基因工程 简答题总结.docx

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基因工程简答题总结

基因工程原理复习题思考题

5、简单叙述同尾酶和同裂酶的差别。

同尾酶：

来源不同，识别的序列不同，但能切出相同的粘性末端，连接后不能被相关的酶同时切割。

同裂酶：

识别序列相同，切割位点有些相同，有些不同。

分完全同裂酶和不完全同裂酶

（PS：

完全同裂酶：

识别位点和切点完全相同。

不完全同裂酶：

识别位点相同，但切点不同。

）

6、连接酶主要有哪些类型？

有何异同点？

影响连接酶连接效果的因素主要有哪些？

类型：

DNA连接酶和RNA连接酶

异同点：

相同点：

都能以DNA为模板，从5'向3'进行核苷酸或脱氧核苷酸的聚合反应。

不同点：

DNA聚合酶识别脱氧核糖核苷酸，在DNA复制中起作用；而RNA聚合酶聚合的是核糖核苷酸，在转录中起作用。

7、试分析提高平端DNA连接效率的可能方法。

（传说中的网上答案）

1、低温下长时间的连接效率比室温下短时间连接的好。

2、在体系中加一点切载体的酶，只要连接后原来的酶切位点消失。

这样可避免载体自连，应该可以大大提高平端连接的效率。

3、足够多的载体和插入片段是最重要的。

4、平端的连接对于离子浓度很敏感

5、尽可能缩小连接反应的体积

6、建议放在四度冰箱连接两天效率更高比14度好

8、基因工程中常用的DNA聚合酶主要有哪些？

1）大肠杆菌DNA聚合酶

2）Klenowfragment

3）T7DNA聚合酶

4）T4DNA聚合酶

5）修饰过的T7DNA聚合酶

6）逆转录酶

7）TaqDNA聚合酶

第四章基因克隆的载体系统

1、作为基因工程载体，其应具备哪些条件？

!

具有针对受体细胞的亲缘性或亲和性（可转移性）；

!

具有合适的筛选标记；

!

具有较高的外源DNA的载装能力；

!

具有多克隆位点（MCS）；

!

具有与特定受体细胞相适应的复制位点或整合位点。

3、载体的类型主要有哪些？

在基因工程操作中如何选择载体？

基因工程中常用的载体（vector）主要包括质粒（plasmid）、噬菌体（phage）和病毒（virus）三大类。

这些载体均需经人工构建，除去致病基因，并赋予一些新的功能，如有利于进行筛选的标志基因、单一的限制酶切点等。

4、质粒转化原理，影响转化率的因素有哪些？

A、化学法（CaCl2法）转化原理：

是Ca2+与细菌外膜磷脂在低温下形成液晶结构，后者经热脉冲发生收缩作用，使细胞膜出现空隙，质粒或DNA重组分子便可进入细胞内（感受态细胞）。

B、电穿孔转化转化原理：

将待转化的质粒或DNA重组连接液加在电穿孔转化仪的样品池中，两极施加高压电场，在强大电场的作用下，细菌细胞壁和细胞膜产生缝隙，质粒或DNA重组分子便可进入细胞内。

影响转化率的主要影响因素:

1）载体本身的性质及其空间构象：

超螺旋构象转化率最高；

2）插入片段的大小：

插入片段越大，转化效率越低；

3）受体细胞的类型及预处理；

4）转化方法：

电击法高于化学法。

5、重组体分子的选择方法主要有哪些？

并简单阐述其原理。

从总体上看，重组体分子的选择与鉴定方法基本上可以分为如下几个类型：

（1）基于载体遗传标记检测法

在构建基因工程载体系统时，载体DNA分子上通常携带了一定的选择性遗传标记基因，转化或转染宿主细胞后可以使后者呈现出特殊的表型或遗传学特性，据此可进行转化子或重组子的初步筛选。

