Question

【題目】表現遺傳是指DNA序列不改變，而基因的表達發生可遺傳的改變。DNA甲基化是表現遺傳中最常見的現象之一。某些基因在啟動子上存在富含雙核苷酸“CG”的區域，稱為“CG島”。其中的胞嘧啶在發生甲基化后轉變成5-甲基胞嘧啶但仍能與鳥嘌呤互補配對。細胞中存在兩種DNA甲基化酶（如圖1所示），從頭甲基化酶只作用于非甲基化的DNA，使其半甲基化；維持甲基化酶只作用于DNA的半甲基化位點。使其全甲基化。

（1）由上述材料可知，DNA甲基化__________（選填“會”或“不會”）改變基因轉錄產物的堿基序列。

（2）由于圖2中過程①的方式是________，所以其產物都是________甲基化的，因此過程②必須經過____的催化才能獲得與親代分子相同的甲基化狀態。

（3）研究發現，啟動子中“CG島”的甲基化會影響相關蛋白質與啟動子的結合，從而抑制_________。

（4）小鼠的A基因編碼胰島素生長因子-2（IGF-2），a基因無此功能（A、a位于常染色體上）。IGF-2是小鼠正常發育必須的一種蛋白質，缺乏時小鼠個體矮小。在小鼠胚胎中，來自父本的A及其等位基因能夠表達，來自母本的則不能表達。檢測發現，這對基因的啟動子在精子中是非甲基化的，在卵細胞中則是甲基化的。

若純合矮小雌鼠與純合正常雄鼠雜交，則F1的表現型應為__________。F1雌雄個體間隨機交配，則F2的表現型及其比例應為________。結合F1配子中A及其等位基因啟動子的甲基化狀態，分析F2出現這種比例的原因是_____________。

（5）5-氮雜胞苷（AZA）常用于臨床上治療DNA甲基化引起的疾病。推測AZA可能的作用機制之一是：AZA在_________過程中摻入DNA分子，導致與DNA結合的甲基化酶活性降低，從而降低DNA的甲基化程度。另一種可能的機制是：AZA與“CG島”中的___________競爭甲基化酶，從而降低DNA的甲基化程度。

Answer 1

【答案】 不會 半保留復制 半 維持甲基化酶 基因的表達 全部正常 正常：矮小=1:1 卵細胞中的A及其等位基因由于啟動子甲基化而不表達，精子中的A及其等位基因由于啟動子非甲基化而表達；并且含A的精子：含a的精子=1:1 DNA復制 胞嘧啶

【解析】試題分析：根據題意和圖示分析可知，由于表現遺傳是指DNA序列不改變，而基因的表達發生可遺傳的改變，說明其基因沒有發生突變；RNA聚合酶與啟動子結合，催化基因進行轉錄形成mRNA。

（1）DNA甲基化是表現遺傳中最常見的現象之一，而表現遺傳是指DNA序列不改變，而基因的表達發生可遺傳的改變，所以DNA甲基化不會改變基因轉錄產物的堿基序列。

（2）圖2中過程①的模板鏈都含甲基，而復制后都只含一個甲基，說明過程①的方式是半保留復制，所以其產物都是半甲基化的，因此過程②必須經過維持甲基化酶的催化才能獲得與親代分子相同的甲基化狀態。

（3）由于RNA聚合酶與啟動子結合，催化基因進行轉錄。研究發現，啟動子中“CG島”的甲基化會影響相關蛋白質（RNA聚合酶）與啟動子的結合，不能合成mRNA，從而抑制基因的表達。

（4）由于在小鼠胚胎中，來自父本的A及其等位基因能夠表達，所以純合矮小雌鼠與純合正常雄鼠雜交，則F1的表現型應為全部正常。由于卵細胞中的A及其等位基因由于啟動子甲基化而不表達，精子中的A及其等位基因由于啟動子非甲基化而表達；并且含A的精子：含a的精子=1：1，所以F1雌雄個體間隨機交配，則F2的表現型及其比例應為正常：矮小=1：1。

（5）5-氮雜胞苷（AZA）常用于臨床上治療DNA甲基化引起的疾病，推測AZA可能的作用機制之一是：AZA在DNA復制過程中摻入DNA分子，導致與DNA結合的甲基化酶活性降低，從而降低DNA的甲基化程度；另一種可能的機制是：由于胞嘧啶在發生甲基化后轉變成5-甲基胞嘧啶但仍能與鳥嘌呤互補配對，所以AZA與“CG島”中的胞嘧啶競爭甲基化酶，從而降低DNA的甲基化程度。