2015 遗传与进化---试题

1. A，B基因共同控制某一性状，且A对B具有显性上位作用；A_B_和A_bb 都表现为A性状，aaB_表现为B性状；A-B基因还是连锁的，交换值为10%；C 对c完全显性，位于另一非同源染色体上。问：AABBCC×aabbcc杂交，F1自交及F1与aabbcc测交后代中AC_表现型的频率是多少？

2. 某生物的两个连锁图为：, ，并发系数为0.5，相引时，AaBbDd, AaBbCcEe各自产生配子种类和比例如何？

3.卷翅（ Cy）是果蝇第2染色体上的一个显性突变，CyCy＋雄性经辐射诱变后与Cy＋Cy＋雌性杂交。后代中CyCy＋的雄性再与Cy＋Cy＋雌性果蝇单对杂交。其中一个杂交的后代统计如下：

卷翅雄性146

野生型雄性 0

卷翅雌性 0

野生型雌性 163

根据上述判断最有可能发生了什么类型的染色体畸变？用染色体图说明。（注意：交换在雄性果蝇中是不发生的。）

4. 一男性工人在某核电站工作数年后有一白血病儿子，在该核电站工作另一男性工人有一侏儒女儿，两人及妻子家庭各个成员均无任何遗传病史，两人向法院起诉该核电站为其孩子的伤害负责，你作为法院聘请的遗传学专家，对此有何看法？（白血病X连锁隐性遗传，侏儒为常染色体显性遗传）答：辐射能导致基因突变，但血友病为伴X染色体遗传，男甲儿子的致病基因不可能来自于男甲，而是其母亲，故甲不能胜诉．因为男乙女儿的遗传病为常染色体显性遗传病，有可能是他的突变基因所导致的，当然也可能是其母的突变基因所导致的，故乙可能胜诉．

5. 论述真核细胞基因表达调控的基本范畴（即多级调控）及其主要作用机理。

答：真核生物基因表达调控的种类根据其性质可分为两大类：一是瞬时调控或称为可逆性调控，它相当于原核细胞对环境条件变化所做出的反应。瞬时调控包括某种底物或激素水平的升降，及细胞周期不同阶段中酶活性和浓度的调节。二是发育调控或称不可逆调控，是真核基因调控的精髓部分，它决定了真核细胞生长、分化、发育的全部进程。根据基因调控在同一事件中发生的先后次序又可分为：DNA水平调控、转录水平调控、转录后水平调控、翻译水平调控的调控。

(一)在DNA水平上的基因表达调控包括：基因丢失、基因扩增、基因重排、DNA的甲基化与基因调控、染色质结构与基因表达调控。

1、基因丢失：在细胞分化过程中，可以通过丢失掉某些基因而去除这些基因的活性。某些原生动物、线虫、昆虫和甲壳类动物在个体发育中，许多体细胞常常丢失掉整条或部分

的染色体，只有将来分化产生生殖细胞的那些细胞一直保留着整套的染色体。

2、基因扩增：基因组拷贝数增加，即多倍性，在植物中是非常普遍的现象。基因组拷贝数增加使可供遗传重组的物质增多，这可能构成了加速基因进化、基因组重组和最终物种形成的一种方式。

3、基因重排：通过基因重排调节基因活性的典型例子是免疫球蛋白结构基因的表达。

4、DNA的甲基化与基因调控

（1）DNA的甲基化：胞嘧啶被甲基化修饰形成5-甲基胞嘧啶(mC)，在真核生物中，5-甲基胞嘧啶主要出现在CpG序列、CpXpG、CCA/TGG和GATC中。

（2）亲本印记：在每个基因簇上都存在着特异的印记盒，能顺式调节印迹基因的亲本特异性表达，这些位点表现出亲本特异性的甲基化作用和去甲基化作用。

（3）DNA甲基化抑制基因转录的机理：DNA甲基化导致某些区域DNA构象变化，从而影响了蛋白质与DNA的相互作用，抑制了转录因子与启动区DNA的结合效率。

5、染色质结构与基因表达调控

DNA碱基修饰变化：真核DNA约有5%的胞嘧啶被甲基化，甲基化范围与基因表达程度呈反比。

组蛋白变化：富含Lys组蛋白水平降低，H2A, H2B二聚体不稳定性增加。组蛋白修饰：高乙酰化，H3组蛋白巯基暴露。

（二）真核生物转录水平上的基因表达调控

1、顺式作用元件：指影响自身基因表达活性的非编码DNA序列。例：启动子、增强子、沉默子等

启动子：在DNA分子中，RNA聚合酶能够识别、结合并导致转录起始的序列。

增强子：指能使与它连锁的基因转录频率明显增加的DNA序列。

沉默子：某些基因含有负性调节元件——沉默子，当其结合特异蛋白因子时，对基因转录起阻遏作用。

2、反式作用因子（转录因子，transcription factor）：能直接或间接地识别或结合在各类顺式作用元件上，参与调控靶基因转录的蛋白质,也称为转录因子。反式作用因子识别/结合顺式作用元件中的靶序启动转录

