Question

基因敲除是80年代后半期應用DNA同源重組原理發展起來的一門新技術。實際上是一套組合分子生物學技術,包括基因重組、細胞分離培養、轉基因技術等。80年代初，胚胎干細胞（ES細胞）分離和體外培養的成功奠定了基因敲除的技術基礎。1985年，首次證實的哺乳動物細胞中同源重組的存在奠定了基因敲除的理論基礎。到1987年，Thompsson首次建立了完整的ES細胞基因敲除的小鼠模型。此后的幾年中，基因敲除技術得到了進一步的發展和完善。 “基因敲除細胞”的構建過程如下：

第一步：從小鼠囊胚中分離出胚胎干細胞（ES），在培養基中擴增。這些細胞中需要改造的基因稱為“靶基因”。

第二步：構建基因表達載體。取與靶基因序列同源的目的基因（同源臂），在同源臂上接入新霉素抵抗基因等。由于同源臂與靶基因的DNA正好配對，所以能像“準星”一樣， 將表達載體準確地帶到靶基因的位置。

第三步：將表達載體導入胚胎干細胞，并與其內靶基因同源重組，完成胚胎干細胞的基因改造。

第四步：基因改造后的胚胎干細胞增殖、篩選。

基本原理如下圖所示。

請根據上述資料，回答下列問題：

（1）“從小鼠囊胚中分離出胚胎干細胞（ES），在培養基中擴增”需要利用_______________酶處理使其成為_______________，再進行細胞培養；進行培養時，培養液中除葡萄糖、氨基酸、無機鹽、維生素外，還要加入_______________。 “基因敲除技術”以胚胎干細胞作為受體細胞是因為胚胎干細胞具有          性。

（2）在把與靶基因序列同源的目的基因導入受體細胞前，應首先完成           ，在這

過程中所需要的工具酶是                。

（3）基因改造后的胚胎干細胞需要篩選，是一項的非常重要工作，原因是              。

（4）“基因基因敲除技術” 應用到DNA同源重組原理涉及的變異類型實際上是         。

（5）如果通過上圖表示的過程，獲得一枚“敲除”一個靶基因的胚胎干細胞，并培養成一只克隆小鼠，獲得的小鼠，通過有性生殖產生的后代是否都含該目的基因？為什么?  

      ，                                                                 。

（6）上述資料中新霉素抵抗基因的作用最可能是              。

（7）科學家利用“基因敲除”技術進行研究時，對照組是_______________。由于實驗動物的基因組中_______________，所以通過實驗動物與正常動物性狀的比較，能夠發現實驗動物的_______________，從而確定被敲除基因的功能。

Answer 1

（1）胰蛋白酶　 單個細胞　 動物血清  全能性

（2）重組DNA的構建     限制性核酸內切酶和DNA連接酶 

（3）目的基因導入胚胎干細胞的成功率極低

（4）基因重組 （5）否  在形成生殖細胞時等位基因（目的基因和靶基因）會發生分離          

（6）作為標記基因，便于篩選  （7）正常動物　　 被轉入了目的基因（或突變基因）  性狀變化（性狀改變）

解析:

基因敲除技術實際屬于基因工程技術，路線如下：（1）構建重組基因載體﹔（2）用電穿孔、顯微注射等方法把重組DNA轉入受體細胞（基因敲除的靶細胞目前最常用的是小鼠ES細胞）核內﹔（3）用選擇培養基篩選已擊中的細胞﹔（4）將擊中細胞轉入胚胎使其生長成為轉基因動物，對轉基因動物進行形態觀察及分子生物學檢測。基因敲除的應用領域主要有：建立人類疾病的轉基因動物模型，為醫學研究提供材料；改造動物基因型，鑒定新基因和/或其新功能，研究發育生物學；治療遺傳病；改造生物、培育新的生物品種。

【點評】此題根據“源于教材，高于教材”的命題思想，變式考查基因工程操作和運用。基因敲除技術可能是遺傳工程中的另一重大飛躍。這項新技術在基礎理論研究及實際應用中都將有著廣闊的應用前景。遺傳工程連續幾年的高考熱點