第七章 細(xì)菌和病毒的遺傳

1．解釋下列名詞：F-菌株、F+菌株、Hfr菌株、F因子、F'因子、烈性噬菌體、溫和性噬菌體、溶原性細(xì)菌、部分二倍體。
F-菌株：未攜帶F因子的大腸桿菌菌株。
F+菌株：包含一個(gè)游離狀態(tài)F因子的大腸桿菌菌株。
Hfr菌株：包含一個(gè)整合到大腸桿菌染色體組內(nèi)的F因子的菌株。
F因子：大腸桿菌中的一種附加體，控制大腸桿菌接合過(guò)程而使其成為供體菌的一種致育因子。
F'因子：整合在宿主細(xì)菌染色體上的F因子，在環(huán)出時(shí)不夠準(zhǔn)確而攜帶有染色體一些基因的一種致育因子。
烈性噬菌體：侵染宿主細(xì)胞后，進(jìn)入裂解途徑，破壞宿主細(xì)胞原有遺傳物質(zhì)，合成大量的自身遺傳物質(zhì)和蛋白質(zhì)并組裝成子噬菌體，最后使宿主裂解的一類噬菌體。
溫和性噬菌體：侵染宿主細(xì)胞后，并不裂解宿主細(xì)胞，而是走溶原性生活周期的一類噬菌體。
溶原性細(xì)菌：含有溫和噬菌體的遺傳物質(zhì)而又找不到噬菌體形態(tài)上可見(jiàn)的噬菌體粒子的宿主細(xì)菌。
部分二倍體：當(dāng)F+和Hfr的細(xì)菌染色體進(jìn)入F-后，在一個(gè)短時(shí)期內(nèi)，F(xiàn)-細(xì)胞中對(duì)某些位點(diǎn)來(lái)說(shuō)總有一段二倍體的DNA狀態(tài)的細(xì)菌。

2． 為什么說(shuō)細(xì)菌和病毒是研究遺傳學(xué)的好材料？
答：與其他生物體相比，細(xì)菌和病毒能成為研究遺傳學(xué)的好材料，具有以下7個(gè)方面的優(yōu)越性：
?。?/span>1）世代周期短：每個(gè)世代以min或h計(jì)算，繁殖速度快，大大縮短了實(shí)驗(yàn)周期。
?。?/span>2）易于管理和進(jìn)行化學(xué)分析 個(gè)體小，繁殖方便，可以大量節(jié)省人力、物力和財(cái)力；且代謝旺盛，繁殖又快，累積大量的代謝產(chǎn)物。
?。?/span>3）便于研究基因的突變 細(xì)菌和病毒均屬于單倍體，所有突變都能立即表現(xiàn)出來(lái)，不存在顯性掩蓋隱性的問(wèn)題。
?（4）便于研究基因的作用 通過(guò)基本培養(yǎng)基和選擇培養(yǎng)基的影印培養(yǎng)，很容易篩選出營(yíng)養(yǎng)缺陷型，利于生化[研究。
?。?/span>5）便于基因重組的研究 通過(guò)細(xì)菌的轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導(dǎo)和接合作用，在一支試管中可以產(chǎn)生遺傳性狀不相同的后代。
?。?/span>6）便于用于研究基因結(jié)構(gòu)、功能及調(diào)控機(jī)制的材料 細(xì)菌和病毒的遺傳物質(zhì)簡(jiǎn)單，基因定位和結(jié)構(gòu)分析等易于進(jìn)行且可用生理生化方法進(jìn)行基因的表達(dá)和調(diào)控分析。
（7）便于進(jìn)行遺傳操作 細(xì)菌質(zhì)粒和病毒作為載體，已成為高等生物的分子遺傳學(xué)研究和生物工程的重要工具。

3．試比較大腸桿菌和玉米的染色體組。
答：大腸桿菌屬于原核生物、而玉米是真核生物，二者基因組存在很大的區(qū)別：
⑴.基因組大小不同：大腸桿菌DNA以單個(gè)染色體的形式存在，長(zhǎng)約1100μm，分子量約為2.6×109；玉米以10對(duì)染色體存在（n=10），基因組非常龐大。
⑵.染色體組成不同：大腸桿菌DNA不與組蛋白結(jié)合，也不形成核小體結(jié)構(gòu)，是一個(gè)封閉的大環(huán)結(jié)構(gòu)；而玉米DNA與組蛋白結(jié)合，形成典型的核小體結(jié)構(gòu)，呈直線排列，并多級(jí)折疊成光學(xué)顯微鏡下可見(jiàn)的染色體結(jié)構(gòu)。
⑶.大腸桿菌的基因發(fā)生突變，在當(dāng)代個(gè)體中即可表現(xiàn)出來(lái)，而在玉米中基因組中則存在基因的顯隱性關(guān)系。
⑷.DNA合成時(shí)期不同：大腸桿菌DNA在整個(gè)細(xì)胞生長(zhǎng)過(guò)程中都可進(jìn)行，而玉米DNA只在細(xì)胞周期的S期合成。
⑸.復(fù)制起點(diǎn)不同：大腸桿菌只有一個(gè)復(fù)制起點(diǎn)，在而玉米存在多個(gè)復(fù)制起點(diǎn)。
⑹.DND組成不同：大腸桿菌中一般由單一序列組成，且基因的排列方式非常緊湊，存在重疊基因現(xiàn)象；而玉米中則存在大量的重復(fù)序列，許多基因以基因家族方式存在。

4．對(duì)兩個(gè)基因的噬菌體雜交所測(cè)定的重組頻率如下：

試問(wèn):（1）a、b、c 3個(gè)突變?cè)谶B鎖圖上的次序如何？為什么它們之間的距離不是累加的？
　?。?/span>2）假定三因子雜交，ab+c×a+bc+，你預(yù)期哪種類型的重組體頻率最低？
　?。?/span>3）計(jì)算從 ⑵ 所假定的三因子雜交中出現(xiàn)的各種重組類型的頻率。

答：⑴.a、b、c3個(gè)突變?cè)谶B鎖圖上的次序?yàn)橛覉D，由于噬菌體的DNA是環(huán)狀結(jié)構(gòu)，而不是線狀排列，因此它們之間的距離不是累加的。
⑵.根據(jù)⑴的三個(gè)基因間的連鎖距離可知，基因間重組率較低的是ac和bc，因此ab+c+和a+bc兩種類型的重組體頻率最低。

?

