1、中国科学院硕士分子遗传学-试题 4 及答案解析(总分：34.00，做题时间：90 分钟)一、论述题(总题数：5，分数：34.00)1.为了弄清某种重要生命现象(性状)的分子机制，分子遗传学家通常首先进行遗传学研究，即诱变并筛选该生命现象(性状)发生改变的突变体。然而在实际工作中，经常不能获得预期中的突变体。试解释之。（分数：10.00）_2.以乳糖操纵子(lac operon，由 lacI、lacP、lacO、lacZ、lacY 及 lacA 组成)为例，说明何为顺式作用因子(cis-element)和反式作用因子(trans-element)，以及它们各自如何起作用。（分数：10.00）_3
2、.自从发现 RNA 拟酶(ribozyme)以来，许多人相信最初的遗传物质是 RNA，而不是 DNA。然而现代一切细胞都以 DNA，而不是以 RNA 为遗传物质。你对此作何解释?（分数：10.00）_4.primer; probe（分数：2.00）_5.transposon; retrotransposon（分数：2.00）_中国科学院硕士分子遗传学-试题 4 答案解析(总分：34.00，做题时间：90 分钟)一、论述题(总题数：5，分数：34.00)1.为了弄清某种重要生命现象(性状)的分子机制，分子遗传学家通常首先进行遗传学研究，即诱变并筛选该生命现象(性状)发生改变的突变体。然而在实际工
3、作中，经常不能获得预期中的突变体。试解释之。（分数：10.00）_正确答案：(在实际工作中，经常不能获得预期中的突变体，其主要原因是生物体存在着以修复作用为中心的 DNA 安全保障体系和回复突变及抑制突变等机制。1生物的修复体系主要包括复制修复和损伤修复。对于生命状态的存在和延续来说，DNA 分子要求保持高度的精确性和完整性。在长期的进化中，生物体不仅演化出能纠正出偶然的复制错误的系统，如 DNA 聚合酶的 35的校对功能、尿嘧啶-N-糖基酶修复系统、错配修复系统，而且还存在着能修复环境因素和体内化学物质造成的 DNA 分子的损伤系统，如光复活修复系统、切除修复系统、重组修复系统及 SOS 修
4、复系统。2能够抵消正向突变效应的突变称为回复突变。真正的原点回复突变很少，大多数为第二点回复突变。第二点回复突变可以发生在正向突变的基因内，也可发生在其他基因之中。第二点回复突变并没有改变正向突变的 DNA 碱基序列，只是其突变效应被抑制了。因而第二点回复突变通常都称为抑制突变。抑制突变可以发生在正向突变的基因之中，叫做基因内抑制突变；也可以发生在其他基因之中，这叫做基因间抑制突变。根据野生表型恢复作用的性质还可以分为直接抑制突变和间接抑制突变。直接抑制突变是通过恢复或部分恢复原来突变基因蛋白质产物的功能而使表现型恢复为野生型状态。所有基因内抑制突变的作用都是直接的。一些改变翻译性质的基因间抑
5、制突变的作用也是直接的。间接抑制突变不恢复正向突变基因蛋白质产物的功能，而是通过改变其他蛋白质的性质或表达水平而补偿原来突变造成的缺陷，从而使野生表型得以恢复。)解析：2.以乳糖操纵子(lac operon，由 lacI、lacP、lacO、lacZ、lacY 及 lacA 组成)为例，说明何为顺式作用因子(cis-element)和反式作用因子(trans-element)，以及它们各自如何起作用。（分数：10.00）_正确答案：(lac 操纵子模型最早是由 Lacob 和 Monnd 于 1961 年提出的，它是 DNA 分子上一段有方向性的核苷酸顺序，由阻抑蛋白基因(lacI)，启动子(
6、P)，操纵基因(O)和编码三个与乳糖利用有关的蛋白质的结构基因(Z、Y、A)所组成。操纵子的大部分核苷酸顺序属于结构基因，调控基因除 I 基因(1080bp)外，主要为 P、O 基因，占 122bp，其中 P 与 O 有重叠部分。此操纵子含有三个编码酶蛋白 Z、Y、A，它们在乳糖代谢中分别起不同作用，其中 Z 基因的产物为 -半乳糖苷酶，它可水解乳糖，生成葡萄糖和半乳糖，以使细菌细胞可以利用；Y 基因的产物是与乳糖有关的通透酶，无此酶乳糖无法进入细胞；A 基因的产物为半乳糖苷乙酰化酶，是个去毒作用的酶。lacI 基因为编码阻抑蛋白的基因，它属于组成型的调控，是经常表达的。启动基因(P)，又称启
7、动子，是转录起始时 RNA 聚合酶结合部位；操纵基因(O)，是阻抑蛋白结合部位，它们都位于结构基因之前。在此区域内还有一个能与 CAP-cAMP 复合物结合的部位。位于 I 基因与 P 基因之间。lac 操纵子基因平时因受阻抑是关闭的，经变构后可出现一个十字架结构，这是因为阻抑蛋白与 O 基因结合，O 基因顺序中有反转重复顺序，在空间上能妨碍 RNA 聚合酶转录。当受到诱导物作用时转录即开始，转录酶即 RNA 聚合酶可同启动子(P)结合，然后向右移动到达一定部位开始转录。上面所述，操纵基因片段是个反转重复顺序，可形成十字架结构，正好可以接受阻抑蛋白的结合(阻抑蛋白是四聚体)，因而在阻抑状态下的
