Question

【題目】閱讀資料，回答問題。

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

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

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的合成過程中不能形成磷酸二酯鍵，因此可以中斷DNA分子合成反應，在四個含有4種脫氧核苷酸(dNTP)的DNA體外合成反應體系中分別加入一定比例帶有放射性同位素標記的ddNTP(分別為：ddATP，ddCTP，ddGTP和ddTTP)。在PCR過程中復制隨機終止，產(chǎn)生四組不同長度的一系列終止處帶有標記的DNA片段。然后在變性凝膠(加入尿素等堿性物質(zhì))_上進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分子的DNA序列，具體過程見下圖。

注：ddA是ddATP的縮寫形式請回答問題：

(1)上圖橫線中應該加入的物質(zhì)是___________。

(2)材料中還提到“在變性凝膠上進行電……”請結(jié)合所學知識解釋“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，請同學們寫出待測DNA分子的序列______。

(4)第一代測序技術(shù)(Sanger法)能不能測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：避免模板鏈對實驗結(jié)果的影響 AGTCDAGCTTAG TCAGCTCGAATC 不能；因為Sanger法實施過程中需要引物，而引物的設(shè)計也是根據(jù)已知序列設(shè)計的，所以對于序列信息完全未知的DNA是無法進行測序的。

【解析】

PCR技術(shù)：

1、概念：PCR全稱為聚合酶鏈式反應，是一項在生物體外復制特定DNA的核酸合成技術(shù)。

2、原理：DNA復制。

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引物。

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

5、過程：①高溫變性：DNA解旋過程（PCR擴增中雙鏈DNA解開不需要解旋酶，高溫條件下氫鍵可自動解開）；低溫復性：引物結(jié)合到互補鏈DNA上；③中溫延伸：合成子鏈。

(1)DNA體外復制所需的條件是模板DNA、dNTP、一對引物、DNA聚合酶，故上圖橫線中應該加入的物質(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實驗結(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)堿基互補配對原則，可判斷互補鏈的序列為TCAGCTCGAATC。

(4)第一代測序技術(shù)(Sanger法)不能測定序列信息完全未知的DNA，因為Sanger法實施過程中需要引物，而引物的設(shè)計也是根據(jù)已知序列設(shè)計的，所以對于序列信息完全未知的DNA是無法進行測序的。