Question

14．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(gè)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自然選擇（進(jìn)化）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(jìn)行敲除．TALE蛋白的結(jié)構(gòu)是人工設(shè)計(jì)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，如圖1所示．

①根據(jù)TALE蛋白的功能設(shè)計(jì)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，人工合成DNA序列之后再以其為模板進(jìn)行轉(zhuǎn)錄生成mRNA．
②將兩種mRNA用顯微注射法導(dǎo)入文昌魚的卵細(xì)胞中，然后滴加精液使卵受精．此受精卵發(fā)育成的個(gè)體為F₀代．
③F₀代個(gè)體細(xì)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)生堿基對的缺失而喪失功能，基因喪失功能則被稱為“敲除”．
（3）提取F₀代胚胎細(xì)胞DNA，克隆H基因，用BsrGⅠ進(jìn)行切割，電泳后用放射性同位素標(biāo)記的H基因片段為探針進(jìn)行DNA分子雜交，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示．圖中樣品2代表的F₀個(gè)體中部分H基因已被敲除．研究者發(fā)現(xiàn)，在F₀個(gè)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(gè)被敲除（F₀胚胎中僅部分細(xì)胞的H基因被敲除、細(xì)胞中H基因未被敲除）．
（4）將F₀代與野生型魚雜交，再從F₁代魚中篩選出某些個(gè)體相互交配，在F₂代幼體發(fā)育至神經(jīng)胚期時(shí)進(jìn)行觀察和計(jì)數(shù)，結(jié)果如表所示．

	F2中正常幼體數(shù)	F2中畸形（無口和鰓，尾部彎曲）幼體數(shù)
第一組	101	29
第二組	106	33
第三組	98	31

根據(jù)雜交實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，F(xiàn)₁代魚中篩選出的個(gè)體均為雜合子（雜合子/純合子），H基因的遺傳符合基因分離定律．隨著幼體繼續(xù)發(fā)育，進(jìn)一步檢測到的各組中正常個(gè)體數(shù)與畸形個(gè)體數(shù)的比例將會升高．

Answer 1

分析 分析圖1：被兩種TALE蛋白處理過的DNA重新連接后，缺失了BsrGⅠ識別位點(diǎn)．
分析圖2：H基因中含有一個(gè)BsrGⅠ識別位點(diǎn)，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(diǎn)，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(gè)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(gè)體中部分H基因已被敲除．
分析表格：F₂代幼體中約有$\frac{1}{4}$為畸形個(gè)體，即正常幼體：畸形幼體≈3：1．

解答 解：（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(jìn)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(jì)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(jì)TALE蛋白時(shí)，應(yīng)該先根據(jù)TALE蛋白的功能設(shè)計(jì)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�?xì)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(diǎn)，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(gè)BsrGⅠ識別位點(diǎn)，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(diǎn)，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(gè)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(gè)體中部分H基因已被敲除．在F₀個(gè)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(gè)被敲除（F₀胚胎中僅部分細(xì)胞的H基因被敲除、細(xì)胞中H基因未被敲除）．
（4）將F₁代魚中篩選出某些個(gè)體相互交配，F(xiàn)₂代幼體中約有$\frac{1}{4}$為畸形個(gè)體，即發(fā)生性狀分離，這說明F₁代魚中篩選出的個(gè)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(jìn)一步檢測到的各組中正常個(gè)體數(shù)與畸形個(gè)體數(shù)的比例將會升高．
故答案為：
（1）自然選擇（進(jìn)化）
（2）①密碼子（mRNA）   轉(zhuǎn)錄
②顯微注射
③缺失
（3）BsrGⅠ樣品2      F₀受精卵中成對的H基因中僅一個(gè)被敲除（F₀胚胎中僅部分細(xì)胞的H基因被敲除、細(xì)胞中H基因未被敲除）
（4）雜合子       基因分離      升高

點(diǎn)評 本題結(jié)合圖表，考查基因工程、基因分離定律的實(shí)質(zhì)及應(yīng)用，要求考生識記基因工程的操作步驟，掌握各操作步驟中需要注意的細(xì)節(jié)，同時(shí)了解蛋白質(zhì)工程的基本程序；掌握基因分離定律的實(shí)質(zhì)，能根據(jù)表中正常與畸形個(gè)體數(shù)目比做出準(zhǔn)確的判斷．