Question

【题目】Hedgehog基因（H）广泛存在于无脊椎动物和脊椎动物中，在胚胎发育中起重 要作用。我国科研工作者利用基因敲除和核酸分子杂交技术，研究了H基因在文昌鱼 胚胎发育中的作用。

（1）研究者使用了两种TALE蛋白对文昌鱼的H基因进行敲除。TALE蛋白的结构是人工 设计的，蛋白质的中央区能够结合H基因上特定的序列，F区则能在该序列处将DNA双链切开如图1所示。

①根据_______设计出其氨基酸序列，再根据氨基酸序列对应的密码子序列推测岀编码 TALE蛋白的DNA序列，人工合成DNA序列之后，再以其为模板进行转录生成 mRNA。

②将两种mRNA用 _______法导入文昌鱼的卵细胞中，然后滴加精液使卵受精，此受精 卵发育成的个体为F0代。

③F0代个体细胞内被两种TALE蛋白处理过的DNA，经________催化重新连接后，H 基因很可能因发生碱基对的_______而丧失功能，基因丧失功能则被称为“敲除”。

（2）提取F0代胚胎细胞DNA，通过________体外扩增H基因，用________进行切割，电 泳后用______为探针进行DNA分子杂交，实验结果如图2所示。图中样品________代表的F0个体中部分H基因己被敲除。研究者发现，在F0个体产生的所有配子中，通常只有部分配子的H基因被敲除，可能的原因是__________。

Answer 1

【答案】TALE蛋白的功能 显微注射 DNA连接酶 缺失 PCR技术 BsrGⅠ酶 放射性同位素（或荧光）标记的目的基因片段 2 F0受精卵中成对的H基因中仅一个被敲除（F0胚胎中仅部分细胞的H基因被敲除、细胞中H基因未被敲除）

【解析】

分析图1：被两种TALE蛋白处理过的DNA重新连接后，缺失了BsrGⅠ识别位点。

分析图2：H基因中含有一个BsrGⅠ识别位点，能被BsrGⅠ切割形成两种不同长度的DNA片段，而H基因被敲除后会缺失BsrGⅠ识别位点，不能被BsrGⅠ识别和切割。样品1中有两种长度不同的DNA，说明其代表的个体中H基因没有被敲除，样品2中含有3种长度不同的DNA片段，说明其代表的F0个体中部分H基因已被敲除。

（1）①蛋白质工程的基本程序：预期蛋白质功能→设计预期的蛋白质结构→推测应有氨基酸序列→找到对应的脱氧核苷酸序列（基因）。因此人工设计TALE蛋白时，应该先根据TALE蛋白的功能设计出其氨基酸序列，再根据氨基酸序列对应的密码子（mRNA）序列推测出编码TALE蛋白的DNA序列，人工合成DNA序列之后，再以其为模板进行转录生成mRNA。

②将两种mRNA导入动物细胞（文昌鱼的卵细胞）最有效的方法是显微注射法。

③由图可知，被两种TALE蛋白处理过的DNA经过DNA连接酶重新连接后，缺失了BsrGⅠ识别位点，即发生碱基对的缺失，H基因很有可能因此而丧失功能，基因丧失功能则被称为“敲除”。

（2）体外扩增目的基因可采用PCR技术；H基因中含有一个BsrGⅠ识别位点，因此可用BsrGⅠ酶切割H基因；探针是指放射性同位素（或荧光）标记的目的基因片段；样品1中有两种长度不同的DNA，说明其代表的个体中H基因没有被敲除，样品2中含有3种长度不同的DNA片段，说明其代表的F0个体中部分H基因已被敲除。在F0个体产生的所有配子中，通常只有部分配子的H基因被敲除，可能的原因是F0受精卵中成对的H基因中仅一个被敲除（F0胚胎中仅部分细胞的H基因被敲除、细胞中H基因未被敲除）。