Question

【题目】与延缓衰老、延长寿命相关的研究都备受关注。研究表明线粒体的形态和功能与寿命密切相关，药物RU486通过改变线粒体的形态、数量以延缓衰老，延长果蝇寿命。请回答问题：

（1）线粒体动力蛋白（D1）可直接影响线粒体形态和功能。为研究线粒体动力蛋白（D1）在衰老中的作用，研究者获得转D1基因果蝇过程中，用______酶将启动子（daGS）、目的基因激活序列（UAS）以及D1基因与质粒共同构建基因表达载体，通过______方法导入果蝇多个______中，培育形成转基因果蝇。

（2）为揭示RU486缓解衰老的机制，科学家进行了系列实验研究。

①转基因果蝇D1基因的表达依赖于药物RU486（RU486对非转基因果蝇的寿命及线粒体形态无任何影响），研究人员对不同日龄的转基因果蝇研究，结果如图所示。

年龄	10日龄（幼年）	28日龄（成年）	37日龄（老年）	30日龄+7日RU486处理
荧光标记 线粒体
RU486	-	-	-

注：虚线框代表线粒体边缘，30日龄的果蝇相当于中年个体

实验结果显示，在果蝇衰老过程中，线粒体的变化特征是______，进而引起机体的衰老。

②RU486处理30日龄果蝇7天后D1蛋白含量基因表达量变化如图所示。RU486会______D1基因的表达，最适浓度是______。结合①RU486处理组线粒体的变化，推测RU486缓解衰老的机制是______，从而延缓衰老。

（3）进一步研究表明，RU486饲喂在影响D1基因表达后，线粒体自噬显著增加，延缓果蝇衰老。同时，另据研究推测A1基因表达产物会抑制线粒体自噬，请补充完善下述实验设计方案进行验证。

注：自噬是一个吞噬自身细胞质蛋白或细胞器并使其包被进入囊泡，并与溶酶体融合形成自噬溶酶体，降解其所包裹的内容物的过程，藉此实现细胞本身的代谢需要和某些细胞器的更新。

组别	实验材料	RU486 处理	检测变量
			______	______
实验组	转基因果蝇（30日龄）	+
对照组1	野生型果蝇（30日龄）	-
对照组2	转基因果蝇（30日龄）	-

实验结果与该推测一致。

（4）根据上述研究，尝试阐述RU486延缓果蝇衰老的机制是______

Answer 1

【答案】限制酶和DNA连接 显微注射法 受精卵 随年龄增长，果蝇线粒体变长，数量减少 促进 25ug/ml 通过促进D1蛋白的表达，促进线粒体分裂，数目变多 A1基因表达 线粒体自噬情况 促进Dl基因的表达，合成大量Dl蛋白，促进线粒体分裂，同时抑制A1基因表达，进而促进衰老损伤的线粒体自噬，使个体返回年轻状态

【解析】

观察表格数据可知，根据10、28、37日龄果蝇的荧光标记的线粒体发现，随着日龄增大，果蝇线粒体变长，数量减少；而30日龄+7日RU486处理的果蝇，线粒体数目显著增多、变短，说明RU486处理可以促进线粒体产生。

观察柱形图可知，RU486会促进D1基因的表达，图中几个浓度中最适浓度是25ug/ml。

（1）根据基因工程的过程分析可知，构建基因表达载体需要用到的工具酶是限制酶和DNA连接酶；将基因表达载体导入果蝇多个受精卵（动物细胞）中常用显微注射法。

（2）①根据以上分析可知，在果蝇衰老过程中，线粒体的变化特征是随年龄增长，果蝇线粒体变长，数量减少，进而引起机体的衰老。

②根据以上分析已知，RU486会促进D1基因的表达，且图中最适浓度是25ug/ml。结合①RU486处理组线粒体的变化，推测RU486缓解衰老的机制是通过促进D1蛋白的表达，促进线粒体分裂，数目变多，从而延缓衰老。

（3）因为RU486饲喂在影响D1基因表达后，线粒体自噬显著增加，延缓果蝇衰老；同时，另据研究推测A1基因表达产物会抑制线粒体自噬，所以实验检测的两个变量分别是：A1基因表达的表达情况和线粒体自噬情况。

（4）根据上述研究，尝试阐述RU486延缓果蝇衰老的机制是：促进Dl基因的表达，合成大量Dl蛋白，促进线粒体分裂，同时抑制A1基因表达，进而促进衰老损伤的线粒体自噬，使个体返回年轻状态。