（2）基于克隆DNA序列检测法

Southern印迹杂交：

根据毛细管作用的原理，使在电泳凝胶中分离的DNA片段转移并结合在适当的滤膜上，然后通过与已标记的单链DNA探针的杂交作用以检测这些被转移的DNA片段。

（3）基于外源基因产物检测法

如果目的基因产物能降解某些药物使菌株呈现出抗性标记，或者基因产物与某些药物作用是显颜色反应，则可根据抗性或颜色直接筛选含目的基因的克隆子。

第五章基因的克隆一般方法

1、基因的克隆方法主要有哪些？

并阐述其克隆原理（至少3种，都是书上找的，自选哈，建议必选DDRT-PCR和SSH，原因请看下题）？

1）差减杂交（SH）

通过DNA复性动力学原理富集目的基因序列，并以此构建减数文库的方式来进行目的基因分离克隆的。

2）抑制性差减杂交（SSH）

SSH的核心技术是抑制性PCR，它是一种将检测子cDNA单链标准化步骤和消减杂交步骤结合为一体的技术。

其中标准化步骤均等了检测子中的cDNA单链丰度，而消减杂交步骤去除了检测子和驱赶子之间的共同序列，使检测子和驱赶子之间不同的序列得到扩增。

3）差异显示PCR（DDRT-PCR）

利用真核生物mRNA结尾处有POLY（A）结构，在其3`端设计象5`-T11GA样引物，该引物可与mRNA总数的十二分之一结合，从而使这部分基因得到逆转录，同时结合5`端的随机引物（20条10-mer），可以使不同长度的基因得到扩增。

4）DNA代表性差异分析（DNARDA）

代表性差别分析是通过突变型（驱赶DNA，driverDNA）与野生型（检测DNA，testerDNA）基因组之间的差异来分离和鉴定突变基因的方法。

5）扩增限制性片段长度多样性（AFLP）

基因组DNA经过限制性内切酶消化后，产生粘性末端。

使用人工合成的短的双链接头，该接头一端具有同样的内切酶识别粘性末端，互补连接后成为DNA模板。

接头和与接头相邻的酶切片断的几个碱基序列作为引物的结合位点。

[

2、简单阐述差异显示PCR克隆基因的原理及其优缺点，有何应用？

主要原理：

利用真核生物mRNA结尾处有POLY（A）结构，在其3`端设计象5`-T11GA样引物，该引物可与mRNA总数的十二分之一结合，从而使这部分基因得到逆转录，同时结合5`端的随机引物（20条10-mer），可以使不同长度的基因得到扩增。

优点：

l简便、灵敏、高效、省时，能快速显示mRNA的组成。

l所需的mRNA量少。

l各样本mRNA的差异可同时进行比较。

l扩出的cDNA可直接用于测序、文库筛选等。

缺点：

l假阳性条带多，对低丰度的基因表达不容易检测。

l工作量大。

l无法定量研究。

l扩出的条带往往是3`端比较短的UTR区的一段序列，提供的信息较少。

利用该技术，目前已有越来越多的差别表达基因得以分离和鉴定，在分子生物学和基因工程研究领域发挥了极大的作用。

（P221）

3、抑制性差减杂交的原理与应用。

原理：

SSH的核心技术是抑制性PCR，它是一种将检测子cDNA单链标准化步骤和消减杂交步骤结合为一体的技术。

其中标准化步骤均等了检测子中的cDNA单链丰度，而消减杂交步骤去除了检测子和驱赶子之间的共同序列，使检测子和驱赶子之间不同的序列得到扩增。

应用：

l基因突变体的研究：

如基因的表达与不表达；

l基因时空表达的研究：

如根、茎、叶；

l不同处理条件下的基因表达差异：

如施肥与不施肥、光照与不光照。

4、酵母双杂交技术、噬菌体表面展示技术的原理。

A．酵母双杂交技术原理：

大部分真核生物的位点特异转录激活因子通常具有两个可分隔开的结构域，一个是DNA特异结合域（DNA-bingingdomain,BD），一个是转录激活域（transcriptionalactivationdomain,AD）。

这两个结构域各具功能，互不影响，但一个完整的、具有激活特定基因表达的激活因子必须同时含有这两个结构域，否则无法完成其激活功能。

不同来源的激活因子的BD区与AD区结合后则能特异地激活BD结合基因的表达。

B．噬菌体表面展示技术原理：

当外源DNA片段插入丝状噬菌体基因组的一个外被蛋白基因中时，如果两者读码框结构保持一致，这个外源DNA片段所编码的产物可与此外被蛋白一起以融合蛋白的形式表达，并显示在噬菌体的表面。

利用抗此外源基因编码产物（多肽或蛋白）的抗体，通过亲和纯化，就能从大量的噬菌体中富集、分离出含有所要的基因的融合噬菌体。

然后，通过基因扩增，得到大量所要的目的基因。

5、T-DNA标签法克隆基因的一般技术路线。

Ø农杆菌侵染植物得到转化苗，筛选出表现某种突变性状的个体。

Ø建立突变体基因组文库及野生型基因组文库.

