Question

【題目】“腦彩虹”是一項(xiàng)最新的大腦成像技術(shù)，通過(guò)熒光蛋白“點(diǎn)亮”大腦內(nèi)的神經(jīng)元，幫助科學(xué)家了解大腦。

（1）Cre酶是該技術(shù)的關(guān)鍵酶，能隨機(jī)識(shí)別兩個(gè)相同的loxP序列，催化如圖1所示的反應(yīng)。

通過(guò)Cre-loxP系統(tǒng)敲除基因的基本原理是：Cre酶隨機(jī)識(shí)別DNA分子上兩個(gè)相同的loxP序列并從特定位點(diǎn)切斷DNA雙鏈，切口被重新連接后，保留片段_____，從而實(shí)現(xiàn)目標(biāo)基因的敲除。

（2）研究者設(shè)計(jì)圖2所示的DNA片段，轉(zhuǎn)人小鼠體內(nèi)，獲得僅含一個(gè)圖2所示片段的轉(zhuǎn)基因小鼠。

①構(gòu)建基因表達(dá)載體時(shí)，需用限制酶和_____酶處理三種熒光蛋白基因、兩種loxP序列，將它們與腦組織特異表達(dá)啟動(dòng)子M相連接。

②研究者用顯微注射法將圖2所示表達(dá)載體導(dǎo)入小鼠的_____中，得到僅含一個(gè)圖2 所示片段的轉(zhuǎn)基因小鼠，再經(jīng)過(guò)進(jìn)一步篩選，獲得純合的轉(zhuǎn)基因小鼠a。

（3）圖2所示序列的兩個(gè)loxP1之間或兩個(gè)loxP2之間的基因，只會(huì)被Cre酶識(shí)別并切割一次。為使腦組織細(xì)胞中Cre酶的表達(dá)受調(diào)控，研究者將Cre酶基因與啟動(dòng)子N（由信號(hào)分子X開(kāi)啟)連接，獲得純合轉(zhuǎn)基因小鼠b，將圖3所示純合小鼠a和b雜交，得到F1。

①無(wú)信號(hào)分子X作用時(shí)，F1腦組織和其他組織細(xì)胞的色彩分別是_____。

②有信號(hào)分子X作用時(shí)，F1：出現(xiàn)“腦彩虹”，請(qǐng)闡述機(jī)理：_____。

（4）研究者希望具有更豐富的顏色組合，即在一個(gè)細(xì)胞內(nèi)隨機(jī)出現(xiàn)兩種或兩種以上顏色疊加，形成更多顏色的“腦彩虹”，請(qǐng)依據(jù)題目信息，寫(xiě)出設(shè)計(jì)思路：_____。

Answer 1

【答案】2 DNA連接 受精卵 紅色、無(wú)色 F1為雜合子，有編碼紅、黃、藍(lán)熒光蛋白的基因、loxP1、loxP2及Cre酶基因； 有信號(hào)分子 X 時(shí)，啟動(dòng) Cre 酶表達(dá)，不同腦細(xì)胞中 Cre 酶表達(dá)情況不同，Cre酶識(shí)別的loxP不同，因而不同細(xì)胞會(huì)差異表達(dá)紅色、黃色或藍(lán)色熒光蛋白基因 設(shè)法使小鼠腦組織細(xì)胞內(nèi)有多個(gè)相同的圖 2 所示 DNA 片斷，Cre 酶對(duì)每個(gè)DNA片段隨機(jī)剪切，因而細(xì)胞的顏色由細(xì)胞內(nèi)多個(gè)熒光蛋白的顏色疊加而成

【解析】

1、限制酶：能夠識(shí)別雙鏈DNA分子的某種特定核苷酸序列，并且使每一條鏈中特定部位的兩個(gè)核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷裂。

2、將目的基因?qū)�入受體細(xì)胞：根據(jù)受體細(xì)胞不同，導(dǎo)入的方法也不一樣。將目的基因?qū)�入植物�?xì)胞的方法有農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法、基因槍法和花粉管通道法；將目的基因?qū)�入�?dòng)物細(xì)胞最有效的方法是顯微注射法；將目的基因?qū)�入微生物�?xì)胞的方法是感受態(tài)細(xì)胞法。

（1）通過(guò)圖1可知，Cre酶識(shí)別兩個(gè)相同的loxP序列，進(jìn)行切除，切除后片段1自身環(huán)化且?guī)в写�敲除基因，片�?/span>2沒(méi)有待敲除基因，故保留片段2，從而實(shí)現(xiàn)目標(biāo)基因的敲除。

（2）①基因表達(dá)載體構(gòu)建過(guò)程中需要限制酶和DNA連接酶兩種工具酶處理三種熒光蛋白基因、兩種loxP序列，將它們與腦組織特異表達(dá)啟動(dòng)子M相連接。

②常用顯微注射法將基因表達(dá)載體導(dǎo)入小鼠的受精卵細(xì)胞中，得到僅含一個(gè)圖2所示片段的轉(zhuǎn)基因小鼠，再經(jīng)過(guò)進(jìn)一步篩選，獲得純合的轉(zhuǎn)基因小鼠a。

（3）①F1為雜合子，腦組織細(xì)胞中有編碼紅、黃、藍(lán)熒光蛋白的基因、loxP1、loxP2及Cre酶基因；無(wú)信號(hào)分子X時(shí)，Cre酶不表達(dá)，僅表達(dá)與啟動(dòng)子相鄰的熒光蛋白的基因即紅色熒光蛋白基因，使腦組織細(xì)胞呈紅色。通過(guò)題干信息可知，“腦彩虹”是一項(xiàng)最新的大腦成像技術(shù)，通過(guò)熒光蛋白“點(diǎn)亮”大腦內(nèi)的神經(jīng)元，而其他組織細(xì)胞非神經(jīng)細(xì)胞，故表現(xiàn)出無(wú)色。

②F1為雜合子，有編碼紅、黃、藍(lán)熒光蛋白的基因、loxP1、loxP2及Cre酶基因；有信號(hào)分子X時(shí)，啟動(dòng)Cre酶表達(dá)，不同腦細(xì)胞中Cre酶表達(dá)情況不同，Cre酶識(shí)別的loxP不同，因而不同腦細(xì)胞會(huì)差異表達(dá)紅色、黃色或藍(lán)色熒光蛋白基因，使F1出現(xiàn)“腦彩虹”。

（4）研究者希望具有更豐富的顏色組合，即在一個(gè)細(xì)胞內(nèi)隨機(jī)出現(xiàn)兩種或兩種以上顏色疊加，形成更多顏色的“腦彩虹”，依據(jù)題目信息，可設(shè)計(jì)思路為：設(shè)法使小鼠腦組織細(xì)胞內(nèi)有多個(gè)相同的圖2所示DNA片斷，Cre酶對(duì)每個(gè)DNA片段隨機(jī)剪切，因而細(xì)胞的顏色由細(xì)胞內(nèi)多個(gè)熒光蛋白的顏色疊加而成。