1、1996年中国科学院硕士普通遗传学真题试卷及答案与解析 一、名词解释 1 标记基因 2 遗传多态现象 3 异配性别 4 连锁相 5 隔离屏障 6 双线期 7 新生儿溶血症 8 显性假说 9 移码突变 10 干涉 二、简答题 11 孟德尔的 “植物杂交试验 ”的论文于 1866年正式发表后，沉睡了 34年未受重视。直到 1900年才被重新发现，请简述这段重新发现的史实，分析孟德尔的论文被埋没和重新发现的原因，并对孟德尔的科学贡献作一简明而全面的评价。 12 通常遗传学 中的连锁分析难以区分同一染色体上相距很远的基因和非同源染色体上独立分配的基因，特别是在两个基因间交换值大于 40%、接近于 50
2、%时。 1请你设计一个遗传学实验来判断果蝇中的两个形态标记基因究竟是在同一染色体上相距很远的位置还是位于非同源染色体上。 2请你设计一个体细胞遗传学的实验来判断人类中一个抗药性标记基因和一个控制营养的标记基因是在同一染色体上相距很远的位置还是位于非同源染色体上。 (注意在这两个实验中均不能采取原位分子杂交的方法 ) 13 用噬菌体 P1进行普遍性转导，供体菌的标记是 pur+ nad- pdx+，受体菌的标记是put- nad+ pdx-。转导后选择具有 pur+的转导子，然后在 1000个 pur+转导子中，检定其他供体菌的标记是否同时转导过来。具体结果如下： 请问： 1 put和 nad的
3、共转导频率是多少 ? 2 pur和pdx的共转导频率是多少 ? 3 nad和 pdx在 pur的同一边，还是在它的两侧 ? 4你能作出这三个标记基因的遗传连锁图吗 ?请在此基础上解释上述的实验结果。 14 什么叫近交和近交系数 ?如何计算近交系数 ? 上图为一个双表亲结婚所生孩子 S的家系，请计算 S的 近交系数。 15 从突变的分子基础看，能否实现定向变异 ?为什么 ?通常从一个野生型基因变成突变型的频率总是显著地高于回复突变率，如何解释 ? 1996年中国科学院硕士普通遗传学真题试卷答案与解析 一、名词解释 1 【正确答案】 标记基因：标记基因是指与目标性状紧密连锁、同该性状共同分离且易于
4、识别的可遗传的等位基因变异。 2 【正确答案】 遗传多态现象：同一群体中存在着两种以上变异的现象，称为遗传多态现象。通常不同变异型间易于区别，不存在中间类型，而且遗传方式清楚。例如人的 ABO血型就是遗传多态， 这个血型系统由同一基因座上的 3个复等位基因决定，各型间区分明确，在同一地区有一定的频率分布。 3 【正确答案】 异配性别：能产生两种不同配子的性别称为异配性别。对于 XY型性别决定来说，雄性是异配性别，可产生两种配子：一种带 X染色体，一种带Y染色体；对 XO型性别决定来说，雄性个体只具有一条 X染色体，它可以产生两种配子：一种带有 X染色体，另一种没有 X染色体；对 ZW型性别决定
5、来说，雌性是异配性别，雌体产生两类配子：一类带 Z染色体，一类带 W染色体。 4 【正确答案】 连锁相：连锁相是指两个显性 (或隐性 )基因 在同源染色体上所处的位置。如果两个显 (隐 )性基因位于同一染色体上，则称为相偶相；如果两个显 (隐 )性基因分别位于一对同源染色体上，则称为相斥相。 5 【正确答案】 隔离屏障：同地生存的两个不同的种，它们之间没有或者只有很有限的基因交流，也就是说它们之间有着某种隔离屏障或隔离机制。 6 【正确答案】 双线期：双线期是指减数分裂第一次分裂前期的一个时期，在这一时期各同源染色体分别配对，出现联会现象。 2n个染色体经过联会而成为 n对染色体，各对染色体的
