Question

【題目】斑馬魚的胚胎發(fā)育過程中要形成體軸，發(fā)育過程中沿體軸依序分化形成各種組織器官。我國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)一種由于21號染色體上的hwa基因突變導(dǎo)致的無體軸突變品系，其胚胎形似葫蘆（如圖1所示）。為研究hwa基因的作用機制，研究者進行了相關(guān)研究。

（1) 胚胎在發(fā)育早期，通過基因的____實現(xiàn)細(xì)胞分化，從而形成體軸。

（2）為確定hwa基因的遺傳機制，研究者以表現(xiàn)型正常但基因型不同的雌雄個體為親本，進行了圖2所示的雜交實驗。（“+”表示有正常基因，“-”表示基因突變）

①目前研究表明斑馬魚無性染色體，性別受遺傳和環(huán)境共同作用。實驗一和實驗二在遺傳學(xué)上稱為__交實驗，兩組實驗F1的表現(xiàn)型不同，說明父本和母本對后代的影響不同。

②據(jù)實驗一的F1、F2和F3表現(xiàn)型與基因型比例，推測_____（選填“父本”或者“母本”）的hwa基因?qū)ψ哟�胚胎發(fā)育起作用，作出此推測的依據(jù)是__________。

（3）為證實上述推測，研究者將hwa基因編碼的mRNA導(dǎo)入母本基因型為（hwa-/-）的胚胎中，以研究hwa基因在胚胎發(fā)育中對體軸形成的影響，結(jié)果如圖3所示。

注射無關(guān)mRNA的目的是_______________。實驗結(jié)果顯示__________。

（4）綜合上述研究，解釋葫蘆型胚胎形成的原因是_______________。

（5）研究表明β-cat蛋白進入細(xì)胞核能夠促進體軸正常發(fā)育，科研人員推測hwa基因編碼的mRNA能夠促進β-cat蛋白進入細(xì)胞核。為驗證上述推測，請以母本基因型為hwa-/-的胚胎為實驗材料，設(shè)計實驗并預(yù)期實驗結(jié)果。

Answer 1

【答案】選擇性表達(dá) 正反 母本 實驗一中F1表型正常， F2的表現(xiàn)型均正常，F(xiàn)3表現(xiàn)型中正常：異常＝3:1，這與對F1、F2和F3基因型的推斷不符，每代的基因組成控制下一代表現(xiàn)型，即母本為hwa+/+，則F1為正常，F(xiàn)1為hwa+/-，F(xiàn)2表現(xiàn)型正常，基因型hwa+/+：hwa+/-：hwa-/-＝1:2:1， F3出現(xiàn)了正常個體與異常個體3:1，推斷母本的hwa基因?qū)ψ哟�胚胎發(fā)育起作用 作為陰性對照，排除注射操作、mRNA等對實驗結(jié)果的影響 一定（低）劑量的hwa編碼的mRNA能誘導(dǎo)hwa-/-胚胎的體軸形成，劑量過大會引起胚胎體軸發(fā)育過度，導(dǎo)致胚胎體軸嚴(yán)重背側(cè)化 母本hwa基因突變產(chǎn)生的mRNA通過卵細(xì)胞傳給子代胚胎，hwa-/-所產(chǎn)卵細(xì)胞中無正常的hwa+mRNA，故出現(xiàn)無體軸胚胎（葫蘆型胚胎）

【解析】

分析圖2中的正反交實驗可知，母本的基因型不同，可導(dǎo)致子代的表現(xiàn)型不同，正反交實驗F1的基因型均為hwa+/-，但母本為hwa+/+時F1都正常，而母本為hwa-/-時F1都異常，在根據(jù)實驗一中F1基因型為hwa+/-時，所產(chǎn)生的F2均為正常個體，可推測：子代表現(xiàn)型與母本是否含有hwa基因有關(guān)。

分析圖3，一定（低）劑量的hwa編碼的mRNA能誘導(dǎo)hwa-/-胚胎的體軸形成，劑量過大會引起胚胎體軸發(fā)育過度，導(dǎo)致胚胎體軸嚴(yán)重背側(cè)化。

