19.1遗传技术原理

脊髓小脑性共济失调是一种遗传性疾病，会导致大脑在手、眼睛和语言方面协调运动的能力丧失。所涉及的基因包含一段具有多次重复的碱基序列CAG的DNA。这些重复的数量决定了该基因的等位基因是否会导致脊髓小脑性共济失调。人们可以通过测试来确定这个等位基因上CAG重复的数量。

图2.1显示了脊髓小脑性共济失调患者首次出现症状的年龄，以及每个患者中导致脊髓小脑性共济失调的等位基因中CAG重复的数量。

图2.1

一位研究助理认为，从图2.1中可以得出以下结论:

• • 脊髓小脑性共济失调的发展需要超过35次CAG重复。
  • 根据CAG重复次数，可以预测脊髓小脑性共济失调发生的年龄。

使用图2.1中的信息:

说明研究助理如何得出结论，需要超过35个CAG重复才能发展成脊髓小脑性共济失调。

马克[1]

(三是)

只有一个W，X，Y而且Z脊髓小脑性共济失调呈阳性。

使用图2.1表明哪些人的脊髓小脑性共济失调检测呈阳性。

马克[1]

马克[1]

说出科学家添加到混合物中的另一种酶。

马克[1]

马克[1]

图4.1

斑马鱼基因与猪蛋白质Q基因相连，编码一种在荧光灯下发出蓝光的蛋白质。

说明这个基因附着的原因。

(2分)

图4.1为添加山羊启动子DNA

说明启动子DNA的作用。

马克[1]

山羊的启动子DNA取自一个通常在乳腺中表达的基因。

马克[1]

凝胶电泳工艺:

确定DNA会向哪个电极移动。

马克[1]

(二)

解释你对第一部分的答案。

(2分)

图4.2

马克[1]

Dde我从一个镰状细胞β -珠蛋白基因携带者身上消化DNA，用凝胶电泳分析，如下图4.3所示。

图4.3

在图4.3中画出正常个体的DNA片段。清楚地标记这些DNA片段。

(2分)

一名研究人员想要准确检测和测量肝脏组织样本中存在的RNA的数量，以确定被表达的蛋白质的类型。为了达到这个目的，他们进行了一种叫做RT-PCR(逆转录聚合酶链反应)的过程。

RT-PCR使用的反应混合物包含:

• • 检测样品
  • DNA聚合酶
  • 引物
  • 逆转录酶
  • DNA核苷酸
  • 荧光染料

提示DNA聚合酶和逆转录酶在RT-PCR中的作用。

(2分)

在开始研究之前，研究人员向样品中添加了水解酶，以确保所有DNA都被水解。

请说明研究人员为什么要进行这一步。

马克[1]

聚合酶链式反应只会持续有限的时间，即使研究人员不返回它。

说明为什么会出现这种情况。

马克[1]

研究人员使用RT-PCR方法检测不同肝炎病毒的存在;一种影响肝脏的RNA病毒家族。

解释为什么研究人员需要为这个过程生产各种引物。

(2分)

莱伯氏先天性黑朦(LCA)是一种常染色体隐性遗传病。LCA会导致眼部疾病，包括出生时严重失明。LCA已被基因疗法成功治疗，使用病毒代替质粒作为载体。

含有治疗等位基因的腺相关病毒(AAV)载体被直接注射到视网膜中，视网膜是位于眼睛后部的一层，含有感光细胞。那些从小就失明的人都能重见光明。

用于输送载体的注射方法存在风险，因为它可能导致视网膜分离，损害视力。这种方法最初用于LCA，后来被用于其他随着年龄增长而逐渐降低视力的视网膜疾病。

我)

建议在这个基因治疗的例子中，创建重组DNA所涉及的主要步骤。

[4]

(二)

解释为什么LCA是一种常染色体隐性遗传疾病，适合用基因疗法治疗。

[２]

3)

说明为什么基因治疗的视网膜注射方法被用于LCA，然后才被试验用于其他随着年龄增长逐渐降低视力的视网膜疾病。

[２]

科学家试图为基因治疗创造一种改良的病毒载体。

建议在PCR过程中发生的错误如何导致AAV DNA序列中的碱基取代突变。

[3]

(二)

解释为什么老鼠的感光细胞在步骤3中发出荧光。

[２]

3)

预测7m8 AAV对年龄相关视网膜疾病治疗的影响。

[1]

瞳孔间距离(IPD)是以毫米为单位的眼睛瞳孔中心之间的距离。图2.1显示了如何测量IPD。

图2.1

IPD是显示变化的人类面部结构特征的一个例子。

图2.2显示了成人大样本中IPD的变化模式。

图2.2

一)

命名图2.2中所示的变化类型。

[1]

建议而且解释基因和环境如何导致人类IPD的变化。

[3]

IPD为70毫米或以上的个体，在PAX3这种基因会导致生成更少的PAX3蛋白。

PAX3蛋白的正常作用是增加参与胚胎发育的许多其他基因的表达。这些基因影响一系列的表型特征，如面部结构、听力和眼睛颜色。

我)

说明用来描述基因的术语，例如PAX3这种基因控制着其他基因的表达而且说明了PAX3蛋白如何控制其他基因的表达。

[3]

(二)

描述微阵列分析如何用于识别PAX3在胚胎细胞中开启的基因。

［5］

3)

黑猩猩,黑猩猩她的DNA与人类的相似度高达98.5%，包括拥有PAX3基因。研究表明，黑猩猩在胚胎发育期间表达的PAX3蛋白水平高于人类。

图2.3显示了一只黑猩猩，黑猩猩．

图2.3

建议如何知识的PAX3基因帮助科学家解释了为什么人类和黑猩猩的面部结构非常不同，尽管他们有非常相似的DNA。

传统的转基因技术使用三种酶:

• 限制性内切核酸酶
• 逆转录酶
• DNA连接酶

例如，这些酶已被用于生产转基因猪含有绿色荧光蛋白绿色荧光蛋白的基因编码，最初来源于水母。

一种新技术，旨在引起删除一种叫做Cas9核酸酶的酶它与与目标基因互补的RNA序列(引导RNA)一起注入受精卵。Cas9核酸酶导致受精卵中靶基因的缺失，阻止该基因的表达。

在四组猪受精卵上测试了新技术的毒性和有效性。这些猪受精卵是通过试管受精产生的:

• 非转基因雌性猪的卵子
• 来自雄性转基因猪的精子，其体细胞中含有一份绿色荧光蛋白每个细胞的基因

三组猪受精卵分别注射不同浓度的Cas9核酸酶和引导RNA针对绿色荧光蛋白基因．

第四组猪受精卵(对照组)不注入Cas9核酸酶和引导RNA。

每组受精卵中都有一部分存活下来，6天后每个受精卵都发育成一组称为囊胚的细胞。

光镜下计数囊胚数量。然后在显微镜上添加一个过滤器，这样只有表达绿色荧光蛋白的囊胚才能显示出来。对这些进行了统计，结果汇总在表5.1中。

表5.1

c)

图5.1显示了通过电泳分析的新技术的第二次试验的结果。

• 车道1 - 4使用Cas9核酸酶导致编码细胞表面蛋白的靶基因缺失后出生的四只猪的DNA。
• 车道5显示了他们代孕母亲的DNA。
• 车道6显示了另一头正常猪的DNA作比较。

DNA片段的大小以千碱基对(kbp)为单位，如图5.1所示。1kbp是1000个DNA碱基对。

该靶标基因为6kbp，编码一种细胞表面蛋白，这种蛋白对PRRSV病毒感染猪体内细胞至关重要。

Fig.5.1