PNAS：改写教科书！DNA也会天然地发出荧光！

PNAS：改写教科书！DNA也会天然地发出荧光！

2016年08月18日讯 在一项新的研究中，来自美国西北大学的研究人员捕获到DNA做一种之前从未观察到的事情：它发出荧光。相关研究结果发表在2016年8月15日那期PNAS期刊上，论文标题为“Superresolution intrinsic fluorescence imaging of chromatin utilizing native, unmodified nucleic acids for contrast”。

几十年来，教科书写道活细胞内DNA、RNA和蛋白质等大分子不会独立地发挥荧光。当对大分子进行成像时，人们需要依赖对大分子进行标记的荧光染料增强它们的对比度。

但是，如今，来自美国西北大学的Vadim Backman教授、Hao Zhang教授和Cheng Sun教授发现活细胞内的大分子结构事实上确实天然地发出荧光。这一发现可能为开发出一种新的无需荧光标记的超分辨率纳米成像技术和扩大对生物学过程的理解铺平道路。

Zhang说，“教科书写道，生物大分子不会吸收光线，也不会发出荧光。这是每个人学到的东西；它是训练的一部分，但是没有人对此提出质疑。”

为何之前没有人观察到生物大分子发出荧光？它们处于“暗态（dark state）”，即它们不吸收也不发出光线。但是它们花了如此长的时间处于暗态，并不意味着它们从不会发出光线。Backman将这种情形比作为运动员的间歇训练。

Backman解释道，“短跑选手交替进行非常非常快速地奔跑和休息。你可能在他们正在休息时捕捉到他们，就认为他们不会做其他事情。DNA和蛋白质就是这样做的。它们在非常短的时间内发出荧光，然后休息非常长的时间。”

Backman、Zhang和Sun发现当利用可见光进行照射时，这些大分子被激活，并且发出足够强的光线，这样在不需要荧光染料的情形下对它们进行成像。当被合适波长的光线激活时，它们甚至比携带最好的最为强大的荧光标记时更好地发出光线。

Zhang说，“鉴于染色是有毒的，这是比较理想的。此外，染色使得成像更不准确。”

这种毒性使得很难准确地对活细胞中的主动过程进行成像，这是因为这些细胞在加入荧光染料后很快就会死亡。尽管有特殊的染料被用来对活细胞进行成像，但是它们只是让这些细胞更慢地死亡。

Backman说，“细胞可能在两个小时内死亡，不过仍然需要在头半个小时内进行成像。但是你精确地测量什么？你实际上观察什么？你正在观察细胞发生的真实过程吗？或者你正在观察即将死亡的细胞中发生的过程吗？没有人知道。”

多谢Backman、Zhang和Sun，世界可能很快就会知道的。

斑马鱼的酶D由17号染色体上的D基因编码．具有纯合突变基因（dd）的斑马鱼胚胎会发出红色荧光．利用转基因

（1）要将G基因与质粒重组，首先要用同一种限制性核酸内切酶切割含有G基因的外源DNA分子和载体，再DNA连接酶将目的基因和载体连接形成重组质粒．
（2）17号染色体上存在等位基因D、d，有纯合基因dd存在的时候，胚胎发出红色荧光，D_无红色荧光．转基因G_表达绿色荧光，gg无绿色荧光，且绿色荧光蛋白基因（G）也整合到17号染色体上，两对等位基因之间为连锁遗传．亲代M的胚胎无荧光，因此其基因型为Ddgg，遗传图解如下：

由此可推知亲代M的基因型是Ddgg，子代只发出绿色荧光的胚胎基因型包括：DDGg，DdGg．
（3）由以上分析可知，D、G在基因分离时候会出现连锁现象，亲本N只能产生两种配子，即DG和dg，与M杂交时不会出现红绿荧光（ddG_）这样的表现型，若出现，则说明N产生了基因型为Dg的配子，可见其在减数分裂形成配子的过程中，同源染色体上的非姐妹染色单体发生了交叉互换．若亲代N产生的配子中重组的配子（dG和Dg）占的比例为x，则dG占的比例为 x 2 ，又因亲代M产生两种比例相等的配子：Dg、dg，则可知子代胚胎中红?绿荧光胚胎的概率为 x 4 ，即： x 4 = 红．绿荧光胚胎数量 胚胎总数 ，可推出重组的配子比例为：4× 红．绿荧光胚胎数量 胚胎总数 ．
故答案为：
（1）限制性核酸内切酶??DNA连接酶?
（2）①b????②b、d
（3）N???非姐妹染色单体???4× 红．绿荧光胚胎数量 胚胎总数

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