BamHIで切った末端とHindIIIで切った末端を繋ぐことは出来ません。

次は少し応用になりますが、添付図Bを見て下さい。
制限酵素の中には平滑末端といって、上下同じ長さになるように平らに切る酵素があります。問題で出てきたEcoRVもその一つです。この場合はAとT、CとGがペアを作ることを考える必要は無いので、別の酵素で切って平滑になった切断面(添付図BではSmaI)と繋ぐことができます。
ただし、突出末端は一部の塩基が2本鎖になっていないので、そのままでは平滑末端と突出末端を繋ぐことは出来ません。

上のことを理解して問1を見ますと、目的の遺伝子の両端にBamHIで切れる箇所(BamHIサイトと呼びます)があり、ベクタープラスミド(大腸菌の中で増やすためのプラスミド)にもBamHIサイトがあるので、両方をBamHIで切断して繋ぎ合わせることが出来ます。
そして、もう一つ、目的遺伝子とベクタープラスミドの両方にEcoRVサイトがあります。すると、BamHIとEcoRVの混合液で切断すると、
BamHI-[目的の遺伝子]-EcoRV

ベクター]-BamHI EcoRV-[ベクター
ができ、BamHI断面どうし、EcoRV断面どうしが付いて両者を繋ぐことが出来ます。
HindIIIはベクタープラスミドを切ることは出来ますが、目的の遺伝子を切り出すには使えませんし、上で説明したように、BamHIの切断面とHindIIIの切断面を繋げることは出来ません。
よって、①と④が答えになります。
.
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次に問2ですが、問題文にあるように、このベクタープラスミドには2つの働きがあります。
・抗生物質Aに対する耐性をもたせる
・βガラクトシダーゼを発現し、物質Xがあると青く染める

ですが、目的の遺伝子が途中(BamHIやEcoRVサイト)に入ると、βガラクトシダーゼ遺伝子が壊れてしまうので、物質Xがあっても青く染まりません。
問いは「青いコロニーを形成した大腸菌について」ですので、
a:プラスミドが入っていないと抗生物質Aによって大腸菌は増えることが出来ないので、X
b: 正しい
c:βガラクトシダーゼ遺伝子が分断されていると物質Xがあっても青く染めることが出来ないので、X
d:耐性遺伝子が壊れていると、aと同様、増えることが出来ないので、X
e:正しい
f:正しい
まとめると、b,e,fの⑧が正解ではないでしょうか。

解説ありがとうございます。
読みながらもう一度考え直してみて、また何かあったら質問させていただきます。

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