⑶. 根據(jù) ⑴ 的重組率可知：c基因在中間：
bc間單交換產(chǎn)生acb和a+ c+b+的頻率共為1.5%；　ac間單交換產(chǎn)生a+cb+和a c+b的頻率共為2.0%；
　　雙交換a c+b+和a+cb的頻率共為0.03%?！?/span>

5． 噬菌體三基因雜交產(chǎn)生以下種類和數(shù)目的后代：

試問(wèn)：（1）這一雜交中親本噬菌體的基因型是什么？
　?。?/span>2）基因次序如何？
　　（3）基因之間的圖距如何？
答：（1）這一雜交中親本基因型是+++和pqr；
　?。?/span>2）根據(jù)雜交后代中雙交換類型和親本基因型，便可推斷出基因次序?yàn)椋簈pr或rpq；
　?。?/span>3）基因之間的圖距：

pr之間的遺傳距離為18.3遺傳單位；pq之間的遺傳距離為13.6遺傳單位；因?yàn)橛须p交換的存在，qr之間的遺傳距離為：28.9＋2×1.5=31.9遺傳單位。

6．試比較轉(zhuǎn)化、接合、轉(zhuǎn)導(dǎo)、性導(dǎo)在細(xì)菌遺傳物質(zhì)傳遞上的異同。
答：這四種現(xiàn)象的相同之處是：都是細(xì)菌的遺傳物質(zhì)DNA在不同的細(xì)菌細(xì)胞之間傳遞，從而使受體細(xì)胞遺傳物質(zhì)發(fā)生重組。
　　不同之處是：轉(zhuǎn)化是裸露的DNA直接與處于感受態(tài)的細(xì)胞之間的互作，進(jìn)入受體細(xì)胞，發(fā)生重組；接合是由于F因子的整合產(chǎn)生Hfr菌株，在F因子進(jìn)行轉(zhuǎn)移時(shí)，供體菌遺傳物質(zhì)也被帶入受體菌，實(shí)現(xiàn)重組；性導(dǎo)是Hfr菌株中F因子的錯(cuò)誤環(huán)出，產(chǎn)生了攜帶有供體菌遺傳物質(zhì)的F'因子，接合時(shí)隨F'因子的轉(zhuǎn)移而使供體菌遺傳物質(zhì)導(dǎo)入到受體菌中；轉(zhuǎn)導(dǎo)是細(xì)菌的一段染色體被錯(cuò)誤地包裝在噬菌體的蛋白質(zhì)外殼內(nèi)，并通過(guò)感染而轉(zhuǎn)移到另一個(gè)受體菌內(nèi)。

7．7． 假定你證明對(duì)過(guò)去一個(gè)從未描述過(guò)的細(xì)菌種有遺傳重組，如使ab+菌株與a+b菌株混合培養(yǎng)，形成a+b+、ab的重組類型，試說(shuō)明將采用哪種方式來(lái)確定這種重組是轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導(dǎo)還是接合的結(jié)果。
答：參照戴維斯的U型管試驗(yàn)，將兩菌株放入培養(yǎng)，后代中發(fā)現(xiàn)如無(wú)重組類型，則該遺傳重組類型為接合產(chǎn)生的；后代中如有重組類型，可能是轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)導(dǎo)產(chǎn)生的；可進(jìn)一步試驗(yàn)，在U型管中加入DNA酶，檢測(cè)后代有無(wú)重組，如無(wú)重組則為該類型為轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的，如有則是轉(zhuǎn)導(dǎo)產(chǎn)生的。

8．在接合實(shí)驗(yàn)中，Hfr菌株應(yīng)帶有一個(gè)敏感的位點(diǎn)（如azis或strs），這樣，在發(fā)生接合后可用選擇培養(yǎng)基消除Hfr供體。試問(wèn)這個(gè)位點(diǎn)距離Hfr染色體的轉(zhuǎn)移起點(diǎn)（O）應(yīng)該遠(yuǎn)還是近，為什么？
答：這個(gè)位點(diǎn)距離Hfr染色體的轉(zhuǎn)移起點(diǎn)（O）應(yīng)該是遠(yuǎn)。
　　因?yàn)槿邕@個(gè)敏感位點(diǎn)距轉(zhuǎn)移起點(diǎn)（O）近情況下，Hfr菌株的基因從原點(diǎn)處開(kāi)始進(jìn)入受體菌，使得敏感位點(diǎn)較早地重組進(jìn)受體菌中，在中斷雜交后，除去Hfr菌株的同時(shí)也除去了重組有敏感位點(diǎn)的重組個(gè)體，這樣就無(wú)法檢測(cè)敏感位點(diǎn)之后的基因重組距離了。

9.供體菌株為Hfr arg- leu+ aziS strS，受體菌株F- arg+ leu- aziR strS。為檢出和收集重組體F- arg+ leu+ aziR，應(yīng)用下列哪一種培養(yǎng)基可以完成這一任務(wù)，為什么其它的培養(yǎng)基不可以？⑴. 基本培養(yǎng)基加鏈霉素，⑵. 基本培養(yǎng)基加疊氮化鈉和亮氨酸，⑶. 基本培養(yǎng)基加疊氮化鈉，⑷. 選擇培養(yǎng)基中不加精氨酸和亮氨酸，加鏈霉素，⑸. 基本培養(yǎng)基加鏈霉素和疊氮化鈉。
答：3號(hào)培養(yǎng)基合適，因?yàn)椋?號(hào)培養(yǎng)基，所有菌株均為鏈霉素敏感，在該培養(yǎng)基中將抑制所有的菌株；2號(hào)培養(yǎng)基，無(wú)法區(qū)分重組體和受體菌；3號(hào)培養(yǎng)基，加疊氮化鈉可以抑制供體菌的生長(zhǎng)，同時(shí)又不加亮氨酸，受體菌也無(wú)法生長(zhǎng)；4號(hào)培養(yǎng)基中，加鏈霉素將抑制所有菌株；5號(hào)培養(yǎng)基，加鏈霉素也將將抑制所有菌。

