生物知识拓展——生物探针、电泳、测序

一、DNA探针

DNA探针是最常用的核酸探针，指长度在几百碱基对以上的双链DNA或单链DNA探针。可荧光标记或探针标记。

例1.DNA探针是能与目的DNA配对的带有标记的一段核苷酸序列，可检测识别区间的任意片段，并形成杂交信号。某探针可以检测果蝇Ⅱ号染色体上特定DNA区间。某果蝇的Ⅱ号染色体中的一条染色体部分区段发生倒位，如下图所示。用上述探针检测细胞有丝分裂中期的染色体（染色体上“—”表示杂交信号），结果正确的是（　　）

答案：B

例2(2022·广东高考)遗传病检测和预防对提高我国人口素质有重要意义。一对表型正常的夫妇，生育了一个表型正常的女儿和一个患镰刀型细胞贫血症的儿子(致病基因位于11号染色体上，由单对碱基突变引起)。为了解后代的发病风险，该家庭成员自愿进行了相应的基因检测(如图所示)。下列叙述错误的是(　 )

A．女儿和父母基因检测结果相同的概率是2/3

B．若父母生育第三胎，此孩携带该病致病基因的概率是3/4

C．女儿将该病致病基因传递给下一代的概率是1/2

D．该家庭的基因检测信息应受到保护，避免基因歧视

[解析]　据题意和题图的基因检测结果可知，镰刀型细胞贫血症为常染色体隐性遗传病，设相关基因为A/a，则父母的基因型均为Aa，儿子的基因型为aa，女儿的基因型为1/3AA、2/3Aa。由试题分析可知，女儿和父母基因检测结果相同的概率为2/3，A正确；若父母生育第三胎，则第三胎孩子的基因型为1/4AA或2/4Aa或1/4aa，故此孩携带该病致病基因的概率为3/4，B正确；女儿的基因型为1/3AA、2/3Aa，故女儿将该病致病基因传递给下一代的概率为2/3×1/2＝1/3，C错误；该家庭的基因检测信息应受到保护，以避免基因歧视，D正确。

[答案]　C

例3.(2022·河北高考)（多选）15. 囊性纤维病是由CFTR蛋白异常导致的常染色体隐性遗传病，其中约70%患者发生的是CFTR蛋白508位苯丙氨酸（Phe⁵⁰⁸）缺失。研究者设计了两种杂交探针（能和特异的核酸序列杂交的DNA片段）：探针1和2分别能与Phe⁵⁰⁸正常和Phe⁵⁰⁸缺失的CFTR基因结合。利用两种探针对三个家系各成员的基因组进行分子杂交，结果如下图。下列叙述正确的是（　　）    

A. 利用这两种探针能对甲、丙家系Ⅱ-2的CFTR基因进行产前诊断

B. 乙家系成员CFTR蛋白的Phe⁵⁰⁸没有缺失

C. 丙家系Ⅱ-1携带两个DNA序列相同的CFTR基因

D. 如果丙家系Ⅱ-2表型正常，用这两种探针检测出两条带的概率为1/3

【答案】BD

【解析】

【分析】遗传病的监测和预防：产前诊断、遗传咨询、禁止近亲婚配、提倡适龄生育。

【详解】A、基因探针通过碱基互补配对与待测基因结合，所以利用这两种探针能对甲、丙家系Ⅱ-2的CFTR基因进行产前诊断，A正确；

B、从乙家系成员的分子杂交结果可知，各个体内都只含能与探针1结合的Phe⁵⁰⁸正常的CFTR基因，所以乙家系成员CFTR蛋白的Phe⁵⁰⁸没有缺失，B正确；

C、丙家系的Ⅱ-1体内所含基因能与探针1和2结合，说明携带两个DNA序列不同的CFTR基因，一个是Phe⁵⁰⁸正常的CFTR基因，另一个是Phe⁵⁰⁸缺失的CFTR基因，C错误；

D、假设A/a为相关基因，丙家系的患病原因不是因为CFTR蛋白508位苯丙氨酸（Phe⁵⁰⁸）缺失，根据其父亲基因型为Aa，母亲基因型为AA，Ⅱ-2可能的基因型为AA:Aa=1:1，用这两种探针检测出两条带（基因型为Aa）的概率为1/2，D错误。

