Question

【题目】斑马鱼的胚胎发育过程中要形成体轴，发育过程中沿体轴依序分化形成各种组织器官。我国科学家发现一种由于21号染色体上的hwa基因突变导致的无体轴突变品系，其胚胎形似葫芦（如图1所示）。为研究hwa基因的作用机制，研究者进行了相关研究。

（1) 胚胎在发育早期，通过基因的____实现细胞分化，从而形成体轴。

（2）为确定hwa基因的遗传机制，研究者以表现型正常但基因型不同的雌雄个体为亲本，进行了图2所示的杂交实验。（“+”表示有正常基因，“-”表示基因突变）

①目前研究表明斑马鱼无性染色体，性别受遗传和环境共同作用。实验一和实验二在遗传学上称为__交实验，两组实验F1的表现型不同，说明父本和母本对后代的影响不同。

②据实验一的F1、F2和F3表现型与基因型比例，推测_____（选填“父本”或者“母本”）的hwa基因对子代胚胎发育起作用，作出此推测的依据是__________。

（3）为证实上述推测，研究者将hwa基因编码的mRNA导入母本基因型为（hwa-/-）的胚胎中，以研究hwa基因在胚胎发育中对体轴形成的影响，结果如图3所示。

注射无关mRNA的目的是_______________。实验结果显示__________。

（4）综合上述研究，解释葫芦型胚胎形成的原因是_______________。

（5）研究表明β-cat蛋白进入细胞核能够促进体轴正常发育，科研人员推测hwa基因编码的mRNA能够促进β-cat蛋白进入细胞核。为验证上述推测，请以母本基因型为hwa-/-的胚胎为实验材料，设计实验并预期实验结果。

Answer 1

【答案】选择性表达 正反 母本 实验一中F1表型正常， F2的表现型均正常，F3表现型中正常：异常＝3:1，这与对F1、F2和F3基因型的推断不符，每代的基因组成控制下一代表现型，即母本为hwa+/+，则F1为正常，F1为hwa+/-，F2表现型正常，基因型hwa+/+：hwa+/-：hwa-/-＝1:2:1， F3出现了正常个体与异常个体3:1，推断母本的hwa基因对子代胚胎发育起作用 作为阴性对照，排除注射操作、mRNA等对实验结果的影响 一定（低）剂量的hwa编码的mRNA能诱导hwa-/-胚胎的体轴形成，剂量过大会引起胚胎体轴发育过度，导致胚胎体轴严重背侧化 母本hwa基因突变产生的mRNA通过卵细胞传给子代胚胎，hwa-/-所产卵细胞中无正常的hwa+mRNA，故出现无体轴胚胎（葫芦型胚胎）

【解析】

分析图2中的正反交实验可知，母本的基因型不同，可导致子代的表现型不同，正反交实验F1的基因型均为hwa+/-，但母本为hwa+/+时F1都正常，而母本为hwa-/-时F1都异常，在根据实验一中F1基因型为hwa+/-时，所产生的F2均为正常个体，可推测：子代表现型与母本是否含有hwa基因有关。

分析图3，一定（低）剂量的hwa编码的mRNA能诱导hwa-/-胚胎的体轴形成，剂量过大会引起胚胎体轴发育过度，导致胚胎体轴严重背侧化。

（1）细胞分化的实质是基因的选择性表达。所以胚胎在发育早期，通过基因的选择性表达实现细胞分化，从而形成体轴。

（2）①实验一和实验二父本和母本的基因型进行了交换，属于正反交实验。

②实验一中F1基因型为hwa+/-，F2基因型为hwa+/+：hwa+/-：hwa-/-，理论上F2表现型应为3:1。但实际的表现型均为正常，在F3中才出现正常个体与异常个体3:1，这一比例与F2基因型（hwa+/+：hwa+/-：hwa-/-）中有无hwa+一致，可说明母本的hwa基因对子代胚胎发育起作用。即做出此推断的依据为：实验一中F1表型正常， F2的表现型均正常，F3表现型中正常：异常＝3:1，这与对F1、F2和F3基因型的推断不符，每代的基因组成控制下一代表现型，即母本为hwa+/+，则F1为正常，F1为hwa+/-，F2表现型正常，基因型hwa+/+：hwa+/-：hwa-/-＝1:2:1， F3出现了正常个体与异常个体3:1，推断母本的hwa基因对子代胚胎发育起作用。

（3）本实验是向母本基因型为（hwa-/-）的胚胎中，注入hwa基因编码的mRNA，以研究hwa基因在胚胎发育中对体轴形成的影响，所以自变量为注射hwa基因编码的mRNA的剂量，注射mRNA的剂量为0的组作为空白对照，而注射无关mRNA的目的是作为阴性对照，排除注射操作、mRNA等对实验结果的影响。分析图3可知，一定（低）剂量的hwa编码的mRNA能诱导hwa-/-胚胎的体轴形成，剂量过大会引起胚胎体轴发育过度，导致胚胎体轴严重背侧化。

（4）结合实验一和二的杂交结果（母本为hwa+/+，后代都正常，母本为hwa-/-，后代都异常）以及图3结果，说明母本hwa基因突变产生的mRNA通过卵细胞传给子代胚胎，hwa-/-所产卵细胞中无正常的hwa+mRNA，故出现无体轴胚胎（葫芦型胚胎）。

（5）研究表明β-cat蛋白进入细胞核能够促进体轴正常发育，科研人员推测hwa基因编码的mRNA能够促进β-cat蛋白进入细胞核。为验证上述推测，实验的自变量为是否有hwa基因编码的mRNA，参照图3的实验，对照组可注射无关mRNA以排除注射操作、mRNA等对实验结果的影响，培养一段时间后检测细胞中总-cat蛋白含量及细胞核内-cat蛋白的含量；并观察体轴发育。所以实验思路和预期实验结果为：

实验组：向hwa-/-胚胎中注射hwa基因编码的mRNA，检测细胞中总-cat蛋白含量及细胞核内-cat蛋白的含量；观察体轴发育；

对照组：向hwa-/-胚胎中注射无关mRNA，检测细胞中总-cat蛋白含量及细胞核内-cat蛋白的含量；观察体轴发育；

预期实验结果：实验组与对照组相比，实验组细胞核内-cat蛋白含量增加，而细胞中总-cat蛋白含量无明显差异；实验组体轴发育正常个体较多。