10．大腸桿菌3個(gè)Hfr菌株利用中斷交配技術(shù)，分別與營(yíng)養(yǎng)缺陷型F-菌株交配，獲得下表結(jié)果：

試?yán)蒙鲜鲑Y料建立一個(gè)大腸桿菌染色體圖，包括以min表示的圖距。并標(biāo)出各Hfr菌株F因子的插入位點(diǎn)及轉(zhuǎn)移方向。
答：根據(jù)上表結(jié)果可知各基因位點(diǎn)在不同菌株中的排列順序：

11．利用大腸桿菌菌株雜交，一個(gè)是a+b+c-d+，另一個(gè)是a-b-c+d-。從重組體中選擇b+c+基因，而不選a及d的等位基因，當(dāng)檢查b+c+時(shí)，大部分都是a-d-。試問(wèn)：⑴.哪一個(gè)菌株是供體？⑵.從這個(gè)實(shí)驗(yàn)可以得到什么結(jié)論？
答：（1）一般重組類型占比例比親本類型少，當(dāng)檢查b+c+時(shí)，大部分都是a-d-，因此a-b-c+d-基因型為受體菌。
　　（2）本實(shí)驗(yàn)說(shuō)明了F因子插入位點(diǎn)位于b c 之前，而離ad較遠(yuǎn)。

12．如果把一個(gè)大腸桿菌放在含λ的培養(yǎng)基上它并不裂解，你是否認(rèn)為這個(gè)大腸桿菌是溶原性的？
答：這個(gè)原始大腸桿菌是溶原性的。
　　因?yàn)椋寒?dāng)溶原性的大腸桿菌放入含λ噬菌體的培養(yǎng)基中時(shí)，由于大腸桿菌本身存在抗超數(shù)感染性質(zhì)，因此不裂解；另外λ噬菌體是溫和性噬菌體，侵染大腸桿菌之后，進(jìn)入溶原狀態(tài)，并不馬上走裂解途徑。

13．Hfr met+ thi+ pur+×F- met- thi- pur-雜交。中斷雜交試驗(yàn)表明，met+最后進(jìn)入受體。所以只在含thi和pur 的培養(yǎng)基上選擇met+接合后重組體。檢驗(yàn)這些接合后體存在的thi+和pur+，發(fā)現(xiàn)各基因型個(gè)體數(shù)如下：

試問(wèn)：（1）選擇培養(yǎng)基中為什么不考慮met? ???（2）基因次序是什么？
　　　　?。?/span>3）重組單位的圖距有多大？ ???（4）這里為什么不出現(xiàn)基因型met+ thi+ pur-的個(gè)體？
答：（1）因?yàn)閙et+最后進(jìn)入受體，易于檢測(cè)出。 ?（2）基因次序是thi+ pur+ met+。
　　　?。?/span>3）重組單位的圖距是： ????（4）在三個(gè)位點(diǎn)間發(fā)生雙交換才有可能發(fā)生met+ thi+ pur-的個(gè)體，由

于中斷雜交的時(shí)間短或者所篩選的群體小，未能發(fā)現(xiàn)該個(gè)體。

14．大腸桿菌中3個(gè)位點(diǎn)ara、leu和ilvH是在1/2min的圖距內(nèi)，為了確定三者之間的正確順序及圖距，用轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體P1侵染原養(yǎng)型菌株ara+leu+ilvH+，然后使裂解物侵染營(yíng)養(yǎng)缺陷型菌株ara-leu-ilvH-，對(duì)每個(gè)有選擇標(biāo)記基因進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，確定其未選擇標(biāo)記基因的頻率，獲下表結(jié)果：

根據(jù)上表3個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，試說(shuō)明：（1）三個(gè)基因間的連鎖順序如何？（2）這個(gè)轉(zhuǎn)導(dǎo)片段的大小。
答：⑴. 三個(gè)基因間的連鎖順序：由實(shí)驗(yàn)1可知，ara基因距l(xiāng)eu基因近，而距ilvH基因遠(yuǎn)；由實(shí)驗(yàn)2可知，ilvH基因距ara基因近，而距l(xiāng)eu基因遠(yuǎn)；由實(shí)驗(yàn)3進(jìn)一步驗(yàn)證，ilvH基因與ara基因間，無(wú)leu基因。因此三個(gè)基因的連鎖順序?yàn)椋?
⑵. 這個(gè)轉(zhuǎn)導(dǎo)片段的大小：ilvH基因與ara基因間的并發(fā)轉(zhuǎn)導(dǎo)中有1~5％，與leu基因間未發(fā)生過(guò)轉(zhuǎn)導(dǎo)，因此，這個(gè)轉(zhuǎn)導(dǎo)片段的大小是從ilvH位點(diǎn)到ara和leu位點(diǎn)之間。

15．肺炎雙球菌中基因型為strS mtl -（mtl +為發(fā)酵甘露醇（mannitol）的基因，mtl -不能發(fā)酵甘露醇）的細(xì)菌在一個(gè)試驗(yàn)中由具有strRmtl + 的DNA進(jìn)行轉(zhuǎn)化，在另一個(gè)試驗(yàn)中由具有strRmtl -的以及具有strSmtl+的兩種DNA混合物進(jìn)行轉(zhuǎn)化，其結(jié)果如下：