转录因子有两个必需的结构域：DNA结合结构域和转录激活结构域

（1）DNA结合结构域

螺旋-转折-螺旋：α螺旋由短肽链组成，肽链的氨基酸顺序因不同的转录因子而不同。其中一个α螺旋识别特异的顺式作用元件上的DNA序列，另一个α螺旋则结合在DNA上，调控基因的转录。

锌指结构：锌指的N-端部分形成β折叠结构，C-端部分形成α螺旋结构。每个α螺旋有两处识别特异的DNA序列；3个α螺旋结构与一个DNA双螺旋的深沟结合，调控RNA的转录。

碱性-亮氨酸拉链：蛋白质之间的相互作用是生命现象的普遍规律之一，在基因表达调控中同样具有重要意义。亮氨酸拉链是蛋白质二聚体化(蛋白质相互作用的一种方式)的一种结构基础。某些癌基因(如c-jun，v-jun，c-fos，v-fos等)表达产物通过亮氨酸拉链形成同源或异源二聚体，大大增加对DNA的结合能力，调控基因表达。

（2）转录激活结构域

3、mRNA转录激活及其调节：RNA聚合酶II在转录因子帮助下，形成转录起始复合物。

（三）翻译的调控

1、 5’UTR结构与翻译起始的调节

5’UTR通常不到100nt，几乎所有的真核生物和病毒mRNA的5’端都具有帽子结构，

其作用是保护mRNA免遭5’外切酶降解，为mRNA的核输出提供转运信号，提高翻译模板的稳定性和翻译效率。实验证实，对于通过滑动搜索起始的转录过程来说，mRNA的翻译活性依赖于5’端的帽子结构。

2、蛋白质磷酸化对翻译效率的影响

（1）eIF-4F的磷酸化能提高翻译速度

（2）eIF-2α的磷酸化抑制翻译起始

3、3’UTR结构与mRNA稳定性调控

（1）3’-UTR序列及结构调节mRNA稳定性和寿命

（2）多聚腺苷酸尾调节翻译效率

6. 什么是RNAi，引发RNAi的组分有哪些，各具有怎样的功能？什么是siRNA 和miRNA，试述miRNA与siRNA这两类小的调节RNA分子在基础生物学中的贡献及其在应用价值。

答：RNAi是指在进化过程中高度保守的、由双链RNA（double-stranded RNA，dsRNA）诱发的、同源mRNA高效特异性降解的现象。

1、引发RNAi 的主要组分及其功能：

（1）dsRNA（双链RNA），dsRNA是引发RNAi的最初原料。

（2）Dicer，内切核酸酶(一种具有RNase Ⅲ样活性的核酸酶），能加工裂解dsRNA形成21～25 nt（核苷酸）的由正义和反义序列组成的干扰性小dsRNA ,即siRNA。

（3）siRNA，siRNA 是一类特殊双链RNA(dsRNA) 扰性小RNA(siRNA)，是RNA 干扰作用(RNAi) 赖以分子，是干扰发生的重要中间效应分子。具有特征性结构,即siRNA 的序列与所作用的靶mRNA 序列具有同源性; siRNA 两条单链末端为5′端磷酸和3′端羟基. 此外,每条单链的3′端均有2～3 个突出的非配对的碱基。

（4）RISC，RISC是siRNA与特定的酶结合形成的RNA诱导的沉默复合物(由siRNA 中的反义链指导形成)。RISC复合物中含siRNA、核酸内切酶、核酸外切酶以及解旋酶等，其中的siRNA解链成为单链，由其中的反义链识别与其同源的靶mRNA，并与靶mRNA配对结合，在mRNA的近中点位置将靶mRNA切割，并由RISC中的酶把靶mRNA降解，从而阻断了mRNA 传递遗传信息的功能。

