【CN110129311A】一种无立足点和分支迁移域的DNA链置换新方法【专利】
基于DNA链置换实现的逻辑门(异或门)
结合荧光标记的DNA链置换技术实现DNA逻辑门---非门，异或门1.引言计算机技术被认为是20世纪三大科学革命之一，电子计算机为社会的发展起到了巨大的促进作用，但是量子物理学已经成功的预测出芯片微处理能力的增长不能长期地保持下去。
基于这一原因，科学家们正在寻找其他全新的计算机结构，例如人工神经网络计算机、量子计算机、光学计算机等及DNA计算机。
1994年，美国加利福尼亚大学的Adleman博士提出利用DNA(脱氧核糖核酸)对一个图论中的NP．完全问题．有向图的Hamilton路问题进行编码，借助连接、变性、复性、PCR扩增、电泳等生物操作可以求解出这一问题。
这一研究成果引起了数学、物理、化学以及生物界科学家们的广泛关注，也开辟了DNA计算的新纪元。
随后许多有关专家纷纷探讨并研究了DNA计算乃至DNA计算机的可行性。
这无疑是一个极具开发价值的研究领域。
具体原因如下：DNA计算具有高度的并行性，运算速度快，一周的运算量相当于所有电子计算机从问世以来的总运算量。
(1)DNA作为信息的载体其储存的容量非常之大，1m3的DNA溶液可存储的二进制数据，远远超过当前全球所有电子计算机的总存储量。
(2)DNA计算机所消耗的能量只占一台电子计算机完成同样计算所消耗的能量的十亿分之一。
(3)DNA分子的资源很丰富。
总之，DNA计算机的出现将会给人类文明带来一个质的飞跃，给全球带来巨大的改变。
就DNA计算机的上述优点及应用前景吸引了不同学科、不同领域的很多科学家，尤其是计算机科学家、生物学、化学、数学、物理和工程等领域的科学家。
2.DNA计算的基本思想DNA计算是一种以DNA为主及其相关的生物酶等作为最基本的原料、基于某些生化反应原理的一种新型的分子生物计算方法。
DNA计算的基本思想是：利用DNA 特殊的双螺旋结构和碱基互补配对原则进行信息编码，把要运算的对象映射成DNA分子链，在生物酶的催化作用下，生成各种数据池，然后按照一定的原则将原始问题的数据运算高度并行的映射成DNA分子链的可控的生化反应过程。
热点03 基因编辑(解析版)
热点03--基因编辑第I卷（选择题）一、单选题1．2020年的诺贝尔化学奖授予了两位在基因组编辑技术（如CRISPR/Cas）领域作出杰出贡献的女科学家。
这项技术的问世源自于人们在本世纪初对细菌抵御噬菌体的机理研究：不少的细菌第一次被特定的噬菌体感染后，由细菌Cas2基因表达的Cas2核酸内切酶（蛋白质）便会随机低效切断入侵的噬菌体DNA双链，并将切下的DNA片段插入CRISPR位点，形成“免疫记忆”。
当细菌再次遭遇同种噬菌体时，由CRISPR位点转录产生的crRNA便会将另一种核酸内切酶（如Cas9）准确带到入侵者DNA处，并将之切断，即“免疫杀灭”。
过程如图所示。
下列说法错误的是（）A．细菌体内发生图中的①过程，需要细菌提供场所、模板、原料、能量等B．图中②过程的机理类似于mRNA与DNA模板链的结合C．核酸内切酶Cas2通过识别特定序列的DNA，并在特定位点将DNA切断D．细菌利用CRISPR/Cas分子装置剿灭入侵噬菌体的过程相当于高等动物的特异性免疫【答案】C【分析】分析图形：左图是初次免疫形成免疫记忆，右图为再次感染后的免疫杀灭。
左图中细菌当第一次被特定的噬菌体感染后，细菌cas2基因表达的Cas2核酸内切酶（蛋白质）会随机低效切断入侵的噬菌体DNA双链，并将切下的DNA片段插入CRISPR位点，形成“免疫记忆”。
右图中当细菌再次遭遇同种噬菌体时，由CRISPR位点转录产生的crRNA 便会将另一种核酸内切酶（如Cas9）准确带到入侵者DNA处，并将之切断，形成“免疫杀灭。
