第29屆國(guó)際生物學(xué)奧林匹克競(jìng)賽試題理論2-1

范六民 周 潔 楊 揚(yáng) 張 立 張雁云

（1北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 北京 100871 2華中師范大學(xué)第一附屬中學(xué) 湖北武漢 430223 3清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 北京 100084 4北京師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 北京 100875）

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題目

1～16 題：生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)；17～31題：動(dòng)物生理學(xué)與解剖學(xué)；32～40題：植物生理學(xué)；41～51題：生態(tài)學(xué)與進(jìn)化。

將采用以下計(jì)分方案：

1）有4個(gè)陳述的問(wèn)題：

正確的陳述數(shù)量01234分?jǐn)?shù)0.00.00.00.51.0

2）有5個(gè)陳述的問(wèn)題：

正確的陳述數(shù)量012345分?jǐn)?shù)0.000.000.000.250.751.25

注意：沒(méi)有負(fù)分。嘗試回答盡可能多的問(wèn)題。

生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)

1.連鎖：HapMap項(xiàng)目旨在估計(jì)不同個(gè)體的基因組之間的變異量。該項(xiàng)目的成果之一是鑒定人類(lèi)基因組中的許多SNP（單核苷酸多態(tài)性）。目前觀察到的絕大多數(shù)（這里假設(shè)所有）SNP僅作為2個(gè)（不是4個(gè)）核苷酸中的一個(gè)存在。

因此，對(duì)于由n個(gè)SNP組成的基因組區(qū)域，可想到有2n中SNP組合。事實(shí)上，通過(guò)對(duì)數(shù)百人的SNP測(cè)序發(fā)現(xiàn)，通常存在更少數(shù)量的組合。實(shí)際上，在基因組的一個(gè)區(qū)域中觀察到的SNP組合被命名為該區(qū)域的SNP單倍型。下圖是這一發(fā)現(xiàn)的代表，顯示了來(lái)自全世界不同種群的20個(gè)個(gè)體的第5號(hào)染色體區(qū)域中的26個(gè)相鄰SNP的基因型。每個(gè)個(gè)體僅分離出1個(gè)第5號(hào)染色體的拷貝?；趯?duì)所有SNP具有相同的基因型組合（即具有相同的單倍型）對(duì)染色體進(jìn)行分組。

判斷以下陳述是否正確。

A.預(yù)計(jì)重組事件不會(huì)影響種群中觀察到的單倍型數(shù)量

B.如果實(shí)際上所分析的26個(gè)SNP的所有可想到的單倍型都存在于人群中，則分析的20個(gè)染色體中的任何2個(gè)都不具有相同的單倍型

C.基于表中呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)，僅從新研究中來(lái)自同一群體的個(gè)體的第5號(hào)染色體SNP 19和SNP 23處核苷酸的信息，可預(yù)測(cè)那些個(gè)體的第5號(hào)染色體剩余24個(gè)SNP位置處存在的最可能的核苷酸

D.20條染色體上的數(shù)據(jù)表明，在4種主要單倍型中，單倍型IV具有最小數(shù)量的序列變異

2.Berk-Sharp作圖：有一個(gè)實(shí)驗(yàn)方法可鑒定基因結(jié)構(gòu)中外顯子和內(nèi)含子。該實(shí)驗(yàn)流程包括：1段包含1個(gè)目的基因的雙鏈DNA片段的分離與變性；分離該目的基因的成熟mRNA；序列互補(bǔ)的單鏈核酸分子的雜交；3種類(lèi)型的化學(xué)或酶促反應(yīng)的表現(xiàn)；以及在非變性膠中的電泳。與化學(xué)或酶促反應(yīng)有關(guān)的相關(guān)因素如下：

S1：降解單鏈（ss）核酸分子或單鏈區(qū)域的核酸酶。它不會(huì)降解雙鏈（ds）分子或雙鏈區(qū)域。

外切核酸酶VII：外切核酸酶，其在5′至3′和3′至5′方向上，降解單鏈核酸或單鏈末端的雜交核酸。它不會(huì)降解分子中的雙鏈分子或雙鏈部分。

堿性條件會(huì)降解RNA但不會(huì)降解DNA。

實(shí)驗(yàn)與1個(gè)未經(jīng)歷選擇性剪接的基因有關(guān)，如下所示；適當(dāng)大小的DNA標(biāo)樣包括在電泳步驟中：

