Question

【題目】健康人被雌性按蚊叮咬或輸入有瘧原蟲寄生者的血液，有可能感染瘧疾。研究人員設(shè)想利用“基因驅(qū)動系統(tǒng)技術(shù)”影響雌蚊的繁殖率，從而切斷按蚊叮咬的傳播途徑，降低瘧疾的感染率。

（1）dF基因是控制按蚊雌性性別的關(guān)鍵基因，研究人員通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)將驅(qū)動基因單元C——包含DNA識別區(qū)域、核酸內(nèi)切酶基因和報告基因（如紅色熒光蛋白基因）轉(zhuǎn)入野生型雌蚊體內(nèi)，使dF+/+（野生型）基因發(fā)生________，形成突變體（dFC/+）。

（2）根據(jù)孟德爾的遺傳定律，基因型為dFC/+的雌雄個體雜交，預(yù)期F1基因型及比例應(yīng)為________________。

（3）通過實驗現(xiàn)象觀察，發(fā)現(xiàn)含驅(qū)動基因單元的個體在F1代中的比例為100%，不同于上述預(yù)期。

①含驅(qū)動基因的性母細(xì)胞在進(jìn)行減數(shù)分裂形成生殖細(xì)胞的過程中，由于驅(qū)動基因的作用，將驅(qū)動基因單元復(fù)制到對應(yīng)的同源染色體上，此為圖示的_____過程（用序號表示），形成_________基因型的配子；

②該突變體與_________按蚊雜交，產(chǎn)生F1代，因此所有個體均為含驅(qū)動基因單元的子代；

③F1雌雄個體間或F1與野生型交配，產(chǎn)生F2代如圖，________基因型的雌蚊不育，但不影響雄蚊的育性。

（4）研究人員為觀察該驅(qū)動基因單元的傳遞效率，進(jìn)行如下實驗：飼養(yǎng)多籠按蚊，每籠配備300只雌性野生型（dF+/+）、150只雄性野生型（dF+/+）和150只雄性雜合突變體（dFC/+），計算每代含驅(qū)動基因單元的按蚊比例。如圖所示。

①根據(jù)實驗可知，最初籠養(yǎng)按蚊的驅(qū)動基因頻率為______________；

②通過統(tǒng)計學(xué)模型建構(gòu)（如下圖），籠養(yǎng)1組中按蚊驅(qū)動基因頻率在第7代達(dá)到100%，據(jù)此推測，該種群會在第_______代崩潰、消亡，達(dá)到消滅按蚊傳播瘧疾的目的。

（5）目前此突變按蚊只進(jìn)行了實驗室飼養(yǎng)，請你從生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的角度分析，如果發(fā)生突變體按蚊泄露到野外，會引發(fā)什么樣的生態(tài)問題？_________

Answer 1

【答案】基因突變 dF+/+∶dFC/+∶dFC/C=1∶2∶1 ① dFC 野生型 dFC/C 12.5% 8 如果泄露到野外，會在短時間內(nèi)造成某區(qū)域按蚊種群的滅絕，從而引起此按蚊種群所在食物鏈或食物網(wǎng)受到影響，生物多樣性降低，生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性降低

【解析】

基因突變是指DNA分子中發(fā)生堿基對的替換、增添和缺失，而引起的基因結(jié)構(gòu)的改變。由題干信息可知，驅(qū)動基因單元C包含DNA識別區(qū)域、核酸內(nèi)切酶基因和報告基因，其中DNA識別區(qū)域用于識別特定基因的特定位點，核酸內(nèi)切酶基因控制合成核酸內(nèi)切酶，能對DNA特定位點進(jìn)行切割，報告基因即為標(biāo)記基因，用于鑒別驅(qū)動基因單元C是否導(dǎo)入了受體細(xì)胞，利用這些元件能使驅(qū)動基因單元C插入到特定基因內(nèi)部，而引起的基因結(jié)構(gòu)的改變，因此發(fā)生基因突變。

（1）通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)將驅(qū)動基因單元C——包含DNA識別區(qū)域、核酸內(nèi)切酶基因和報告基因（如紅色熒光蛋白基因）轉(zhuǎn)入野生型雌蚊體內(nèi)，驅(qū)動基因單元C會插入dF基因的特定位置，使dF+/+（野生型）基因發(fā)生基因突變，形成突變體（dFC/+）。

（2）基因型為dFC/+的雌雄個體雜交，由基因的分離定律可推斷，產(chǎn)生的F1基因型及比例應(yīng)為dF+/+∶dFC/+∶dFC/C=1∶2∶1。

（3）①含驅(qū)動基因的性母細(xì)胞在進(jìn)行減數(shù)分裂形成生殖細(xì)胞的過程中，由于驅(qū)動基因的作用，將驅(qū)動基因單元復(fù)制到對應(yīng)的同源染色體上，此為圖示的①過程，從而形成了基因型為dFC的配子；

②該突變型與野生型按蚊雜交，產(chǎn)生F1代，由于突變型產(chǎn)生的配子均含有驅(qū)動基因單元，因此F1所有個體均為含驅(qū)動基因單元的子代；

③由圖示可知，F1雌雄個體間或F1與野生型交配，產(chǎn)生的F2代中，基因型為dFC/C的雌蚊不育，但雄蚊均可育。

（4）①每籠配備300只雌性野生型（dF+/+）、150只雄性野生型（dF+/+）和150只雄性雜合突變體（dFC/+），則驅(qū)動基因頻率為150÷（300×2＋150×2＋150×2）×100%＝12.5%。

②通過統(tǒng)計學(xué)模型可知，籠養(yǎng)1組中按蚊驅(qū)動基因頻率在第7代達(dá)到100%，即第7代雌雄個體基因型均為dFC/C，由題（3）可知，基因型為dFC/C的雄蚊可育，而雌蚊均不育，此代雌雄個體交配無法產(chǎn)生后代，因此該種群會在第8代崩潰、消亡。

（5）由題（4）實驗結(jié)果可推斷，如果突變體按蚊泄露到野外，會在短時間內(nèi)造成某區(qū)域按蚊種群的滅絕，從而引起此按蚊種群所在食物鏈或食物網(wǎng)受到影響，使該區(qū)域生物多樣性降低，生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性降低。