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遗传学2007一、一个学生用转基因技术研究一个基因的功能。该学生共得到30个独立的转基因株系，其中29个株系的表型与预测的功能基本吻合。但其中一个株系的情况很特殊，在连续三代自交后代中无法获得任何纯合的转基因株系。此外，转基因杂合体（其基因型已准确的确认）的自交后代中，仅出现杂合体和野生型（即不含有转基因的个体）两种群体，其比例大致为2:1，但没有纯合体后代。请解释该株系表型的遗传学基础，并通过实验验证你的解释。答：该同学在对该株系转基因的过程中可能插入到一个重要的基因，该基因的失活可能会造成植株的致死。假设我们研究的基因为A，插入失活的基因为B。那么该同学获得的杂合转基因植株的基因型可能为AaBb。自交后代的基因型为：AABB、AaBb、aabb。其中aabb是致死的，因此转基因杂合体的自交后代中，仅出现杂合体和野生型两种群体，其比例约为2:1。实验方案：I、扩增插入位点的旁临序列，在网上的相关数据库进行比对，看看是否是植株生长过程中重要的基因。如果有相关报道是一个重要的基因，可以通过在正常植株中把该基因干扰掉，观察植株是否致死，如果致死，则证明所作的猜测是正确的。II、也可以通过遗传学的方法间接证明。将该转基因株系中的杂合株和正常转基因株系中的隐性纯合株杂交，如图：就能够得到杂合型和纯合型，并且比例接近1:1。如果是这样的结果，也可间接证明转基因过程中突变掉了一个与植株发育相关的重要的基因，导致无法得到纯合的转基因株系。（转基因过程中除了插入到基因中造成突变，还有其他的如单碱基的突变造成基因突变？）该题目考查了转基因过程中出现的问题该如何解释，需要掌握转基因的原理、过程。题干也给出了我们在研究某基因的功能的时候可以利用转基因的方法。AaBb×aaBBAaBBaaBbP：二、一个学生用某一材料的基因组DNA（genomicDNA）为模版，通过PCR扩增克隆了一个基因。DNA测序分析后发现其中1个碱基与数据库中公布的基因组序列不符合。a)请解释这种差异的可能原因（给出至少2种解释）；b)发现的碱基差异一定会造成蛋白序列改变吗？若有，是哪几种？c)为减少克隆过程中人为造成的突变，PCR扩增时应注意什么？答：a）可能原因：1、PCR过程中由于酶的保真性不好导致碱基的错配。2、可能所用的材料和数据库中所用的材料存在亚种间的差异。b）碱基差异不一定会造成蛋白序列的改变。若有，可能会是错义突变、无义突变或是移码突变。c）注意：1、PCR过程中要用高保真的酶2、PCR反应的体系要正确该题考查了PCR反应中出现的问题，需要掌握PCR反应的原理和步骤，并清楚PCR的应用，生物信息学的作用。三、RNA干涉（RNAinterference,RNAi）是一种快速、有效的研究基因功能的方法，但缺点是有时会导致非特异效应，即影响了其它基因的功能，因而产生非特异性的表型。若过表达基因A序列片段构建的RNAi导致了一定的表型，如何证明所观察到的表型是由于此RNAi特异性地影响了其靶基因的表达所引起？举出至少两种实验方法（其中一种为遗传学方法）验证你的解释。答：I、用RT-PCR或是Northern的方法检测靶基因mRNA的变化水平，如果RNA干扰的比对照的低，就证明观察到的表型是由于此RNAi特异性的影响了靶基因的表达引起的。II、用westenblot方法检测靶基因的蛋白表达水平。什么算是遗传学的方法呢？传统遗传学还是分子遗传学？查资料。弄清楚RNAi的原理，RNAi是干扰转录水平还是翻译水平？相关知识总结：RNAi现象在植物体内能以孟德尔方式遗传，并非所有基因都可被沉默，表达水平低的基因RNAi现象不明显。对多因一效基因或同源性较高的基因家族，干涉会同时作用这些基因，沉默表型难以鉴定；另外，基因被沉默的表型与转基因时所引起的插入突变表型，有时难以区别。