Question

细胞生命活动的稳态离不开基因表达的调控，mRNA降解是重要调控方式之一。

（1）在真核细胞的细胞核中，_________酶以DNA为模板合成mRNA。mRNA的5′端在相关酶作用下形成帽子结构，保护mRNA使其不被降解。细胞质中D酶可催化脱去5′端帽子结构，降解mRNA，导致其无法_________出相关蛋白质，进而实现基因表达调控。

（2）脱帽降解主要在细胞质中的特定部位——P小体中进行，D酶是定位在P小体中最重要的酶。科研人员首先构建D酶过量表达细胞。

①科研人员用_________酶分别切割质粒和含融合基因的DNA片段，连接后构建图1所示的表达载体。将表达载体转入Hela细胞（癌细胞）中，获得D酶过量表达细胞，另一组Hela细胞转入_________作为对照组。在含5%_________的恒温培养箱中培养两组Hela细胞。

②通过测定并比较两组细胞的D酶基因表达量，可确定D酶过量表达细胞是否制备成功。请写出从RNA和蛋白质水平检测两组细胞中D酶量的思路。

RNA水平：_________。

蛋白质水平：_________。

（3）为研究D酶过量表达是否会促进P小体的形成，科研人员得到图2所示荧光测定结果。

①D酶过量表达的Hela细胞荧光结果表明，D酶主要分布在_________中。

②比较两组荧光结果，推测_________。

（4）研究发现细菌mRNA 虽没有帽子结构，但其与mRNA降解相关的R酶也具有脱帽酶活性，可推测脱帽活性可能出现在真核生物mRNA的帽子结构出现_________；从进化的角度推测，D酶和R酶的_________序列具有一定的同源性。

Answer

RNA聚合 翻译 XhoⅠ和SalⅠ 空质粒（不含融合基因的质粒） CO2 分别提取两组细胞总RNA，逆转录形成cDNA，用D酶基因的特异性序列设计引物，通过PCR技术，测定并比较两组细胞D-mRNA量（提取两组细胞的总RNA，用D酶基因的特异性序列设计基因探针，测定并比较两组D-mRNA量） 检测两组细胞中红色荧光的量来反映D酶的量 细胞质 D过量表达会促进P小体形成 之前 氨基酸

【解析】

基因工程的工具：

（1）限制酶：能够识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断裂。

（2）DNA连接酶：连接的是两个核苷酸之间的磷酸二酯键。

（3）运载体：常用的运载体：质粒、噬菌体的衍生物、动植物病毒。

目的基因的检测与鉴定
①首先要检测转基因生物的染色体DNA上是否插入了目的基因，方法是采用DNA分子杂交技术。

②其次还要检测目的基因是否转录出mRNA，方法是采用分子杂交技术。

③最后检测目的基因是翻译成蛋白质，方法是采用抗原一抗体杂交技术。

④讲行个体生物学鉴定。

生物进化的方向是：从简单到复杂， 从低级到高级 ，水生到陆生，由原核到真核。

基因能够通过控制蛋白质的合成来控制生物的性状，基因控制蛋白质合成需要经过转录和翻译两个过程。

（1）在真核细胞的细胞核中，以部分解旋的DNA的一条链为模板在RNA聚合酶的催化下，利用细胞核内游离的核糖核苷酸合成RNA（mRNA）的过程称为转录。通常情况下，转录出的mRNA从核孔进入细胞质中与核糖体结合，完成后续的翻译过程，实现基因对蛋白质的控制，当细胞质中D酶可催化脱去5′端帽子结构，降解mRNA，导致其无法翻译出相关蛋白质，进而实现基因表达调控。

（2）①由图中表达载体的模式图显示XhoⅠ和SalⅠ两种限制酶的识别位点位于融合基因的两端，故可推测科研人员用XhoⅠ和SalⅠ酶分别切割质粒和含融合基因的DNA片段，进而实现了基因表达载体的构建。将表达载体转入Hela细胞（癌细胞）中，获得D酶过量表达细胞，为了设置对照，对照组的处理是将空质粒（不含融合基因的质粒）转入Hela细胞。在含5% CO2 的恒温培养箱中培养两组Hela细胞。

②基因的表达包括转录和翻译两个步骤，转录的产物是RNA，翻译的产物是蛋白质，为了检测比较两组细胞的D酶基因表达量，可通过比较两组细胞中RNA和蛋白质水平即可

在RNA水平采取的方法为：分别提取两组细胞总RNA，逆转录形成cDNA，用D酶基因的特异性序列设计引物，通过PCR技术，测定并比较两组细胞D-mRNA量（提取两组细胞的总RNA，用D酶基因的特异性序列设计基因探针，测定并比较两组D-mRNA量）。

蛋白质作为生物性状的表达者，由于D酶基因和荧光基因融合在一起，故可通过检测荧光蛋白的量确定D酶的表达量，具体做法为：检测两组细胞中红色荧光的量来反映D酶的量。

（3）为研究D酶过量表达是否会促进P小体的形成，科研人员得到图2所示荧光测定结果，由图2的实验结果可知。

①D酶过量表达的Hela细胞荧光主要在细胞质中显示，故可知，D酶主要分布在细胞质中。

②结果显示D酶过量表达的Hela细胞中P小体较多，故推测D过量表达会促进P小体形成。

（4）生物进化的顺序为由原核生物进化为真核生物，细菌为原核生物，研究发现细菌mRNA 虽没有帽子结构，但其与mRNA降解相关的R酶也具有脱帽酶活性，故此可推测脱帽活性可能出现在真核生物mRNA的帽子结构出现之前；从进化的角度推测，D酶和R酶的氨基酸序列应该具有一定的同源性。