研究人員需要選殖（ cloning）大片段的 DNA進行相關研究時，下列載體（ cloning vector ）何者可以承載最大的DNA片段？

本題觀念：

本題考查的是分子生物學中不同**選殖載體（cloning vector）對DNA片段承載能力（insert size capacity）**的比較。不同的載體因其結構與複製機制的限制，能夠攜帶的外源 DNA 長度有顯著差異。這在基因體圖譜繪製（genomic mapping）與建立基因庫（genomic library）時是決定載體選擇的關鍵因素。

選項分析

一般而言，常用選殖載體的承載容量由小至大排序為：質體 (Plasmid) < 噬菌體 (Phage) < 黏質體 (Cosmid) < 細菌人工染色體 (BAC) < 酵母菌人工染色體 (YAC)。

• A. pBR322質體（pBR322 plasmid）：

  • 分析：這是一種早期的標準細菌質體載體。質體通常用於選殖較小的 DNA 片段。
  • 承載容量：一般小於 10 kb（通常在 0.1 ~ 10 kb 之間）。若插入片段過大，質體會變得不穩定且轉型效率（transformation efficiency）大幅下降。因此，它不適合用於承載大片段 DNA。

• B. 酵母菌人工染色體（yeast artificial chromosome, YAC）：

  • 分析：YAC 是利用酵母菌的染色體元件（端粒 telomere、著絲點 centromere、複製起始點 ARS）人工建構的載體，能在酵母菌中模擬染色體進行複製。
  • 承載容量：它是目前承載能力最大的載體系統之一。其承載片段範圍通常為 100 kb 至 3000 kb (3 Mb)，平均約為 1000 kb。因此，YAC 是選殖超大片段 DNA（如人類基因組計畫早期階段）的首選載體。
  • 結論：這是本題的正確選項。

• C. 噬菌體載體（phage vector）：

  • 分析：這類載體利用噬菌體（如 $\lambda$ phage）的感染機制將 DNA 帶入細菌。
  • 承載容量：$\lambda$ 噬菌體載體的承載能力受限於噬菌體頭部包裝 DNA 的空間，通常約為 10 ~ 25 kb。雖然比質體稍大，但遠小於人工染色體。

• D. 細菌人工染色體（bacterial artificial chromosome, BAC）：

  • 分析：BAC 是基於大腸桿菌的 F-factor (fertility plasmid) 所設計的載體。
  • 承載容量：BAC 非常穩定，常用於承載 75 ~ 300 kb 的 DNA 片段。雖然 BAC 的穩定性優於 YAC，且操作較容易，但其最大承載容量（約 300 kb）仍明顯小於 YAC（可達 2000 kb 以上）。

答案解析

題目要求選出可以承載最大 DNA 片段的載體。根據上述分析，各載體的最大承載量比較如下：

• YAC (1000-3000 kb) > BAC (150-300 kb) > 噬菌體 (~20-25 kb) > pBR322質體 (<10 kb)

因此，酵母菌人工染色體 (YAC) 具有最大的承載能力。

正確答案是 B。

核心知識點

考生應記憶以下常用載體的典型承載容量（Insert Size Capacity）順序與大約數值，這是國考常見考點：

1. 質體 (Plasmid)：< 10 kb (如 pBR322, pUC19)
2. 噬菌體 (Phage)：~ 20 kb (如 $\lambda$ phage)
3. 黏質體 (Cosmid)：~ 45 kb (混合了 plasmid 與 phage 的 cos site)
4. 細菌人工染色體 (BAC)：100 ~ 300 kb (基於 F-plasmid，穩定性高，人類基因組計畫後期主要載體)
5. 酵母菌人工染色體 (YAC)：200 ~ 2000 kb (容量最大，但較不穩定，易發生 chimerism)

參考資料

1. Difference between YAC and BAC Vectors - GeeksforGeeks
2. High Capacity Vectors - NCBI Bookshelf
3. Selecting the Right Vector for DNA Cloning