試問(wèn)：（1） 上表中第一橫行所列結(jié)果說(shuō)明了什么？為什么？
　?。?/span>2） 上表中第二橫行所列結(jié)果說(shuō)明了什么？為什么？
答：⑴. strRmtl+的比例很小，說(shuō)明這兩個(gè)位點(diǎn)的相距較遠(yuǎn)。因?yàn)?，DNA轉(zhuǎn)化只能以小片段的形式進(jìn)入受體，距離遠(yuǎn)的兩個(gè)基因同時(shí)位于同一個(gè)片段的機(jī)會(huì)小，并發(fā)轉(zhuǎn)化的機(jī)會(huì)也小。
⑵. 兩基因位于不同的片段上，并發(fā)轉(zhuǎn)化的概率是兩個(gè)位點(diǎn)單個(gè)轉(zhuǎn)化的概率的乘積，因此產(chǎn)生strRmtl+基因型的個(gè)體更少，且明顯少于共存于同一染色體上的兩個(gè)位點(diǎn)的共轉(zhuǎn)化。

16．在普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)中，供體大腸桿菌細(xì)胞的基因型是trpC+pyrF-trpA-，受體細(xì)胞的基因型是trpC-pyrF+trpA+。由P1噬菌體媒介轉(zhuǎn)導(dǎo)，對(duì)trpC+進(jìn)行選擇，用選擇的細(xì)胞進(jìn)一步檢查其它基因的轉(zhuǎn)導(dǎo)情況，得到以下的結(jié)果：

試問(wèn)：（1）這3個(gè)基因的次序是什么？
答：⑴. 這3個(gè)基因的次序：
　　由上表可知，后代數(shù)目最少的基因型為trpC+ pyrF- trpA+，因?yàn)槿齻€(gè)基因位點(diǎn)中，只有發(fā)生了雙交換的頻率是最少的，可以推斷基因順序?yàn)椋簍rpC trpA pyrF；

17．大腸桿菌Hfr gal+lac+（A）與F-gal-lac-（B）雜交，A向B轉(zhuǎn)移gal+比較早而且頻率高，但是轉(zhuǎn)移lac+遲而且效率低。菌株B的gal+重組體仍舊是F-。從菌株A可以分離出一個(gè)變體叫做菌株C，菌株C向B轉(zhuǎn)移lac+早而且頻率高，但不轉(zhuǎn)移gal+。在C×B的雜交中，B菌株的lac+重組體一般是F+。問(wèn)菌株C的性質(zhì)是什么？
答：根據(jù)題意可推斷，Hfr菌株A是高頻同源重組菌株，F(xiàn)因子插入的位置是位于gal+lac+之間，且gal+基因靠近于F因子轉(zhuǎn)移的起點(diǎn)，lac+基因則相反，因此A向轉(zhuǎn)移gal+比較早而且頻率高，但是轉(zhuǎn)移lac+遲而且效率低。由于細(xì)菌染色體很長(zhǎng)，一般容易中斷，很難轉(zhuǎn)移完整的一個(gè)F因子，因此，菌株B的gal+重組體仍為F-。
　　從菌株A的變體菌株C，可推斷為，由于lac+基因靠近F因子的另一端，F(xiàn)因子環(huán)出時(shí)錯(cuò)誤地包裝了lac+基因而未包裹gal+基因，因此，C×B的雜交中，B菌株的lac+重組體一般是F+。菌株C向B轉(zhuǎn)移lac+早，而且頻率高，但不轉(zhuǎn)移gal+。

18．在大腸桿菌中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)帶有麥芽糖酶基因（mal）的F'因子。將F'mal+引入F-mal-菌株。這樣所產(chǎn)生的細(xì)胞多數(shù)能轉(zhuǎn)移F'mal+到F-細(xì)胞中，偶然有些細(xì)胞可以從mal-基因開(kāi)始把整個(gè)細(xì)菌染色體轉(zhuǎn)移到F-中。這些細(xì)胞可分為兩類：（a）轉(zhuǎn)移mal+很早，mal-很遲；（b）轉(zhuǎn)移mal-很早，mal+很遲。
　　畫(huà)出F'因子與染色體相互作用的圖，表明（a）型細(xì)胞最大的可能是如何產(chǎn)生的，（b）型細(xì)胞又是如何產(chǎn)生的。
答：有些細(xì)胞可以從mal-基因開(kāi)始把整個(gè)細(xì)菌染色體轉(zhuǎn)移到F-中，那么這些細(xì)胞肯定是Hfr類型，假定F'因子帶有A、B、C、D四個(gè)區(qū)域，轉(zhuǎn)移切口（O）發(fā)生在C和D之間，mal+基因位于A與B之間，則（a）型細(xì)胞產(chǎn)生最大的可能是：F'mal+整合在細(xì)胞染色體上，位置恰好相鄰于mal-基因，而mal+基因緊挨著轉(zhuǎn)移切口位點(diǎn)，而mal-基因則相反，具體見(jiàn)下圖。

?

　?。?/span>b）型細(xì)胞產(chǎn)生最大的可能是：F'mal+先與細(xì)胞染色體上的mal-基因發(fā)生同源重組，產(chǎn)生F'mal-因子，該因子再與主染色體發(fā)生整合，位置同（a），具體過(guò)程見(jiàn)下圖。

