Question

【題目】細(xì)胞生命活動的穩(wěn)態(tài)離不開基因表達(dá)的調(diào)控，mRNA降解是重要調(diào)控方式之一。

（1）在真核細(xì)胞的細(xì)胞核中，_________酶以DNA為模板合成mRNA。mRNA的5′端在相關(guān)酶作用下形成帽子結(jié)構(gòu)，保護(hù)mRNA使其不被降解。細(xì)胞質(zhì)中D酶可催化脫去5′端帽子結(jié)構(gòu)，降解mRNA，導(dǎo)致其無法_________出相關(guān)蛋白質(zhì)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)基因表達(dá)調(diào)控。

（2）脫帽降解主要在細(xì)胞質(zhì)中的特定部位——P小體中進(jìn)行，D酶是定位在P小體中最重要的酶。科研人員首先構(gòu)建D酶過量表達(dá)細(xì)胞。

①科研人員用_________酶分別切割質(zhì)粒和含融合基因的DNA片段，連接后構(gòu)建圖1所示的表達(dá)載體。將表達(dá)載體轉(zhuǎn)入Hela細(xì)胞（癌細(xì)胞）中，獲得D酶過量表達(dá)細(xì)胞，另一組Hela細(xì)胞轉(zhuǎn)入_________作為對照組。在含5%_________的恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)兩組Hela細(xì)胞。

②通過測定并比較兩組細(xì)胞的D酶基因表達(dá)量，可確定D酶過量表達(dá)細(xì)胞是否制備成功。請寫出從RNA和蛋白質(zhì)水平檢測兩組細(xì)胞中D酶量的思路。

RNA水平：_________。

蛋白質(zhì)水平：_________。

（3）為研究D酶過量表達(dá)是否會促進(jìn)P小體的形成，科研人員得到圖2所示熒光測定結(jié)果。

①D酶過量表達(dá)的Hela細(xì)胞熒光結(jié)果表明，D酶主要分布在_________中。

②比較兩組熒光結(jié)果，推測_________。

（4）研究發(fā)現(xiàn)細(xì)菌mRNA 雖沒有帽子結(jié)構(gòu)，但其與mRNA降解相關(guān)的R酶也具有脫帽酶活性，可推測脫帽活性可能出現(xiàn)在真核生物mRNA的帽子結(jié)構(gòu)出現(xiàn)_________；從進(jìn)化的角度推測，D酶和R酶的_________序列具有一定的同源性。

Answer 1

【答案】RNA聚合 翻譯 XhoⅠ和SalⅠ 空質(zhì)粒（不含融合基因的質(zhì)粒） CO2 分別提取兩組細(xì)胞總RNA，逆轉(zhuǎn)錄形成cDNA，用D酶基因的特異性序列設(shè)計引物，通過PCR技術(shù)，測定并比較兩組細(xì)胞D-mRNA量（提取兩組細(xì)胞的總RNA，用D酶基因的特異性序列設(shè)計基因探針，測定并比較兩組D-mRNA量） 檢測兩組細(xì)胞中紅色熒光的量來反映D酶的量 細(xì)胞質(zhì) D過量表達(dá)會促進(jìn)P小體形成 之前 氨基酸

【解析】

基因工程的工具：

（1）限制酶：能夠識別雙鏈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核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷裂。

