Question

【題目】GAL4/UAS是從酵母菌中發(fā)現(xiàn)的DNA序列，GAL4蛋白是一個轉(zhuǎn)錄激活因子，可以特異性識別并結(jié)合DNA分子上的UAS序列，激活該序列下游的基因轉(zhuǎn)錄。研究人員將GAL4基因和上游連接UAS序列的待測基因（基因N）分別轉(zhuǎn)入果蠅細(xì)胞中，通過控制基因N的表達(dá)來研究基因N功能。研究過程如下圖所示。

（1）步驟1：為獲得GAL4基因純合的果蠅品系（GAL4品系），研究者進(jìn)行了如下操作。

①GAL4基因本身不控制特定性狀，因此研究人員以紅眼基因作為________基因，將GAL4基因轉(zhuǎn)入白眼果蠅中（白眼基因是位于X染色體上的隱性基因，可用b表示）。已知外源基因是單拷貝插入的，選擇白眼雌蠅與轉(zhuǎn)基因紅眼雄蠅雜交，F1代表現(xiàn)型為________，說明外源基因插入到了X染色體上。

②果蠅X染色體上基因m能使帶有該基因的雌配子致死，研究人員取帶有該基因的________眼雄蠅與F1代中的紅眼雌蠅雜交，將子代中________果蠅選出，相互交配后獲得的子代即為GAL4品系。

（2）步驟2：獲得UAS-基因N品系的相關(guān)操作。

①某品系果蠅2號染色體上有純合致死的卷翅基因D和另一純合致死的基因E，如圖所示。該品系（平衡致死系）果蠅相互交配，子代性狀為_________。

②將2號染色體上導(dǎo)入單拷貝的基因群2的果蠅與上述平衡致死系果蠅雜交，選擇子代中性狀為________的果蠅相互交配，產(chǎn)生的新一代果蠅將出現(xiàn)________的性狀分離比，挑選其中________性狀的果蠅即為所需的純合UAS-基因N品系。

③若轉(zhuǎn)入的待測基因具有純合致死效應(yīng)，保留上述選育過程的________性狀果蠅可以防止逐代繁殖過程中該基因_________。

（3）鐵蛋白是一種在各種生物細(xì)胞中普遍存在的蛋白質(zhì)，由重鏈和輕鏈組成，能夠結(jié)合Fe2+，避免細(xì)胞受Fe2+毒害。研究人員將GAL4品系雌蠅與UAS-human FTL（人類鐵蛋白輕鏈基因）品系雄蠅雜交，發(fā)現(xiàn)F1中綠色熒光果蠅出現(xiàn)因Fe2+毒害導(dǎo)致的剛毛缺失、復(fù)眼發(fā)育不良等UAS-human FTL品系果蠅并不具有的性狀。結(jié)合上述研究模型，分析該性狀出現(xiàn)的原因是________。這一研究為human FTL基因突變造成的“晚期發(fā)作的基底神經(jīng)中樞疾病”遺傳病提供了機理方面的解釋。

Answer 1

【答案】標(biāo)記或報告基因 雌蠅均為紅眼，雄蠅均為白眼 白眼 紅眼（雌雄） 全為卷翅 卷翅并發(fā)綠色熒光 卷翅并發(fā)綠色熒光:非卷翅發(fā)綠色熒光=2:1 不卷翅并綠色熒光 卷翅并發(fā)綠色熒光 頻率下降而最終丟失（或被淘汰） F1中綠色熒光果蠅的GAL4蛋白激活human FTL基因，表達(dá)出的人類鐵蛋白輕鏈與果蠅鐵蛋白輕鏈競爭結(jié)合果蠅鐵蛋白重鏈，但形成的鐵蛋白不能有效結(jié)合Fe2+以避免其毒害細(xì)胞，導(dǎo)致果蠅出現(xiàn)缺陷性狀

【解析】

據(jù)圖可知，GAL4基因與紅眼基因連鎖，基因N與綠色熒光蛋白基因連鎖；將轉(zhuǎn)入GAL4的純合品系果蠅與純合的UAS-基因N品系果蠅雜交，得到的后代果蠅即可通過表達(dá)GAL4蛋白激活基因N的表達(dá)。

（1）①GAL4基因不控制性狀，所以需要用紅眼基因作為標(biāo)記基因來推知GAL4基因是否成功導(dǎo)入白眼果蠅；若成功導(dǎo)入，白眼雌蠅（XbXb）與轉(zhuǎn)基因紅眼雄蠅（XBY）雜交，F1代雌蠅全為紅眼，雄蠅全為白眼；②取帶有該基因的白眼雄蠅（XbmY）與F1中的紅眼雌蠅（XBXb）雜交，將子代中的紅眼雌雄果蠅（XBXbm、XBY）相互交配，得到的子代（XBXB、XBY）全為GAL4品系。

（2）①圖示產(chǎn)生兩種配子De、dE，因為有純合致死的現(xiàn)象，該品系相互交配后代只有DdEe，表現(xiàn)為卷翅；②導(dǎo)入單拷貝的基因群2的果蠅中只有1條2號染色體上帶有綠色熒光基因，且為純合子（ddee，其他類型純合致死），與該平衡致死系果蠅（DdEe）雜交后代中選擇性狀為帶有綠色熒光的卷翅果蠅（Ddee，de所在染色體上帶綠色熒光蛋白基因）相互交配，產(chǎn)生的新一代果蠅將出現(xiàn)Ddee：ddee=2：1，即卷翅發(fā)綠色熒光：不卷翅發(fā)綠色熒光=2：1；其中的不卷翅發(fā)綠色熒光個體即為所需的純合UAS-基因N品系。③若轉(zhuǎn)入的待測基因具有純合致死效應(yīng)，為了防止待測基因在逐代繁殖過程中頻率下降甚至消失，可以將卷翅發(fā)綠色熒光的個體保留下來以備不時之需。

（3）據(jù)題意，GAL4品系果蠅與UAS-human FTL品系果蠅雜交產(chǎn)生的子代中發(fā)綠色熒光的果蠅表達(dá)的GAL4蛋白與UAS序列結(jié)合后激活human FTL基因，表達(dá)出的人類鐵蛋白輕鏈可與果蠅鐵蛋白輕鏈競爭結(jié)合果蠅鐵蛋白重鏈，但形成的鐵蛋白不能有效結(jié)合Fe2+以避免其毒害細(xì)胞，導(dǎo)致果蠅出現(xiàn)缺陷性狀。