RNA干涉是通过双链RNA的介导,在基因的转录后水平上,特异性抑制具有相应序列的基因表达,即通过双链RNA的介导特异性降解相应序列的mRNA,从而导致转录后水平的基因沉默。RNA干涉对于抵抗病毒入侵、抑制转座子活动、生物体的发育和基因表达调控都有重要作用;它也为基因功能的研究开辟了一条新途径。四、一种人类遗传病，在家族中每代都有人患病，且男女无差别。a)请解释其遗传方式；b)请推测其可能的分子机制（给出至少2个解释）；c)导致这种致病的突变为什么能在人群中保留下来？答：a)常染色体显性遗传b)??c)之所以在人群中保留下来是因为该遗传病不会致死。五、有2个膜蛋白A和B，其下游的一个靶基因是T。当配体(ligand)L存在时，T被激活表达。如果敲除A（即功能缺失性突变a），T表现为组成型表达（即没有L存在时，T也可被激活）；如果敲除B或同时敲除A和B，无论L是否存在，T均不能被激活。a)根据上述结果，推测A和B之间的关系，以及L和A、B之间的关系；b)请设计实验证明你的推测／模型。答：a)A和B以及L和A、B之间的关系如下图所示。A本身抑制B的活性，B能激活T基因的表达。L能够与A互作，导致A没有活性，进而B能够激活T基因的表达。b)A和L之间的关系可以用酵母双杂交的方法去验证B激活T基因的表达可以用酵母单杂交的方法去验证ALBT遗传学20061.简述染色体与连锁群两者之间的关系。对于某物种来讲，为什么在遗传研究的早期连锁群的数目会少于或多于该物种染色体的数目？（15分）2.什么是复等位基因？请列举一实例加以说明。（15分）答、在同源染色体相对应的基因座位上存在三种以上不同形式的等位基因，称为复等位基因（multipleallelism）。如人的ABO血型。按照ABO血型，所有的人都可分为A型B型AB型和O型。ABO血型由3个复等位基因决定，分别为IA;IB;I,他们组成6种基因型，但是IA和IB间表示共显性，而IA和IB对i都是显性：IAIA和IAi表型上一样，均为A型IBIB和IBi表型上一样，均为B型ii的表型为O型附：在决定输血的后果上，血细胞的性质比血清的性质更为重要。3.试述同源染色体联会的遗传学意义。如果同源染色体联会出现异常，会产生怎样的遗传学效应？（20分）答、同源联会是为了进行减数分裂，在四分体时期有可能会发生同源染色体上的非姐妹染色单体交叉互换，因此发生了基因重组，为生物提供了更多种类的基因型，同时，也为了同源染色体能均等的分离到两个子细胞中，为的是保证在次级性母细胞没有同源的出现，保证了每个配子都是单倍体，为精卵结合后得到二倍体或多倍体做了保障，因此生物的后代能正常生长发育，也不至于使染色体数目紊乱，使得在配子中获得的染色体数目相同，为繁殖后代做准备。。。。这就是它的意义联会异常可能会发生染色体数目变异，导致得到异常的配子，因此在受精后会得到畸形的后代。。。4.在遗传学历史上，确认DNA为遗传物质的主要实验证据来源于FredGriffith(1928),OswaldAvery(1944)以及AlfredHershey和MarthaChase(1952)等人的研究。请分别简述三项研究的主要内容和结论。（15分）答：1、FredGriffith在1928年发现，将高温杀死的S型细菌和活的R型细菌一起注入小鼠体内，结果不仅有许多老鼠死于败血病，而且从死老鼠血液中还发现了活的S型细菌。可是，如果注入小鼠体内的只是活的R型细菌或是死的S型细菌，都不会引起败血病。这说明，高温杀死的S型细菌使某些活的R型细菌转化成S型细菌。S型细菌有一种物质或转化因素进入了R型细菌，引起R型细菌发生了稳定的遗传变异。2、OswaldAvery等人（1944）的小鼠的肺炎双球菌的实验：只有光滑型（S）型菌株能够引起人的肺炎和小鼠的败血症……从S型细菌中分别抽提出DNA、蛋白质和荚膜物质，并把每一种成分同活的R型细菌混合，悬浮在合成培养液中。结果发现只有DNA组分能够把R型细菌转变成S型细菌。而且DNA的纯度越高，转化的效率也越高。这说明，一种基因型细胞的DNA进入另一种基因型的细胞后，可引起稳定的遗传变异，DNA赋有特定的遗传特性。