6、对应部位相互紧密并列，逐渐沿着纵向联结在一起。根据电子显微 镜的观察，同源染色体经过配对在偶线期已经形成为联会复合体。它是同源染色体联结在一起的一种特殊的固定结构，其主要成分是自我集合的碱性蛋白及酸性蛋白，由中央成分的两侧伸出横丝，因而使同源染色体得以固定在一起。 7 【正确答案】 新生儿溶血症：在人类中， Rh血型是跟 ABO血型和 MN血型独立的另一血型系统。 Rh血型是由一对等位基因 R和 r决定的。 RR和 Rr个体的红细胞表面有一种特殊的黏多糖，叫做 Rh抗原，所以这种人是 Rh阳性。 rr个体没有这种黏多糖，所以是阴性。 Rh阴性个体在正常情况下并不含有对 Rh阳性细胞的抗体 。
7、Rh阴性母亲怀了 Rh阳性的胎儿，在分娩时，阳性胎儿的红细胞有可能通过胎盘进入母体血循环中，使母亲产生对 Rh阳性细胞的抗体。但这并不影响母亲，因为母亲的血细胞并不含有 Rh抗原。这对第一胎也没有影响，因为抗体是在胎儿出生后形成的。在怀第二胎时，如果胎儿仍为 Rh阳性，则母亲血液中的抗体通过胎盘进入胎儿血液循环时，就可使胎儿的红细胞破坏，造成胎儿死亡，这种现象就称为新生儿溶血症。但在有些情况下，胎儿可以活着产下来，可是新生儿全身浮肿，有重症黄疸和贫血，他们的肝、脾中有活动旺盛的造血巢，血液中存很多有核红细胞。 8 【正确答案】 显性假说：显性假说是关于杂种优势的遗传解释，布鲁斯 (A. B.
8、Bruce)等人于 1910年首先提出显性基因互补假说； 1917年，琼斯 (D. F. Jones)又进一步补充为显性连锁基因假说。该假说简称为显性学，它认为杂种优势是由于双亲的显性基因全部聚集在杂种中所引起的互补作用引起的。 9 【正确答案】 移码突变：移码突变是由于碱基数目的减少 (缺失 )或增加 (插入 )，而使以后一系列三联体密码移码。例如原来的 mRNA是 GAA、 GAA、 GAA、GAA 按照密码子所合成的肽链是一个谷氨酸多 肽。如果开头增加一个 G，那么 mRNA就变成为 (3GA、 AGA、 AGA、 AGA 按照这些密码子合成的肽链是一个以甘氨酸开头的精氨酸多肽。移码突变
9、的结果将引起该段肽链的改变，肽链的改变将引起蛋白质性质的改变，最终引起性状的变异，严重时会造成个体死亡。 10 【正确答案】 干涉：一个单交换发生后，在它邻近再发生第二个单交换的机会就会受到影响，这种现象就称为干涉。 二、简答题 11 【正确答案】 奥地利科学家、经典遗传学创始人孟德尔 (Gregor Mendel)发现并提出遗传学定律的故事像是不朽的神话， 在生物学界被广泛传诵。 1865年 2月 2日和 3月 8日，孟德尔将自己的植物杂交试验论文分两次在布隆的自然科学协会年会上宣读，会后发表在布隆自然科学研究学会会报 1866年第 4卷上。但令人遗憾的是，孟德尔的这些科学发现和见解，在当时
10、并没有引起生物学界同行的注意，湮没了 34年之后，即 1900年才被荷兰的 H. De Vries、德国的 C. Correns和奥地利的 E. Tscherrnak等植物学家重新发现。当时正是植物科学发展史上一个辉煌的时代，积累的科学文献已经相当丰富。有趣的是，这三位异国同行虽然 互不相识，却不约而同地对以往植物学论文进行了全面检查。结果惊人地发现，自己只是在完全不知道孟德尔以往工作的情况下，各自独立地做了一些与孟德尔相似的实验，得出了与孟德尔相似的结论。因此，他们三人都认为有必要把孟德尔的名字列在自己论文的第一作者位置上，以便让世人知晓孟德尔的首创性科学贡献。 孟德尔的豌豆杂交工作和科学论
