高中 | 第1节 基因指导蛋白质的合成 题目答案及解析

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必修二 遗传与进化

第四章 基因的表达

第1节 基因指导蛋白质的合成

科研人员发现在人类肿瘤细胞中$\rm LMNA$基因表达异常,$\rm LMNA$基因编码的核纤层蛋白与维持细胞核的正常形态有关。科研人员利用$\rm CRISPR/Cas9$技术对体外培养的$\rm HepG2$(人源肺癌细胞)细胞株进行基因编辑,获得了$\rm LMNA$基因敲除的稳定细胞系。

$\rm Cas9$是一种核酸内切酶,它与$\rm sgRNA$(向导$\rm RNA$)构成的复合体能与目标$\rm DNA$分子特定碱基序列结合,如图$\rm 1$。作用时$\rm sgRNA$与目标$\rm DNA$单链进行碱基互补配对,然后$\rm Cas9$催化                 键水解,从而使$\rm DNA$在特定部位被切断。

[["磷酸二酯"]]

$\rm Cas9$是一种核酸内切酶,其作用特点是使两个核苷酸之间的磷酸二酯键断裂,故$\rm Cas9$催化脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键水解。

一般来说,在使用$\rm CRISPR/Cas9$系统对不同基因进行编辑时,应使用$\rm Cas9$                 (填“相同”或“不同”)的$\rm sgRNA$结合构成复合体进行相关基因的编辑,其中$\rm Cas9$$\rm DNA$的切割                 (填“具有”或“不具有”)类似于限制酶的“限制性”。

[["不同","不具有"]]

根据碱基互补配对原则,在使用$\rm CRISPR/Cas9$系统对不同基因进行编辑时,应使用$\rm Cas9$和不同的$\rm sgRNA$进行基因的相关编辑,因为$\rm Cas9$$\rm sgRNA$(向导$\rm RNA$)构成的复合体能与$\rm DNA$分子特定碱基序列结合,而$\rm Cas9$本身不能够识别双链$\rm DNA$分子的某种特定核苷酸序列,也因此$\rm Cas9$$\rm DNA$的切割不具有类似于限制酶的“限制性”。

$\rm HepG2$细胞中没有编码$\rm Cas9$的基因,需将$\rm Cas9$基因及$\rm sgRNA$基因拼接形成拼接基因并与质粒结合导入$\rm HepG2$细胞,$\rm sgRNA$的合成需要                 酶的催化。

[["$\\rm RNA$聚合"]]

$\rm RNA$的合成需要$\rm RNA$聚合酶的参与,因此,$\rm sgRNA$的合成也需要$\rm RNA$聚合酶的催化。

用图$\rm 2$中的质粒以及含$\rm Cas9-sgRNA$拼接基因的$\rm DNA$片段构建表达载体时,应选用                 进行酶切。将构建好的表达载体与用                 处理的细菌置于适宜反应体系中培养。然后将培养的细菌涂布于含                 的平板培养基上,$\rm 37^\circ\rm C$培养,$\rm 24\;\rm h$后挑取菌落,提取质粒作为模板,选择图$\rm 3$中引物组合                                  ,通过$\rm PCR$和琼脂糖凝胶电泳技术鉴定是否重组成功。

[["$ Eco$$\\rm RI$","$\\rm Ca^{2+}$($\\rm CaCl_{2}$)","嘌呤霉素","$\\rm I$","Ш(两空位置可调换)"]]

根据图$\rm 2$,应选用$Eco$$\rm RI$进行酶切,因为$ Bam$$\rm HI$基因会切割嘌呤霉素抗性基因,导致重组质粒没有标记基因;将构建好的表达载体与用$\rm Ca^{2+}$$\rm CaCl_{2}$)处理的细菌置于适宜反应体系中培养;由于重组质粒的标记基因为嘌呤霉素抗性基因,因此将培养的细菌涂布于含嘌呤霉素的平板培养基上培养;若重组成功,则应该同时具有拼接基因和插入部位两端的碱基序列,故选:择图$\rm 3$中的引物$\rm I$(可与拼接基因碱基序列互补)和Ⅲ(可与插入部位左端碱基序列互补)。

用鉴定成功的工程菌对$\rm HepG2$细胞进行转染,培养三天后收集$\rm HepG2$细胞,从分子水平和细胞水平检测导入是否成功。

①提取$\rm HepG2$细胞的基因组,对$\rm DNA$分子的                序列进行检测。

②请写出细胞水平的一项检测指标:                                                                                 

[["

碱基(或脱氧核苷酸);$\\rm HepG2$细胞的细胞核形态或单位时间内细胞数目的增长量等

"]]

从分子水平检测,可以直接对$\rm DNA$分子碱基序列进行检测;根据题干信息,人类肿瘤细胞中$\rm LMNA$基因表达异常,$\rm LMNA$基因编码的核纤层蛋白与维持细胞核的正常形态有关,因此,在细胞水平可以检测$\rm HepG2$细胞的细胞核形态或单位时间内细胞数目的增长量等。

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