Question

【題目】“腦彩虹”是一項最新的大腦成像技術，通過熒光蛋白“點亮”大腦內的神經元，幫助科學家了解大腦。

（1）Cre酶是該技術的關鍵酶，能隨機識別兩個相同的loxP序列，催化如圖1所示的反應。

通過Cre-loxP系統(tǒng)敲除基因的基本原理是：Cre酶隨機識別DNA分子上兩個相同的loxP序列并從特定位點切斷DNA雙鏈，切口被重新連接后，保留片段_____，從而實現目標基因的敲除。

（2）研究者設計圖2所示的DNA片段，轉人小鼠體內，獲得僅含一個圖2所示片段的轉基因小鼠。

①構建基因表達載體時，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啟動子M相連接。

②研究者用顯微注射法將圖2所示表達載體導入小鼠的_____中，得到僅含一個圖2 所示片段的轉基因小鼠，再經過進一步篩選，獲得純合的轉基因小鼠a。

（3）圖2所示序列的兩個loxP1之間或兩個loxP2之間的基因，只會被Cre酶識別并切割一次。為使腦組織細胞中Cre酶的表達受調控，研究者將Cre酶基因與啟動子N（由信號分子X開啟)連接，獲得純合轉基因小鼠b，將圖3所示純合小鼠a和b雜交，得到F1。

①無信號分子X作用時，F1腦組織和其他組織細胞的色彩分別是_____。

②有信號分子X作用時，F1：出現“腦彩虹”，請闡述機理：_____。

（4）研究者希望具有更豐富的顏色組合，即在一個細胞內隨機出現兩種或兩種以上顏色疊加，形成更多顏色的“腦彩虹”，請依據題目信息，寫出設計思路：_____。

Answer 1

【答案】2 DNA連接 受精卵 紅色、無色 F1為雜合子，有編碼紅、黃、藍熒光蛋白的基因、loxP1、loxP2及Cre酶基因； 有信號分子 X 時，啟動 Cre 酶表達，不同腦細胞中 Cre 酶表達情況不同，Cre酶識別的loxP不同，因而不同細胞會差異表達紅色、黃色或藍色熒光蛋白基因 設法使小鼠腦組織細胞內有多個相同的圖 2 所示 DNA 片斷，Cre 酶對每個DNA片段隨機剪切，因而細胞的顏色由細胞內多個熒光蛋白的顏色疊加而成

【解析】

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、將目的基因導入受體細胞：根據受體細胞不同，導入的方法也不一樣。將目的基因導入植物細胞的方法有農桿菌轉化法、基因槍法和花粉管通道法；將目的基因導入動物細胞最有效的方法是顯微注射法；將目的基因導入微生物細胞的方法是感受態(tài)細胞法。

（1）通過圖1可知，Cre酶識別兩個相同的loxP序列，進行切除，切除后片段1自身環(huán)化且?guī)в写�敲除基因，片�?/span>2沒有待敲除基因，故保留片段2，從而實現目標基因的敲除。

（2）①基因表達載體構建過程中需要限制酶和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啟動子M相連接。

②常用顯微注射法將基因表達載體導入小鼠的受精卵細胞中，得到僅含一個圖2所示片段的轉基因小鼠，再經過進一步篩選，獲得純合的轉基因小鼠a。

（3）①F1為雜合子，腦組織細胞中有編碼紅、黃、藍熒光蛋白的基因、loxP1、loxP2及Cre酶基因；無信號分子X時，Cre酶不表達，僅表達與啟動子相鄰的熒光蛋白的基因即紅色熒光蛋白基因，使腦組織細胞呈紅色。通過題干信息可知，“腦彩虹”是一項最新的大腦成像技術，通過熒光蛋白“點亮”大腦內的神經元，而其他組織細胞非神經細胞，故表現出無色。

②F1為雜合子，有編碼紅、黃、藍熒光蛋白的基因、loxP1、loxP2及Cre酶基因；有信號分子X時，啟動Cre酶表達，不同腦細胞中Cre酶表達情況不同，Cre酶識別的loxP不同，因而不同腦細胞會差異表達紅色、黃色或藍色熒光蛋白基因，使F1出現“腦彩虹”。

（4）研究者希望具有更豐富的顏色組合，即在一個細胞內隨機出現兩種或兩種以上顏色疊加，形成更多顏色的“腦彩虹”，依據題目信息，可設計思路為：設法使小鼠腦組織細胞內有多個相同的圖2所示DNA片斷，Cre酶對每個DNA片段隨機剪切，因而細胞的顏色由細胞內多個熒光蛋白的顏色疊加而成。