Question

1．马里奥•卡佩基等科学家在胚胎干细胞和哺乳动物DNA重组方面的研究中取得一系列突破性发现，这些发现导致了“基因敲除”技术（通常叫基因打靶）的出现，利用这一技术可以准确地“敲除”DNA分子上的特定基因，该技术的过程大致如下：
第一步：分离胚胎干细胞．从小鼠囊胚中分离出胚胎干细胞，在培养基中扩增．这些细胞中需要改造的基因称为“靶基因”．
第二步：突变DNA的体外构建．获取与靶基因同源的DNA片断，利用基因工程技术在该DNA片段上插入neo^R基因（新霉素抗性基因），使该片段上的靶基因失活．
第三步：突变DNA与靶基因互换．将体外构建的突变DNA转移入胚胎干细胞，再通过同源互换，用失活靶基因取代两个正常靶基因中的一个，完成对胚胎干细胞的基因改造．
第四步：将第三步处理后的胚胎干细胞，转移到特定培养基中筛选培养．
其基本原理如图所示：
请根据上述资料，回答下列问题．

（1）第一步从小鼠囊胚中分离内细胞团细胞，再用胰蛋白酶处理后，可得到分散的胚胎干细胞．
（2）第二步中neo^R基因插入靶基因使用的工具酶是限制性核酸内切酶和DNA连接酶．
（3）第四步的特定培养基中必须加入的物质是新霉素．
（4）研究者成功获得如上图所示的“敲除”一个靶基因的胚胎干细胞，若将该细胞培育成基因敲除小鼠，运用到的生物技术有胚胎移植，动物细胞培养（写出2种生物技术）．
（5）科学家可以通过敲除基因来研究基因的功能，第（4）题中获得的基因敲除小鼠，能否直接用来研究基因的功能？为什么？否，该基因敲除小鼠只敲除了一个基因，还有一个基因会行使功能，因此无法判断此基因的功能．
（6）若利用第（4）题中获得的基因敲除小鼠和非基因敲除小鼠交配，其产生的后代F₁中的基因敲除小鼠再和原基因敲除小鼠  交配产生F₂代，其中纯合的基因敲除小鼠所占比例$\frac{1}{4}$．

Answer 1

分析 囊胚包括内细胞团和滋养层，其中内细胞团细胞，具有发育的全能性，属于胚胎干细胞．若将靶基因只用一种限制酶敲除，则靶基因两侧应各有一个酶切位点．用用1表示靶基因前的基因、2表示靶基因、3表示靶基因后的基因，用DNA连接酶将敲除后的若干DNA片断进行连接时，可得到3种类型的重组DNA，即1和2连接形成的重组DNA、2和3连接形成的重组DNA、1和3连接形成的重组DNA．若用一种限制酶将靶基因敲除后，再插入neo^R基因，由于只有重组DNA1和2、重组DNA2和3中含有靶基因，所以体外构建的突变DNA有2种类型．

解答 解：（1）囊胚包括内细胞团和滋养层，其中内细胞团细胞，具有发育的全能性．
（2）将neoR基因插入靶基因需要限制酶处理获得相同的黏性末端，再加入DNA连接酶进行连接，故使用的工具酶是基因工程中限制酶、DNA连接酶．
（3）第四步的特定培养基中必须加入物质新霉素，该培养基为选择培养基．
（4）将“敲除”一个靶基因的胚胎干细胞培育成基因敲除小鼠，需要运用动物细胞培养、胚胎移植等技术．
（5）因为该基因敲除小鼠只敲除了一个基因，还有一个基因会行使功能，因此无法判断此基因的功能，所以不能用获得的基因敲除小鼠来直接研究基因的功能．
（6）设原基因为A，敲除后该基因失活，用a表示，则基因敲除小鼠和非基因敲除小鼠交配得F₁为AA和Aa，F₁中的基因敲除小鼠再和原基因敲除小鼠交配，既Aa×Aa，子代出现aa的概为$\frac{1}{4}$．
故答案为：
（1）内细胞团                     
（2）限制性核酸内切酶和DNA连接酶
（3）新霉素      
（4）胚胎移植，动物细胞培养
（5）否   该基因敲除小鼠只敲除了一个基因，还有一个基因会行使功能，因此无法判断此基因的功能
（6）$\frac{1}{4}$

点评 本题以基因敲除技术为背景，考查基因工程、胚胎工程等相关知识，意在考查考生的识记能力和理解所学知识要点，把握知识间内在联系，形成知识网络结构的能力；能运用所学知识，准确判断问题的能力．