A.將變性的DNA與過(guò)量的mRNA雜交，然后進(jìn)行S1處理，接著進(jìn)行堿處理，再進(jìn)行電泳。

B.變性DNA與過(guò)量mRNA雜交，然后進(jìn)行S1處理，再進(jìn)行電泳。

C.變性DNA與過(guò)量mRNA雜交，然后進(jìn)行外切核酸酶VII處理，接著進(jìn)行堿處理，再進(jìn)行電泳。

判斷以下陳述是否正確。

A.在反應(yīng)A的電泳模式中觀察到3條帶，表示目的基因具有3個(gè)外顯子

B.反應(yīng)A的結(jié)果可預(yù)測(cè)在反應(yīng)B電泳后可見(jiàn)的條帶數(shù)量和大小

C.反應(yīng)B的結(jié)果可幫助估計(jì)目的基因的大小

D.反應(yīng)A和B的組合結(jié)果可幫助預(yù)測(cè)目的基因內(nèi)含子的大小

E.3個(gè)反應(yīng)A、B和C的組合結(jié)果將允許預(yù)測(cè)感興趣基因的ORF（open reading frame，開(kāi)放閱讀框）的長(zhǎng)度

3.mRNA剪接：在剪接方面，很久之前出現(xiàn)的一個(gè)問(wèn)題是，在帶有多個(gè)內(nèi)含子的基因轉(zhuǎn)錄本中，去除內(nèi)含子的時(shí)間順序是否與內(nèi)含子的物理順序相同。

為了研究此問(wèn)題，使用含有7個(gè)內(nèi)含子（A～G）的卵類(lèi)粘蛋白編碼基因（5.6 Kbp）作為研究對(duì)象。從表達(dá)卵類(lèi)粘蛋白的細(xì)胞的細(xì)胞核分離RNA，然后進(jìn)行Northern印跡。Northern印跡中使用的探針是被標(biāo)記的卵類(lèi)粘蛋白編碼基因的DNA。Northern印跡的圖像如下所示。凝膠中的每個(gè)主要條帶代表提取的RNA，使用內(nèi)含子特異性探針尋找各種條帶的RNA分子中是否含有特定內(nèi)含子。最后，基于通過(guò)剪接去除的內(nèi)含子的數(shù)量對(duì)RNA分子進(jìn)行分組，并且計(jì)算揭示在各種加工的RNA分子中丟失的內(nèi)含子的身份。這些計(jì)算結(jié)果也在下表中給出。

判斷以下陳述是否正確。

A.Northern印跡的圖像表明，從卵類(lèi)粘蛋白初級(jí)轉(zhuǎn)錄物中去除內(nèi)含子的順序不是隨機(jī)的

B.表中的數(shù)據(jù)顯示，在移除內(nèi)含子G之前，內(nèi)含子E通常但不總是從初級(jí)轉(zhuǎn)錄物中被除去

C.表中的數(shù)據(jù)表明，內(nèi)含子A、B和C通常在內(nèi)含子D和G之前從初級(jí)轉(zhuǎn)錄物中被除去

D.所呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)表明，在分析時(shí)，更高度處理的轉(zhuǎn)錄物的濃度通常逐漸增加

從卵類(lèi)粘蛋白的細(xì)胞核RNA去除內(nèi)含子[單個(gè)內(nèi)含子的丟失頻率（%）]

4.炎癥性半胱天冬酶：微生物感染和應(yīng)激信號(hào)會(huì)激活諸如半胱天冬酶1的炎癥性半胱天冬酶。當(dāng)被激活時(shí)，它們?cè)贏sp275后切割人類(lèi)體內(nèi)一種稱(chēng)為gasdermin D（GSDMD）的蛋白，以產(chǎn)生N-末端切割產(chǎn)物（GSDMD-NT）和C-末端片段（GSDMD-CT）。GSDMD-NT殺死細(xì)菌并誘導(dǎo)人類(lèi)細(xì)胞中稱(chēng)為細(xì)胞凋亡的程序性細(xì)胞死亡形式。GSDMD-NT導(dǎo)致細(xì)胞死亡的機(jī)制的細(xì)節(jié)尚不清楚。2個(gè)進(jìn)化上保守的帶正電荷的殘基突變?yōu)楸彼岙a(chǎn)生的一種稱(chēng)為GSDMD-NT 2A的蛋白質(zhì)的突變形式。4個(gè)保守帶正電荷的殘基的突變?yōu)楸彼岙a(chǎn)生的GSDMD-NT 4A的突變形式。圖1顯示非還原凝膠電泳的結(jié)果，即等量的野生型和突變形式的GSDMD的N-末端切割產(chǎn)物。

