Question

【题目】基因工程中，GUS基因编码的酶可将无色底物生成蓝色产物，GFP基因会产生绿色荧光蛋白，这两种基因都可作为标记基因来研究发育生物学的问题。利用双CRISPR/Cas9系统和Cre/loxP重组酶系统技术可更好地实现该研究。请据图作答：

（1）生长在太平洋西北部的一种海蜇能发出绿色荧光，原因是________________________。

（2）图1为双CRISPR/Cas9系统作用示意图。该系统能够特异性识别DNA序列并切割特定位点，行使这些功能的分子结构分别 是___________、___________。

（3）图中向导RNA与DNA结合的原理是___________。将删除区切割后，转入基因与原DNA片段可通过形成_______拼接起来，形成新的DNA序列。

（4）双CRISPR/Cas9系统可直接在靶细胞内起作用，与传统的基因工程相比，该操作无需___________（填写工具）。与质粒载体导入外源基因比，双CRISPR/Cas9系统编辑的基因可以不含___________。

（5）图2为Cre/loxP重组酶系统作用示意图。利用双CRISPR/Cas9系统可精准地将loxP序列、GUS基因及GFP基因连接，接上35S启动子之后可在组织中检测出蓝色区而无绿色荧光区，这是由于_________而无法表达。Cre基因是重组酶基因，经38℃热处理后可被激活表达，在此前提下组织中可检测出绿色荧光区。

Answer 1

【答案】 海蜇的DNA分子上含有绿色荧光蛋白基因 向导RNA Cas9蛋白 碱基互补配对 磷酸二酯键 载体（运载体） 启动子、终止子和标记基因 GFP基因自身无启动子

【解析】

生物的性状受基因控制，海蜇能发出绿色荧光是由于海蜇的DNA分子上含有绿色荧光蛋白基因，基因能通过控制蛋白质的结构直接控制生物性状；图1为双CRISPR/Cas9系统作用示意图，由图可知，向导RNA中有一段识别序列，具有识别功能，可以与特定的DNA序列发生碱基互补配对，Cas9蛋白则可切割所识别的特定DNA序列；导入的基因和原DNA片段之间需要重新形成磷酸二酯键才能连接在一起，形成新的DNA分子，该过程类似于基因工程操作中的构建基因表达载体步骤，据此作答。

（1）由于海蜇的DNA分子上含有绿色荧光蛋白基因，因此海蜇能发出绿色荧光。

（2）据图1所示，向导RNA可以识别特定的DNA序列，Cas9蛋白可切割所识别的特定DNA序列。

（3）向导RNA与DNA根据碱基互补配对原则结合；转入的基因与原DNA片段之间要形成新的磷酸二酯键才能连接起来。

（4）双CRISPR/Cas9系统可直接在靶细胞内起作用，因此无需运载体。构建的基因表达载体必须含启动子、终止子和标记基因等结构，而双CRISPR/Cas9系统编辑的基因可不含有这些结构。

（5）GUS基因编码的酶可将无色底物生成蓝色产物，GFP基因会产生绿色荧光蛋白，在组织中检测出蓝色区而无绿色荧光区，说明GUS基因正常表达而GFP基因不能正常表达，根据“Cre基因是重组酶基因，经38℃热处理后可被激活表达，在此前提下组织中可检测出绿色荧光区”提示，可见GFP基因的正常表达需以Cre基因被激活表达为前提，即GFP基因自身无启动子，无法启动自身的表达。