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蛋白的結構是人工設計的，蛋白質的中央區(qū)能夠結合H基因上特定的序列，F區(qū)則能在該序列處將DNA雙鏈切開，如下圖所示。

① 根據TALE蛋白的功能設計出其氨基酸序列，再根據氨基酸序列對應的_________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，在F0個體產生的所有配子中，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)育至神經胚期時進行觀察和計數，結果如下表所示。

根據雜交實驗結果可知，F1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與畸形個體數的比例將會________。

Answer 1

【答案】 自然選擇（進化） 密碼子(mRNA) 轉錄 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蛋白質工程的基本程序：預期蛋白質功能→設計預期的蛋白質結構→推測應有氨基酸序列→找到對應的脫氧核苷酸序列（基因）。因此人工設計TALE蛋白時，應該先根據TALE蛋白的功能設計出其氨基酸序列，再根據氨基酸序列對應的密碼子（mRNA）序列推測出編碼TALE蛋白的DNA序列．以DNA為模板合成RNA的過程稱為轉錄。

②將目的基因導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，F2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與畸形個體數的比例將會升高。