11、文如此长时间地被埋没，有着多方面的原因，不少学者对此进行过探讨，大致有以下几个方面： 一是孟德尔在当时并不是一位有名的学者，更不是一位多产的学者。在科学界，他当时只是一位小人物，人们更 多地知道他是一位善良的修道院神父而不是一位科学家。学术界的权威轻视并贬低孟德尔的工作，把他看成是科学界的局外人，看不起这位小人物所做的试验，尤其是与孟德尔有着特殊关系的植物学大权威耐格里对孟德尔的轻蔑态度充分地说明了这一点。 二是当时的大环境对孟德尔不利。当时在科学界，达尔文的物种起源一书刚出版不久，达尔文的进化论思想在思想界、学术界和社会各阶层引起了轩然大波，不管是赞成达尔文思想的也罢、反对的也罢、持怀疑态度
12、的也罢，都把目光紧紧地盯在生物和人类的进化问题上。而孟德尔的豌豆杂交试验，只不过是生物学 大潮流中的一个琐碎的微不足道的题目。而且，在孟德尔的论文中，强调的是遗传因子和遗传性状的稳定传递，这与当时由拉马克和达尔文进化论所强调的生物广泛存在变异的思想也不相吻合。在当时，人们的思想观念中 “变 ”的思想总的来说还是占上风的。 三是孟德尔科学思想的超前性。这一点也许从根本上说是最重要的原因。他在植物杂交中所用的数理统计学方法、他对试验结果的反复验证、他严密的逻辑思维和推理、他在科学上的预见性，这些都是超越他那个时代的。例如，在当时还没有命名 “染色体 ”(染色体是 1888年由瓦尔德耶命名的 )，还
13、没有搞清 楚细胞的减数分裂，但孟德尔已预见到成对遗传因子在形成生殖细胞时要发生分离；还没有完全搞清受精过程的本质，但孟德尔已经认识到雌雄性细胞结合的随机过程。 孟德尔通过豌豆等植物所做的杂交试验，确定了遗传的两大基本定律：遗传因子的分离定律和自由组合定律。孟德尔定律的再发现者曾总结为三大定律：显性定律、分离定律和自由组合定律。显然，在孟德尔之前的许多学者，都提出过显性、隐性、正反交的一致性、杂种一代的一致和杂种二代的变异或分离，个别学者甚至还描述过性状的自由组合等事实。就连孟德尔关于遗传因子 (或粒子 )控制遗传性 状的观点也并非新见，因为从古代的留基伯、德谟克利特等原子论者到近代的达尔文、斯
14、宾塞、耐格里、德弗里斯和魏斯曼等泛生论者和粒子论者，都提出过粒子控制性状的遗传理论。但是，所有这些学者都没有能像孟德尔那样以充分的实验根据建立真正的颗粒遗传理论。孟德尔的最大贡献在于他以他的颗粒遗传理论最大限度地根除了对融合遗传的相信。因为在孟德尔以前，融合遗传的理论在欧洲是相当流行的。人们普遍认为，性状遗传中起作用的是父母的血液 (从亚里士多德的血液说开始 )，子女的性状是由父母性状的混合或融合而成的，子代的特征是父母的中间状态或中 间类型。孟德尔的试验则表明，遗传是由粒子性的遗传因子所决定的，双亲的区别性状的决定者在子代中是彼此独立的、不受干扰的。成对的因子既可以通过杂交结合在一起，又可以
15、在杂种形成生殖细胞时分离开来，不同对的因子还可以进行自由组合。正是由于遗传因子的这种颗粒性，才使它们具有分离和自由组合的性质，才使得生物体具有稳定遗传和发生种种变异的特征。所以孟德尔提出的颗粒性遗传观念，不仅对 19世纪广为流行的融合遗传观念进行了有力的冲击，而且对后来的遗传学家们的思想也进行了新的武装。 孟德尔的颗粒遗传理论与以往的泛生论者和颗 粒论者有着很大的不同。科学史家迈尔进一步指出：当我们将孟德尔的遗传理论和达尔文、高尔顿、魏思曼和德弗里斯的理论做一番认真比较时，我们发现有两个关键性的区别。首先，所有这些早期的学者都推测，就每一性状 而言，在每个细胞里，都存在众多相同的决定子，并推测
