Question

健康人被雌性按蚊叮咬或输入有疟原虫寄生者的血液，有可能感染疟疾。研究人员设想利用“基因驱动系统技术”影响雌蚊的繁殖率，从而切断按蚊叮咬的传播途径，降低疟疾的感染率。

（1）dF基因是控制按蚊雌性性别的关键基因，研究人员通过转基因技术将驱动基因单元C——包含DNA识别区域、核酸内切酶基因和报告基因（如红色荧光蛋白基因）转入野生型雌蚊体内，使dF^+/+（野生型）基因发生________，形成突变体（dF^C/+）。

（2）根据孟德尔的遗传定律，基因型为dF^C/+的雌雄个体杂交，预期F₁基因型及比例应为________________。

（3）通过实验现象观察，发现含驱动基因单元的个体在F₁代中的比例为100%，不同于上述预期。

①含驱动基因的性母细胞在进行减数分裂形成生殖细胞的过程中，由于驱动基因的作用，将驱动基因单元复制到对应的同源染色体上，此为图示的_____过程（用序号表示），形成_________基因型的配子；

②该突变体与_________按蚊杂交，产生F₁代，因此所有个体均为含驱动基因单元的子代；

③F₁雌雄个体间或F₁与野生型交配，产生F₂代如图，________基因型的雌蚊不育，但不影响雄蚊的育性。

（4）研究人员为观察该驱动基因单元的传递效率，进行如下实验：饲养多笼按蚊，每笼配备300只雌性野生型（dF^+/+）、150只雄性野生型（dF^+/+）和150只雄性杂合突变体（dF^C/+），计算每代含驱动基因单元的按蚊比例。如图所示。

①根据实验可知，最初笼养按蚊的驱动基因频率为______________；

②通过统计学模型建构（如下图），笼养1组中按蚊驱动基因频率在第7代达到100%，据此推测，该种群会在第_______代崩溃、消亡，达到消灭按蚊传播疟疾的目的。

（5）目前此突变按蚊只进行了实验室饲养，请你从生态系统稳定性的角度分析，如果发生突变体按蚊泄露到野外，会引发什么样的生态问题？_________

Answer

基因突变 dF+/+∶dFC/+∶dFC/C=1∶2∶1 ① dFC 野生型 dFC/C 12.5% 8 如果泄露到野外，会在短时间内造成某区域按蚊种群的灭绝，从而引起此按蚊种群所在食物链或食物网受到影响，生物多样性降低，生态系统的稳定性降低

【解析】

基因突变是指DNA分子中发生碱基对的替换、增添和缺失，而引起的基因结构的改变。由题干信息可知，驱动基因单元C包含DNA识别区域、核酸内切酶基因和报告基因，其中DNA识别区域用于识别特定基因的特定位点，核酸内切酶基因控制合成核酸内切酶，能对DNA特定位点进行切割，报告基因即为标记基因，用于鉴别驱动基因单元C是否导入了受体细胞，利用这些元件能使驱动基因单元C插入到特定基因内部，而引起的基因结构的改变，因此发生基因突变。

（1）通过转基因技术将驱动基因单元C——包含DNA识别区域、核酸内切酶基因和报告基因（如红色荧光蛋白基因）转入野生型雌蚊体内，驱动基因单元C会插入dF基因的特定位置，使dF+/+（野生型）基因发生基因突变，形成突变体（dFC/+）。

（2）基因型为dFC/+的雌雄个体杂交，由基因的分离定律可推断，产生的F1基因型及比例应为dF+/+∶dFC/+∶dFC/C=1∶2∶1。

（3）①含驱动基因的性母细胞在进行减数分裂形成生殖细胞的过程中，由于驱动基因的作用，将驱动基因单元复制到对应的同源染色体上，此为图示的①过程，从而形成了基因型为dFC的配子；

②该突变型与野生型按蚊杂交，产生F1代，由于突变型产生的配子均含有驱动基因单元，因此F1所有个体均为含驱动基因单元的子代；

③由图示可知，F1雌雄个体间或F1与野生型交配，产生的F2代中，基因型为dFC/C的雌蚊不育，但雄蚊均可育。

（4）①每笼配备300只雌性野生型（dF+/+）、150只雄性野生型（dF+/+）和150只雄性杂合突变体（dFC/+），则驱动基因频率为150÷（300×2＋150×2＋150×2）×100%＝12.5%。

②通过统计学模型可知，笼养1组中按蚊驱动基因频率在第7代达到100%，即第7代雌雄个体基因型均为dFC/C，由题（3）可知，基因型为dFC/C的雄蚊可育，而雌蚊均不育，此代雌雄个体交配无法产生后代，因此该种群会在第8代崩溃、消亡。

（5）由题（4）实验结果可推断，如果突变体按蚊泄露到野外，会在短时间内造成某区域按蚊种群的灭绝，从而引起此按蚊种群所在食物链或食物网受到影响，使该区域生物多样性降低，生态系统的稳定性降低。