Question

【題目】遺傳性骨骼發(fā)育不良（SD）的致病原因多樣。某研究小組發(fā)現(xiàn)了一個(gè)新的SD患病家系，對(duì)其致病機(jī)理展開研究。

（1）由圖1推測(cè)，若該病的遺傳方式為常染色體隱性遺傳，則家系中Ⅱ-2的致病基因遺傳自_________（填圖1中序號(hào)）。

（2）已有研究表明，常染色體上M140基因的突變與SD的發(fā)生有關(guān)。為確定圖1家系SD的遺傳方式，科研人員對(duì)其成員M140基因進(jìn)行了測(cè)序，部分結(jié)果如圖2所示。由圖2可知，致病的M140基因在箭頭所指位點(diǎn)的堿基對(duì)為_________。結(jié)合圖1、圖2可知，該家系SD的遺傳方式為______；產(chǎn)生致病基因的可能原因是在_________（填圖1中序號(hào)）的早期胚胎細(xì)胞中發(fā)生了M140基因的突變。

（3）科研人員對(duì)M140基因在SD中的作用機(jī)制進(jìn)行了深入研究。

①通過(guò)基因工程獲得M140基因敲除（KO）小鼠，然后檢測(cè)野生型小鼠和KO小鼠軟骨組織中基因D（與骨發(fā)育密切相關(guān)）的轉(zhuǎn)錄情況，發(fā)現(xiàn)野生型小鼠基因D的mRNA含量低于KO小鼠。已知M140基因只轉(zhuǎn)錄不翻譯，結(jié)合上述結(jié)果可提出兩種推測(cè)：

推測(cè)一：M140基因的RNA促進(jìn)基因D的mRNA降解。

推測(cè)二：_______________________________________。

②科研人員體外培養(yǎng)野生型小鼠軟骨細(xì)胞，先在培養(yǎng)液中加入轉(zhuǎn)錄抑制劑，然后向?qū)嶒?yàn)組細(xì)胞中導(dǎo)入足量M140基因的RNA，對(duì)照組導(dǎo)入與M140基因的RNA _____________不同的無(wú)關(guān)RNA。然后在第0.5h、1h、2h、4h分別檢測(cè)細(xì)胞中基因D的mRNA含量。結(jié)果為對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組基因D的mRNA含量都隨時(shí)間延長(zhǎng)而下降，且__________________________，支持推測(cè)一。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，M140基因的RNA通過(guò)與基因D的mRNA互補(bǔ)結(jié)合，進(jìn)而促進(jìn)其降解。

③科研人員利用基因編輯技術(shù)使野生型小鼠M140基因發(fā)生與患者致病基因相同的變化，并得到純合突變小鼠。這些突變小鼠表現(xiàn)出骨骼發(fā)育不良。研究人員對(duì)小鼠軟骨細(xì)胞基因D表達(dá)情況進(jìn)行檢測(cè)，統(tǒng)計(jì)純合突變體與野生型小鼠基因D的mRNA比值（如圖3）。結(jié)果顯示，與野生型小鼠相比，純合突變小鼠基因D的mRNA含量_______。綜合上述研究分析，出現(xiàn)該結(jié)果的原因是_____________。

Answer 1

【答案】Ⅰ-1、Ⅰ-2 G-C 常染色體顯性遺傳 Ⅱ-2 M140基因的RNA抑制基因D的轉(zhuǎn)錄 序列 實(shí)驗(yàn)組比對(duì)照組下降速率更快 多 純合突變小鼠細(xì)胞內(nèi)的M140基因的堿基序列改變，轉(zhuǎn)錄的RNA與基因D的mRNA互補(bǔ)結(jié)合減弱（不能結(jié)合），對(duì)其降解的促進(jìn)作用減弱（不能促進(jìn)其降解），使得基因D的mRNA含量提高

【解析】

1.由遺傳圖1可知：無(wú)中生有為隱性，該病的遺傳方式為常染色體隱性遺傳病，患病者為隱性。

2.基因突變包括基因中堿基對(duì)的增添、缺失和替換，在圖2 中，正常基因的堿基對(duì)為A-T，被替換為G-C。

3.分析圖3：以無(wú)關(guān)基因作為對(duì)照，探究純合突變體與野生型相比，基因D的變化，由圖可知，純合突變體體內(nèi)的基因D含量大于野生型，約是野生型的1.4倍。

（1）該病的遺傳方式為常染色體隱性遺傳，家系中Ⅱ-2患病，則基因型為隱性aa，說(shuō)明家系中Ⅱ-2的致病基因遺傳自來(lái)自于父母雙方，Ⅰ-1、Ⅰ-2。

（2）比較三個(gè)正常人和兩個(gè)患者的常染色體上M140基因的序列發(fā)現(xiàn)，正常的M140基因在箭頭所指位點(diǎn)的堿基對(duì)為A-T，致病的M140基因在箭頭所指位點(diǎn)的堿基對(duì)為G-C。由圖1可知，若該病是來(lái)自于第一代的遺傳，則該病的遺傳方式為常染色體隱性遺傳病，Ⅰ-1、Ⅰ-2應(yīng)該是攜帶致病基因，但測(cè)序結(jié)果顯示沒(méi)有，說(shuō)明Ⅰ-1、Ⅰ-2不含致病基因，根據(jù)圖2分析可知，該家系出現(xiàn)SD病是由于Ⅱ-2的早期胚胎細(xì)胞中發(fā)生了M140基因的突變，而不是來(lái)自第一代的遺傳，且III-2也有致病基因，SD的遺傳方式為常染色體顯性遺傳。

（3）探究M140基因在SD中的作用機(jī)制：

①基因D與骨發(fā)育密切相關(guān)，野生型小鼠基因D的mRNA含量低于M140基因敲除的（KO）小鼠小鼠�？赡艿脑�因有一：M140基因的RNA促進(jìn)基因D的mRNA降解。二：M140基因的RNA抑制基因D的轉(zhuǎn)錄。

②如果M140基因的RNA可以促進(jìn)基因D的mRNA降解，先在培養(yǎng)液中加入轉(zhuǎn)錄抑制劑，可以排除自身轉(zhuǎn)錄對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，然后向?qū)嶒?yàn)組細(xì)胞中導(dǎo)入足量M140基因的RNA，對(duì)照組是空白對(duì)照，導(dǎo)入與M140基因的RNA 序列不同的無(wú)關(guān)RNA，以排除其他因素的影響。然后在第0.5h、1h、2h、4h分別檢測(cè)細(xì)胞中基因D的mRNA含量。因?yàn)?/span>M140基因的RNA可以促進(jìn)基因D的mRNA降解，則隨時(shí)間延長(zhǎng)，基因D的mRNA含量下降，且實(shí)驗(yàn)組比對(duì)照組下降速率更快。

③由圖3可知，純合突變體與野生型小鼠基因D的mRNA比值大于1，說(shuō)明純合突變小鼠基因D的mRNA含量大于野生型。根據(jù)上題的敘述M140基因的RNA通過(guò)與基因D的mRNA互補(bǔ)結(jié)合，進(jìn)而促進(jìn)其降解，出現(xiàn)純合突變小鼠基因D的mRNA含量大于野生型的原因是純合突變小鼠細(xì)胞內(nèi)的M140基因的堿基序列改變，轉(zhuǎn)錄的RNA與基因D的mRNA互補(bǔ)結(jié)合減弱（不能結(jié)合），對(duì)其降解的促進(jìn)作用減弱（不能促進(jìn)其降解），使得基因D的mRNA含量提高。