Ø用T-DNA片段做probe筛选突变体文库，获得阳性克隆。

Ø用获得的阳性克隆筛选野生型基因组文库，获得野生型的阳性克隆。

Ø把阳性克隆转化突变体进行功能互补及进行测序分析。

第七章克隆基因的表达

1、通过比较，分析大肠杆菌表达系统和酵母表达系统各有何优缺点。

大肠杆菌表达外源基因的优势：

ò全基因组测序，共有4405个开放型阅读框架；

ò基因克隆表达系统成熟、完善；

ò繁殖迅速、培养简单、操作方便、遗传稳定；

ò被FDA批准为安全的基因工程受体生物。

大肠杆菌表达外源基因的劣势：

ò缺乏对真核生物蛋白质的复性功能；

ò缺乏对真核生物蛋白质的修饰加工系统；

ò内源性蛋白酶降解空间构象不正确的异源蛋白；

ò周质内含有种类繁多的内毒素。

甲醇酵母表达系统的优点：

ü具有强的受严格调控的AOX1启动子

ü表达蛋白的翻译后的加工和修饰

ü营养要求低，工业化生产成本低

ü可高密度发酵

ü表达蛋白可存在于胞内和胞外

酵母表达系统的缺点：

酵母表达蛋白有时会出现蛋白切割问题（这个找不到，XX的）

2、如何提高克隆基因的表达水平？

1）、表达载体的优化设计；

2）、提高目标基因mRNA和目标基因产物的稳定性；

3）、密码子偏爱性；

4）、表达环境条件的优化。

3、克隆基因目的蛋白的表达的形式主要有哪些类型？

表达蛋白按溶解特性通常包括：

不溶性蛋白和可溶性蛋白两类，具体包括如下几种结构形态：

包涵体型蛋白、融合型蛋白、分泌型蛋白

5、表达载体和基因工程一般克隆载体在元件构成上有何差别？

表达载体：

启动子；终止子；核糖体结合位点（SD序列）；筛选标记；复制子（质粒拷贝数）；多克隆位点

克隆载体：

筛选标记；复制子（质粒拷贝数）；多克隆位点

第八章植物基因工程

2、外源基因导入植物的方法主要有哪些？

Y物理方法：

电击法、基因枪法（biolistic）、显微注射法、微激光束法

Y化学方法：

PEG介导法、脂质体介导法

Y生物学方法：

农杆菌介导法、花粉管通道法

四．问答题

（一）简答

4．某学生在用EcoRI切割外源DNA片段时，出现了星号活性，请分析可能的原因。

答：

盐离子浓度不对，温度不对，甘油浓度过高。

5．在序列5'-CGAACATATGGAGT-3'中含有一个6bp的II类限制性内切核酸酶的识别序列，该位点的序列可能是什么？

答：

回文序列是5’-CATATG-3’。

6．下面几种序列中你认为哪一个（哪些）最有可能是II类酶的识别序列：

GAATCG、AAATTT、GATATC、

ACGGCA？

为什么？

答：

GATATC和AAATTT，因为它们是回文序列。

7．用Klenow酶填补的办法可使5'黏性末端转变成平末端。

这种方法常使DNA上的某些限制酶的识别位点消失。

请问，对于下列限制酶，用这种方法处理会不会使它们的识别序列都消失？

BamHI（G↓GATCC）、TaqI（T↓CGA）、BssHII（G↓CGCGC）。

答：

BssHII不会。

四、问答题

2．DNA连接酶的作用特点有哪些？

①连接反应需要在一条DNA链的3’末端具有一个游离的-OH,而另一条DNA链的5’末端具有一个磷酸基团（-P）的情况下，才能发挥其连接DNA分子的功能作用，而在末端带有5’-羟基和3’-羟基；5’-磷酸和3’-二脱氧核苷基团的两个DNA片段之间不起连接作用。

