高中 | 第1 节 基因突变和基因重组 题目答案及解析

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必修二 遗传与进化

第五章 基因突变及其他变异

第1 节 基因突变和基因重组

角膜环状皮样瘤($\rm RDC$)会影响患者视力甚至导致失明。图$\rm 1$为调查的某$\rm RDC$家系图。

  

根据此家系图,初步判断$\rm RDC$最有可能是为                染色体                性遗传病,判断理由是                

[["

常;显;代代患病,且患者$\\rm I-1$育有正常女儿

"]]

分析系谱图可知代代都有患者,初步判断$\rm RDC$为显性遗传病,由于$\rm I-1$父亲患病,而后代中的女儿Ⅱ$\rm -11$和Ⅱ$\rm -12$不患病,则该病致病基因位于常染色体上,而不可能位于$\rm X$染色体上,故该病为常染色体显性遗传病。

研究发现$\rm RDC$患者的$\rm P$蛋白仅中部的第$\rm 62$位氨基酸由精氨酸变为组氨酸,据此推测患者$\rm P$基因由于碱基对                 而发生突变。

[["替换"]]

由于$\rm RDC$患者的$\rm P$蛋白仅中部的第$\rm 62$位氨基酸由精氨酸变为组氨酸,只有一个氨基酸的种类改变,据此推测患者$\rm P$基因由于碱基对的替换引起的基因突变。

$\rm CyclinD1$是细胞周期调控基因,$\rm P$蛋白能结合$\rm CyclinD1$基因的启动子,调控其转录。为研究突变型$\rm P$蛋白是否还有结合$\rm CyclinD1$基因启动子的功能,设计了$\rm 3$种探针:能结合$\rm P$蛋白的放射性标记探针($\rm A$)、能结合$\rm P$蛋白的未标记探针($\rm B$)、未标记的无关探针($\rm C$),按图$\rm 2$的步骤进行实验,结果如图$\rm 3$

  

①根据实验原理,$\rm 3$种探针的化学本质均为                ,且探针$\rm A$$\rm B$依据                的序列设计。

②请将图$\rm 2$使用探针的情况填入下表$\rm i$$\rm ii$$\rm iii$处(填“不加”或“$\rm A$”或“$\rm B$”或“$\rm C$”),完成实验方案。

分组野生型$\rm P$蛋白突变型$\rm P$蛋白
$\rm 1$$\rm 2$$\rm 3$$\rm 4$$\rm 5$$\rm 6$
步骤$\rm 1$不加$\rm i$                $\rm ii$                不加$\rm i$$\rm ii$
步骤$\rm 1$$\rm A$$\rm A$$\rm iii$                $\rm A$$\rm A$$\rm iii$

$\rm 3$结果说明突变型$\rm P$蛋白仍能结合$\rm CyclinD1$基因启动子,判断的依据是                                                                                 

[["

$\\rm DNA$$\\rm CyclinD1$基因启动子;$\\rm C$$\\rm B$$\\rm A$$\\rm 1$$\\rm 4$组均出现杂交带且位置相似,$\\rm 3$$\\rm 6$未出现杂交带

"]]

$\rm P$蛋白能结合$\rm Cyclin$ $\rm D1$基因的启动子,由此可知,$\rm 3$种探针的物质本质均$\rm DNA$,且探针$\rm A$$\rm B$依据$\rm CyclinD1$基因启动子设计的。

②根据题意,该实验的目的是研究突变型$\rm P$蛋白是否还有结合$\rm Cyclin$ $\rm D1$基因启动子的功能。题目中的$\rm DNA$探针有三种:能结合$\rm P$蛋白的放射性标记探针($\rm A$),该探针可以与正常$\rm P$蛋白结合且有放射性、能结合$\rm P$蛋白的未标记探针($\rm B$),该探针可以与正常$\rm P$蛋白结合但是没有放射性、未标记的无关探针($\rm C$),该探针不能与$\rm P$蛋白结合;根据野生型$\rm P$蛋白和突变型$\rm P$蛋白与探针的结合后电泳的情况判断。实验中根据对照性原则,野生型$\rm 1$$\rm 2$$\rm 3$组之间由于构成对照关系,分析可知,都需要加入探针$\rm A$$\rm 1$组未加探针,则$\rm 2$$\rm 3$组分别需要加入探针$\rm C$$\rm B$,同理野生型$\rm P$蛋白和突变型$\rm P$蛋白存在对照关系,因此三组处理与之相同。分析图$\rm 3$结果可知,$\rm 1$$\rm 4$组处理相同,均出现杂交带且位置相似,$\rm 3$$\rm 6$组处理相同,未出现杂交带,因此说明突变型$\rm P$蛋白仍能结合$\rm Cyclin$ $\rm D1$基因启动子。

$\rm P$基因在$\rm HeLa$细胞(宫颈癌细胞)中不表达。利用基因工程技术构建稳定表达野生型$\rm P$基因的$\rm HcLa$细胞系(甲)和稳定表达突变型$\rm P$基因的$\rm HeLa$细胞系(乙),培养一段时间后,检测各组细胞$\rm CyclinDI$基因表达水平,结果如图$\rm 4$。实验结果说明                                                                               

  

[["

突变$\\rm P$蛋白激活$\\rm CyclinD1$基因表达的能力远低于野生型$\\rm P$蛋白

"]]

分析图$\rm 4$可知,与对照组相比,稳定表达野生型$\rm P$基因的$\rm HeLa$细胞系(甲)组中$\rm Cyclin$ $\rm D1$基因表达的蛋白含量最高,突变型$\rm P$基因的$\rm HeLa$细胞系(乙)组中比对照组略高,说明突变$\rm P$蛋白激活$\rm Cyclin$ $\rm D1$基因表达的能力远低于野生型$\rm P$蛋白。

综合以上研究,从分子水平解释杂合子患病的原因。                                                                                         

[["

突变型$\\rm P$蛋白与野生型$\\rm P$蛋白均能结合$\\rm CyclinD1$基因启动子,但突变$\\rm P$蛋白激活$\\rm CyclinD1$基因表达的能力降低,进而改变细胞周期,使个体角膜出现病变

"]]

综合以上研究,杂合子中既有野生型$\rm P$基因又有突变型$\rm P$基因,表达后产生了野生型$\rm P$蛋白和突变型$\rm P$蛋白,而突变型$\rm P$蛋白与野生型$\rm P$蛋白均能结合$\rm Cyclin$ $\rm D1$基因启动子,但突变型$\rm P$蛋白激活$\rm Cyclin$ $\rm D1$基因表达的能力降低,进而改变细胞周期,使个体角膜出现病变。

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