Question

【題目】閱讀資料，回答問(wèn)題。

DNA是主要遺傳物質(zhì)，能夠儲(chǔ)存足夠量的遺傳信息，這此遺傳信息就蘊(yùn)藏在4種脫氧核苷酸的排列順序之中。如何才能測(cè)定某段DNA分子的序列信息呢?

DNA測(cè)序技術(shù)到目前為止已經(jīng)發(fā)展了三代。第一代DNA測(cè)序技術(shù)是1975年由桑格和考爾森開(kāi)創(chuàng)的鏈終止法又稱(chēng)Sanger法。在1977年，桑格測(cè)定了第一個(gè)基因組序列，噬菌體X174，全長(zhǎng)5375個(gè)堿基。自此，人類(lèi)獲得了窺探生命遺傳差異本質(zhì)的能力，并以此為開(kāi)端步入基因組學(xué)時(shí)代。這種方法至今還在廣泛使用。研究人員在Sanger法的多年實(shí)踐之中不斷對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)。在2001年完成的首個(gè)人類(lèi)基因組圖譜就是以改進(jìn)了的Sanger法進(jìn)行測(cè)序的。

Sanger法核心原理：由于雙脫氧核苷酸(ddNTP)的2′和3′都不含羥基，其在DNA的合成過(guò)程中不能形成磷酸二酯鍵，因此可以中斷DNA分子合成反應(yīng)，在四個(gè)含有4種脫氧核苷酸(dNTP)的DNA體外合成反應(yīng)體系中分別加入一定比例帶有放射性同位素標(biāo)記的ddNTP(分別為：ddATP，ddCTP，ddGTP和ddTTP)。在PCR過(guò)程中復(fù)制隨機(jī)終止，產(chǎn)生四組不同長(zhǎng)度的一系列終止處帶有標(biāo)記的DNA片段。然后在變性凝膠(加入尿素等堿性物質(zhì))_上進(jìn)行電泳和放射自顯影后，可以根據(jù)電泳帶的位置確定待測(cè)分子的DNA序列，具體過(guò)程見(jiàn)下圖。

注：ddA是ddATP的縮寫(xiě)形式請(qǐng)回答問(wèn)題：

(1)上圖橫線(xiàn)中應(yīng)該加入的物質(zhì)是___________。

(2)材料中還提到“在變性凝膠上進(jìn)行電……”請(qǐng)結(jié)合所學(xué)知識(shí)解釋“變性”含義，以及為什么要變性處理。___________

(3)如果電泳結(jié)果如上圖所示，請(qǐng)同學(xué)們寫(xiě)出待測(cè)DNA分子的序列______。

(4)第一代測(cè)序技術(shù)(Sanger法)能不能測(cè)定序列信息完全未知的DNA，為什么? _________

Answer 1

【答案】DNA聚合酶 變性：破壞DNA分子中的氫鍵，使DNA分子由雙鏈變成單鏈。變性的目的：避免模板鏈對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響 AGTCDAGCTTAG TCAGCTCGAATC 不能；因?yàn)?/span>Sanger法實(shí)施過(guò)程中需要引物，而引物的設(shè)計(jì)也是根據(jù)已知序列設(shè)計(jì)的，所以對(duì)于序列信息完全未知的DNA是無(wú)法進(jìn)行測(cè)序的。

【解析】

PCR技術(shù)：

1、概念：PCR全稱(chēng)為聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，是一項(xiàng)在生物體外復(fù)制特定DNA的核酸合成技術(shù)。

2、原理：DNA復(fù)制。

3、前提條件：要有一段已知目的基因的核苷酸序以便合成一對(duì)引物。

4、條件：模板DNA、四種脫氧核苷酸、一對(duì)引物、熱穩(wěn)定DNA聚合酶（Taq酶）。

5、過(guò)程：①高溫變性：DNA解旋過(guò)程（PCR擴(kuò)增中雙鏈DNA解開(kāi)不需要解旋酶，高溫條件下氫鍵可自動(dòng)解開(kāi)）；低溫復(fù)性：引物結(jié)合到互補(bǔ)鏈DNA上；③中溫延伸：合成子鏈。

(1)DNA體外復(fù)制所需的條件是模板DNA、dNTP、一對(duì)引物、DNA聚合酶，故上圖橫線(xiàn)中應(yīng)該加入的物質(zhì)是DNA聚合酶。

(2) 變性是指破壞DNA分子中的氫鍵，使DNA分子由雙鏈變成單鏈。變性的目的是避免模板鏈對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。

(3)根據(jù)如上圖所示電泳結(jié)果可以讀取的序列AGTCDAGCTTAG，根據(jù)堿基互補(bǔ)配對(duì)原則，可判斷互補(bǔ)鏈的序列為TCAGCTCGAATC。

(4)第一代測(cè)序技術(shù)(Sanger法)不能測(cè)定序列信息完全未知的DNA，因?yàn)?/span>Sanger法實(shí)施過(guò)程中需要引物，而引物的設(shè)計(jì)也是根據(jù)已知序列設(shè)計(jì)的，所以對(duì)于序列信息完全未知的DNA是無(wú)法進(jìn)行測(cè)序的。