Question

15．实时荧光定量PCR（qPCR）实现了PCR从定性到定量的飞跃．Taq Man探针是qPCR技术中一种常用探针（如图1），其y末端连接荧光基团（R），3'末端连接淬灭剂（Q）．当探针完整时，R发出的荧光信号被Q吸收而不发荧光．在qPCR扩增过程中，当Taq酶遇到探针时会使探针水解而释放出游离的R和Q，R发出的荧光信号被相应仪器检测到，荧光信号的累积与PCR产物数量完全同步（如图2）．请回答下列问题：

（1）与质粒相比，Taq Man探针中除荧光基团、淬灭剂外，特有的化学成分是核糖和尿嘧啶．
（2）加入到PCR反应体系的物质，除图中所示引物、酶、模板DNA外，还应包括Mg²⁺、扩增缓冲液和4种脱氧核苷酸．
（3）根据TaqMan探针功能分析，探针中碱基序列的设计应主要依据目的基因内部部分核苷酸序列，同时要避免与引物发生碱基互补配对．
（4）根据图2，Taq酶的功能有催化游离脱氧核苷酸连接到脱氧核苷酸链上、催化RNA水解．
（5）若每分子探针水解释放的R基团荧光强度为a，加入的目的基因为b个，请根据图示过程，试用数学公式表示反应体系中荧光信号强度（Rn）与扩增次数（n）之间的关系：Rn=ab×（2ⁿ-1）．

Answer 1

分析 1、DNA和RNA的主要区别是：五碳糖和含氮碱基不同，DNA中特有的为脱氧核糖和胸腺嘧啶，RNA中特有的为核糖和尿嘧啶．
2、PCR技术的原理为DNA双链复制，所需条件有：引物、酶、模板DNA、4种脱氧核苷酸等．

解答 解：（1）分析图解，Taq Man探针中含有碱基U，说明该探针为单链RNA，而质粒为小型环状DNA，因此与质粒相比，Taq Man探针中除荧光基团、淬灭剂外，特有的化学成分是核糖和尿嘧啶．
（2）PCR技术的原理是DNA的双链复制，因此需要在PCR反应体系中加入4种脱氧核苷酸作为原料．
（3）根据TaqMan探针功能分析，探针中碱基序列的设计应主要依据目的基因内部部分核苷酸序列，同时要避免与引物发生碱基互补配对．
（4）Taq酶能够催化游离脱氧核苷酸连接到脱氧核苷酸链上，根据图2，“当Taq酶遇到探针时会使探针水解而释放出游离的R和Q”，因此该酶能够催化RNA水解．
（5）根据题干信息可知，“荧光信号的累积与PCR产物数量完全同步”，因此计算时需要去除原来亲代的DNA分子，因此若每分子探针水解释放的R基团荧光强度为a，加入的目的基因为b个，反应体系中荧光信号强度（Rn）与扩增次数（n）之间的关系为Rn=ab×（2ⁿ-1）．
故答案为：
（1）核糖和尿嘧啶
（2）4种脱氧核苷酸
（3）目的基因内部部分核苷酸序列     引物
（4）催化游离脱氧核苷酸连接到脱氧核苷酸链上     催化RNA水解
（5）Rn=ab×（2ⁿ-1）

点评 本题属于信息题，考查了基因工程的有关知识，要求考生能够掌握DNA和RNA两种核酸的结构区别，识记PCR技术的原理和条件，能够根据题干和题图信息准确答题，具有一定的难度．