16、，一个决定子的许多复制品也可以同时被传递给种质细胞。如果真是这样，杂交中就不会出现恒定的比例。这种假设不可能发展成一种明晰的遗传理论。 3:1比例的普遍性否定了多粒子的推测，它和单粒子的推测相吻合。这是孟德尔最重要的贡献。孟德尔的其他有意义的贡献是他发现这些颗粒存在于我们今天称作的基因及其等位基因中。用这种假设，可以去解释分离和组合。他推测，每个性状仅由受精卵中的两个粒子代表，其中一个来自父本，一个来自母本，这是一个全新的观点，它使遗传学有了革命性的发展。迈尔 把这些称为 “孟德尔所做的杰出贡献 ”。 迈尔还同时指出：从科尔罗伊特、奈特和塞格莱特起，许多前孟德尔主义者早已发现过 F2代表现型的
17、分离。然而，在任何人的研究中，谁也不曾像孟德尔那样，把 F2代的分离看成关键，也从未把此推广到遗传物质本身 (“因子 ”)。强调分离是抵制任何依赖于相信融合遗传倾向的有效方法之一，不过单是分离本身还不是孟德尔主义的本质。如果人们相信一个性状具有多决定子，正像 1900年以前，除了孟德尔人人都相信的那样，那么就不可能得出 3:1的比例。孟德尔学说的关键在于他坚持认为，当亲本在一个性状上有 区别时，这些性状的因子或原基 (anlagen)在杂合体里保持独立，并在杂合体形成种质细胞时再度分离。这个清晰的见解是孟德尔决定性的贡献之一，另一个贡献是他的一个推论，即每个性状是由种质细胞里的一个要素 (仅仅
18、是一个 )所代表，这个推论，对于解释 3:1是必要的。 12 【正确答案】 利用雄果蝇的连锁基因完全连锁、不发生重组的性质，可判断两个形态标记基因是在同一染色体上相距很远的位置还是位于非同源染色体上。 例如果蝇的灰体 (A)对黑体 (a)是显性，红眼 (B)对紫眼 (b)是显性。如把黑体红眼 (aaBB)与灰体紫眼 (AAbb)杂交，子一代是灰体红眼 (AaBb)。 1)假如 A和 B是在同一染色体上，则把子一代雄蝇 (AaBb)与双隐性雌蝇 (aabb)交配，因为雄蝇连锁基因不交换，所以只产生 2种精子，即 aB和 Ab，而双隐性雌蝇只产生一种卵，即 ab，所以测交后代只有灰体紫眼和黑体红眼
19、两种，比例为 1:1，遗传分析如下： 如果用子一代雌蝇 ( )跟双隐性雄蝇 ( )交配，所产生的后代应出现 4种表型。遗传分析如下： 2)假如 A和 B不在同一染色体上，则 A和 B独立分配，所以无论正反向都会出现四种表型，并且其比例为 1:1:1:1，其遗传分析 如下： 2利用人体细胞和小鼠体细胞杂交实验，可以判断两个基因究竟是在同一染色体上相距很远的位置还是位于非同源染色体上。如果把人体细胞和营养缺陷型的小鼠细胞 (或仓鼠细胞等 )混合培养，再加上促融因子 紫外线灭活的仙台病毒或 PEG，那么两种细胞就有可能融合。融合细胞中有两个核，是异核体 (heterokaryon)。异核体的两个核融
20、合，形成杂种细胞。如果所用的小鼠细胞是营养缺陷型，那么要使这种细胞能够生长，非得在培养基上添加某种营养物不可。可是我们可通过细胞融合技术，把小鼠细胞和人体细胞融合，形成杂种细胞。杂 种细胞含有小鼠染色体和人体染色体，小鼠的营养缺陷可由人体染色体上的有关基因的作用来弥补，所以培养基上不添加某种营养物质，杂种细胞也可保持下去。这种细胞往往有整套的小鼠染色体和丢失后保留下来的少许人体染色体，其中当然含有能补偿小鼠营养缺陷的那个染色体。通过不同的选择技术，再加上机遇性的变化，可以形成各种杂种细胞系，含有不同数目和不同号码的人体染色体。 这样我们就可以把人的基因定位在某一染色体了。假定某人体细胞有一个或
