Question

【題目】Hedgehog基因（H）廣泛存在于無脊椎動物和脊椎動物中，在胚胎發(fā)育中起重要作用。我國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基因在文昌魚胚胎發(fā)育中的作用。

（1）在脊椎動物各個不同類群中，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型在________中被淘汰。

（2）研究者使用了兩種TALE蛋白對文昌魚的H基因進行敲除。TALE蛋白的結(jié)構(gòu)是人工設(shè)計的，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，如下圖所示。

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

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

③ F0代個體細胞內(nèi)被兩種TALE蛋白處理過的DNA重新連接后，H基因很可能因發(fā)生堿基對的________而喪失功能，基因喪失功能則被稱為“敲除”。

（3）提取F0代胚胎細胞DNA，克隆H基因，用______進行切割，電泳后用放射性同位素標記的H基因片段為探針進行DNA分子雜交，實驗結(jié)果如圖2所示。圖中樣品_______代表的F0個體中部分H基因已被敲除。研究者發(fā)現(xiàn)，在F0個體產(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代與野生型魚雜交，再從F1代魚中篩選出某些個體相互交配，在F2代幼體發(fā)育至神經(jīng)胚期時進行觀察和計數(shù)，結(jié)果如下表所示。

根據(jù)雜交實驗結(jié)果可知，F(xiàn)1代魚中篩選出的個體均為________（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，進一步檢測到的各組中正常個體數(shù)與畸形個體數(shù)的比例將會________。

Answer 1

【答案】 自然選擇（進化） 密碼子(mRNA) 轉(zhuǎn)錄 顯微注射 缺失 BsrGⅠ 樣品2 F0受精卵中成對的H基因中僅一個被敲除（F0胚胎中僅部分細胞的H基因被敲除、細胞中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蛋白處理過的DNA重新連接后，缺失了BsrGⅠ識別位點。分析圖2：H基因中含有一個BsrGⅠ識別位點，能被BsrGⅠ切割形成兩種不同長度的DNA片段，而H基因被敲除后會缺失BsrGⅠ識別位點，不能被BsrGⅠ識別和切割。樣品1中有兩種長度不同的DNA，說明其代表的個體中H基因沒有被敲除，樣品2中含有3種長度不同的DNA片段，說明其代表的F0個體中部分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型在自然選擇（進化）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)計預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)→推測應(yīng)有氨基酸序列→找到對應(yīng)的脫氧核苷酸序列（基因）。因此人工設(shè)計TALE蛋白時，應(yīng)該先根據(jù)TALE蛋白的功能設(shè)計出其氨基酸序列，再根據(jù)氨基酸序列對應(yīng)的密碼子（mRNA）序列推測出編碼TALE蛋白的DNA序列．以DNA為模板合成RNA的過程稱為轉(zhuǎn)錄。

②將目的基因?qū)�入動物細胞最有效的方法是顯微注射法。

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

（3）H基因中含有一個BsrGⅠ識別位點，能被BsrGⅠ切割形成兩種不同長度的DNA片段，而H基因被敲除后會缺失BsrGⅠ識別位點，不能被BsrGⅠ識別和切割。樣品1中有兩種長度不同的DNA，說明其代表的個體中H基因沒有被敲除，樣品2中含有3種長度不同的DNA片段，說明其代表的F0個體中部分H基因已被敲除。在F0個體產(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受精卵中成對的H基因中僅一個被敲除（F0胚胎中僅部分細胞的H基因被敲除、細胞中H基因未被敲除）。

（4）將F1代魚中篩選出某些個體相互交配，F(xiàn)2代幼體中約有1/4為畸形個體，即發(fā)生性狀分離，這說明F1代魚中篩選出的個體均為雜合子，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（無口和鰓，尾部彎曲）幼體會被逐漸淘汰，因此進一步檢測到的各組中正常個體數(shù)與畸形個體數(shù)的比例將會升高。