第八章 基因表達(dá)與調(diào)控

1． 經(jīng)典遺傳學(xué)和分子遺傳學(xué)關(guān)于基因的概念有何不同？
　　答：孟德?tīng)柊芽刂菩誀畹囊蜃臃Q為遺傳因子；約翰生提出基因（gene）這個(gè)名詞，取代遺傳因子；摩爾根等對(duì)果蠅、玉米等的大量遺傳研究，建立了以基因和染色體為主體的經(jīng)典遺傳學(xué)。
　　經(jīng)典遺傳學(xué)認(rèn)為：基因是一個(gè)最小的單位，不能分割；既是結(jié)構(gòu)單位，又是功能單位。具體指：⑴. 基因是化學(xué)實(shí)體：以念珠狀直線排列在染色體上；⑵. 交換單位：基因間能進(jìn)行重組，而且是交換的最小單位。⑶. 突變單位：一個(gè)基因能突變?yōu)榱硪粋€(gè)基因。⑷. 功能單位：控制有機(jī)體的性狀。
　　分子遺傳學(xué)認(rèn)為：⑴. 將基因概念落實(shí)到具體的物質(zhì)上，并給予具體內(nèi)容：一個(gè)基因是DNA分子上的一定區(qū)段，攜帶有特殊的遺傳信息。⑵. 基因不是最小遺傳單位，而是更復(fù)雜的遺傳和變異單位：例如在一個(gè)基因區(qū)域內(nèi)，仍然可以劃分出若干起作用的小單位。現(xiàn)代遺傳學(xué)上認(rèn)為： ①．突變子：是在性狀突變時(shí)，產(chǎn)生突變的最小單位。一個(gè)突變子可以小到只有一個(gè)堿基對(duì)，如移碼突變。②．重組子：在性狀重組時(shí)，可交換的最小單位稱為重組子。一個(gè)交換子只包含一個(gè)堿基對(duì)。 ③．順?lè)醋樱罕硎疽粋€(gè)作用的單位，基本上符合通常所描的基因大小或略小，包括的一段DNA與一個(gè)多鏈的合成相對(duì)應(yīng)，即保留了基因是功能單位的解釋。⑶. 分子遺傳學(xué)對(duì)基因概念的新發(fā)展：結(jié)構(gòu)基因：指可編碼RNA或蛋白質(zhì)的一段DNA序列。調(diào)控基因：指其表達(dá)產(chǎn)物參與調(diào)控其它基因表達(dá)的基因。重疊基因：指在同一段DNA順序上，由于閱讀框架不同或終止早晚不同，同時(shí)編碼兩個(gè)以上基因的現(xiàn)象。隔裂基因：指一個(gè)基因內(nèi)部被一個(gè)或更多不翻譯的編碼順序即內(nèi)含子所隔裂。跳躍基因：即轉(zhuǎn)座因子，指染色體組上可以轉(zhuǎn)移的基因。假基因：同已知的基因相似，處于不同的位點(diǎn)，因缺失或突變而不能轉(zhuǎn)錄或翻譯，是沒(méi)有功能的基因。
2.有一個(gè)雙突變雜合二倍體，其基因型是 + a // b + ，如果有互補(bǔ)作用表示什么？如果無(wú)互補(bǔ)作用，表示什么？
答：有互補(bǔ)作用：表示該表現(xiàn)型為野生型，a、b兩突變不是等位的，是代表兩個(gè)不同的基因位點(diǎn)。
　　無(wú)互補(bǔ)作用：表示該表現(xiàn)型為突變型，a、b兩突變是等位的，是代表同一個(gè)基因位點(diǎn)的兩個(gè)基因座。
3.用T4噬菌體一個(gè)特殊基因區(qū)的不同突變體研究互補(bǔ)作用，獲得下列資料。試根據(jù)這個(gè)資料判斷，本區(qū)應(yīng)有幾個(gè)順?lè)醋樱?/span>

+為互補(bǔ)，-為無(wú)互補(bǔ)；
答：從第一行可以看出，突變體1與突變體3、5、6不互補(bǔ)，隸屬于同一個(gè)基因位點(diǎn)，即為同一個(gè)順?lè)醋樱欢c突變體2、4不互補(bǔ)，不在同一個(gè)基因位點(diǎn)上；第三、五、六行則進(jìn)一步驗(yàn)證了第一行的推斷。
　　從第二、四行可以看出，突變體２、４不互補(bǔ)，隸屬于同一個(gè)基因位點(diǎn)，即為同一個(gè)順?lè)醋?；而與突變體1、3、5、6互補(bǔ)，不在同一個(gè)基因位點(diǎn)上，即分屬于不同的順?lè)醋?。結(jié)論：
　　本區(qū)共有兩個(gè)順?lè)醋?，突變體1、3、5、6同屬于一個(gè)順?lè)醋樱煌蛔凅w2、4同屬于一個(gè)順?lè)醋印?/span>

4.舉例說(shuō)明基因的微細(xì)結(jié)構(gòu)是如何建立的。
答：以本澤爾利用經(jīng)典的噬菌體突變和重組技術(shù)，對(duì)T4噬菌體rII區(qū)基因微細(xì)結(jié)構(gòu)的分析為例。
　　原理：r+野生型T4噬菌體：侵染E. coli B株和K12株，形成的噬菌斑小而模糊；rII突變型T4噬菌體：只能侵染B株，不能侵染K12（λ）株，形成的噬菌斑大而清楚。
　　利用上述特點(diǎn)，讓兩個(gè)rII突變型雜交，接種K12（λ）株選擇重組體r+，計(jì)算出兩個(gè)r+ 突變座位間的重組頻率，具體過(guò)程見(jiàn)右圖。
　　重組值計(jì)算：

rxry的數(shù)量與r＋r＋相同，計(jì)算時(shí)r＋r＋噬菌體數(shù)×2?？梢垣@得小到0.001％，即十萬(wàn)分之一的重組值。利用大量rⅡ區(qū)內(nèi)二點(diǎn)雜交的結(jié)果，繪制出rⅡ區(qū)座位間微細(xì)的遺傳圖：

