Question

【題目】基因工程中，GUS基因編碼的酶可將無色底物生成藍(lán)色產(chǎn)物，GFP基因會(huì)產(chǎn)生綠色熒光蛋白，這兩種基因都可作為標(biāo)記基因來研究發(fā)育生物學(xué)的問題。利用雙CRISPR/Cas9系統(tǒng)和Cre/loxP重組酶系統(tǒng)技術(shù)可更好地實(shí)現(xiàn)該研究。請(qǐng)據(jù)圖作答：

（1）生長(zhǎng)在太平洋西北部的一種海蜇能發(fā)出綠色熒光，原因是________________________。

（2）圖1為雙CRISPR/Cas9系統(tǒng)作用示意圖。該系統(tǒng)能夠特異性識(shí)別DNA序列并切割特定位點(diǎn)，行使這些功能的分子結(jié)構(gòu)分別 是___________、___________。

（3）圖中向?qū)?/span>RNA與DNA結(jié)合的原理是___________。將刪除區(qū)切割后，轉(zhuǎn)入基因與原DNA片段可通過形成_______拼接起來，形成新的DNA序列。

（4）雙CRISPR/Cas9系統(tǒng)可直接在靶細(xì)胞內(nèi)起作用，與傳統(tǒng)的基因工程相比，該操作無需___________（填寫工具）。與質(zhì)粒載體導(dǎo)入外源基因比，雙CRISPR/Cas9系統(tǒng)編輯的基因可以不含___________。

（5）圖2為Cre/loxP重組酶系統(tǒng)作用示意圖。利用雙CRISPR/Cas9系統(tǒng)可精準(zhǔn)地將loxP序列、GUS基因及GFP基因連接，接上35S啟動(dòng)子之后可在組織中檢測(cè)出藍(lán)色區(qū)而無綠色熒光區(qū)，這是由于_________而無法表達(dá)。Cre基因是重組酶基因，經(jīng)38℃熱處理后可被激活表達(dá)，在此前提下組織中可檢測(cè)出綠色熒光區(qū)。

Answer 1

【答案】 海蜇的DNA分子上含有綠色熒光蛋白基因 向?qū)?/span>RNA Cas9蛋白 堿基互補(bǔ)配對(duì) 磷酸二酯鍵 載體（運(yùn)載體） 啟動(dòng)子、終止子和標(biāo)記基因 GFP基因自身無啟動(dòng)子

【解析】

生物的性狀受基因控制，海蜇能發(fā)出綠色熒光是由于海蜇的DNA分子上含有綠色熒光蛋白基因，基因能通過控制蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)直接控制生物性狀；圖1為雙CRISPR/Cas9系統(tǒng)作用示意圖，由圖可知，向?qū)?/span>RNA中有一段識(shí)別序列，具有識(shí)別功能，可以與特定的DNA序列發(fā)生堿基互補(bǔ)配對(duì)，Cas9蛋白則可切割所識(shí)別的特定DNA序列；導(dǎo)入的基因和原DNA片段之間需要重新形成磷酸二酯鍵才能連接在一起，形成新的DNA分子，該過程類似于基因工程操作中的構(gòu)建基因表達(dá)載體步驟，據(jù)此作答。

（1）由于海蜇的DNA分子上含有綠色熒光蛋白基因，因此海蜇能發(fā)出綠色熒光。

（2）據(jù)圖1所示，向?qū)?/span>RNA可以識(shí)別特定的DNA序列，Cas9蛋白可切割所識(shí)別的特定DNA序列。

（3）向?qū)?/span>RNA與DNA根據(jù)堿基互補(bǔ)配對(duì)原則結(jié)合；轉(zhuǎn)入的基因與原DNA片段之間要形成新的磷酸二酯鍵才能連接起來。

（4）雙CRISPR/Cas9系統(tǒng)可直接在靶細(xì)胞內(nèi)起作用，因此無需運(yùn)載體。構(gòu)建的基因表達(dá)載體必須含啟動(dòng)子、終止子和標(biāo)記基因等結(jié)構(gòu)，而雙CRISPR/Cas9系統(tǒng)編輯的基因可不含有這些結(jié)構(gòu)。

（5）GUS基因編碼的酶可將無色底物生成藍(lán)色產(chǎn)物，GFP基因會(huì)產(chǎn)生綠色熒光蛋白，在組織中檢測(cè)出藍(lán)色區(qū)而無綠色熒光區(qū)，說明GUS基因正常表達(dá)而GFP基因不能正常表達(dá)，根據(jù)“Cre基因是重組酶基因，經(jīng)38℃熱處理后可被激活表達(dá)，在此前提下組織中可檢測(cè)出綠色熒光區(qū)”提示，可見GFP基因的正常表達(dá)需以Cre基因被激活表達(dá)為前提，即GFP基因自身無啟動(dòng)子，無法啟動(dòng)自身的表達(dá)。