高中 | 第2节 细胞的分化 题目答案及解析

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必修一 分子与细胞

第六章 细胞的生命历程

第2节 细胞的分化

平滑肌细胞($\rm SMC$)是高等动物血管壁的重要组成,其功能障碍会导致主动脉瘤的发生。研究人员为开发特异性标记血管$\rm SMC$的方法,开展了相关研究。

与肌肉收缩相关的$\rm M$蛋白在血管$\rm SMC$中含量较高,而在其他细胞中几乎不存在,从物质的角度分析,原因是                                                                不同。

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细胞中$\\rm mRNA/$细胞中$\\rm mRNA$的种类及数量

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$\rm M$ 蛋白在 $\rm SMC$ 中含量较高,在其他细胞中几乎不存在,从根本上来说,这是由于基因的选择性表达。在细胞分化过程中,不同细胞表达的基因不同,转录形成的 $\rm mRNA$ 种类和数量也不同,进而翻译出的蛋白质不同。所以从物质的角度分析, $\rm M$ 蛋白在不同细胞中含量差异的原因是细胞中$\rm mRNA$(的种类及数量)不同。

为获得血管$\rm SMC$被特异性标记的工具鼠,研究人员进行了下列实验,如图$\rm 1$所示,其中$\rm Cre$重组酶可以敲除两个$\rm loxP$序列之间的$\rm DNA$序列。

①利用$\rm PCR$技术获得$\rm CE$,为保证$\rm CE$在血管$\rm SMC$中特异性表达,需将$\rm CE$插入                                                                之后,获得小鼠$\rm A$

②构建含$\rm Stop$$\rm tdT$的表达载体,导入小鼠                细胞,从而获得小鼠$\rm B$。将$\rm A$$\rm B$杂交,获得同时含有以上基因的$\rm CE$杂合小鼠$\rm C(\rm CE/+)$

③在外源药物$\rm T$的诱导下,定位于细胞质中的雌激素受体进入细胞核,从而使$\rm Cre$重组酶能导致两个$\rm loxP$位点间的序列丢失。为评估血管$\rm SMC$标记是否具有组织特异性,具体操作是                                                                

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小鼠$\\rm M$基因的启动子$\\rm /$血管$\\rm SMC$中特异表达的基因的启动子;受精卵;在饲喂药物$\\rm T$的条件下,检测$\\rm C$鼠血管$\\rm SMC$和其它多种组织细胞能否发红色荧光

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①启动子是一段有特殊结构的 $\rm DNA$ 片段,它是 $\rm RNA$ 聚合酶识别和结合的部位,能驱动基因转录出 $\rm mRNA$。为保证 $\rm CE$$\rm SMC$ 中特异性表达,需要将 $\rm CE$ 插入小鼠$\rm M$基因(血管$\rm SMC$中特异表达的基因)的启动子之后,这样在 $\rm SMC$ 中,$\rm M$ 基因启动子可启动 $\rm CE$ 转录,从而使 $\rm CE$$\rm SMC$ 中特异性表达 。

②将构建好的含 $\rm Stop$$\rm tdT$ 的表达载体导入小鼠的受精卵中。因为受精卵的全能性最高,能够发育成完整个体,使目的基因在小鼠的各个细胞中稳定遗传和表达,进而获得小鼠 $\rm B$

③在外源药物 $\rm T$ 的诱导下,雌激素受体进入细胞核,$\rm Cre$ 重组酶导致 $\rm loxP$ 位点间的序列($\rm Stop$ 序列)丢失,此时 $\rm tdT$ 基因不再受 $\rm Stop$ 序列的抑制,得以表达,从而使 $\rm SMC$ 发出红色荧光。因此为评估血管$\rm SMC$标记是否具有组织特异性,具体操作是在饲喂药物$\rm T$的条件下,检测$\rm C$鼠血管$\rm SMC$和其它多种组织细胞能否发红色荧光。

为利用工具鼠研究血管$\rm SMC$$\rm S$基因表达在主动脉瘤形成中的作用,在$\rm S$基因两侧分别引入一个$\rm loxP$位点,这样的$\rm S$基因称为$\rm flox$基因,获得$\rm flox$杂合小鼠($\rm flox/+$)后,将其与$\rm C$鼠作为亲本进行系列杂交(不考虑$\rm tdT$的遗传情况),流程如图$\rm 2$所示。

已知$\rm S$基因和$\rm CE$位于非同源染色体上,从$\rm F_{1}$中筛选出双杂合子($\rm flox/+$$\rm CE/+$)与$\rm flox$杂合小鼠($\rm flox/+$)进行回交,$\rm F_{2}$$\rm flox$纯合且$\rm CE$阳性的小鼠($\rm flox/flox$$\rm CE/+$)所占比例为                ,经$\rm T$诱导后,该小鼠                                                                。从中筛选出能发出红色荧光的个体,观察其血管$\rm SMC$以及主动脉形态是否有改变。

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$\\rm \\dfrac18$;血管$\\rm SMC$$\\rm S$基因被敲除

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已知 $\rm S$ 基因($\rm flox$ 基因)和 $\rm CE$ 位于非同源染色体上,遵循基因的自由组合定律。$\rm F1$ 中双杂合子($\rm flox/+$$\rm CE/+$)与 $\rm flox$ 杂合小鼠($\rm flox/+$)回交,单独分析 $\rm flox$ 基因,$\rm flox/+$$\rm flox/+$ 杂交,后代中 $\rm flox/flox$ 的比例为 $\rm \dfrac14$;单独分析 $\rm CE$ 基因,$\rm CE/+$$\rm +/+$ 杂交(这里可将 $\rm flox$ 杂合小鼠看作 $\rm CE$ 基因的隐性纯合子),后代中 $\rm CE/+$ 的比例为 $\rm \dfrac12$。根据自由组合定律,$\rm F2$$\rm flox$ 纯合且 $\rm CE$ 阳性的小鼠($\rm flox/flox$$\rm CE/+$)所占比例为 $\rm \dfrac14\times \dfrac12=\dfrac18$。因为 $\rm flox$ 基因两侧有 $\rm loxP$ 位点,经 $\rm T$ 诱导后,$\rm Cre$ 重组酶会作用于 $\rm loxP$ 位点,使 $\rm S$ 基因被敲除。之后观察能发出红色荧光(即 $\rm SMC$ 被标记)的个体,研究血管 $\rm SMC$ 是否有改变,以此来探究血管 $\rm SMC$$\rm S$ 基因表达在主动脉瘤形成中的作用。

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