（5）RdRp（RNA 依赖RNA聚合酶），能以siRNA 为一种特殊引物，以靶mRNA 为模板合成dsRNA ,后者可被降解形成新的siRNA ;新生成的siRNA又可进入上述循环。这种过程称为随机降解性多聚酶链反应(random degradative PCR)。新生的dsRNA 反复合成和降解,不断产生新的siRNA ,从而使靶mRNA 渐进性减少,呈现基因沉默现象。

（6）ATP，最新的研究进一步揭示,ATP 在siRNA 介导的RNAi 中具有重要作用. 较长dsRNA 向siRNA 的转变要有ATP 参与。

2、siRNA的定义：小干扰RNA（Small interfering RNA；siRNA）有时称为短干扰RNA （short interfering RNA）或沉默RNA（silencing RNA），是一个长20到25个核苷酸的双股RNA，在生物学上有许多不同的用途。目前已知siRNA主要参与RNA干扰（RNAi）现象，以带有专一性的方式调节基因的表达。此外，也参与一些与RNAi相关的反应途径，例如抗病毒机制或是染色质结构的改变。不过这些复杂机制的反应途径目前尚未明了。

3、miRNA的定义：MicroRNAs（miRNAs）是在真核生物中发现的一类内源性的具有调控功能的非编码RNA，其大小长约20~25个核苷酸。成熟的miRNAs是由较长的初级转录物经过一系列核酸酶的剪切加工而产生的，随后组装进RNA诱导的沉默复合体，通过碱基互补配对的方式识别靶mRNA，并根据互补程度的不同指导沉默复合体降解靶mRNA或者阻遏靶mRNA 的翻译。最近的研究表miRNA参与各种各样的调节途径，包括发育、病毒防御、造血过程、

器官形成、细胞增殖和凋亡、脂肪代谢等等。

4、siRNA在基础生物学中的贡献及其在应用价值

（1）研究基因功能的新工具

已有研究表明RNAi能够在哺乳动物中灭活或降低特异性基因的表达，制作多种表型，而且抑制基因表达的时间可以随意控制在发育的任何阶段，产生类似基因敲除的效应。线虫和果蝇的全部基因组序列已测试完毕，发现大量未知功能的新基因，RNAi将大大促进对这些新基因功能的研究。与传统的基因敲除技术相比，这一技术具有投入少，周期短，操作简单等优势，近来RNAi成功用于构建转基因动物模型的报道日益增多，标志着RNAi将成为研究基因功能不可或缺的工具。

（2）研究信号传导通路的新途径

联合利用传统的缺失突变技术和RNAi技术可以很容易地确定复杂的信号传导途径中不同基因的上下游关系，Clemensy等应用RNAi研究了果蝇细胞系中胰岛素信息传导途径,取得了与已知胰岛素信息传导通路完全一致的结果,在此基础上分析了DSH3PX1与DACK之间的关系, 证实了DACK是位于DSH3PX1磷酸化的上游激酶. RNAi技术较传统的转染实验简单、快速、重复性好，克服了转

染实验中重组蛋白特异性聚集和转染效率不高的缺点，因此认为RNAi技术将可能成为研究细胞信号传导通路的新途径。

（3）开展基因治疗的新策略

RNAi具有抵抗病毒入侵，抑制转座子活动，防止自私基因序列过量增殖等作用，因此可以利用RNAi现象产生抗病毒的植物和动物，并可利用不同病毒转录序列中高度同源区段相应的dsRNA抵抗多种病毒。

5、miRNA在基础生物学中的贡献及其在应用价值

目前只有一小部分miRNAs生物学功能得到阐明。这些miRNAs调节了细胞生长，组织分化，因而与生命过程中发育、疾病有关。通过对基因组上miRNA的位点分析，显示其在发育和疾病中起了非常重要的作用。一系列的研究表明：miRNAs在细胞生长和凋亡，血细胞分化，同源异形盒基因调节，神经元的极性，胰岛素分泌，大脑形态形成，心脏发生，胚胎后期发育等过程中发挥重要作用。例如，miR-273和lys-6编码的miRNA，参与线虫的神经系统发育过程；miR-430参与斑马鱼的大脑发育；miR-181控制哺乳动物血细胞分化为B细胞；miR-375调节哺乳动物胰岛细胞发育和胰岛素分泌；miR-143在脂肪细胞分化起作用；

miR-196参与了哺乳动物四肢形成，miR-1与心脏发育有关。另有研究人员发现许多神经系统的miRNAs在大脑皮层培养中受到时序调节，表明其可能控制着区域化的mRNA翻译。对于新的miRNA基因的分析，可能发现新的参与器官形成、胚胎发育和生长的调节因子，促进对癌症等人类疾病发病机制的理解。