Question

【題目】日節律是動物普遍存在的節律性活動，通常以24h為周期。研究者從果蠅的羽化節律開始，逐漸揭示出日節律的分子機制。

（1）羽化節律是果蠅的一種日節律行為，由機體的__________系統、內分泌系統共同調控。

（2）研究者通過誘變得到羽化節律紊亂的雄蠅，推測雄蠅的羽化節律紊亂與野生型基因per的突變有關。將羽化節律紊亂的雄蠅與兩條X染色體融合在一起的雌蠅雜交，由于雌蠅經減數分裂產生______X染色體的卵細胞，導致雜交子代中出現性染色體只有一條正常X染色體的個體（表現型為雄性），這些子代雄性個體羽化節律_________，判斷per基因位于X染色體上。

（3）per的突變基因PerS、PerL、PerO分別導致果蠅的羽化節律變為短節律（羽化周期縮短）、長節律（羽化周期變長）和無節律。研究者利用棒眼（伴X顯性遺傳）正常節律雌蠅進行圖1所示雜交實驗，對per基因及突變基因間的顯隱性關系進行研究。

研究者觀察F2中___________個體的羽化節律，可以判斷PerS、PerL間的顯隱性關系，這是由于該個體的X染色體__________。利用上述雜交方法，可判斷per基因及突變基因間顯隱性關系。

（4）經過幾十年的研究，人們對動物中以24h為周期的日節律形成機理有了基本了解，如圖2所示。

據圖分析，P蛋白和T蛋白積累到一定數量時，會在細胞質內結合形成P-T蛋白二聚體，二聚體通過_____進入細胞核，抑制相關基因的________，這是一種________調節機制。白天時，某光敏蛋白可以與T蛋白相互作用，導致T蛋白降解，_________蛋白積累量增加，動物表現出日節律現象。

（5）地球上很多生物都有日節律現象，但參與調控的基因和分子機制高度相似且在進化上比較保守，這是由于基因一旦發生改變，______________。

Answer 1

【答案】 神經 不含 全部紊亂 非棒眼雌蠅 來自于不同的突變體雄蠅，分別攜帶perS和perL基因 核孔 轉錄 負反饋 X 會打破長期進化形成的平衡狀態（或“相對穩定狀態”），導致適應性降低，在自然選擇過程中被淘汰

【解析】試題分析：由于控制羽化節律的基因與棒眼基因（設為A）都是伴X染色體遺傳，結合圖1中親本表現型，則親本基因型為XaPerLY和XAPerXAPer；F1中棒眼雌蠅的基因型為XAPerXaPerL，它與非棒眼短節律雄果蠅（XaPerSY）雜交，則F2中會出現基因型為XaPerLXaPerS、XAPerXaPerS的雌果蠅以及基因型為XAPerY、XaPerLY的雄果蠅。若F2非棒眼雌果蠅（即XaPerLXaPerS）表現型為長節律，則PerL對PerS為顯性；若表現型為短節律，則PerS對PerL為顯性。若F2棒眼雌果蠅（即XAPerXaPerS）表現型為正常節律，則Per對PerS為顯性；若表現型為短節律，則PerS對Per為顯性。利用該雜交方法，還判斷per基因與突變基因PerL、PerO間顯隱性。分析圖2中T蛋白基因、Per基因、X蛋白基因分別控制T蛋白、P蛋白和X蛋白的合成，并從細胞核內經核孔到細胞質中。其中，T蛋白在白天會降解；P蛋白只有在T蛋白缺乏時會降解；若T蛋白和P蛋白均在晚上合成時則在細胞質中形成二聚體P-T蛋白，并經核孔到細胞核中控制相關基因的轉錄；而其中的X蛋白能正常控制羽化日節律。

（1）羽化節律是果蠅的一種生命活動，而動物的生命活動是由神經系統和內分泌系統共同調控完成的。

（2）兩條X染色體融合在一起的雌蠅在減數分裂中會產生不含X染色體的卵細胞或含1條融合X染色體的卵細胞。當不含X染色體的卵細胞與正常含1條X染色體的精子結合形成受精卵，則發育產生只含1條X染色體的雄果蠅。若只含1條X染色體的羽化紊亂，子代雄果蠅也只含這一條X染色體，且全部表現為羽化紊亂，則說明控制羽化紊亂的突變基因位于該X染色體。

（3）根據（2）小題，由于控制羽化節律的基因與棒眼基因（設為A）都是伴X染色體遺傳，結合圖1中親本表現型，則親本基因型為XaPerLY和XAPerXAPer；F1中棒眼雌蠅的基因型為XAPerXaPerL，它與非棒眼短節律雄果蠅（XaPerSY）雜交，則F2中會出現基因型為XaPerLXaPerS、XAPerXaPerS的雌果蠅以及基因型為XAPerY、XaPerLY的雄果蠅。所以可以通過觀察F2非棒眼雌果蠅（即XaPerLXaPerS）的表現型和棒眼雌果蠅（即XAPerXaPerS）的表現型來判斷PerL、PerS的顯隱性以及PerS、Per的顯隱性，因為根據遺傳規律可知，F2雌雄個體的X染色體上正好含有PerL和PerS、PerS和Per基因。

（4）結合前面的分析可知，P蛋白和T蛋白積累到一定數量時，會在細胞質內結合形成P-T蛋白二聚體，二聚體通過核孔進入細胞核，抑制相關基因的轉錄，從而減少二聚體的形成，這是一種（負）反饋調節機制。白天時，T蛋白降解，X蛋白積累量增加，動物表現出日節律現象。

（5）在不同生物體上日節律現象都呈現參與調控的基因和分子機制高度相似且在進化上比較保守，這是因為基因一旦發生改變，會打破長期進化形成的相對平衡狀態，導致生物的適應性降低，在自然選擇過程中被淘汰。