1 . 学习以下材料,回答(1)~(5)题。
RNA-DNA杂合链调控减数分裂的分子机制
减数分裂是有性生殖的生物在产生成熟生殖细胞时进行的染色体数目减半的细胞分裂方式。在减数分裂过程中会发生同源染色体重组和非同源染色体自由组合,从而增加物种的遗传多样性。
同源重组(如图1)是减数分裂的核心事件。程序性DNA双链断裂(DSB)是同源重组的起始,DSB可被细胞内一系列蛋白质识别并切割,最终产生一段约822bp的单链DNA末端。单链DNA末端在单链结合蛋白的保护和引导下入侵到同源染色体的同源区,继而细胞会以同源染色体的双链为模板合成DNA,最终形成两个被称为霍利迪连接体(HJ)的四链DNA中间体。每个HJ都有两个剪接位置(①和②)来进行DNA的拆分,若两个HJ都在同一个位置剪接(都在①或都在②),则得到两个非交换的DNA,即DNA分子重组点两侧基因未重新分配(如甲),若两个HJ一个在①处剪接,另一个在②处剪接,则拆分得到交换产物,即DNA分子重组点两侧基因重新分配(如乙)。
最新研究表明,细胞中RNA-DNA杂合链数目异常会引起同源重组水平下降,使减数分裂出现严重缺陷。RNA-DNA杂合链有两种产生方式:一种是顺式产生,即转录的RNA没有及时与DNA模板分开;另一种是反式产生,即游离的RNA重新与DNA模板链结合。RNA既可结合DNA单链也可结合双链DNA中的模板链(如图2)。
THO复合物可以协助RNA转运至细胞核外,核糖核酸酶H能够特异识别并切割RNA-DNA杂合链中的RNA链。研究者发现THO和H的双突变体酵母菌细胞中RNA-DNA杂合链增加、减数分裂异常。抑制双突变体的DSB产生单链DNA时,几乎检测不到RNA-DNA杂合链;相对于野生型,在双突变体中重组相关蛋白在DSB处的富集显著降低。进一步研究表明,RNA-DNA杂合链过度减少也会导致减数分裂缺陷。
(1)同源重组发生在_____ 期。
(2)DSB是DNA分子的_____ 键断裂形成的,入侵链相当于DNA合成的_____ 。
(3)图1中左侧和右侧HJ均在②处剪接得到甲,_____ 处剪接得到乙。同源重组不一定导致同源染色体上等位基因的交换,原因是_____ 。
(4)根据文中信息,双突变体酵母菌细胞中RNA-DNA杂合链增加的原因是_____ ;推测RNA-DNA杂合链过多导致减数分裂异常的分子机制是_____ 。
(5)RNA-DNA杂合链过多或过少均不利于减数分裂的进行,这体现了生命的_____ 观。
RNA-DNA杂合链调控减数分裂的分子机制
减数分裂是有性生殖的生物在产生成熟生殖细胞时进行的染色体数目减半的细胞分裂方式。在减数分裂过程中会发生同源染色体重组和非同源染色体自由组合,从而增加物种的遗传多样性。
同源重组(如图1)是减数分裂的核心事件。程序性DNA双链断裂(DSB)是同源重组的起始,DSB可被细胞内一系列蛋白质识别并切割,最终产生一段约822bp的单链DNA末端。单链DNA末端在单链结合蛋白的保护和引导下入侵到同源染色体的同源区,继而细胞会以同源染色体的双链为模板合成DNA,最终形成两个被称为霍利迪连接体(HJ)的四链DNA中间体。每个HJ都有两个剪接位置(①和②)来进行DNA的拆分,若两个HJ都在同一个位置剪接(都在①或都在②),则得到两个非交换的DNA,即DNA分子重组点两侧基因未重新分配(如甲),若两个HJ一个在①处剪接,另一个在②处剪接,则拆分得到交换产物,即DNA分子重组点两侧基因重新分配(如乙)。
最新研究表明,细胞中RNA-DNA杂合链数目异常会引起同源重组水平下降,使减数分裂出现严重缺陷。RNA-DNA杂合链有两种产生方式:一种是顺式产生,即转录的RNA没有及时与DNA模板分开;另一种是反式产生,即游离的RNA重新与DNA模板链结合。RNA既可结合DNA单链也可结合双链DNA中的模板链(如图2)。