（1）細(xì)胞分化的實質(zhì)是基因的選擇性表達(dá)。所以胚胎在發(fā)育早期，通過基因的選擇性表達(dá)實現(xiàn)細(xì)胞分化，從而形成體軸。

（2）①實驗一和實驗二父本和母本的基因型進行了交換，屬于正反交實驗。

②實驗一中F1基因型為hwa+/-，F(xiàn)2基因型為hwa+/+：hwa+/-：hwa-/-，理論上F2表現(xiàn)型應(yīng)為3:1。但實際的表現(xiàn)型均為正常，在F3中才出現(xiàn)正常個體與異常個體3:1，這一比例與F2基因型（hwa+/+：hwa+/-：hwa-/-）中有無hwa+一致，可說明母本的hwa基因?qū)ψ哟�胚胎發(fā)育起作用。即做出此推斷的依據(jù)為：實驗一中F1表型正常， F2的表現(xiàn)型均正常，F(xiàn)3表現(xiàn)型中正常：異常＝3:1，這與對F1、F2和F3基因型的推斷不符，每代的基因組成控制下一代表現(xiàn)型，即母本為hwa+/+，則F1為正常，F(xiàn)1為hwa+/-，F(xiàn)2表現(xiàn)型正常，基因型hwa+/+：hwa+/-：hwa-/-＝1:2:1， F3出現(xiàn)了正常個體與異常個體3:1，推斷母本的hwa基因?qū)ψ哟�胚胎發(fā)育起作用。

（3）本實驗是向母本基因型為（hwa-/-）的胚胎中，注入hwa基因編碼的mRNA，以研究hwa基因在胚胎發(fā)育中對體軸形成的影響，所以自變量為注射hwa基因編碼的mRNA的劑量，注射mRNA的劑量為0的組作為空白對照，而注射無關(guān)mRNA的目的是作為陰性對照，排除注射操作、mRNA等對實驗結(jié)果的影響。分析圖3可知，一定（低）劑量的hwa編碼的mRNA能誘導(dǎo)hwa-/-胚胎的體軸形成，劑量過大會引起胚胎體軸發(fā)育過度，導(dǎo)致胚胎體軸嚴(yán)重背側(cè)化。

（4）結(jié)合實驗一和二的雜交結(jié)果（母本為hwa+/+，后代都正常，母本為hwa-/-，后代都異常）以及圖3結(jié)果，說明母本hwa基因突變產(chǎn)生的mRNA通過卵細(xì)胞傳給子代胚胎，hwa-/-所產(chǎn)卵細(xì)胞中無正常的hwa+mRNA，故出現(xiàn)無體軸胚胎（葫蘆型胚胎）。

（5）研究表明β-cat蛋白進入細(xì)胞核能夠促進體軸正常發(fā)育，科研人員推測hwa基因編碼的mRNA能夠促進β-cat蛋白進入細(xì)胞核。為驗證上述推測，實驗的自變量為是否有hwa基因編碼的mRNA，參照圖3的實驗，對照組可注射無關(guān)mRNA以排除注射操作、mRNA等對實驗結(jié)果的影響，培養(yǎng)一段時間后檢測細(xì)胞中總-cat蛋白含量及細(xì)胞核內(nèi)-cat蛋白的含量；并觀察體軸發(fā)育。所以實驗思路和預(yù)期實驗結(jié)果為：

實驗組：向hwa-/-胚胎中注射hwa基因編碼的mRNA，檢測細(xì)胞中總-cat蛋白含量及細(xì)胞核內(nèi)-cat蛋白的含量；觀察體軸發(fā)育；

對照組：向hwa-/-胚胎中注射無關(guān)mRNA，檢測細(xì)胞中總-cat蛋白含量及細(xì)胞核內(nèi)-cat蛋白的含量；觀察體軸發(fā)育；

預(yù)期實驗結(jié)果：實驗組與對照組相比，實驗組細(xì)胞核內(nèi)-cat蛋白含量增加，而細(xì)胞中總-cat蛋白含量無明顯差異；實驗組體軸發(fā)育正常個體較多。