5.舉例說(shuō)明基因是如何控制遺傳性狀表達(dá)的。
答：基因?qū)τ谶z傳性狀表達(dá)的作用可分為直接與間接兩種形式。
(1)如果基因的最后產(chǎn)品是結(jié)構(gòu)蛋白或功能蛋白，基因的變異可以直接影響到蛋白質(zhì)的特性，從而表現(xiàn)出不同的遺傳性狀。例如人的鐮形紅血球貧血癥。紅血球碟形HbA型產(chǎn)生兩種突變體Hbs、Hbc紅血球鐮刀形。血紅蛋白分子有四條多肽鏈：兩條α鏈（141個(gè)氨基酸/條）、兩條β鏈（146個(gè)氨基酸/條）。HbA、Hbs、Hbc氨基酸組成的差異在于β鏈上第6位上氨基酸，HbA第6位為谷氨酸（GAA）、Hbs第6位為纈氨酸（GUA）、Hbc第6位為賴氨酸（AAA）。
　　基因突變會(huì)最終影響到性狀改變，產(chǎn)生貧血癥的原因：僅由單個(gè)堿基的突變，引起氨基酸的改變，導(dǎo)致蛋白質(zhì)性質(zhì)發(fā)生變化，直接產(chǎn)生性狀變化。由正常的碟形紅血球轉(zhuǎn)變?yōu)殓牭缎渭t血球，缺氧時(shí)表現(xiàn)貧血癥。
(2)更多的情況下，基因是通過(guò)酶的合成，間接影響生物性狀的表達(dá)，例如豌豆：圓粒（RR）×皺粒（rr）產(chǎn)生F1圓粒（Rr），自交產(chǎn)生F2，1/4表現(xiàn)為皺粒（rr）。rr的表現(xiàn)型為皺粒，是因?yàn)槿鄙僖环N淀粉分支酶（SBE）所致。SBE控制淀粉分支點(diǎn)的形成，rr豌豆的SBE不正常，帶有一段0.8kb的插入片段，結(jié)果形成異常mRNA，不能形成淀粉分支酶。在種子發(fā)育過(guò)程中，不能合成淀粉導(dǎo)致積累蔗糖和大量的水分。隨著種子的成熟，皺?；蛐停╮r）種子比圓?；蛐头N子失水快，結(jié)果形成皺粒種子表現(xiàn)型。而F1圓粒（Rr）雜合體中，有一個(gè)正常的R基因，可以產(chǎn)生SBE酶，能夠合成淀粉，表現(xiàn)為圓粒。本例說(shuō)明R與r基因控制豌豆子粒的性狀不是直接的，而是通過(guò)指導(dǎo)淀粉分支酶的合成間接實(shí)現(xiàn)的。

6.試說(shuō)明正調(diào)控與負(fù)調(diào)控的區(qū)別。
答：轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控通常可歸為正調(diào)控與負(fù)調(diào)控兩種。正調(diào)控與負(fù)調(diào)控并非互相排斥的兩種機(jī)制，而是生物體適應(yīng)環(huán)境的需要，有的系統(tǒng)既有正調(diào)控又有負(fù)調(diào)控。
　　正調(diào)控是經(jīng)誘導(dǎo)物誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄的調(diào)控機(jī)制。誘導(dǎo)物通常與蛋白質(zhì)結(jié)合，形成一種激活子復(fù)合物，與基因啟動(dòng)子DNA序列結(jié)合，激活基因起始轉(zhuǎn)錄，使基因處于表達(dá)的狀態(tài)；負(fù)調(diào)控是細(xì)胞中阻遏物阻止基因轉(zhuǎn)錄過(guò)程的調(diào)控機(jī)制。阻遏物與DNA分子的結(jié)合，阻礙RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄，使基因處于關(guān)閉狀態(tài)。
　　真核生物以正調(diào)控為主；原核生物以負(fù)調(diào)控為主。
　　降解代謝途徑中既有正調(diào)控又有負(fù)調(diào)控；合成代謝途徑中通常以負(fù)調(diào)控來(lái)控制產(chǎn)物自身的合成。

7.假設(shè)Ｒ基因編碼的蛋白質(zhì)，是S基因轉(zhuǎn)錄的負(fù)調(diào)控子。試問(wèn) ⑴. 在R-突變體中S基因是否轉(zhuǎn)錄？⑵. 如果R基因產(chǎn)物是S基因轉(zhuǎn)錄的正調(diào)控子，結(jié)果又有什么不同？
答：(1)在R-突變體中S基因是否轉(zhuǎn)錄有兩種情況：如果S基因轉(zhuǎn)錄屬負(fù)調(diào)控系統(tǒng)，則在R-突變體中，S基因轉(zhuǎn)錄；如果S基因轉(zhuǎn)錄既有負(fù)調(diào)控又有正調(diào)控來(lái)共同控制，則該突變體中，盡管基因失活，如無(wú)正調(diào)控開(kāi)啟，仍無(wú)法轉(zhuǎn)錄基因。
(2) 如果R基因產(chǎn)物是S基因轉(zhuǎn)錄的正調(diào)控子，則在該突變體中，R基因失活，則無(wú)正常的正調(diào)控因子，轉(zhuǎn)錄系統(tǒng)不開(kāi)啟，基因S不轉(zhuǎn)錄。

8.試述乳糖操縱元模型。
答：1961年，Jacob F.和Monod J.的乳糖操縱元模型：乳糖操縱元闡述的是一個(gè)基因簇內(nèi)結(jié)構(gòu)基因及其調(diào)控位點(diǎn)的表達(dá)調(diào)控方式。包括編碼乳糖代謝酶的3個(gè)結(jié)構(gòu)基因及其鄰近的調(diào)控位點(diǎn)，即一個(gè)啟動(dòng)子和１個(gè)操縱子，還有位于上游的抑制基因。大腸桿菌乳糖代謝的調(diào)控需要三種酶參加：①.β-半乳糖酶由結(jié)構(gòu)基因lacZ編碼，將乳糖分解成半乳糖和葡萄糖；②. 滲透酶由結(jié)構(gòu)基因lacY編碼，增加糖的滲透，易于攝取乳糖和半乳糖；③. 轉(zhuǎn)乙酰酶由結(jié)構(gòu)基因lacA編碼，β-半乳糖轉(zhuǎn)變成乙酰半乳糖。三個(gè)結(jié)構(gòu)基因受控于同一個(gè)調(diào)控系統(tǒng)，大量乳糖時(shí)，大腸桿菌三種酶的數(shù)量急劇增加，幾分鐘內(nèi)達(dá)到千倍以上，這三種酶能夠成比例地增加；乳糖用完時(shí)，這三種酶的合成也即同時(shí)停止。
　　在乳糖操縱元中，lacI基因編碼一種阻遏蛋白，該蛋白至少有兩個(gè)結(jié)合位點(diǎn)，一個(gè)與DNA結(jié)合，另一個(gè)與乳糖結(jié)合。當(dāng)沒(méi)有乳糖時(shí)，lacI基因產(chǎn)生的阻遏蛋白，結(jié)合在操縱子位點(diǎn)的DNA序列上，阻止RNA聚合酶起始轉(zhuǎn)錄結(jié)構(gòu)基因。在有乳糖時(shí)，乳糖與阻遏蛋白結(jié)合，使其空間構(gòu)型發(fā)生改變，而不能與操縱子DNA結(jié)合，這樣RNA聚合酶起始轉(zhuǎn)錄結(jié)構(gòu)基因，產(chǎn)生乳糖代謝酶，開(kāi)始代謝乳糖。因此乳糖操縱元是一種負(fù)調(diào)控機(jī)制。
9.指出下列每一種部分二倍體 ①. 是否合成β-半乳糖苷酶，②. 是誘導(dǎo)型還是組成型？（斜線左側(cè)是質(zhì)?；蛐?，右側(cè)是染色體基因型）
(1)lacZ＋lacY-/lacZ-lacY＋ ???(2)lacOClacZ-lacY＋/lacZ＋lacy-
(3)lacP-lacZ＋/lacOClacZ- ???(4)lacI＋lacP-lacZ＋/lacI-lacZ＋
答:⑴. lacZ+lacY-/lacZ-lacY+ 質(zhì)粒DNA能合成β-半乳糖苷酶，是誘導(dǎo)型；
⑵. lacOClacZ-lacY+/lacZ+lacY- 染色體DNA能合成β-半乳糖苷酶，是誘導(dǎo)型；
⑶. lacP-lacZ+/lacOClacZ- 均不能合成β-半乳糖苷酶，是組成型；
⑷. lacI+lacP-lacZ+/lacI-lacZ+ 染色體DNA能合成β-半乳糖苷酶，是組成型。

