Question

【题目】GAL4/UAS是从酵母菌中发现的DNA序列，GAL4蛋白是一个转录激活因子，可以特异性识别并结合DNA分子上的UAS序列，激活该序列下游的基因转录。研究人员将GAL4基因和上游连接UAS序列的待测基因（基因N）分别转入果蝇细胞中，通过控制基因N的表达来研究基因N功能。研究过程如下图所示。

（1）步骤1：为获得GAL4基因纯合的果蝇品系（GAL4品系），研究者进行了如下操作。

①GAL4基因本身不控制特定性状，因此研究人员以红眼基因作为________基因，将GAL4基因转入白眼果蝇中（白眼基因是位于X染色体上的隐性基因，可用b表示）。已知外源基因是单拷贝插入的，选择白眼雌蝇与转基因红眼雄蝇杂交，F1代表现型为________，说明外源基因插入到了X染色体上。

②果蝇X染色体上基因m能使带有该基因的雌配子致死，研究人员取带有该基因的________眼雄蝇与F1代中的红眼雌蝇杂交，将子代中________果蝇选出，相互交配后获得的子代即为GAL4品系。

（2）步骤2：获得UAS-基因N品系的相关操作。

①某品系果蝇2号染色体上有纯合致死的卷翅基因D和另一纯合致死的基因E，如图所示。该品系（平衡致死系）果蝇相互交配，子代性状为_________。

②将2号染色体上导入单拷贝的基因群2的果蝇与上述平衡致死系果蝇杂交，选择子代中性状为________的果蝇相互交配，产生的新一代果蝇将出现________的性状分离比，挑选其中________性状的果蝇即为所需的纯合UAS-基因N品系。

③若转入的待测基因具有纯合致死效应，保留上述选育过程的________性状果蝇可以防止逐代繁殖过程中该基因_________。

（3）铁蛋白是一种在各种生物细胞中普遍存在的蛋白质，由重链和轻链组成，能够结合Fe2+，避免细胞受Fe2+毒害。研究人员将GAL4品系雌蝇与UAS-human FTL（人类铁蛋白轻链基因）品系雄蝇杂交，发现F1中绿色荧光果蝇出现因Fe2+毒害导致的刚毛缺失、复眼发育不良等UAS-human FTL品系果蝇并不具有的性状。结合上述研究模型，分析该性状出现的原因是________。这一研究为human FTL基因突变造成的“晚期发作的基底神经中枢疾病”遗传病提供了机理方面的解释。

Answer 1

【答案】标记或报告基因 雌蝇均为红眼，雄蝇均为白眼 白眼 红眼（雌雄） 全为卷翅 卷翅并发绿色荧光 卷翅并发绿色荧光:非卷翅发绿色荧光=2:1 不卷翅并绿色荧光 卷翅并发绿色荧光 频率下降而最终丢失（或被淘汰） F1中绿色荧光果蝇的GAL4蛋白激活human FTL基因，表达出的人类铁蛋白轻链与果蝇铁蛋白轻链竞争结合果蝇铁蛋白重链，但形成的铁蛋白不能有效结合Fe2+以避免其毒害细胞，导致果蝇出现缺陷性状

【解析】

据图可知，GAL4基因与红眼基因连锁，基因N与绿色荧光蛋白基因连锁；将转入GAL4的纯合品系果蝇与纯合的UAS-基因N品系果蝇杂交，得到的后代果蝇即可通过表达GAL4蛋白激活基因N的表达。

（1）①GAL4基因不控制性状，所以需要用红眼基因作为标记基因来推知GAL4基因是否成功导入白眼果蝇；若成功导入，白眼雌蝇（XbXb）与转基因红眼雄蝇（XBY）杂交，F1代雌蝇全为红眼，雄蝇全为白眼；②取带有该基因的白眼雄蝇（XbmY）与F1中的红眼雌蝇（XBXb）杂交，将子代中的红眼雌雄果蝇（XBXbm、XBY）相互交配，得到的子代（XBXB、XBY）全为GAL4品系。

（2）①图示产生两种配子De、dE，因为有纯合致死的现象，该品系相互交配后代只有DdEe，表现为卷翅；②导入单拷贝的基因群2的果蝇中只有1条2号染色体上带有绿色荧光基因，且为纯合子（ddee，其他类型纯合致死），与该平衡致死系果蝇（DdEe）杂交后代中选择性状为带有绿色荧光的卷翅果蝇（Ddee，de所在染色体上带绿色荧光蛋白基因）相互交配，产生的新一代果蝇将出现Ddee：ddee=2：1，即卷翅发绿色荧光：不卷翅发绿色荧光=2：1；其中的不卷翅发绿色荧光个体即为所需的纯合UAS-基因N品系。③若转入的待测基因具有纯合致死效应，为了防止待测基因在逐代繁殖过程中频率下降甚至消失，可以将卷翅发绿色荧光的个体保留下来以备不时之需。

（3）据题意，GAL4品系果蝇与UAS-human FTL品系果蝇杂交产生的子代中发绿色荧光的果蝇表达的GAL4蛋白与UAS序列结合后激活human FTL基因，表达出的人类铁蛋白轻链可与果蝇铁蛋白轻链竞争结合果蝇铁蛋白重链，但形成的铁蛋白不能有效结合Fe2+以避免其毒害细胞，导致果蝇出现缺陷性状。