8、操纵子就不能产生这些与乳糖代谢有关的酶。加入诱导物(如乳糖或某些类似物)后，可与阻抑蛋白形成复合物而使阻抑蛋白构型改变，阻抑蛋白不能再与 O 基因结合，基因表达开放，经过延长就会转录出一条多顺反子的 mRNA 链，继而翻译出三个相关的酶。另外在 RNA 聚合酶结合部位的上游(即 P 基因上游)处，还有一个 CAP-cAMP 结合部位，又可进一步诱导加强此操纵子的表达。当细胞内乳糖分解出的葡萄糖被利用后，会使 cAMP 的浓度上升，因而可结合 CAP 共同作用于乳糖操纵子的 CAP-cAMP 结合部位上。CAP-cAMP 是一个正诱导调节因子，故又可使转录产物大量增加。但当有大量葡萄糖供应时，此
9、 cAMP 浓度会下降，又会妨碍许多分解代谢基因包括乳糖操纵子基因的表达，以减少这类操纵子的表达。CAP-cAMP 同 DNA 结合后的作用，现在认为可能是有利于 RNA 聚合酶同启动子结合，从而发挥进一步的诱导作用，它们的作用与对阻抑蛋白质诱导作用相辅相成。乳糖操纵子的上述调控方式是很合理的。在葡萄糖供应充分时，细菌即利用葡萄糖作为碳源；在葡萄糖耗尽后而需利用乳糖时，经过一个短的潜伏期就会开放乳糖操纵子产生分解乳糖的酶，由乳糖作为碳源，使细菌能在仅有乳糖的条件下生长。生物的启动子、终止子、增加子和衰减子等是由若干可区分的 DNA 序列组成的，由于它们和特定的功能基因连锁在一起，因此称为顺式作
10、用因子。这些序列组成转录的调控区，影响基因的表达。反式作用因子是指能够直接或间接地识别各顺式作用元件，参与调控靶基因转录效率的一类蛋白质。不同DNA 顺式作用元件与相应的反式作用元件的相互作用，以及不同反式作用因子之间的相互作用是基因表达调控机制的基础。在 lac 操纵子中，启动子 P 及操纵基因 lacO 为顺序作用因子，而阻抑蛋白是反式作用因子。)解析：3.自从发现 RNA 拟酶(ribozyme)以来，许多人相信最初的遗传物质是 RNA，而不是 DNA。然而现代一切细胞都以 DNA，而不是以 RNA 为遗传物质。你对此作何解释?（分数：10.00）_正确答案：(所谓 RNA 拟酶是指起催
11、化作用的 RNA，它具有酶的主要特征：专一性强、加快反应速度、反应前后酶分子保持不变。根据从遗传信息到蛋白质合成的过程中 RNA 多方面作用的分析，RNA 很可能是生物体系中最早出现的大分子种类，RNA 的催化功能必然出现在 DNA 成为遗传信息载体之前，即在原始生命中，遗传信息载体是 RNA 而不是 DNA，只不过由于进化的结果，DNA 的稳定性和空间结构方面的优势取代RNA 成为主要的遗传物质，而蛋白质则以其侧链的多样性和灵活性取代 RNA 成为主要催化剂。(李雅轩 答)解析：4.primer; probe（分数：2.00）_正确答案：(primer：引物。在 DNA 复制过程中，任何一种
12、 DNA 聚合酶都不能从头起始合成一条新的 DNA链，而必须有一段引物(primer)。迄今为止人们所发现的引物大多数为一段 RNA，其长度和序列随着基因组的种类而异。在大多数情况下为 110 个核苷酸。引物与典型的 RNA 不同，它们在合成以后并不与模板分离，而是以氢键与模板结合。这种引物是由一种性质独特的 RNA 聚合酶引发酶(primase)所合成。而在 PCR 反应中，引物是指一段短的 DNA 序列，它可与 DNA 分子一条链或 RNA 分子配对结合，因其 3端有一游离的羟基 3-OH，所以在 DNA 聚合酶(或逆转录酶)作用下可延伸。probe：探针。是一种标记的可以用检测目的基因的
13、 RNA 或 DNA 分子，并且它们只能同目的基因特定序列进行碱基配对。它们同目的基因杂交之后，可以通过放射自显影或其他技术检测出来，从而达到分离或检测的目的。)解析：5.transposon; retrotransposon（分数：2.00）_正确答案：(transposon：转座子。能够进行复制并将一个拷贝插入新位点的 DNA 序列单位。retrotransposon：反转录转座子。为了将 RNA 介导的转座作用与经典的 DNA 到 DNA 的转座相区别，于是将 RNA 介导的转座作用称为反转录转座作用(retrotransposition)，被转移的遗传信息单位称为反转录转座子。)解析：