10.試述色氨酸操縱元和阿拉伯糖操縱元模型。
答：色氨酸操縱元模型
　　由Jacob F.和Monod J.提出，是具有合成代謝途徑典型的操縱元模型。
色氨酸操縱元模型結(jié)構(gòu)，5種結(jié)構(gòu)基因trpE, D, C, B, A編碼色氨酸合成有關(guān)的5種酶；調(diào)控結(jié)構(gòu)：?jiǎn)?dòng)子、操縱子、前導(dǎo)序列、弱化子；阻遏物trpR基因：與trp操縱元相距較遠(yuǎn)。大量色氨酸時(shí)，大腸桿菌5種酶的轉(zhuǎn)錄同時(shí)受到抑制；色氨酸不足時(shí)，這5種酶的基因開(kāi)始轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)錄。色氨酸：作為阻遏物而不是誘導(dǎo)物參與調(diào)控結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄，因此，trp操縱元是一個(gè)典型的可阻遏的操縱元模型（repressible operon）。包括有兩類調(diào)控機(jī)理：
(1).阻遏調(diào)控
trpR基因編碼無(wú)輔基阻遏物，與色氨酸結(jié)合，產(chǎn)生有活性的色氨酸阻遏物，與操縱子結(jié)合，阻止轉(zhuǎn)錄；色氨酸不足，阻遏物三維空間結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，不能與操縱子結(jié)合，操縱元開(kāi)始轉(zhuǎn)錄；色氨酸濃度升高：色氨酸與阻遏物結(jié)合，空間結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，可與操縱子結(jié)合，阻止轉(zhuǎn)錄；
(2).弱化子調(diào)控
　　前導(dǎo)序列可翻譯出一段14個(gè)氨基酸的短肽，在該短肽的第10，11位置上是兩個(gè)色氨酸的密碼子；兩個(gè)密碼子之后是一段mRNA序列，該序列可分為四個(gè)區(qū)段，區(qū)段間可互補(bǔ)配對(duì)，形成不同的二級(jí)結(jié)構(gòu)。原核生物具有邊轉(zhuǎn)錄邊翻譯的特點(diǎn)，前導(dǎo)序列中，核糖體位置將決定形成哪種二級(jí)結(jié)構(gòu)，從而決定弱化子是否可形成終止信號(hào)。①. 當(dāng)有色氨酸時(shí)，可完整地翻譯出短肽，核糖體停留在終止密碼子處，鄰近區(qū)段2位置，阻礙了2，3配對(duì)，使3，4區(qū)段配對(duì)形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)終止子，RNA酶在弱化子處終止，不能向前移動(dòng)。②. 如缺乏色氨酸，核糖體到達(dá)色氨酸密碼子時(shí)，由于沒(méi)有色氨酰tRNA的供應(yīng)，停留在氨酸密碼子位置，位于區(qū)段1，使區(qū)段2與區(qū)段3配對(duì)，區(qū)段4無(wú)對(duì)應(yīng)序列配對(duì)呈單鏈狀態(tài)，RNA聚合酶順利弱化子，繼續(xù)向前移動(dòng)，轉(zhuǎn)錄出完整的多順?lè)醋有蛄小?/span>
阿拉伯糖操縱元模型
　　阿拉伯糖操縱元是控制分解代謝途徑的另一調(diào)控系統(tǒng)。其特點(diǎn)是調(diào)節(jié)蛋白既可以起正調(diào)控作用，又可以起負(fù)調(diào)控作用。
　　組成結(jié)構(gòu)包括3個(gè)結(jié)構(gòu)基因B、A、D和三個(gè)調(diào)控位點(diǎn)R、O、I，其中R是araC基因編碼調(diào)節(jié)蛋白AraC蛋白，O包括兩部分，O1不參與調(diào)控、O2是AraC蛋白負(fù)調(diào)控結(jié)合位點(diǎn)，I是調(diào)節(jié)位點(diǎn)，CAP-cAMP復(fù)合物結(jié)合位點(diǎn)，AraC蛋白正調(diào)控結(jié)合位點(diǎn)。
　　調(diào)控調(diào)控機(jī)理：誘導(dǎo)物阿拉伯糖和cAMP同時(shí)存在，阿拉伯糖與araC蛋白復(fù)合物結(jié)合在Ｉ位點(diǎn)，CAP-cAMP復(fù)合物結(jié)合I位點(diǎn)，基因轉(zhuǎn)錄開(kāi)啟。在沒(méi)有誘導(dǎo)物阿拉伯糖和cAMP時(shí)，AraC蛋白同時(shí)與I和O2結(jié)合，DNA構(gòu)型發(fā)生改變，形成一個(gè)緊密的環(huán)結(jié)構(gòu)，抑制表達(dá)。

