Question

【題目】Hedgehog基因（H）廣泛存在于無(wú)脊椎動(dòng)物和脊椎動(dòng)物中，在胚胎發(fā)育中起重要作用。我國(guó)科研工作者利用基因敲除和核酸分子雜交技術(shù)研究了H基因在文昌魚(yú)胚胎發(fā)育中的作用。

（1）在脊椎動(dòng)物各個(gè)不同類(lèi)群中，H基因的序列高度相似。H基因高度保守，是由于該基因的突變類(lèi)型在________中被淘汰。

（2）研究者使用了兩種TALE蛋白對(duì)文昌魚(yú)的H基因進(jìn)行敲除。TALE蛋白的結(jié)構(gòu)是人工設(shè)計(jì)的，蛋白質(zhì)的中央?yún)^(qū)能夠結(jié)合H基因上特定的序列，F(xiàn)區(qū)則能在該序列處將DNA雙鏈切開(kāi)，如下圖所示。

① 根據(jù)TALE蛋白的功能設(shè)計(jì)出其氨基酸序列，再根據(jù)氨基酸序列對(duì)應(yīng)的_________序列推測(cè)出編碼TALE蛋白的DNA序列，人工合成DNA序列之后再以其為模板進(jìn)行________生成mRNA。

② 將兩種mRNA用________法導(dǎo)入文昌魚(yú)的卵細(xì)胞中，然后滴加精液使卵受精。此受精卵發(fā)育成的個(gè)體為F0代。

③ F0代個(gè)體細(xì)胞內(nèi)被兩種TALE蛋白處理過(guò)的DNA重新連接后，H基因很可能因發(fā)生堿基對(duì)的________而喪失功能，基因喪失功能則被稱(chēng)為“敲除”。

（3）提取F0代胚胎細(xì)胞DNA，克隆H基因，用______進(jìn)行切割，電泳后用放射性同位素標(biāo)記的H基因片段為探針進(jìn)行DNA分子雜交，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。圖中樣品_______代表的F0個(gè)體中部分H基因已被敲除。研究者發(fā)現(xiàn)，在F0個(gè)體產(chǎn)生的所有配子中，通常只有部分配子的H基因被敲除，可能的原因是_______。

（4）將F0代與野生型魚(yú)雜交，再?gòu)腇1代魚(yú)中篩選出某些個(gè)體相互交配，在F2代幼體發(fā)育至神經(jīng)胚期時(shí)進(jìn)行觀(guān)察和計(jì)數(shù)，結(jié)果如下表所示。

根據(jù)雜交實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，F(xiàn)1代魚(yú)中篩選出的個(gè)體均為________（雜合子/純合子），H基因的遺傳符合________定律。隨著幼體繼續(xù)發(fā)育，進(jìn)一步檢測(cè)到的各組中正常個(gè)體數(shù)與畸形個(gè)體數(shù)的比例將會(huì)________。

Answer 1

【答案】 自然選擇（進(jìn)化） 密碼子(mRNA) 轉(zhuǎn)錄 顯微注射 缺失 BsrGⅠ 樣品2 F0受精卵中成對(duì)的H基因中僅一個(gè)被敲除（F0胚胎中僅部分細(xì)胞的H基因被敲除、細(xì)胞中H基因未被敲除） 雜合子 基因分離 升高

【解析】試題分析：分析題圖：被兩種TALE蛋白處理過(guò)的DNA重新連接后，缺失了BsrGⅠ識(shí)別位點(diǎn)。分析圖2：H基因中含有一個(gè)BsrGⅠ識(shí)別位點(diǎn)，能被BsrGⅠ切割形成兩種不同長(zhǎng)度的DNA片段，而H基因被敲除后會(huì)缺失BsrGⅠ識(shí)別位點(diǎn)，不能被BsrGⅠ識(shí)別和切割。樣品1中有兩種長(zhǎng)度不同的DNA，說(shuō)明其代表的個(gè)體中H基因沒(méi)有被敲除，樣品2中含有3種長(zhǎng)度不同的DNA片段，說(shuō)明其代表的F0個(gè)體中部分H基因已被敲除。分析表格：F2代幼體中約有1/4為畸形個(gè)體，即正常幼體：畸形幼體≈3：1。

（1）H基因高度保守是由于該基因的突變類(lèi)型在自然選擇（進(jìn)化）中被淘汰。

（2）①蛋白質(zhì)工程的基本程序：預(yù)期蛋白質(zhì)功能→設(shè)計(jì)預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)→推測(cè)應(yīng)有氨基酸序列→找到對(duì)應(yīng)的脫氧核苷酸序列（基因）。因此人工設(shè)計(jì)TALE蛋白時(shí)，應(yīng)該先根據(jù)TALE蛋白的功能設(shè)計(jì)出其氨基酸序列，再根據(jù)氨基酸序列對(duì)應(yīng)的密碼子（mRNA）序列推測(cè)出編碼TALE蛋白的DNA序列．以DNA為模板合成RNA的過(guò)程稱(chēng)為轉(zhuǎn)錄。

②將目的基因?qū)�入�?dòng)物細(xì)胞最有效的方法是顯微注射法。

③由圖可知，被兩種TALE蛋白處理過(guò)的DNA重新連接后，缺失了BsrGⅠ識(shí)別位點(diǎn)，即發(fā)生堿基對(duì)的缺失，H基因很有可能因此而喪失功能，基因喪失功能則被稱(chēng)為“敲除”。

（3）H基因中含有一個(gè)BsrGⅠ識(shí)別位點(diǎn)，能被BsrGⅠ切割形成兩種不同長(zhǎng)度的DNA片段，而H基因被敲除后會(huì)缺失BsrGⅠ識(shí)別位點(diǎn)，不能被BsrGⅠ識(shí)別和切割。樣品1中有兩種長(zhǎng)度不同的DNA，說(shuō)明其代表的個(gè)體中H基因沒(méi)有被敲除，樣品2中含有3種長(zhǎng)度不同的DNA片段，說(shuō)明其代表的F0個(gè)體中部分H基因已被敲除。在F0個(gè)體產(chǎn)生的所有配子中，通常只有部分配子的H基因被敲除，可能的原因是F0受精卵中成對(duì)的H基因中僅一個(gè)被敲除（F0胚胎中僅部分細(xì)胞的H基因被敲除、細(xì)胞中H基因未被敲除）。

（4）將F1代魚(yú)中篩選出某些個(gè)體相互交配，F(xiàn)2代幼體中約有1/4為畸形個(gè)體，即發(fā)生性狀分離，這說(shuō)明F1代魚(yú)中篩選出的個(gè)體均為雜合子，H基因的遺傳符合基因分離定律。隨著幼體繼續(xù)發(fā)育，由于畸形（無(wú)口和鰓，尾部彎曲）幼體會(huì)被逐漸淘汰，因此進(jìn)一步檢測(cè)到的各組中正常個(gè)體數(shù)與畸形個(gè)體數(shù)的比例將會(huì)升高。