②连接反应中需要ATP或NAD+和Mg2+为辅助因子和激活因子；

③DNA连接酶不能够连接两条单链的DNA分子，被连接的DNA链必须是双螺旋的一部分。

④DNA连接酶只封闭双螺旋DNA骨架上的缺口（Nick），即在双链DNA的某一条链上两个相邻核苷酸之间失去一个磷酸二酯键所出现的单链断裂，而不能封闭双链DNA的某一条链上失去一个或数个核苷酸所形成的裂口（Gap）。

3．影响DNA连接酶连接反应的因素主要有哪些？

答：

1）反应温度：

最佳反应温度37℃，但黏性末端之间退火形成的氢键结合不稳定，连接黏性末

端的最佳温度，一般认为4～20℃比较合适。

2）DNA片段末端：

不仅要考虑反应体系中DNA末端的总浓度，还要考虑载体与插入片段的末端浓度的比例。

原则上应保证一个DNA分子的末端有较高的几率与另一DNA分子连接，减少同一个分子两个末端之间的自身连接。

载体与插入片段3：

1~1：

3。

3）连接酶浓度：

平末端DNA分子的连接反应，最适酶量大约是1～2单位；而黏末端DNA片段间的连接，在同样的条件下，仅为0.1单位时，便能得到最佳连接效率。

四、问答题

1．YAC载体具有什么样的？

为什么在克隆大片段时，YAC具有优越性？

答：

（1）功能性DNA序列:

①来自于酵母的125bpDNA片段的着丝点序列（CEN4）。

②来自酵母的自主复制序列（ARS1），起始在酵母中的DNA复制。

③来自酵母的端粒序列，它是（5-TGTGGGTGTGGTG-3）的多拷贝重复，它对染色体的复制和维持是必需的。

④在酵母中进行选择的标记基因，URA3（尿嘧啶生物合成基因）和TRP1（色氨酸合成基因）。

寄主是这些基因的营养缺陷性，只有带有这些基因的转化体才能在选择培养基上生活

⑤具有细菌的复制起始点和选择标记基因。

YAC载体通常含有ColE1的ori和氨苄青霉素抗性标记基因，可以在大肠杆菌中复制和繁殖，所以它也是一种穿梭载体。

（2）优越性：

YAC能够容纳长达上千kb的外源DNA，这是质粒和黏粒办不到的。

大片段的插入更有可能包含完整的基因，在染色体步移中每次允许更大的步移距离，同时能够减少完整基因组文库所需的克隆数目。

3．举例说明什么是穿梭载体？

答：

穿梭载体是含有细菌质粒和克隆的真核生物DNA片段的杂种质粒，有两个复制起点和能在两种不同细胞中进行选择的选择标记，所以，很容易从一宿主转到另一个宿主（来回穿梭）。

5.什么是YAC？

YAC克隆载体常出现哪些问题？

答：

YAC即酵母人工染色体（YeastArtificialChromosome）的缩写，是人工构建的染色体样大容量克隆载体，基本组成有着丝点、能在细菌和酵母中进行复制的复制起始点和选择标记及端粒。

