Question

【題目】基因工程中，GUS基因編碼的酶可將無色底物生成藍色產物，GFP基因會產生綠色熒光蛋白，這兩種基因都可作為標記基因來研究發(fā)育生物學的問題。利用雙CRISPR/Cas9系統(tǒng)和Cre/loxP重組酶系統(tǒng)技術可更好地實現(xiàn)該研究。請據(jù)圖作答：

（1）生長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)能夠特異性識別DNA序列并切割特定位點，行使這些功能的分子結構分別 是___________、___________。

（3）圖中向導RNA與DNA結合的原理是___________。將刪除區(qū)切割后，轉入基因與原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)可直接在靶細胞內起作用，與傳統(tǒng)的基因工程相比，該操作無需___________（填寫工具）。與質粒載體導入外源基因比，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)可精準地將loxP序列、GUS基因及GFP基因連接，接上35S啟動子之后可在組織中檢測出藍色區(qū)而無綠色熒光區(qū)，這是由于_________而無法表達。Cre基因是重組酶基因，經38℃熱處理后可被激活表達，在此前提下組織中可檢測出綠色熒光區(qū)。

Answer 1

【答案】 海蜇的DNA分子上含有綠色熒光蛋白基因 向導RNA Cas9蛋白 堿基互補配對 磷酸二酯鍵 載體（運載體） 啟動子、終止子和標記基因 GFP基因自身無啟動子

【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的結構直接控制生物性狀；圖1為雙CRISPR/Cas9系統(tǒng)作用示意圖，由圖可知，向導RNA中有一段識別序列，具有識別功能，可以與特定的DNA序列發(fā)生堿基互補配對，Cas9蛋白則可切割所識別的特定DNA序列；導入的基因和原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建基因表達載體步驟，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，向導RNA可以識別特定的DNA序列，Cas9蛋白可切割所識別的特定DNA序列。

（3）向導RNA與DNA根據(jù)堿基互補配對原則結合；轉入的基因與原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)可直接在靶細胞內起作用，因此無需運載體。構建的基因表達載體必須含啟動子、終止子和標記基因等結構，而雙CRISPR/Cas9系統(tǒng)編輯的基因可不含有這些結構。

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