21、几个基因标记 (gene marker)，这些基因可以是控制营养需要或抗药性，也可以是控制细胞表 面抗原或异常蛋白的形成等。我们实验的目的是要把其中一个或几个基因定位到特定的染色体上。 我们有不同的杂种细胞系，每个细胞系中除了小鼠染色体外，还有少数人的染色体。我们检验这些细胞系，把某一基因标记的在或不在与每一细胞中人的某一染色体的在或不在联系起来，从而推断某一基因是在某号染色体上。 在不同的杂种细胞系中，例如基因 1和 3或一起出现，或共同不见，所以我们可以下结论说，这两基因是连锁的。还有，基因 1和 3的在或不在直接跟第二染色体的在或不在有关，所以我们可以认为这两基因是同线的，都在第二染色体
22、上。否则我们就可推 断这两个基因位于非同源染色体上。 13 【正确答案】 pur和 nad的共转导频率是： 2 pur和 pdx的共转导频率是： 3依传统重组作图原理，三个基因位点的交换重组中，位于中间的基因重组子个数最少，在这里有 12个 pur+ nad+ pdx+，与供体 pur+ nad- pdx+类型相比较，基因 nad+发生了改变，所以 nad位于中间，也就是 nad和 pdx在 pur的同一边。 4根据上面的计算和推论可知，这三个标记基因的遗传连锁图为： pur+ nad- pdx+为亲本型类型，所以其数目最多。因为 pur+ nad- pdx+和 pur+ nad+pdx-为单
23、交换类型，所以数目次之。 pur+ nad+ pdx+是亲本 pur- nad+ pdx-双交换的结果，所以其数目最少。 14 【正确答案】 近交是指有亲缘关系的个体相互交配，繁殖后代。因为有亲缘关系的个体在遗传上更相似些，所以近交的结果会增加纯合体的比例。近交的遗传效应可用近交系数来表示。近交系数常记作 F，这是指一个个体从某一祖先得到一对纯合的、而且遗传上等同的基因的概率。同一基因座的两个基因如果分别来自无亲缘关系的两个祖先，尽管这两个基因的结构相同，但 不是遗传上等同的。只有同一祖先的特定基因的两个拷贝，才可称为遗传上等同的。 近交系数的计算可以动物育种中常用的兄妹交配为例加以说明。图
24、1是兄妹交配所生仔畜的家系图。在图中， P1和 P2是两个无血缘关系的亲本，它们各供应一个配子给同胞兄妹 B1和B2，而仔畜 S(雌或雄 )从 B1和 B2各得一个配子。因为 P1和 P2无血缘关系，所以它们在某一基因座上的一对基因不是遗传上等同的。 P1的两个基因用 a1a2表示，P2的两基因用 a3a4表示。 (这儿用不同下标 1、 2、 3、 4表明这些基因不是遗传上等同的，当然这并不意味着这些基因在结 构上不是相同的。 )这样双亲的基因型是a1a2和 a3a4，而它们的仔畜应该是 1/4a1a3、 1/4a1a4、 1/4a2a3、 1/4a2a4。我们想知道的是，这对同胞兄妹所生的仔
25、畜 S对它们的亲畜 P1和 P2的任何一个等位基因是纯合体 a1a1、 a2a2、 a3a3、 a4a4的概率是多少 ? 从表 1来看，有 1/41/4的仔畜具有共同祖先 P1的一个等位基因 a1的两份拷贝。这就是说，这 1/16的仔畜具有的一对等位基因不仅是纯合的，而且是遗传上等同的。我们把这些纯合的仔畜频率加起来，就得出兄妹交配所生仔畜的 F值，即F=4(1/4)2=1/4。 了解了近交系数的意义和算法后，我们可以用另一种简便的方法来算。仍用图 1，仍设同胞兄妹的父畜 P1的某一座位上的一对等位基因是 a1a2，而它们的母畜的相应等位基因是 a3a4。先计算同胞兄妹 B1和 B2所生仔畜
26、S是a1a1的机会是多少 ?P1把 a1基因传给 B1的机会是 1/2，而 B1得到这基因后又把它传给 S的机会也是 1/2， P1也把 a1传给 B2，机会是 1/2，如 B2得到这基因后，又把这基因传给 S，机会又是 1/2。所以如 S的基因型为 a1a1， P1的等位基因 a1一共要传递 4步，每方亲体各 2步。因为每 传递一步的概率是 1/2，所以通过所有 4步的传递概率是 (1/2)4。运用同样方法，我们可以计算 S是 a2a2、 a3a3和 a4a4的概率，自然也都是 (1/2)4。从而同胞兄妹生仔畜的纯合体总概率 F=4(1/2)4=1/4。这数值与上面得出的结果 (表 1)完全