最大DNA克隆片段可达到2000kb。

问题有：

（1）YAC有嵌合现象，一个YAC中克隆的DNA片段可能来自两个或多个不同的染色体。

在基因组文库中，嵌合体占克隆总数的10％～60％。

（2）YAC内部有重组现象，插入的DNA较大，序列发生重排，导致和原来染色体的序列不一致，重组很难检出。

（3）YAC还有缺失现象，影响YAC文库的代表性。

（4）YAC结构和酵母天然染色体结构相似，使用常规方法不易将YAC和酵母天然染色体分开。

（5）构建好的YAC转化原生质化的酵母菌，转化效率低。

（6）建好库后保存方便，但要筛选某个基因时工作量大

6．什么是BAC？

BAC载体的组成与优缺点有哪些？

①细菌人工染色体（BAC）是从大肠杆菌F因子改造构建而来的，能够携带大约300kb的DNA插入片段。

②载体具有F因子的复制起始点（oriS），可使载体维持每个细胞一个拷贝的水平。

③载体包括有4个维持DNA复制和拷贝数目的基因，repE,parA,parBandparC。

④具有一个抗生素选择标记基因，和lacZ’基因。

在lacZ’基因中组装有一多克隆位点，便于外源片段的插入和蓝白反应筛选克隆子。

⑤插入的DNA片段非常稳定，可以在大肠杆菌细胞中维持数百代，而且不易发生重组和从寄主细胞中丢失。

⑥主要缺点是每个细胞中的拷贝数少（1~2个），使得分离和筛选较为困难。

7．利用pBR322质粒插入失活分离带有外源DNA片段的重组克隆的原理是什么？

①外源DNA片段插入在pBR322质粒tetr基因的编码序列内（BamHI）位点，使该基因失活；

②体外重组反应混合物转化大肠杆菌ampstets菌株，并涂布在amp琼脂平板上，凡获得了pBR322质粒和重组质粒（AmprTets）的寄主细胞都可长成菌落；

③将amp琼脂上的菌落原位影印在tet琼脂平板上生长，对比这两个平板的菌落生长情况，凡在amp平板上能够生长而在tet平板上不能生长的菌落，便是属于带有重组体质粒的转化子克隆；挑出这样的阳性克隆，扩增分离带有外源DNA插入片段的重组体质粒。

8.pUC质粒利用α-互补作用筛选重组子原理是什么？

答：

pUC系列质粒载体是在pBR322质粒载体基础上改造来的，它用lacZ’基因取代了pBR322质粒载体上的tetr基因。

lacZ’基因编码β-半乳糖苷酶的N末端1-63个氨基酸（α-肽链）的DNA片段,在lacZ’基因内组入了一个多克隆位点（MCS），但不影响lacZ’基因的功能。

pUC载体的宿主（E.coli）携带一个编码β-半乳糖苷酶C端序列的基因片段,它们本身用这个基因片段产生的β-半乳糖苷酶片段是无活性的,但它们可以通过α-互补作用在体内相互弥补,即两部分产物可以结合形成有活性的β-半乳糖苷酶。

当pUC质粒引入大肠杆菌中，在含有指示剂X-gal和IPTG的诱导培养基上培养时，菌落成蓝色。

如果在MCS插入外源DNA片段（基因），破坏了lacZ’基因的功能（插入失活），不再产生α-肽链，不能和宿主细胞产生的多肽片段形成有活性的β-半乳糖苷酶，形成的菌落是无（白）色的。

因此，根据这种β-半乳糖苷酶的显色反应，便可以检测出含有外源DNA插入序列的重组体克隆。

9．自然界中具备理想条件的质粒载体为数不多，即使是ColE1和pSCl01这两个自然质粒也不尽如人意，通常需要进行改造。

请问质粒改造包括哪些基本内容?

答：

基本内容包括：

（1）删除一些非必要的区段及对宿主有不良影响的区段；削减载体的分子质量，使载体具有更大的容纳外源片段的能力。

（2）加上易于选择或检测的标记。

（3）限制性内切核酸酶的酶切位点的改造，便于外源基因插入到载体中的特定位置。

（4）加上一些调控元件，有利于克隆基因的表达。

（5）安全性改造，限定载体的宿主范围。

10．质粒制备的基本原理？

答：

带有质粒的细菌细胞在SDS作用下裂解，并在碱性条件下使DNA变性。

调节pH值至中性时质粒DNA首先复性，而细菌基因组DNA不能复性而与SDS-蛋白质形成复合体，可以被离心沉淀除去。

上清液中的质粒DNA分子可被酒精沉淀或其他方法沉淀纯化出来。

四、问答题

1．λ噬菌体DNA被包装到噬菌体的头部需要哪些基本条件？

为什么？

答：

①两个cos位点；②线性DNA；③分子大小在λ噬菌体基因组的75%～105%。

2．为什么野生型的λ噬菌体DNA不宜作为基因工程载体?

答：

（1）噬菌体DNA没有容载能力，因为噬菌体的头部对DNA包装的量是有限制的，不能大于基因组的105％，所以要将λ噬菌体改造成载体，必须削减本身的分子大小；

（2）野生型的λDNA对于一些常用的酶都有多个识别和切割位点，不便于克隆；

（3）没有可供选择的标记；

（4）野生型的λ噬菌体具有感染性，因此不够安全。

4．λ噬菌体载体具有哪些优点与不足?