二、抗体探针    

又称蛋白质探针，能和与之相对应的抗原蛋白发生特异结合。抗体探针检测法是一种，以抗体探针为基础的免疫学检测方法。

例4.（2021湖北卷）18.人类的ABO血型是由常染色体上的基因I^A、I^B和i（三者之间互为等位基因）决定的。I^A基因产物使得红细胞表面带有A抗原，I^B基因产物使得红细胞表面带有B抗原。I^AI^B基因型个体红细胞表面有A抗原和B抗原，ii基因型个体红细胞表面无A抗原和B抗原。现有一个家系的系谱图（如图），对家系中各成员的血型进行检测，结果如下表，其中“+”表示阳性反应，“-”表示阴性反应。

下列叙述正确的是（    ）

A. 个体5基因型为I^Ai，个体6基因型为I^Bi

B. 个体1基因型为I^AI^B，个体2基因型为I^AI^A或I^Ai

C. 个体3基因型为I^BI^B或I^Bi；个体4基因型为I^AI^B

D. 若个体5与个体6生第二个孩子，该孩子的基因型一定是ii

答案：A

三、电泳图谱

    1. 原理电泳是利用带电分子或离子所带电荷或分子量不同，在电场中移动距离（或速度）不同的原理分离分子或离子的方法，如等位基因A与a，经限制酶切开后，由于相关片段分子量等差异，在电场中移动距离不同，从而使两种基因得以分离。

例5.（2022湖北卷）为了分析某21三体综合征患儿的病因，对该患儿及其父母的21号染色体上的A基因（A1~A4）进行PCR扩增，经凝胶电泳后，结果如图所示。关于该患儿致病的

原因叙述错误的是（   ）

A. 考虑同源染色体交叉互换，可能是卵原细胞减数第一次分裂21号染色体分离异常

B. 考虑同源染色体交叉互换，可能是卵原细胞减数第二次分裂21号染色体分离异常

C. 不考虑同源染色体交叉互换，可能卵原细胞减数第一次分裂21号染色体分离异常    

D. 不考虑同源染色体交叉互换，可能是卵原细胞减数第二次分裂21号染色体分离异常

【答案】D

【解析】

【分析】 减数分裂过程：1、细胞分裂前的间期：细胞进行DNA复制；2、减一前期：同源染色体联会，形成四分体，形成染色体、纺锤体，核仁核膜消失，同源染色体非姐妹染色单体可能会发生交叉互换；3、减一中期：同源染色体着丝点（粒）对称排列在赤道板两侧；4、减一后期：同源染色体分离，非同源染色体自由组合，移向细胞两极；5、减一末期：细胞一分为二，形成次级精母细胞或形成次级卵母细胞和第一极体；6、减二前期：次级精母细胞中染色体再次聚集，再次形成纺锤体；7、减二中期：染色体着丝点排在赤道板上；8、减二后期：染色体着丝点（粒）分离，染色体移向两极；9、减二末期：细胞一分为二，次级精母细胞形成精细胞，次级卵母细胞形成卵细胞和第二极体。

【详解】A、如果发生交叉互换，卵原细胞减数第一次分裂21号染色体分离异常，A2、A3所在的染色体可进入同一个卵细胞，A正确；

B、考虑同源染色体交叉互换，卵原细胞减数第二次分裂21号染色体分离异常，A2、A3所在的染色体可进入同一个卵细胞，B正确；

C、不考虑同源染色体交叉互换，可能是卵原细胞减数第一次分裂21号染色体分离异常，C正确。

D、不考虑同源染色体交叉互换，患儿含有三个不同的等位基因，不可能是卵原细胞减数第二次分裂21号染色体分离异常，D错误。

故选D。

例6.（2023湖北考卷）某二倍体动物种群有100个个体，其常染色体上某基因有A₁、A₂、A₃三个等位基因。对这些个体的基因A₁、A₂、A₃进行PCR扩增，凝胶电泳及统计结果如图所示。该种群中A₃的基因频率是（　　）    

A. 52%   B. 27%   C. 26%   D. 2%

答案：B

例7.人类有一种隐性遗传病(M)，其致病基因a是由基因A编码序列部分缺失产生的。从人组织中提取DNA，经酶切、电泳和DNA探针杂交得到条带图，再根据条带判断个体的基因型。如果只呈现一条带，说明只含有基因A或a；如果呈现两条带，说明同时含有基因A和a。对如图1所示某家族成员1～6号分别进行基因检测，得到的条带图如图2所示。下列叙述错误的是(　 )

