Question

【題目】遺傳性骨骼發育不良（SD）的致病原因多樣。某研究小組發現了一個新的SD患病家系，對其致病機理展開研究。

（1）由圖1推測，若該病的遺傳方式為常染色體隱性遺傳，則家系中Ⅱ-2的致病基因遺傳自_________（填圖1中序號）。

（2）已有研究表明，常染色體上M140基因的突變與SD的發生有關。為確定圖1家系SD的遺傳方式，科研人員對其成員M140基因進行了測序，部分結果如圖2所示。由圖2可知，致病的M140基因在箭頭所指位點的堿基對為_________。結合圖1、圖2可知，該家系SD的遺傳方式為______；產生致病基因的可能原因是在_________（填圖1中序號）的早期胚胎細胞中發生了M140基因的突變。

（3）科研人員對M140基因在SD中的作用機制進行了深入研究。

①通過基因工程獲得M140基因敲除（KO）小鼠，然后檢測野生型小鼠和KO小鼠軟骨組織中基因D（與骨發育密切相關）的轉錄情況，發現野生型小鼠基因D的mRNA含量低于KO小鼠。已知M140基因只轉錄不翻譯，結合上述結果可提出兩種推測：

推測一：M140基因的RNA促進基因D的mRNA降解。

推測二：_______________________________________。

②科研人員體外培養野生型小鼠軟骨細胞，先在培養液中加入轉錄抑制劑，然后向實驗組細胞中導入足量M140基因的RNA，對照組導入與M140基因的RNA _____________不同的無關RNA。然后在第0.5h、1h、2h、4h分別檢測細胞中基因D的mRNA含量。結果為對照組和實驗組基因D的mRNA含量都隨時間延長而下降，且__________________________，支持推測一。進一步研究發現，M140基因的RNA通過與基因D的mRNA互補結合，進而促進其降解。

③科研人員利用基因編輯技術使野生型小鼠M140基因發生與患者致病基因相同的變化，并得到純合突變小鼠。這些突變小鼠表現出骨骼發育不良。研究人員對小鼠軟骨細胞基因D表達情況進行檢測，統計純合突變體與野生型小鼠基因D的mRNA比值（如圖3）。結果顯示，與野生型小鼠相比，純合突變小鼠基因D的mRNA含量_______。綜合上述研究分析，出現該結果的原因是_____________。

Answer 1

【答案】Ⅰ-1、Ⅰ-2 G-C 常染色體顯性遺傳 Ⅱ-2 M140基因的RNA抑制基因D的轉錄 序列 實驗組比對照組下降速率更快 多 純合突變小鼠細胞內的M140基因的堿基序列改變，轉錄的RNA與基因D的mRNA互補結合減弱（不能結合），對其降解的促進作用減弱（不能促進其降解），使得基因D的mRNA含量提高

【解析】

1.由遺傳圖1可知：無中生有為隱性，該病的遺傳方式為常染色體隱性遺傳病，患病者為隱性。

2.基因突變包括基因中堿基對的增添、缺失和替換，在圖2 中，正常基因的堿基對為A-T，被替換為G-C。

3.分析圖3：以無關基因作為對照，探究純合突變體與野生型相比，基因D的變化，由圖可知，純合突變體體內的基因D含量大于野生型，約是野生型的1.4倍。

（1）該病的遺傳方式為常染色體隱性遺傳，家系中Ⅱ-2患病，則基因型為隱性aa，說明家系中Ⅱ-2的致病基因遺傳自來自于父母雙方，Ⅰ-1、Ⅰ-2。

（2）比較三個正常人和兩個患者的常染色體上M140基因的序列發現，正常的M140基因在箭頭所指位點的堿基對為A-T，致病的M140基因在箭頭所指位點的堿基對為G-C。由圖1可知，若該病是來自于第一代的遺傳，則該病的遺傳方式為常染色體隱性遺傳病，Ⅰ-1、Ⅰ-2應該是攜帶致病基因，但測序結果顯示沒有，說明Ⅰ-1、Ⅰ-2不含致病基因，根據圖2分析可知，該家系出現SD病是由于Ⅱ-2的早期胚胎細胞中發生了M140基因的突變，而不是來自第一代的遺傳，且III-2也有致病基因，SD的遺傳方式為常染色體顯性遺傳。

（3）探究M140基因在SD中的作用機制：

①基因D與骨發育密切相關，野生型小鼠基因D的mRNA含量低于M140基因敲除的（KO）小鼠小鼠。可能的原因有一：M140基因的RNA促進基因D的mRNA降解。二：M140基因的RNA抑制基因D的轉錄。

②如果M140基因的RNA可以促進基因D的mRNA降解，先在培養液中加入轉錄抑制劑，可以排除自身轉錄對實驗結果的影響，然后向實驗組細胞中導入足量M140基因的RNA，對照組是空白對照，導入與M140基因的RNA 序列不同的無關RNA，以排除其他因素的影響。然后在第0.5h、1h、2h、4h分別檢測細胞中基因D的mRNA含量。因為M140基因的RNA可以促進基因D的mRNA降解，則隨時間延長，基因D的mRNA含量下降，且實驗組比對照組下降速率更快。

③由圖3可知，純合突變體與野生型小鼠基因D的mRNA比值大于1，說明純合突變小鼠基因D的mRNA含量大于野生型。根據上題的敘述M140基因的RNA通過與基因D的mRNA互補結合，進而促進其降解，出現純合突變小鼠基因D的mRNA含量大于野生型的原因是純合突變小鼠細胞內的M140基因的堿基序列改變，轉錄的RNA與基因D的mRNA互補結合減弱（不能結合），對其降解的促進作用減弱（不能促進其降解），使得基因D的mRNA含量提高。