【详解】A、细菌体内发生图中的①过程为基因的表达，包括转录和翻译过程，需要提供核糖体（翻译场所）、细菌DNA（转录模板）、转移RNA（运输氨基酸）、核糖核苷酸（转录原料）、氨基酸（翻译原料）、A TP（供能），A正确；B、由图可知：当细菌再次遭遇同种噬菌体时，由CRISPR位点转录产生的crRNA便会将另一种核酸内切酶准确带到入侵者DNA处，涉及RNA与DNA的结合，与mRNA 与DNA模板链的结合的机理类似，利用的是碱基互补配对的原则，B正确；C、根据题干信息可知：Cas2核酸内切酶能随机低效切断入侵的噬菌体DNA双链，并没有特异性的识别，C错误；D、细菌利用如图所示的CRISPR/Cas分子装置剿灭入侵噬菌体的过程，是后天形成的，则相当于高等动物的特异性免疫，D正确。
2017年高考生物(考点解读+命题热点突破)专题07遗传的分子基础
专题07遗传的分子基础【考向解读】1. 人类对遗传物质的探索过程（n）2. DNA分子结构的主要特点（n ）3. 基因的概念（n）4. DNA分子的复制（n ）5. 遗传信息的转录和翻译（n）6. 基因与性状的关系（n）中频考点：遗传信息的转录和翻译低频考点：人类对遗传物质的探索过程【命题热点突破一】对细菌转化实验的考查例1 •艾弗里及其同事为了探究S型肺炎双球菌中何种物质是“转化因子”，进行了肺炎双球菌体外转化实验。
下列叙述错误的是（）A. 肺炎双球菌的细胞结构中没有核膜包被的成形细胞核B. 该实验的设计思路是单独观察S型细菌的DNA和蛋白质等成分的作用C. 在培养R型菌的培养基中添加S型菌的DNA后出现的菌落只有S型D. 该实验证明了DNA是遗传物质而蛋白质不是遗传物质【解析】肺炎双球菌是原核生物，没有核膜包被的成形细胞協A正确負艾弗里实验设计思踣是將S型细菌的DUA和蛋白质等成分分开单独看各自的作用，B正确j在培养R型细菌的培养基中添加S菌的DNA后出现S型菌，也有尺型菌，C错误孑肺炎双球菌的体外转化实验证明了DNA是遗传物质而蛋白质不是遗传物质* D正确◎【答案】C【特别提醒】肺炎双球菌转化实验的三个相关问题1. 加热杀死的S型细菌，其蛋白质变性失活，而冷却时，其结构可恢复。
2. 转化的实质是S型细菌的DNA片段整合到了3. 转化后形成的S型细菌可以遗传下去，说明DNA在加热过程中，双螺旋解开，氢键断裂，但缓慢R型细菌的DNA中，即实现了基因重组。
S型细菌的DNA是遗传物质。
【变式探究】下图是肺炎双球菌的转化实验，下列说法中正确的是：：£-A. 实验遵循了对照原则和单一变量原则B. a 、d 组小鼠死亡是小鼠免疫功能丧失的结果C. 从d 组死亡小鼠身上分离到的 S 型细菌是由S 型死细菌转化的D. 从变异的角度看，细菌的转化属于基因突变【解析】團中a 、bj 逊u 和6吐相互对略各对照组间只有一个变量不同，不要误i 1/）址d 和b 、d 之间有两个变量，单一变量原则主要指对照组之间，止正确；弧心组小鼠死亡是S 型细菌使小鼠患败血症 的结果』片错误'3型细菌经过加热后蛋日质发生变性，不可能转化为活细菌，杲R 型细菌转化为S 型活细 菌，C 错误$细菌的转化属于基因重组，D 错误。
第18讲 基因工程(讲义)原卷版
第18讲 基因工程考点01 基因工程★ 考向1 基因工程的理论基础1、基因工程的理论基础2、基因工程的基本操作程序（1）目的基因的获取：方法有从基因文库中获取、利用PCR 技术扩增和人工合成。
（2）基因表达载体的构建：是基因工程的核心步骤，基因表达载体包括目的基因、启动子、终止子和标记基因等，启动子在基因的首段，它是RNA 聚合酶的结合位点，能控制着转录的外源基因在受体细胞内表达理论 基础 ①基因是控制生物性状的遗传物质的结构和功能的基本单位。
②遗传信息的传递都遵循中心法则。
③生物界共用一套遗传密码。
重组DNA ： 载体+目的基因 复制转录 RNA 翻译 蛋白质基因拼接 ①DNA 的基本组成单位都是四种脱氧核苷酸。
②DNA 分子都遵循碱基互补配对原则。
③双链DNA 分子的空间结构都是双螺旋结构。
开始；终止子在基因的尾端，它控制着转录的结束；标记基因便于目的基因的鉴定和筛选。
（3）将目的基因导入受体细胞：根据受体细胞不同，导入的方法也不一样，将目的基因导入植物细胞的方法有农杆菌转化法、基因枪法和花粉管通道法；将目的基因导入动物细胞最有效的方法是显微注射法；将目的基因导入微生物细胞的方法是感受态细胞法。
（4）目的基因的检测与鉴定。