（2）DNA連接酶：連接的是兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵。

（3）運(yùn)載體：常用的運(yùn)載體：質(zhì)粒、噬菌體的衍生物、動植物病毒。

目的基因的檢測與鑒定
①首先要檢測轉(zhuǎn)基因生物的染色體DNA上是否插入了目的基因，方法是采用DNA分子雜交技術(shù)。

②其次還要檢測目的基因是否轉(zhuǎn)錄出mRNA，方法是采用分子雜交技術(shù)。

③最后檢測目的基因是翻譯成蛋白質(zhì)，方法是采用抗原一抗體雜交技術(shù)。

④講行個體生物學(xué)鑒定。

生物進(jìn)化的方向是：從簡單到復(fù)雜， 從低級到高級 ，水生到陸生，由原核到真核。

基因能夠通過控制蛋白質(zhì)的合成來控制生物的性狀，基因控制蛋白質(zhì)合成需要經(jīng)過轉(zhuǎn)錄和翻譯兩個過程。

（1）在真核細(xì)胞的細(xì)胞核中，以部分解旋的DNA的一條鏈為模板在RNA聚合酶的催化下，利用細(xì)胞核內(nèi)游離的核糖核苷酸合成RNA（mRNA）的過程稱為轉(zhuǎn)錄。通常情況下，轉(zhuǎn)錄出的mRNA從核孔進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)中與核糖體結(jié)合，完成后續(xù)的翻譯過程，實(shí)現(xiàn)基因?qū)Φ鞍踪|(zhì)的控制，當(dāng)細(xì)胞質(zhì)中D酶可催化脫去5′端帽子結(jié)構(gòu)，降解mRNA，導(dǎo)致其無法翻譯出相關(guān)蛋白質(zhì)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)基因表達(dá)調(diào)控。

（2）①由圖中表達(dá)載體的模式圖顯示XhoⅠ和SalⅠ兩種限制酶的識別位點(diǎn)位于融合基因的兩端，故可推測科研人員用XhoⅠ和SalⅠ酶分別切割質(zhì)粒和含融合基因的DNA片段，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了基因表達(dá)載體的構(gòu)建。將表達(dá)載體轉(zhuǎn)入Hela細(xì)胞（癌細(xì)胞）中，獲得D酶過量表達(dá)細(xì)胞，為了設(shè)置對照，對照組的處理是將空質(zhì)粒（不含融合基因的質(zhì)粒）轉(zhuǎn)入Hela細(xì)胞。在含5% CO2 的恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)兩組Hela細(xì)胞。

②基因的表達(dá)包括轉(zhuǎn)錄和翻譯兩個步驟，轉(zhuǎn)錄的產(chǎn)物是RNA，翻譯的產(chǎn)物是蛋白質(zhì)，為了檢測比較兩組細(xì)胞的D酶基因表達(dá)量，可通過比較兩組細(xì)胞中RNA和蛋白質(zhì)水平即可

在RNA水平采取的方法為：分別提取兩組細(xì)胞總RNA，逆轉(zhuǎn)錄形成cDNA，用D酶基因的特異性序列設(shè)計引物，通過PCR技術(shù)，測定并比較兩組細(xì)胞D-mRNA量（提取兩組細(xì)胞的總RNA，用D酶基因的特異性序列設(shè)計基因探針，測定并比較兩組D-mRNA量）。

蛋白質(zhì)作為生物性狀的表達(dá)者，由于D酶基因和熒光基因融合在一起，故可通過檢測熒光蛋白的量確定D酶的表達(dá)量，具體做法為：檢測兩組細(xì)胞中紅色熒光的量來反映D酶的量。

（3）為研究D酶過量表達(dá)是否會促進(jìn)P小體的形成，科研人員得到圖2所示熒光測定結(jié)果，由圖2的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知。

①D酶過量表達(dá)的Hela細(xì)胞熒光主要在細(xì)胞質(zhì)中顯示，故可知，D酶主要分布在細(xì)胞質(zhì)中。

②結(jié)果顯示D酶過量表達(dá)的Hela細(xì)胞中P小體較多，故推測D過量表達(dá)會促進(jìn)P小體形成。

（4）生物進(jìn)化的順序?yàn)橛稍�核生物進(jìn)化為真核生物，細(xì)菌為原核生物，研究發(fā)現(xiàn)細(xì)菌mRNA 雖沒有帽子結(jié)構(gòu)，但其與mRNA降解相關(guān)的R酶也具有脫帽酶活性，故此可推測脫帽活性可能出現(xiàn)在真核生物mRNA的帽子結(jié)構(gòu)出現(xiàn)之前；從進(jìn)化的角度推測，D酶和R酶的氨基酸序列應(yīng)該具有一定的同源性。