Question

14．Hedgehog基因（H）广泛存在于无脊椎动物和脊椎动物中，在胚胎发育中起重要作用．我国科研工作者利用基因敲除和核酸分子杂交技术研究了H基因在文昌鱼胚胎发育中的作用．
（1）在脊椎动物各个不同类群中，H基因的序列高度相似．H基因高度保守，是由于该基因的突变类型在自然选择（进化）中被淘汰．
（2）研究者使用了两种TALE蛋白对文昌鱼的H基因进行敲除．TALE蛋白的结构是人工设计的，蛋白质的中央区能够结合H基因上特定的序列，F区则能在该序列处将DNA双链切开，如图1所示．

①根据TALE蛋白的功能设计出其氨基酸序列，再根据氨基酸序列对应的密码子（mRNA）序列推测出编码TALE蛋白的DNA序列，人工合成DNA序列之后再以其为模板进行转录生成mRNA．
②将两种mRNA用显微注射法导入文昌鱼的卵细胞中，然后滴加精液使卵受精．此受精卵发育成的个体为F₀代．
③F₀代个体细胞内被两种TALE蛋白处理过的DNA重新连接后，H基因很可能因发生碱基对的缺失而丧失功能，基因丧失功能则被称为“敲除”．
（3）提取F₀代胚胎细胞DNA，克隆H基因，用BsrGⅠ进行切割，电泳后用放射性同位素标记的H基因片段为探针进行DNA分子杂交，实验结果如图2所示．图中样品2代表的F₀个体中部分H基因已被敲除．研究者发现，在F₀个体产生的所有配子中，通常只有部分配子的H基因被敲除，可能的原因是F₀受精卵中成对的H基因中仅一个被敲除（F₀胚胎中仅部分细胞的H基因被敲除、细胞中H基因未被敲除）．
（4）将F₀代与野生型鱼杂交，再从F₁代鱼中筛选出某些个体相互交配，在F₂代幼体发育至神经胚期时进行观察和计数，结果如表所示．

	F2中正常幼体数	F2中畸形（无口和鳃，尾部弯曲）幼体数
第一组	101	29
第二组	106	33
第三组	98	31

根据杂交实验结果可知，F₁代鱼中筛选出的个体均为杂合子（杂合子/纯合子），H基因的遗传符合基因分离定律．随着幼体继续发育，进一步检测到的各组中正常个体数与畸形个体数的比例将会升高．

Answer 1

分析 分析图1：被两种TALE蛋白处理过的DNA重新连接后，缺失了BsrGⅠ识别位点．
分析图2：H基因中含有一个BsrGⅠ识别位点，能被BsrGⅠ切割形成两种不同长度的DNA片段，而H基因被敲除后会缺失BsrGⅠ识别位点，不能被BsrGⅠ识别和切割．样品1中有两种长度不同的DNA，说明其代表的个体中H基因没有被敲除，样品2中含有3种长度不同的DNA片段，说明其代表的F₀个体中部分H基因已被敲除．
分析表格：F₂代幼体中约有$\frac{1}{4}$为畸形个体，即正常幼体：畸形幼体≈3：1．

解答 解：（1）H基因高度保守是由于该基因的突变类型在自然选择（进化）中被淘汰．
（2）①蛋白质工程的基本程序：预期蛋白质功能→设计预期的蛋白质结构→推测应有氨基酸序列→找到对应的脱氧核苷酸序列（基因）．因此人工设计TALE蛋白时，应该先根据TALE蛋白的功能设计出其氨基酸序列，再根据氨基酸序列对应的密码子（mRNA）序列推测出编码TALE蛋白的DNA序列．以DNA为模板合成RNA的过程称为转录．
②将目的基因导入动物细胞最有效的方法是显微注射法．
③由图可知，被两种TALE蛋白处理过的DNA重新连接后，缺失了BsrGⅠ识别位点，即发生碱基对的缺失，H基因很有可能因此而丧失功能，基因丧失功能则被称为“敲除”．
（3）H基因中含有一个BsrGⅠ识别位点，能被BsrGⅠ切割形成两种不同长度的DNA片段，而H基因被敲除后会缺失BsrGⅠ识别位点，不能被BsrGⅠ识别和切割．样品1中有两种长度不同的DNA，说明其代表的个体中H基因没有被敲除，样品2中含有3种长度不同的DNA片段，说明其代表的F₀个体中部分H基因已被敲除．在F₀个体产生的所有配子中，通常只有部分配子的H基因被敲除，可能的原因是F₀受精卵中成对的H基因中仅一个被敲除（F₀胚胎中仅部分细胞的H基因被敲除、细胞中H基因未被敲除）．
（4）将F₁代鱼中筛选出某些个体相互交配，F₂代幼体中约有$\frac{1}{4}$为畸形个体，即发生性状分离，这说明F₁代鱼中筛选出的个体均为杂合子，H基因的遗传符合基因分离定律．随着幼体继续发育，由于畸形（无口和鳃，尾部弯曲）幼体会被逐渐淘汰，因此进一步检测到的各组中正常个体数与畸形个体数的比例将会升高．
故答案为：
（1）自然选择（进化）
（2）①密码子（mRNA）   转录
②显微注射
③缺失
（3）BsrGⅠ样品2      F₀受精卵中成对的H基因中仅一个被敲除（F₀胚胎中仅部分细胞的H基因被敲除、细胞中H基因未被敲除）
（4）杂合子       基因分离      升高

点评 本题结合图表，考查基因工程、基因分离定律的实质及应用，要求考生识记基因工程的操作步骤，掌握各操作步骤中需要注意的细节，同时了解蛋白质工程的基本程序；掌握基因分离定律的实质，能根据表中正常与畸形个体数目比做出准确的判断．