27、一样。 我们可以把这方法推广到人类社会中最常见的表兄妹结婚 (图 2)，计算他们所生子女的近交系数。仍设共同祖先 P1和 P2的基因型是， a1a2和 a3a4，那么后裔 S对这座位上的纯合基因且在遗传上等同的概率是多少 ?为了使这个近交后裔 S的基因型成为 a1a1，共同祖 先 P1的等位基因a1必须传递 6步，由 P1经 B1传给 S计 3步，由 P1经 B2传给 S也计 3步，所以总共传递 6步。因为每一步的传递概率是 1/2，所以通过所有 6步的传递概率是(1/2)6。这个概率同样地也适用于 a2a2、 a3a3和 a4a4，所以表亲结婚所生子女的近交系数是 4(1/2)6=1/16。
28、 近交系数的高低既可表示群体中某一基因座位上纯合体频率的增减，也可表示某一个体中全部基因座位上纯合座位比例的升降。所以双表近亲结婚所生子女的近交系数计算方法如下：设共同祖先 P1、 P2、 P3、 P4的基因型分别为 a1a2、 a3a4、 a5a6、 a7a8，为了使这个双表近亲结婚所生孩子 S的基因型成为 a1a1，共同祖先 P1的等位基因 a1必须传递 6步，即由 P1经 B1、 C1传给 S计 3步，由 P1经 B2、 C2传给 S计 3步。因为每一步的传递概率是 1/2，所以通过6步的传递概率是 (1/2)6。这相概率同样也适用于 a2a2、 a3a3、 a4a4、 a5a5、 a6
29、a6、a7a7和 a8a8。由于某一个体得到这对等同基因或那对等同基因是一种交互事件，所以求个体的近交系数时，可以把通过所有共同祖先的一切途径而得到一对遗传上等同基因的概率都加起来。因此就可以得到 一个双表亲结婚所生孩子 S的近交系数 F，即 F=8(1/2)6=1/8。 15 【正确答案】 从突变的分子基础看，能实现定向变异。因为从细胞水平上理解，基因相当于染色体上的一点，称为基因座 (locus)。从分子水平上看，一个位点还可以分成许多基本单位，称为位点 (site)。一个位点一般指的是一个核苷酸对，有时其中一个碱基发生改变，就可能产生一个突变。因此，突变就是基因内不同位点的改变。这种由突
30、变子的改变而引起的突变称为真正的点突变。这比细胞水平上所指的点突变更为深入。一个基因内不同位点的改变可以形成许 多等位基因，这些等位基因总称为复等位基因。所以说，复等位基因是基因内部不同碱基改变的结果。突变的方式主要有两种：一是分子结构的改变，如碱基替换和倒位；二是移码，如碱基的缺失和插入等。当然，碱基的缺失和插入也属于分子结构的改变，但影响更大的是由于碱基数目的减少 (缺失 )或增加 (插入 )，而使以后一系列三联体密码移码。移码的结果将引起该段肽链的改变，肽链的改变将引起蛋白质性质的改变，最终引起性状的变异，严重时会造成个体死亡。所以从突变的分子基础看，能实现定向变异。 如果从突变的效应背离或返回野生型这两种方向上 来讲，可以分为正向突变和回复突变，正向突变是指改变了野生型性状的突变。突变体所失去的野生型性状可以通过第二次突变得到恢复，这种第二次突变就叫做回复突变。正向突变和回复突变发生的频率一般是不一样的，在多数情况下，正向突变率总是高于回复突变率。这是因为一个正常野生型的基因内部许多位点上的分子结构，都可能发生改变而导致基因突变；但是一个突变基因内部却只有那个被改变了的结构恢复原状，才能回复为正常野生型。