11. 舉例說(shuō)明阻遏物與無(wú)輔基阻遏物的區(qū)別。
?答：阻遏物一般出現(xiàn)在代謝調(diào)控途徑中，而無(wú)輔基阻遏物則出現(xiàn)合成途徑中的調(diào)控。兩者具有明顯不同的調(diào)控機(jī)理：
　　阻遏物：如在乳糖操縱子模型中的阻遏蛋白，由lacI基因編碼，該蛋白至少有兩個(gè)結(jié)合位點(diǎn)，一個(gè)與DNA結(jié)合、另一個(gè)與乳糖結(jié)合。當(dāng)沒(méi)有乳糖時(shí)，lacI基因產(chǎn)生的阻遏蛋白，結(jié)合在操縱子位點(diǎn)的DNA序列上，阻止RNA聚合酶起始轉(zhuǎn)錄結(jié)構(gòu)基因。在有乳糖時(shí)，乳糖與阻遏蛋白結(jié)合，使其空間構(gòu)型發(fā)生改變，而不能與操縱子DNA結(jié)合，這樣RNA聚合酶起始轉(zhuǎn)錄結(jié)構(gòu)基因，產(chǎn)生乳糖代謝酶，開(kāi)始代謝乳糖。
　　無(wú)輔基阻遏物：如在色氨酸操縱元模型中，trpR基因編碼無(wú)輔基阻遏物，與色氨酸結(jié)合，產(chǎn)生有活性的色氨酸阻遏物，與操縱子結(jié)合，阻止轉(zhuǎn)錄；色氨酸不足，阻遏物三維空間結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，不能與操縱子結(jié)合，操縱元開(kāi)始轉(zhuǎn)錄；色氨酸濃度升高：色氨酸與阻遏物結(jié)合，空間結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，可與操縱子結(jié)合，阻止轉(zhuǎn)錄；

12. 說(shuō)明下例每種酵母菌單倍體細(xì)胞的交配型表型。
(1)一個(gè)基因型為MATa MATα交配型基因的重復(fù)突變體。 　(2)一個(gè)MATa細(xì)胞中HMLα盒的缺失突變體。
答：(1)在這個(gè)重復(fù)突變體中，MATa基因可以通過(guò)HMLα沉默子的同源重組，而轉(zhuǎn)變成MATα，形成2份MATα交配型基因，表現(xiàn)為交配型α。同樣，突變體中MATα可通過(guò)HMRa盒的同源重組作用，轉(zhuǎn)變成MATa交配型基因，表現(xiàn)為交配型a。
(2)交配基因型MATa向MATα的轉(zhuǎn)變，必須通過(guò)細(xì)胞中HMLα盒的同源重組才能產(chǎn)生，而HMLα盒的缺失則阻斷了這一過(guò)程，因此該交配型表型只能為a型。

13. 舉例說(shuō)明激素對(duì)基因表達(dá)的調(diào)控作用。
答：雙翅目昆蟲(chóng)幼蟲(chóng)唾腺細(xì)胞內(nèi)有巨大的唾腺染色體，在幼蟲(chóng)發(fā)育的不同階段，一至數(shù)個(gè)橫紋帶發(fā)生疏松（puff），即染色質(zhì)線高度松散。疏松區(qū)出現(xiàn)大量的新合成的mRNA，疏松區(qū)出現(xiàn)的時(shí)間和部位隨著發(fā)育階段而順序消長(zhǎng)。以果蠅唾腺染色體為例：三齡前期，第三染色體不出現(xiàn)疏松區(qū)；三齡后期，74區(qū)EF段、75區(qū)B段、78區(qū)D段出現(xiàn)疏松區(qū)；前蛹期，以上三個(gè)疏松區(qū)消失，71區(qū)C-E段出現(xiàn)疏松區(qū)；成蛹期，71區(qū)C-E段出現(xiàn)疏松區(qū)消失，74區(qū)EF段、75區(qū)B段又出現(xiàn)疏松區(qū)；以上說(shuō)明74區(qū)EF段、75區(qū)B段基因與幼蟲(chóng)的蛻皮和化蛹有關(guān)。
, 　　74區(qū)EF段、75區(qū)B段在幼蟲(chóng)蛻皮時(shí)發(fā)生疏松是和幼蟲(chóng)體內(nèi)分泌蛻皮激素有關(guān)。蛻皮激素是一種類固醇（steroid）化合物，由幼蟲(chóng)前胸腺分泌，傳送到蟲(chóng)體各部分，引發(fā)74區(qū)EF段、75區(qū)B段的基因轉(zhuǎn)錄，導(dǎo)致幼蟲(chóng)蛻皮。胸腺結(jié)扎試驗(yàn)，說(shuō)明了蛻皮激素對(duì)唾腺染色體的疏松區(qū)開(kāi)啟的作用。在三齡早期用尼龍繩將唾腺部分緊緊扎起，結(jié)果被結(jié)扎的前半部分受到蛻皮激素的作用，提前化蛹，而后半部分仍為幼蟲(chóng)。唾腺細(xì)胞檢查發(fā)現(xiàn)，前半部分唾腺細(xì)胞中第三染色體上74區(qū)EF段、75區(qū)B段、78區(qū)D段出現(xiàn)疏松，而后半部分唾腺細(xì)胞中第三染色體上相應(yīng)部位沒(méi)有出現(xiàn)疏松。說(shuō)明蛻皮激素引起這些部位基因的活性。
　　類固醇是疏水性強(qiáng)的化合物，可經(jīng)擴(kuò)散通過(guò)質(zhì)膜進(jìn)入細(xì)胞。在細(xì)胞內(nèi)類固醇與其受體結(jié)合成二聚體，這種二聚體一旦與目的基因啟動(dòng)子結(jié)合，就可直接啟動(dòng)目的基因的轉(zhuǎn)錄。