THO复合物可以协助RNA转运至细胞核外,核糖核酸酶H能够特异识别并切割RNA-DNA杂合链中的RNA链。研究者发现THO和H的双突变体酵母菌细胞中RNA-DNA杂合链增加、减数分裂异常。抑制双突变体的DSB产生单链DNA时,几乎检测不到RNA-DNA杂合链;相对于野生型,在双突变体中重组相关蛋白在DSB处的富集显著降低。进一步研究表明,RNA-DNA杂合链过度减少也会导致减数分裂缺陷。
(1)同源重组发生在
(2)DSB是DNA分子的
(3)图1中左侧和右侧HJ均在②处剪接得到甲,
(4)根据文中信息,双突变体酵母菌细胞中RNA-DNA杂合链增加的原因是
(5)RNA-DNA杂合链过多或过少均不利于减数分裂的进行,这体现了生命的
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2 . 四膜虫是单细胞真核生物,营养成分不足时,进行接合生殖,过程如图1所示。科研人员用高浓度的DDT处理不耐药的野生型四膜虫,经筛选获得了纯合的耐药四膜虫。为研究四膜虫耐药的机理,进行了相关实验。
(1)高浓度DDT处理四膜虫可获得耐药个体,原因是DDT对四膜虫具有____________ 作用,使耐药的个体被保留。
(2)为研究耐药性的遗传,科研人员将四膜虫分为80组进行实验,每一组两只四膜虫,一只是纯合的耐药四膜虫,另一只是野生型四膜虫。每一组的一对四膜虫接合生殖后得到的四膜虫均耐药。若每一组接合后的四膜虫再次相互接合,在80组实验结果中,出现耐药四膜虫的组数约为____________ 组,则表明耐药性受一对等位基因控制,并且耐药为____________ 性;若80组实验结果中,出现耐药四膜虫的组数约为____________ 组,则表明耐药性受两对等位基因控制,并且这两对基因独立分配。
(3)为研究基因A与四膜虫的耐药性是否有关,科研人员提取耐药个体的DNA,选用图2所示的引物,先后进行PCR,以最终获得A基因失活突变的四膜虫。
①请分析每次PCR体系中除必要的原材料、酶、缓冲液外,还需加入的模板、引物是哪些?得到的产物是什么?填写以下表格。
②回收的PCR4扩增产物通过基因工程方法转入耐药四膜虫细胞中,并用加入___________ 的培养液筛选,获得的四膜虫在高浓度DDT处理下生长速率明显下降,表明A基因是____________ 基因。
(4)从进化角度分析,营养成分不足时四膜虫进行接合生殖的优势是____________ 。
(1)高浓度DDT处理四膜虫可获得耐药个体,原因是DDT对四膜虫具有
(2)为研究耐药性的遗传,科研人员将四膜虫分为80组进行实验,每一组两只四膜虫,一只是纯合的耐药四膜虫,另一只是野生型四膜虫。每一组的一对四膜虫接合生殖后得到的四膜虫均耐药。若每一组接合后的四膜虫再次相互接合,在80组实验结果中,出现耐药四膜虫的组数约为
(3)为研究基因A与四膜虫的耐药性是否有关,科研人员提取耐药个体的DNA,选用图2所示的引物,先后进行PCR,以最终获得A基因失活突变的四膜虫。
①请分析每次PCR体系中除必要的原材料、酶、缓冲液外,还需加入的模板、引物是哪些?得到的产物是什么?填写以下表格。
模板 | 引物 | 产物 | |
PCR1 | A基因 | 大量的A1-x | |
PCR2 | A基因 | ||
PCR3 | N基因和 | 不添加 | A1-N-A3 |
PCR4 | 大量的A1-N-A3 |
②回收的PCR4扩增产物通过基因工程方法转入耐药四膜虫细胞中,并用加入
(4)从进化角度分析,营养成分不足时四膜虫进行接合生殖的优势是
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