分子水平上的检测：①检测转基因生物染色体的DNA是否插入目的基因--DNA分子杂交技术；②检测目的基因是否转录出了mRNA--分子杂交技术；③检测目的基因是否翻译成蛋白质--抗原-抗体杂交技术，个体水平上的鉴定：抗虫鉴定、抗病鉴定、活性鉴定等。
易错警示：辨析农杆菌转化法中的两次拼接与两次导入（1）两次拼接：第一次拼接是将目的基因拼接到Ti质粒的T-DNA中；第二次拼接指被插入目的基因的T-DNA被拼接到受体细胞染色体的DNA上。
（2）两次导入：第一次导入是将含目的基因的Ti质粒导入农杆菌；第二次导入是将含目的基因的T-DNA导入受体细胞。
3、DNA的粗提取与鉴定（1）原理：利用DNA、RNA、蛋白质和脂质等在物理和化学性质方面的差异，提取DNA，去除其他成分。
高一生物细胞的分化癌变衰老和凋亡试题答案及解析
高一生物细胞的分化癌变衰老和凋亡试题答案及解析1.研究表明细胞癌变是细胞从已分化转变到未分化状态的过程，下列叙述正确的是A．癌细胞具有和正常分化细胞相近的细胞类型B．癌细胞的分裂能力与分化程度成正相关C．癌细胞类似于胚胎细胞都脱离了细胞的正常分化D．诱导癌细胞的正常分化是癌症治疗的一种策略【答案】D【解析】从题干可知癌细胞是未分化状态，与正常分化状态不同，A错误；分裂能力与分化程度成负相关，B错误；胚胎细胞属于正常分化，故C错误；诱导癌细胞的正常分化，使之失去癌细胞的特性，故D正确。
【考点】本题考查细胞癌变的相关知识，意在考查考生理解所学知识的要点，把握知识间的内在联系的能力。
2.下列发生了细胞分化且能体现体细胞全能性的生物学过程是( ).A．玉米种子萌发长成新植株B．胡萝卜根韧皮部细胞经组织培养发育成新植株C．小麦花粉经离体培养发育成单倍体植株D．小鼠骨髓造血干细胞形成各种血细胞【答案】B【解析】玉米种子萌发长成新植株的过程中发生了细胞分化，但没有体现出全能性，故A错误；胡萝卜根韧皮部细胞经过植物组织培养发育成新植株的过程体现了细胞的全能性，发生了细胞分化，故B正确；小麦花粉经立体培养发育成单倍体植株过程发生细胞分化，但体现了生殖细胞的全能性，故C错误；小鼠骨髓中造血干细胞形成各种血细胞发生了细胞分化，但没有发育成个体，即没有体现全能性，故D错误。
【考点】本题考查细胞分化和全能性的有关知识，意在考查考生识记能力和理解所学知识的要点，把握知识间的内在联系的能力。
3.癌细胞容易转移，这是因为A．细胞膜具有流动性B．癌细胞为球形C．癌细胞膜上糖蛋白等物质减少D．癌细胞体积较小【答案】C【解析】癌细胞膜上的糖蛋白等物质减少，细胞之间的黏着性降低，因此容易扩散和转移，故C正确，ABD错误。
【考点】本题考查癌细胞的特征的有关知识，意在考查考生识记能力和理解所学知识的要点，把握知识间的内在联系的能力。
4.今年4月15～20日是我国第14个全国肿瘤防治宣传周。
郑用琏分子生物学华中农业大学
分子生物学综合复习题第1章绪论第2章基因的概念1. Basic Concepts重复基因（duplicate factor）：即在基因组中有多个拷贝的基因——在真核生物基因组中发现这种现象，真核生物中的重复基因可以达到30%。
重复基因主要是为了满足生物体快速发育的需要。
断裂基因/不连续基因(Split genes / interrupted or discontinus genes）：即在基因编码蛋白质的序列中插入与蛋白质编码无关的DNA间隔区，使一个基因分隔成不连续的若干区段。
跳跃基因/转座子（Jumping gene / Transposable element）：即可移动的或可转移的遗传因子。
——这些因子不仅存在于细菌中，同时也存在于较高等的动物中。
假基因(Pseudogenes)：是基因组中与编码基因序列非常相似的非功能性基因组DNA拷贝,一般情况都不被转录,且没有明确生理意义。
——根据其来源可分为：保留了间隔序列的复制假基因（如珠蛋白假基因家族）和缺少间隔序列的已加工假基因。
重叠基因(overlapping gene)：指在同一段DNA顺序上，由于阅读框架不同或终止早晚不同，同时编码两个以上基因的现象。
2. Know-HowDNA的一级、二级和高级结构（一）核酸的一级结构核酸的碱基顺序是核酸的一级结构。
