Question

遗传性骨骼发育不良（SD）的致病原因多样。某研究小组发现了一个新的SD患病家系，对其致病机理展开研究。

（1）由图1推测，若该病的遗传方式为常染色体隐性遗传，则家系中Ⅱ-2的致病基因遗传自_________（填图1中序号）。

（2）已有研究表明，常染色体上M140基因的突变与SD的发生有关。为确定图1家系SD的遗传方式，科研人员对其成员M140基因进行了测序，部分结果如图2所示。由图2可知，致病的M140基因在箭头所指位点的碱基对为_________。结合图1、图2可知，该家系SD的遗传方式为______；产生致病基因的可能原因是在_________（填图1中序号）的早期胚胎细胞中发生了M140基因的突变。

（3）科研人员对M140基因在SD中的作用机制进行了深入研究。

①通过基因工程获得M140基因敲除（KO）小鼠，然后检测野生型小鼠和KO小鼠软骨组织中基因D（与骨发育密切相关）的转录情况，发现野生型小鼠基因D的mRNA含量低于KO小鼠。已知M140基因只转录不翻译，结合上述结果可提出两种推测：

推测一：M140基因的RNA促进基因D的mRNA降解。

推测二：_______________________________________。

②科研人员体外培养野生型小鼠软骨细胞，先在培养液中加入转录抑制剂，然后向实验组细胞中导入足量M140基因的RNA，对照组导入与M140基因的RNA _____________不同的无关RNA。然后在第0.5h、1h、2h、4h分别检测细胞中基因D的mRNA含量。结果为对照组和实验组基因D的mRNA含量都随时间延长而下降，且__________________________，支持推测一。进一步研究发现，M140基因的RNA通过与基因D的mRNA互补结合，进而促进其降解。

③科研人员利用基因编辑技术使野生型小鼠M140基因发生与患者致病基因相同的变化，并得到纯合突变小鼠。这些突变小鼠表现出骨骼发育不良。研究人员对小鼠软骨细胞基因D表达情况进行检测，统计纯合突变体与野生型小鼠基因D的mRNA比值（如图3）。结果显示，与野生型小鼠相比，纯合突变小鼠基因D的mRNA含量_______。综合上述研究分析，出现该结果的原因是_____________。   

Answer

Ⅰ-1、Ⅰ-2 G-C 常染色体显性遗传 Ⅱ-2 M140基因的RNA抑制基因D的转录 序列 实验组比对照组下降速率更快 多 纯合突变小鼠细胞内的M140基因的碱基序列改变，转录的RNA与基因D的mRNA互补结合减弱（不能结合），对其降解的促进作用减弱（不能促进其降解），使得基因D的mRNA含量提高

【解析】

1.由遗传图1可知：无中生有为隐性，该病的遗传方式为常染色体隐性遗传病，患病者为隐性。

2.基因突变包括基因中碱基对的增添、缺失和替换，在图2 中，正常基因的碱基对为A-T，被替换为G-C。

3.分析图3：以无关基因作为对照，探究纯合突变体与野生型相比，基因D的变化，由图可知，纯合突变体体内的基因D含量大于野生型，约是野生型的1.4倍。

（1）该病的遗传方式为常染色体隐性遗传，家系中Ⅱ-2患病，则基因型为隐性aa，说明家系中Ⅱ-2的致病基因遗传自来自于父母双方，Ⅰ-1、Ⅰ-2。

（2）比较三个正常人和两个患者的常染色体上M140基因的序列发现，正常的M140基因在箭头所指位点的碱基对为A-T，致病的M140基因在箭头所指位点的碱基对为G-C。由图1可知，若该病是来自于第一代的遗传，则该病的遗传方式为常染色体隐性遗传病，Ⅰ-1、Ⅰ-2应该是携带致病基因，但测序结果显示没有，说明Ⅰ-1、Ⅰ-2不含致病基因，根据图2分析可知，该家系出现SD病是由于Ⅱ-2的早期胚胎细胞中发生了M140基因的突变，而不是来自第一代的遗传，且III-2也有致病基因，SD的遗传方式为常染色体显性遗传。

（3）探究M140基因在SD中的作用机制：

①基因D与骨发育密切相关，野生型小鼠基因D的mRNA含量低于M140基因敲除的（KO）小鼠小鼠。可能的原因有一：M140基因的RNA促进基因D的mRNA降解。二：M140基因的RNA抑制基因D的转录。

②如果M140基因的RNA可以促进基因D的mRNA降解，先在培养液中加入转录抑制剂，可以排除自身转录对实验结果的影响，然后向实验组细胞中导入足量M140基因的RNA，对照组是空白对照，导入与M140基因的RNA 序列不同的无关RNA，以排除其他因素的影响。然后在第0.5h、1h、2h、4h分别检测细胞中基因D的mRNA含量。因为M140基因的RNA可以促进基因D的mRNA降解，则随时间延长，基因D的mRNA含量下降，且实验组比对照组下降速率更快。

③由图3可知，纯合突变体与野生型小鼠基因D的mRNA比值大于1，说明纯合突变小鼠基因D的mRNA含量大于野生型。根据上题的叙述M140基因的RNA通过与基因D的mRNA互补结合，进而促进其降解，出现纯合突变小鼠基因D的mRNA含量大于野生型的原因是纯合突变小鼠细胞内的M140基因的碱基序列改变，转录的RNA与基因D的mRNA互补结合减弱（不能结合），对其降解的促进作用减弱（不能促进其降解），使得基因D的mRNA含量提高。