3、AlfredHershey用放射性同位素35S标记蛋白质，32P标记DNA。……接着，用分别被标记的噬菌体去感染没有被放射性同位素标记的宿主菌，然后测定宿主菌细胞带有的同位素。……由此可以得出结论：噬菌体感染宿主菌细胞的物质是DNA，释放出来的是跟原先感染细菌细胞一样的噬菌体。可见在噬菌体的生活史中，只有DNA是联系亲代和子代的物质。5.激素X发现于80年前，但对其信号转导了解甚少。最近的研究表明一个质膜定位的蛋白XR1可能是激素X的受体，其中最关键的证据是XR1蛋白在体外形成二聚体(dimer)后能结合激素X，且其结合常数接近激素X在体内的生理浓度。但是，遗传学研究的结果却不能支持生物化学研究结果。第一，在已分离鉴定的与激素X相关的近200个不同突变体中，至今没有发现XR1基因携带任何突变（即所有这些突变体中，XR1基因均为正常）；第二，通过基因敲除技术完全缺失XR1基因功能后，激素X的信号转导完全正常。今年初发表的一项研究似乎为解决这个难题带来一线希望：如果过量表达XR1基因，则细胞／有机体表现出对激素X超敏感。此外，如果过量表达一个点突变的XR1基因（该点突变是将一个高度保守的丝氨酸变成丙氨酸）则导致细胞／有机体对激素X不敏感。请解释上述结果，你相信XR1蛋白是激素X的受体吗？为什么？（20分）答、根据上面的描述，我相信XR1蛋白是激素X的受体。并猜想XR1蛋白是一个家族蛋白，编码它的基因XR1应该是一个基因簇。没有发现携带任何突变是因为该基因是一个基因家族，通过基因敲除技术完全缺失XR1基因后，激素信号转导完全正常。过量表达XR1，与激素结合的能力增强，因此对激素超敏感。过量表达一个点突变的XR1基因，可能造成功能域的改变，无法行使功能，但是能够与激素结合，因此造成不敏感。题目中设计的相关生物学知识要掌握。如基因敲除等。6.试举例简述RNA编辑(RNAediting)的主要方式（或形式）及其生物学意义。（15分）答：RNA的编辑是某些RNA，特别是mRNA的一种加工方式，它导致了DNA所编码的遗传信息的改变，因为经过编辑的mRNA序列发生了不同于模板DNA的变化。RNA编辑(RNAediting)的主要方式有两种形式：1、单碱基突变：哺乳动物载脂蛋白mRNA的编辑是广泛研究的经典例子。如下图分别是该基因的DNA序列以及在哺乳动物肝脏和肠组织中分离得到的ｍＲＮＡ序列。在肝脏中，该基因转录产生完整的ｍＲＮＡ并被翻译成４５６３个氨基酸的全长蛋白，在肠组织中只包含有２１５３个密码子的ｍＲＮＡ。研究发现，肠组织中该蛋白其实是全长载脂蛋白的Ｎ端，它是由一个在序列上除了第２１５３位密码子从CAA突变为UAA之外完全与肝脏中ｍＲＮＡ相同的核酸分子所编码的，ＣＵ突变使编码谷氨酰胺的密码子变成了终止密码。２、尿苷酸的缺失和添加研究发现，利士曼原虫属细胞色素bmRNA中含有许多独立于核基因的尿嘧啶残基，而特异性插入这些残基的信息来自指导RNA，因为它含有与编辑后色素bmRNA相互补的核苷酸序列。一些未能配对的腺嘌呤，形成缺口，为插入尿嘧啶提供模板。反应完成后，指导RNA从mRNA上解离下来，而mRNA被用来作为翻译的模板。生物学意义：？注：除了RNA编辑之外，有些RNA，特别是前体rRNA和tRNA，还可能有特异性化学修饰。甲基化；去氨基化；硫代；碱基的同分异构化；二价键的饱和化；核苷酸的替换。《现代分子生物学》P98遗传学2005一、试述有丝分裂和减数分裂对于保持物种稳定以及遗传多样性的意义。答：细胞的增殖是通过有丝分裂来达成的。有丝分裂的结果，把一个细胞的整套染色体均等地分向两个子细胞，所以新形成的两个子细胞在遗传物质上跟原来的细胞是相同的。这有助于保持物种稳定性。减数分裂是一种特殊方式的细胞分裂在配子形成过程中发生，这一过程的特点是进行两次核分裂，而染色体仅复制一次。在减数分裂过程中染色体发生交叉互换，进而进行基因重组，并且会有突变的发生，对于物种的遗传多样性有重要的意义。