题目内容
【题目】地球上的生命随地球和其他星球的节律性运动而表现出的节律性现象就是通常所说的生物钟。果蝇的羽化（由蛹变为蝇）时间表现出明显的昼夜节律，野生型果蝇羽化节律周期为24小时。为研究果蝇生物钟的遗传规律和分子机制，科学家对果蝇羽化开展了系列研究。
（1）用甲磺酸乙酯处理正常眼雄性果蝇，三个突变体S、L、O，其羽化周期分别变为19h、29h和无节律，然后分别与棒状眼（伴X显性遗传）纯合果蝇杂交，杂交过程和结果下图所示：
①分析杂交结果可知，三种突变体的突变基因为___基因，均位于___染色体上。为确定三个突变基因之间的关系，将上述杂交中来源于突变体S、L的F1的棒状眼雌蝇与突变体O雄蝇杂交，然后选择___雌蝇进行检测。其表现型均为___，说明突变基因由同一基因突变而来；若其表现型均为____，说明突变基因由不同的基因突变而来。
②检测结果与第一种情况相符，野生型基因和三个突变基因分别命名为per、perS、perL、perO，这体现了基因突变____特性。
（2）通过测序发现perO基因中发生___，导致密码子由编码谷氨酰胺（CAA、CAG）变为终止密码子（UAA、UAG、UGA），从而导致翻译提前终止，无法合成正常的蛋白质，导致果蝇羽化无节律。
（3）科学家推测，果蝇通过调节per mRNA 的积累量，进而调节昼夜节律。为验证这一推测，科学家测定了野生型果蝇per mRNA的含量（图1），并利用____扩增，构建___目的基因表达载体，导入perO个体中，构建含有不同数目目的基因的果蝇株系，测定其per mRNA平均含量（图2）。
分析上述结果可知，per mRNA的含量与羽化周期长度呈____。果蝇通过直接调节per 基因的__，使per的___和____呈周期性变化，使羽化节律呈周期性的变化。
（4）现在科学家对果蝇以24小时为周期的生物钟的构成和机理已经有了基本了解。表达产生的per蛋白与其他蛋白相互作用并在细胞质中逐渐累积，达到一定量后又被转运到细胞核中，抑制per以及羽化相关基因的表达，在细胞质中的per蛋白被逐渐水解，从而构成了一个以24小时为周期的____调节。
（5）perS、perL突变的mRNA含量及周期变化均正常，但合成的蛋白质中一个氨基酸被替换，据此推测perS、perL突变体羽化节律变化的原因是__________。
【答案】 隐性 X 正常眼 节律异常 节律正常 多方向性 G—C→T—A PCR技术 per基因 负相关 转录 mRNA含量 蛋白质含量 负反馈 perS指导合成的蛋白质稳定性升高或perL指导合成的蛋白质稳定性下降（perS指导合成的蛋白质活性增强或perL指导合成的蛋白质或活性减弱）
【解析】试题分析：本题考查伴性遗传、基因的表达、基因工程，考查对伴性遗传规律、基因表达过程、基因工程步骤的理解和应用，解答此题，可根据F2中性状分离比判断节律基因的显隐性及在染色体上的位置，根据mRNA的作用及其含量的变化推测果蝇羽化节律周期性变化的原因。
（1）根据F2中节律正常与节律异常之比为3∶1,且只有雄性表现为节律异常，可判断节律异常基因为隐性基因，且位于X染色体上。三个突变体S、L、O均为正常眼，来源于突变体S、L的F1的棒状眼雌蝇的一条X染色体上一定含有来源于突变体S、L的隐性突变基因，将其分别与突变体O雄蝇杂交，正常眼雌蝇的两条X染色体一定来自于突变体，因此应选择正常眼雌蝇进行检测。若突变基因由同一基因突变而来，则正常眼雌蝇含有纯合的节律异常基因，表现为节律异常；若突变基因由不同的基因突变而来，则正常眼雌蝇节律基因杂合，表现为节律正常。
②野生型基因per可突变为perS、perL、perO三个突变基因，这体现了基因突变的多方向性。
（2）根据密码子由编码谷氨酰胺（CAA、CAG）变为终止密码子（UAA、UAG、UGA），可判断是密码子中第一个碱基C变为U所致，根据转录过程中的碱基互补配对原则，对应于基因中的碱基对，应是G—C对变为A—T对所致。
（3）获得野生型果蝇per mRNA后，可通过逆转录过程获得per 基因，用PCR技术扩增per 基因，然后构建per 基因表达载体，导入perO个体中，构建含有不同数目per 基因的果蝇株系。据图2可知，per mRNA的含量越高，羽化周期越短，与羽化周期长度呈负相关。per mRNA由per 基因转录而来，并通过翻译控制相关蛋白的合成。推测果蝇通过直接调节per 基因的转录，使per的mRNA和蛋白质呈周期性变化，使羽化节律呈周期性的变化。
（4）per基因表达产生的per蛋白与其他蛋白相互作用并在细胞质中逐渐累积，达到一定量后又被转运到细胞核中，抑制per以及羽化相关基因的表达，反应产物反过来抑制反应过程，属于负反馈调节。
（5）突变体S的羽化周期变为19h，周期变短，突变体L的羽化周期变为29h，周期延长，perS、perL突变的mRNA含量及周期变化均正常，但合成的蛋白质中一个氨基酸被替换，据此推测perS指导合成的蛋白质稳定性升高，或其活性增强，能更好地促进羽化，使突变体S羽化周期变短；perL指导合成的蛋白质稳定性下降，或其活性减弱，使羽化过程受抑制，导致突变体L羽化周期变长。