答：

优点：

（1）λ基因组中有1／3的非必需区可以被置换。

改造成载体后，克隆的片段较大（可达20kb），而质粒载体的克隆片段只有几个kb；

（2）用噬菌体λDNA作为载体，即使不进行体外包装，转染的频率也比质粒转化的效率高，包装后的效率就更高了；

（3）λ可通过溶原化反应整合到寄主染色体上，当不需要外源基因大量表达时，可让它以溶原性存在，若要表达，可通过诱导即可进入裂解途径，释放出大量的噬菌体，得到的重组DNA的拷贝数就会很多。

缺点：

（1）包装比较麻烦，包装率不稳定，购买包装蛋白的费用高；

（2）没有质粒的用途广泛。

5．以置换型λ噬菌体作为载体进行克隆时，为什么说能够形成噬菌斑的就一定是重组体?

答：

改造的置换型噬菌体载体，重组入外源片段之后，总体积不能超过入基因组的105％，不能小于又基因组的75％。

以置换型λ噬菌体DNA作为载体，首先要分离左、右两臂同外源DNA重组。

如果没有外源片段，仅是两臂连接，长度短于久基因组的75％，不能被包λ噬菌体颗粒，就不能感染寄主，也就不能形成噬菌斑。

如果插入了外源片段后，总长度超过λ基因组105％后，也不能包入噬菌体颗粒，自然也不能形成噬菌斑。

6．M13系列载体具有哪些优缺点?

答：

M13克隆系统具有很多优点：

（1）克隆的片段大：

M13噬菌体的DNA在包装时不受体积的限制，所以容载能力大。

有报道，有些噬菌体颗粒可以包装比野生型丝状噬菌体DNA长6～7倍的DNA（插入片段可达40kb）。

（2）可直接产生单链DNA，这对于DNA测序、DNA诱变、制备特异的单链DNA探针都是十分有用的。

（3）单链DNA和双链DNA都可以转染宿主，并可根据人工加上的选择标记进行筛选。

M13克隆系列的不足：

（1）较大的外源片段插入后，在扩增过程中往往不够稳定。

一般说，克隆的片段越大，发生丢失的概率越大。

（2）单链载体分子感染的细胞中，往往是单链和双链混杂，分离双链比较麻烦。

7．黏粒载体具有哪些特点与不足?

答：

主要特点有：

①柯斯质粒是含有λ噬菌体COS位点的质粒载体。

柯斯质粒具有质粒的复制子，进入寄主细胞后能够像质粒一样进行复制，并且能够被氯霉素扩增。

②具有质粒载体的抗生素抗性基因的选择标记和克隆位点。

③插入片段的消化、连接及后来重组克隆的纯化与质粒载体相同。

④具有λ噬菌体的包装和转导特性。

与质粒载体转化细菌细胞不同，重组体像λ载体一样，需体外包装后转染细菌。

⑤包装后形成的λ颗粒用来感染大肠杆菌，重组DNA像λDNA一样注入细菌细胞，并以COS位点环化。

由于缺乏λ的其他DNA序列，环化DNA在细菌体内以质粒一样维持。

⑥简化了筛选。

载体体积小，承载外源DNA片段大。

如果载体的分子质量在5kb的话，得到的转导子几乎排除由载体自连的可能性，因为要被成功包装，至少要7个分子的载体自连。

尽管如此，也是不能被包装的，因为COS位点太多了。

重组体只有达到32-45kb才能有效包装体外包装，这就提供了对重组体的正向选择。

⑦对转化体的选择是基于载体上的抗生素标记。

⑧感染后形成菌落，而不是噬菌斑。

黏粒载体也有如下不足：

①如果两个黏粒之间有同源序列，可能会发生重组，结果会使被克隆的片段重排或丢失。

②含不同重组DNA片段的菌落生长速度不同，会造成同一个平板上菌落大小不一。

另外由于不同大小的插入片段对宿主细胞的作用不同，会造成文库扩增量的比例失调。

③包装过程复杂，包装效率不稳定，代价高。

四、问答题

1．怎样将一个平末端的DNA片段插入到EcoRI的限制位点中去？

答：

可以化学合成一个连接子（linker），即一段长为lObp含有EcoRI识别位点的短的DNA片段，

然后与待克隆片段两端连接起来，如果用EcoRI切割这种连接片段，就会产生EcoRI的单链末端。

这种片段就可以插入到任何EcoRI的限制性核酸内切酶位点中。

2．构建基因组文库时为什么要对基因组DNA