A．基因A的编码序列部分缺失产生基因a的变异属于基因突变

B．据图可推测基因A、a位于X染色体上

C．成员8号的基因型是为X^AY或X^aY

D．若7号是白化病基因携带者，与一仅患白化病的男性结婚，生出两病皆患孩子的概率是1/8

解析：选D　致病基因a是由基因A编码序列部分缺失产生的，因此变异类型属于基因突变，A正确；条带图中成员1只含基因A，成员2只含基因a，而成员4只含基因A，若基因位于Y染色体上，1号为女性不应携带相应等位基因，若基因位于常染色体上，则AA×aa不可能出现子代基因型为AA的个体，故A、a基因位于X染色体上，B正确；致病基因位于X染色体上，此病为伴X染色体隐性遗传病，5、6的基因型为X^AX^a和X^AY，则成员8的基因型为X^AY或X^aY，C正确；若7号是白化病基因携带者，与一个仅患白化病的男性结婚，设白化病基因由等位基因B/b控制，则7号基因型为1/2BbX^AX^A或1/2BbX^AX^a，其丈夫基因型为bbX^AY，后代患白化病(bb)的概率为1/2，患M病(X^aY)的概率为1/2×1/4＝1/8，他们生出一个同时患白化病和M病的孩子，即bbX^aY的概率是1/2×1/8＝1/16，D错误。    

四、基因测序

例8.[多选](2021·河北高考)杜氏肌营养不良(DMD)是由单基因突变引起的伴X隐性遗传病，男性中发病率约为1/4 000。甲、乙家系中两患者的外祖父均表现正常，家系乙Ⅱ2还患有红绿色盲。两家系部分成员DMD基因测序结果(显示部分序列，其他未显示序列均正常)如图。下列叙述错误的是(　 )

A．家系甲Ⅱ-1和家系乙Ⅱ-2分别遗传其母亲的DMD致病基因

B．若家系乙Ⅰ-1和Ⅰ-2再生育一个儿子，儿子患两种病的概率比患一种病的概率低

C．不考虑其他突变，家系甲Ⅱ2和家系乙Ⅱ-1婚后生出患DMD儿子的概率为1/8

D．人群中女性DMD患者频率远低于男性，女性中携带者的频率约为1/4 000

解析：选ABD　据题意分析，杜氏肌营养不良(DMD)是由单基因突变引起的伴X隐性遗传病，红绿色盲也是伴X隐性遗传病，控制这两种病的基因均位于X染色体上，属于连锁遗传。根据家系甲部分成员DMD基因测序结果可知，Ⅰ-2个体基因序列正常，Ⅱ-1个体基因序列异常，假设DMD的相关基因用B、b表示，则Ⅰ-2的基因型为X^BX^B，Ⅱ-1的基因型为X^bY，则Ⅱ-1患病的原因可能是其发育过程中发生了基因突变或母亲产生配子时发生了基因突变。根据家系乙部分成员DMD基因测序结果可知，若红绿色盲的相关基因用A、a表示，则Ⅰ2的基因型为X^ABX^ab，Ⅱ2的基因型为X^abY，则家系乙Ⅱ2遗传其母亲的DMD致病基因，A错误；若家系乙Ⅰ1(X^ABY)和Ⅰ2(X^ABX^ab)再生育一个儿子，由于a、b基因连锁，互换的概率较低，因此，儿子患两种病的概率高于患一种病的概率，B错误；不考虑其他突变，家系甲Ⅱ2的基因型为X^BY，家系乙Ⅰ1的基因型为X^BY，Ⅰ2的基因型为X^BX^b，则Ⅱ1基因型为X^BX^b的概率是1/2，家系甲Ⅱ2和家系乙Ⅱ1婚后生出患DMD儿子的概率为1/2×1/4＝1/8，C正确；由于DMD是由单基因突变引起的伴X隐性遗传病，人群中女性DMD患者(X^bX^b)频率远低于男性(X^bY)，由题干信息可知，男性中发病率约为1/4 000，即X^b＝1/4 000，则X^B＝3 999/4 000，女性中携带者的频率约为2×1/4 000×3 999/4 000≈1/2 000，D错误。   

例9.（2021天津）某患者被初步诊断患有SC单基因遗传病,该基因位于常染色体上。调查其家系发现,患者双亲各有一个SC基因发生单碱基替换突变,且突变位于该基因的不同位点。调查结果见下表。

注:测序结果只给出基因一条链(编码链)的碱基序列,[605G/A]表示两条同源染色体上SC基因编码链的第605位碱基分别为G和A。其他类似。

若患者的姐姐两条同源染色体上SC基因编码链的第605和731位碱基可表示为如图,根据调查结果,推断该患者相应位点的碱基应为   (  )

答案：A