备课素材：绿色荧光蛋白基因-2022-2023学年高二下学期生物人教版选择性必修3

绿色荧光蛋白基因 先看一道试题： 某研究小组利用转基因技术，将绿色荧光蛋白（GFP）基因整合到野生型小鼠Gata3基因一端，如图甲所示。实验得到能正常表达两种蛋白质的杂合子雌雄小鼠各1只，交配以期获得Gata3-GFP基因纯合子小鼠。为了鉴定交配获得的4只新生小鼠的基因型，设计了引物1和引物2用于PCR扩增，PCR产物电泳结果如图乙所示。下列叙述正确的是（    ） A.Gata3基因的启动子无法控制GFP基因的表达 B.翻译时先合成Gata3蛋白，再合成GFP蛋白 C.2号条带的小鼠是野生型，4号条带的小鼠是Gata3-GFP基因纯合子 D.若用引物1和引物3进行PCR，能更好地区分杂合子和纯合子 解析：由题意可知，GFP基因插入后，两个基因共同使用同一个启动子，Gata3基因的启动子可以控制GFP基因的表达，A错误；由于启动子区在左侧，基因的编码区在右侧，因此转录的方向是从左到右， mRNA的 5'端为Gata3基因，3'端为GFP基因，因此翻译先合成Gata3蛋白，再合成GFP蛋白，B正确；插入前，引物1和引物2扩增出来的片段比插入后要小，故插入前是小片段，4号条带的小鼠是野生型，插入后是大片段，2号条带的小鼠是Gata-GFP基因纯合子，C错误；用引物1和引物3，只能扩增插入GFP基因，不能扩增未插入GFP的基因，因此纯合子，两条染色体都插入了GFP，可以扩增得到片段，而杂合子一条染色体插入了GFP基因，可以PCR扩增，另外一条没有插入GFP基因，无法PCR扩增，因此，二者都可以得到一样的片段，无法区分，D错误。故答案为B。 这道题，以绿色荧光蛋白（GFP）基因和目的基因Gata3的重组后导入模型小鼠进行纯合子的鉴定为情境考查基因工程的必备知识。 那么，什么是绿色荧光蛋白（GFP）基因？绿色荧光蛋白有哪些应用？Gata3目的基因有哪些应用？ 绿色荧光蛋白(GreenFluorescent Protein，简称GFP)是一种在美国西北海岸所盛产的水母中所发现的一种蛋白质。这类学名为Aequorea victoria的水母有着美丽的外表，生存历史超过1.6亿年。 1.绿色荧光蛋白（GFP）和应用 1962年，下村修正是在这种水母的发光器官内发现天然绿色荧光蛋白。它之所以能够发光，是因在其包含238个氨基酸的序列中，第65至67个氨基酸(丝氨酸-酪氨酸-甘氨酸)残基，可自发地形成一种荧光发色团（可以通过荧光显微镜观察）。 当蛋白质链折叠时，这段被深埋在蛋白质内部的氨基酸片段，得以“亲密接触”，导致经环化形成咪唑酮，并发生脱水反应。但此时还不能发射荧光，只有当有分子氧存在的条件下，发生氧化脱氢，方能导致绿色荧光蛋白发色团的“成熟”，形成可发射荧光的形式。 当绿色荧光蛋白的基因和目的基因相融合时，蛋白质既能保持其原有的活性，绿色荧光蛋白的发光能力也不受影响。 通过显微镜观察这种发光的“标签”，科学家就能做到对蛋白质的位置、运动、活性以及相互作用等一目了然。 在一个活体中有数万种不同的蛋白质，这些蛋白质精细地控制着重要的化学进程。如果蛋白机制发生故障，通常就会发生疾病。绿色荧光蛋白可帮助研究这类机制，这就是为什么绿色荧光蛋白成为生物科学极其重要的工具。在它的帮助下，科学家还能对各种细胞的作用，比如，脑神经细胞是如何发育起来的，或者癌症细胞是如何扩散的等等。今天，已经有了许多新的不同的绿色荧光蛋白变体，这就进一步完善了绿色荧光蛋白作为基因标志在生物研究中的广泛应用。 2.目的基因GATA3 细胞在受到内源或外源刺激时会发生DNA损伤，在所有的DNA损伤中，DNA双链断裂是最严重的损伤，如得不到及时有效的修复，将会导致基因组的不稳定，进而诱发癌症。 大家比较认可的是GATA3是一种转录因子，该基因编码一种属于GATA转录因子家族的蛋白质。GATA-3是一种基因，它编码转录因子GATA-3。转录因子是控制基因表达的蛋白质，而GATA-3在一些重要的生物学过程中起着重要的调节作用。需要注意的是，GATA-3在不同的组织和疾病中具有不同的表达模式和功能。 同济大学毛志勇课题组研究表明，GATA3既参与正常乳腺上皮细胞生长及分化，又在乳腺癌发生、发展、转移等过程发挥重要作用，临床研究显示GATA3是乳腺癌中的三大突变率最高的基因之一，然而GATA3是怎样参与到肿瘤发生，它是抑癌基因还是原癌基因仍没有清晰的界定。 他们研究发现，GATA3的突变可能导致基因组不稳定进而诱发癌症的发生，GATA3在乳腺癌发生中可能是抑癌基因。 从上述的基因作用来看，两者重组后，通过绿色荧光蛋白（GFP）基因表达的绿色荧光蛋白可以进行癌细胞的追踪，通过抑癌基因（GATA3）可以研究癌细胞的发生和治疗方法。另外，GATA3还在许多领域的研究中作为目的基因。 例1、