在一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中，將大腸桿菌（E.coli）和金黃色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）暴露于nM濃度的重組形式的GSDMD、GSDMD-NT、GSDMDCT、GSDMD-NT 4A和顆粒溶素（一種已知的細(xì)胞毒性淋巴細(xì)胞成孔蛋白），并通過(guò)測(cè)量菌落形成的減少[菌落形成單位（CFU）]評(píng)估這些分子的抗細(xì)菌效果（圖2）。其他實(shí)驗(yàn)顯示了野生型和突變型對(duì)人類(lèi)細(xì)胞中的細(xì)胞焦亡（炎癥性細(xì)胞程序性死亡）的影響是相同的。

判斷以下陳述是否正確。

A.數(shù)據(jù)顯示GSDMD-NT寡聚化參與了細(xì)胞焦亡

B.GSDMD-NT是比顆粒溶素更有效的抗菌劑

C.通過(guò)將進(jìn)化上保守的堿性殘基突變?yōu)楸彼幔珿SDMD單體之間的二硫鍵數(shù)量不會(huì)改變

D.GSDMD-NT 2A突變體可能不如GSDMDNT那樣有效地誘導(dǎo)細(xì)胞焦亡

5.非整倍體：下圖中5個(gè)不同個(gè)體（1～5）中幾個(gè)染色體對(duì)（底部顯示的對(duì)）的PCR產(chǎn)物的電泳模式可幫助評(píng)估染色體數(shù)目是否異常。已知常染色體單體的單體型是致命的。每個(gè)框中峰的相對(duì)高度反映了該框中2條染色體的拷貝數(shù)比。橫軸表示遷移，縱軸表示熒光強(qiáng)度。

判斷以下陳述是否正確。

A.3個(gè)人表現(xiàn)出三體型

B.2個(gè)人表現(xiàn)出異常單體型

C.2個(gè)人的核型正常

D.不同染色體相關(guān)的PCR產(chǎn)物可具有不同的大小以允許拷貝數(shù)評(píng)估

6.中性粒細(xì)胞的分化：在全反式視黃酸（all trans retinoic acid，ATRA）存在下培養(yǎng)8 d后，HL-60細(xì)胞分化為中性粒細(xì)胞。siRNA是用于抑制基因表達(dá)的合成分子。在下面的實(shí)驗(yàn)中，使用的是針對(duì)PTEN基因的siRNA。膜聯(lián)蛋白V是用于顯示細(xì)胞凋亡的標(biāo)記物，CD11b是中性粒細(xì)胞表面標(biāo)記物。細(xì)胞凋亡和分化細(xì)胞的百分比，以及二者的組合顯示在圖A、圖B和圖C中。在圖A和圖B中，星號(hào)表示統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著性。

判斷以下陳述是否正確。

A.在PTENsiRNA存在時(shí)向中性粒細(xì)胞的分化水平在統(tǒng)計(jì)學(xué)上顯著低于在PTENsiRNA缺失時(shí)的水平

B.圖a和b顯示細(xì)胞凋亡的減少導(dǎo)致在所有時(shí)間點(diǎn)上活的嗜中性粒細(xì)胞數(shù)量的增加

C.圖c顯示在至少2個(gè)時(shí)間點(diǎn)細(xì)胞凋亡與分化的嗜中性粒細(xì)胞數(shù)量之間呈反向相關(guān)

D.在含全反式視黃酸的培養(yǎng)基上培養(yǎng)7 d后，與未分化細(xì)胞相比，PTENsiRNA的應(yīng)用導(dǎo)致分化細(xì)胞中細(xì)胞凋亡極大減少

7.血型：在研究一個(gè)有1 290個(gè)個(gè)體的種群中，具有M、MN和N血型的個(gè)體數(shù)量分別為340、880和70個(gè)。

判斷以下陳述是否正確。

A.基于該數(shù)據(jù)，種群中M和N等位基因的頻率分別為0.7和0.3

B.就MN血型組的等位基因而言，上述種群處于Hardy Weinberg平衡狀態(tài)

C.在某個(gè)種群中，等位基因M的頻率為0.6，等位基因N的頻率為0.4，如果該種群中的個(gè)體間隨機(jī)交配，則后代中MN基因型的頻率將為0.16

D.在某個(gè)起始世代中，基因頻率M=0.6，N=0.4，經(jīng)過(guò)3代隨機(jī)交配后，第4代種群中由MN×MN交配所產(chǎn)生的后代中基因型為MM的頻率將小于10%

（待續(xù)）