多聚核苷酸是由四种不同的核苷酸单元按特定的顺序组合而成的线性结构聚合物，因此，它具有一定的核苷酸顺序，即碱基顺序。
DNA的碱基顺序本身就是遗传信息存储的分子形式。
生物界物种的多样性即寓于DNA分子中四种核苷酸千变万化的不同排列组合之中。
（二）DNA的二级结构（1）DNA分子由两条多聚脱氧核糖核苷酸链(简称DNA单链)组成。
两条链沿着同一根轴平行盘绕，形成右手双螺旋结构。
螺旋中的两条链方向相反，即其中一条链的方向为5′→3′，而另一条链的方向为3′→5′。
（2）嘌呤碱和嘧啶碱基位于螺旋的内侧，磷酸和脱氧核糖基位于螺旋外侧。
基因工程试题库讲解
《基因工程》试题库（一）一、选择题（单选或多选）（每题2分，共计20分）1.下面哪一种特性不是密码所具有的? ( )(a)偏爱性(b)简并性(c)重叠性(d)连续性2. 黏性末端连接法，不仅操作方便，而且( )(a)产生新切点(b)易于回收外源片段(c)载体不易环化(d)影响外源基因的表达3. 用菌落杂交法筛选重组体时，( )(a)需要外源基因的表达(b)不需要外源基因的表达(c)要根据克隆基因同探针的同源性(d)上述说法都正确4. DNA在染色体的常染色质区压缩多少倍?( )(a)6倍(b)10倍(c)40倍(d)240倍(c)1000倍10000倍5. 对于一个特定的起点，引发体的组成包括：( )(a)在起始位点与DnaG引发酶相互作用的一个寡聚酶(b)一个防止DNA降解的单链结合蛋白(c)DnaB解旋酶和附加的DnaC，DnaT，PriA等蛋白(d)DnaB，单链结合蛋白，DnaC，DnaT，PriA蛋白和DnaG引发酶(e)DnaB解旋酶，DnaG引发酶和DNA聚合酶Ⅲ6. 下面哪些是在反转录病毒中发现的基因?( )(a)gag(b)pol(c)env(d)OnC7. 下列哪些基因以典型的串联形式存在于真核生物基因组?( )(a)球蛋白基因(b)组蛋白基因(c)rRNA基因(d)肌动蛋白基因8. 以下关于抗体类型转变的叙述哪些是正确的?( )(a)每种重链具有不同的功能(b)类型转变的次序按染色体上重链排列顺序进行(c)一旦一种类型转换发生，其他的转换将不再进行(d)也可通过可变剪接改变重链9. 下列哪些转录因子含有TBP?( )(a)TFⅡB (b)TFⅢA (c)SLl (d)TFⅡD (e)TFⅢB (f)UBFl 10．剪接小体的组装( )(a)按有序的途径一步步完成(b)涉及snRNP与水溶性蛋白(即不是任何snRNP组分的蛋白)(c)不需要ATP(d)伴随着多次snRNP的重组合(e)以上都正确二、判断题（每题1分，共计10分）1．一个带有反向重复序列的双链DNA经变性后，复性时其单链可形成发夹环。
一种改进的混合DNA遗传算法
子代
一一一一Ｉ Ａ ｌ Ｔ ｌ Ａ ｌ
ｌ ｃ
图１移位交叉操作
父 代 １ 一 一一
１ （ Ｏ １ ） 与２ （ １ Ｏ ） 构成的Ａ 和Ｔ 碱基 对 。这样 的互
补配 对关系 ，有助于新操作算 子的设计 。 下面 是 以上 面 的编码 方２ ）
的碱 基数 目 和所 选碱基 的位 置也是 随机 选定 的 。然后 将 该段 子 序列 移 动 到一 个 新 的位
上公 式 中的 ｂ ｉ ｔ （ ｊ ） 为 整数 串 中的 第 ｉ 维 第 置 ，形成一个新 的个体 。移 位交叉算子 的执
优越 性和 良好 的性能 ，将其 混合 ￣ Ｕ Ｄ Ｎ Ａ 计算 ， 列的数字 。 因为 变量取 值范 围的不 同，所 行 概率 为 Ｐ ｏ 。如所选 子序 列是Ｃ Ｇ Ｇ Ｔ 将其 移 中可 以突破其 计算 的局 限性 ＿ 【 。 因此学 以按 比例将 变量进行转 换，这样就 可 以得到 动 到Ｃ 的后面形成 新 的个体 。 者开 始对 该混合 的Ｄ Ｎ Ａ 遗传 算法 进行深 入 的 对应 问题 的解 。 研究 ，并取得 了一 定的成果 。本 文是在前人 研究 的基础 之上 ，对遗 传算 法和Ｄ Ｎ Ａ 计算的
由（ ， 一 ， ） １ ４ 求得 。
（ １ ） 移位交叉算子
Ｄ Ｎ Ａ － Ｇ Ａ 与 遗传 算法 用 二进 制进 行计 算 编码 时的解码 方式 相似 。其均 是 以ｎ 维十 进
