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PNAS：改寫教科書
！DNA也會天然地發(fā)出熒光
！

佚名 2024-06-07 10:32:01

PNAS：改寫教科書！DNA也會天然地發(fā)出熒光
！

2016年08月18日訊 在一項新的研究中

，來自美國西北大學(xué)的研究人員捕獲到DNA做一種之前從未觀察到的事情：它發(fā)出熒光
。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2016年8月15日那期PNAS期刊上
，論文標(biāo)題為“Superresolution intrinsic fluorescence imaging of chromatin utilizing native, unmodified nucleic acids for contrast”
。

幾十年來

，教科書寫道活細(xì)胞內(nèi)DNA
、RNA和蛋白質(zhì)等大分子不會獨立地發(fā)揮熒光
。當(dāng)對大分子進行成像時，人們需要依賴對大分子進行標(biāo)記的熒光染料增強它們的對比度
。

！DNA也會天然地發(fā)出熒光！.png" />

但是

，如今
，來自美國西北大學(xué)的Vadim Backman教授、Hao Zhang教授和Cheng Sun教授發(fā)現(xiàn)活細(xì)胞內(nèi)的大分子結(jié)構(gòu)事實上確實天然地發(fā)出熒光
。這一發(fā)現(xiàn)可能為開發(fā)出一種新的無需熒光標(biāo)記的超分辨率納米成像技術(shù)和擴大對生物學(xué)過程的理解鋪平道路
。

Zhang說，“教科書寫道

，生物大分子不會吸收光線
，也不會發(fā)出熒光。這是每個人學(xué)到的東西
；它是訓(xùn)練的一部分
，但是沒有人對此提出質(zhì)疑?div id="jfovm50" class="index-wrap">！?/p>

為何之前沒有人觀察到生物大分子發(fā)出熒光

？它們處于“暗態(tài)（dark state）”，即它們不吸收也不發(fā)出光線
。但是它們花了如此長的時間處于暗態(tài)
，并不意味著它們從不會發(fā)出光線。Backman將這種情形比作為運動員的間歇訓(xùn)練
。

Backman解釋道

，“短跑選手交替進行非常非常快速地奔跑和休息
。你可能在他們正在休息時捕捉到他們
，就認(rèn)為他們不會做其他事情。DNA和蛋白質(zhì)就是這樣做的
。它們在非常短的時間內(nèi)發(fā)出熒光
，然后休息非常長的時間?div id="jpandex" class="focus-wrap mb20 cf">！?/p>

Backman

、Zhang和Sun發(fā)現(xiàn)當(dāng)利用可見光進行照射時，這些大分子被激活
，并且發(fā)出足夠強的光線
，這樣在不需要熒光染料的情形下對它們進行成像。當(dāng)被合適波長的光線激活時
，它們甚至比攜帶最好的最為強大的熒光標(biāo)記時更好地發(fā)出光線
。

Zhang說

，“鑒于染色是有毒的，這是比較理想的
。此外
，染色使得成像更不準(zhǔn)確?div id="jpandex" class="focus-wrap mb20 cf">！?/p>

這種毒性使得很難準(zhǔn)確地對活細(xì)胞中的主動過程進行成像

，這是因為這些細(xì)胞在加入熒光染料后很快就會死亡。盡管有特殊的染料被用來對活細(xì)胞進行成像
，但是它們只是讓這些細(xì)胞更慢地死亡
。

Backman說，“細(xì)胞可能在兩個小時內(nèi)死亡

，不過仍然需要在頭半個小時內(nèi)進行成像
。但是你精確地測量什么？你實際上觀察什么
？你正在觀察細(xì)胞發(fā)生的真實過程嗎
？或者你正在觀察即將死亡的細(xì)胞中發(fā)生的過程嗎？沒有人知道
?div id="jfovm50" class="index-wrap">！?/p>

多謝Backman、Zhang和Sun

，世界可能很快就會知道的
。

斑馬魚的酶D由17號染色體上的D基因編碼．具有純合突變基因（dd）的斑馬魚胚胎會發(fā)出紅色熒光．利用轉(zhuǎn)基因

（1）要將G基因與質(zhì)粒重組，首先要用同一種限制性核酸內(nèi)切酶切割含有G基因的外源DNA分子和載體

，再DNA連接酶將目的基因和載體連接形成重組質(zhì)粒．
（2）17號染色體上存在等位基因D
、d，有純合基因dd存在的時候
，胚胎發(fā)出紅色熒光
，D_無紅色熒光．轉(zhuǎn)基因G_表達綠色熒光，gg無綠色熒光
，且綠色熒光蛋白基因（G）也整合到17號染色體上
，兩對等位基因之間為連鎖遺傳．親代M的胚胎無熒光，因此其基因型為Ddgg
，遺傳圖解如下：

由此可推知親代M的基因型是Ddgg
，子代只發(fā)出綠色熒光的胚胎基因型包括：DDGg，DdGg．
（3）由以上分析可知
，D
、G在基因分離時候會出現(xiàn)連鎖現(xiàn)象，親本N只能產(chǎn)生兩種配子
，即DG和dg
，與M雜交時不會出現(xiàn)紅綠熒光（ddG_）這樣的表現(xiàn)型
，若出現(xiàn)，則說明N產(chǎn)生了基因型為Dg的配子
，可見其在減數(shù)分裂形成配子的過程中
，同源染色體上的非姐妹染色單體發(fā)生了交叉互換．若親代N產(chǎn)生的配子中重組的配子（dG和Dg）占的比例為x
，則dG占的比例為 x 2
，又因親代M產(chǎn)生兩種比例相等的配子：Dg、dg
，則可知子代胚胎中紅?綠熒光胚胎的概率為 x 4
，即： x 4 = 紅．綠熒光胚胎數(shù)量 胚胎總數(shù) ，可推出重組的配子比例為：4× 紅．綠熒光胚胎數(shù)量 胚胎總數(shù) ．
故答案為：
（1）限制性核酸內(nèi)切酶??DNA連接酶?
（2）①b????②b
、d
（3）N???非姐妹染色單體???4× 紅．綠熒光胚胎數(shù)量 胚胎總數(shù)

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