移 位 交叉 的父 体 为一 个 ，操 作 过程 如 图１ 所示 。移 位操作 是移 换个 体 中的碱基 子 中随机选取一段 子序列 ，这 段子序列所 包含
在编码 中实现 简易的数学和逻 辑操作 ，将 二 进制 数中的第 一位 作为 区分 嘌呤和嘧啶 的编 码位 即Ｏ 代表嘌 呤而１ 代表 嘧啶。 同时与 互补 碱基对 对应 的代码 也呈现 互补 关系 ，如碱 基 对ｃ 和Ｇ 互 补组 合 由０ （ ０ ０ ） 与３ （ ¨） 构 成 ，而
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(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910260101.5
(22)申请日 2019.04.02
(71)申请人 沈阳航空航天大学
地址 110136 辽宁省沈阳市沈北新区道义
南大街37号
(72)发明人 郑学东 张强 魏小鹏 范纯龙
(74)专利代理机构 沈阳维特专利商标事务所
(普通合伙) 21229
代理人 甄玉荃
(51)Int.Cl.
C12N 15/10(2006.01)
(54)发明名称
一种无立足点和分支迁移域的DNA链置换新
方法
(57)摘要
本发明涉及DNA链置换技术，提出了一种无
立足点和分支迁移域的DNA链置换新方法。
将DNA
双链[DNA1,DNA2]与DNA单链DNA3混合，DNA3中片
段1*和9*与DNA1中的互补片段1和9在碱基互补
作用下，促使DNA1形成发卡结构，进而DNA2从
DNA1上脱落，形成DNA3对DNA2的链置换。
该DNA链
置换过程中，置换链DNA3与被置换链DNA2之间在
碱基排列上无任何依赖关系，实现了一种不需要
立足点和分支迁移域的DNA链置换新方法。
该方
法可以用于替代目前依赖立足点的DNA链置换方
法，可广泛应用于生物计算，基因编辑以及纳米
技术。
权利要求书1页 说明书5页 附图5页CN 110129311 A 2019.08.16
C N 110129311
A
权 利 要 求 书1/1页CN 110129311 A
1.一种无立足点和分支迁移域的DNA链置换新方法，其特征在于，该方法包含以下步骤：
步骤1：设计具有发卡结构的DNA序列，作为DNA链置换中结合DNA被置换链的DNA模板链；
步骤2：根据步骤1中DNA模板链的发卡结构茎部和环部的碱基排列，设计互补的DNA序列，作为DNA链置换的DNA被置换链；
步骤3：根据步骤1中DNA模板链5’-端和3-’端的DNA序列片段，设计DNA链置换中的DNA 置换链。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1中，DNA链置换中的DNA模板链具有发卡结构；发卡结构茎部的DNA片段长度不小于3个碱基，环部的DNA片段长度不小于2个碱基。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤2中的DNA被置换链的碱基排列只与DNA模板链的茎部和环部的DNA序列片段存在碱基互补关系。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤3中的DNA置换链的碱基排列只与DNA 模板链的5’-端和3’-端的DNA序列片段存在碱基互补关系。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤3中的DNA置换链的碱基排列设计与步骤2中的DNA被置换链的碱基排列不存在依赖关系。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：DNA链置换中不需要设计立足点和分支迁移域。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在DNA置换链将DNA被置换链从DNA模板链上置换出来的过程中，DNA置换链、DNA模板链、DNA被置换链之间不发生分支迁移过程。
2。