資源簡(jiǎn)介

中小學(xué)教育資源及組卷應(yīng)用平臺(tái)
2024新教材生物高考專(zhuān)題復(fù)習(xí)
微專(zhuān)題　常見(jiàn)遺傳病的原理、檢測(cè)鑒定及治療
　　目前許多高考題都是真實(shí)情境改編,如從鐮狀細(xì)胞貧血和地中海貧血癥中提煉情境,以這兩種疾病的致病原理、檢測(cè)方法和基因治療方法為脈絡(luò)進(jìn)行關(guān)鍵能力的考查。
鐮狀細(xì)胞貧血癥和地中海貧血癥都屬于血紅蛋白分子病,由單基因突變引起,但它們的發(fā)病機(jī)制、發(fā)病人群等都不同。
一、致病原理
　　正常血紅蛋白是由兩條α珠蛋白鏈和兩條β珠蛋白鏈構(gòu)成的α2β2四聚體。編碼α珠蛋白的基因位于16號(hào)染色體上,編碼β珠蛋白的基因位于11號(hào)染色體上。
當(dāng)編碼珠蛋白的基因發(fā)生堿基替換或基因片段缺失時(shí),會(huì)使血紅蛋白結(jié)構(gòu)異常,從而導(dǎo)致貧血。例如編碼β珠蛋白的基因發(fā)生堿基替換導(dǎo)致第6位密碼子發(fā)生改變,使該密碼子編碼的氨基酸由谷氨酸變成纈氨酸,導(dǎo)致鐮狀細(xì)胞貧血的產(chǎn)生。例如編碼α珠蛋白的基因因片段缺失,由14 kb變?yōu)?0 kb,會(huì)導(dǎo)致α地中海貧血癥。
二、檢測(cè)方法
例1　(2020山東,17)(不定項(xiàng))如圖表示甲、乙兩種單基因遺傳病的家系圖和各家庭成員基因檢測(cè)的結(jié)果。檢測(cè)過(guò)程中用限制酶處理相關(guān)基因得到大小不同的片段后進(jìn)行電泳,電泳結(jié)果中的條帶表示檢出的特定長(zhǎng)度的酶切片段,數(shù)字表示堿基對(duì)的數(shù)目。下列說(shuō)法正確的是(　　)
　A.甲病的致病基因位于常染色體上,乙病的致病基因位于X染色體上
　B.甲病可能由正常基因發(fā)生堿基對(duì)的替換導(dǎo)致,替換后的序列可被MstⅡ識(shí)別
　C.乙病可能由正常基因上的兩個(gè)BamHⅠ識(shí)別序列之間發(fā)生堿基對(duì)的缺失導(dǎo)致
　D.Ⅱ4不攜帶致病基因、Ⅱ8攜帶致病基因,兩者均不患待測(cè)遺傳病
答案　CD
　　一般常見(jiàn)的地中海貧血癥基因可以利用限制性片段長(zhǎng)度多態(tài)(RFLP)技術(shù)進(jìn)行檢測(cè),即先用PCR技術(shù)擴(kuò)增編碼珠蛋白的基因,然后利用特定的限制酶切割,最后電泳或利用探針進(jìn)行檢測(cè)。而罕見(jiàn)珠蛋白突變基因的檢測(cè)必須測(cè)序然后與正常基因進(jìn)行序列比對(duì)。
1.鐮狀細(xì)胞貧血的基因診斷
　　正常編碼β珠蛋白的基因βA和編碼鐮狀β珠蛋白的基因βs,序列比較如圖所示。
血紅蛋白 基因 第5、6、7位密碼子所 對(duì)應(yīng)的核苷酸序列 相對(duì)應(yīng)的氨 基酸殘基
βA …CCTGAGGAG… …Pro Glu Glu…
βs …CCTGTGGAG… …Pro Val Glu…
　　正常編碼β珠蛋白的基因第5、6、7位密碼子中含有一個(gè)限制酶MstⅡ的酶切位點(diǎn),發(fā)生鐮狀突變后該酶切位點(diǎn)消失。檢測(cè)時(shí)對(duì)編碼β珠蛋白的基因序列進(jìn)行PCR擴(kuò)增,擴(kuò)增產(chǎn)物用MstⅡ酶切,并對(duì)酶切片段進(jìn)行電泳及探針雜交分析,結(jié)果如圖所示。
　　圖示β珠蛋白基因純合子S(SS)、純合子A(AA)和雜合子AS個(gè)體的DNA雜交結(jié)果,探針為β珠蛋白基因5'端的基因片段
2.常見(jiàn)α地中海貧血癥的基因診斷
　　正常編碼α珠蛋白的基因片段及限制酶酶切位點(diǎn),如圖所示。
若用BamHⅠ切割再用探針檢測(cè),含正常編碼α珠蛋白的基因片段為14 kb,含α地中海貧血癥基因的片段因?yàn)榘l(fā)生片段缺失,為10 kb,檢測(cè)結(jié)果如圖所示。
　　上述兩個(gè)案例中,基因單堿基替換和基因片段缺失造成限制酶酶切位點(diǎn)改變,使得不同個(gè)體的同一基因或同一個(gè)體的兩個(gè)等位基因用某種限制酶酶切產(chǎn)生的片段長(zhǎng)度不同,這種通過(guò)對(duì)DNA片段長(zhǎng)度進(jìn)行檢測(cè)和比較,進(jìn)行遺傳學(xué)分析的方法就是RFLP。
例2　(2022天津,17節(jié)選)α地中海貧血是一種常染色體遺傳病,可由α2珠蛋白基因變異導(dǎo)致,常見(jiàn)變異類(lèi)型有基因缺失型和堿基替換突變型。現(xiàn)發(fā)現(xiàn)一例患者,疑似攜帶罕見(jiàn)α2基因變異,對(duì)其家系α2基因進(jìn)行分析。
①檢測(cè)堿基替換突變,發(fā)現(xiàn)祖母不攜帶堿基替換突變;母親的α2基因僅含一個(gè)單堿基替換突變,該變異基因可記錄為“αW”。
②檢測(cè)有無(wú)α2基因缺失,電泳結(jié)果如圖。
(1)將缺失型變異記錄為“-”,正常α2基因記錄為“α”,則祖母的基因型可記錄為“-/α”。仿此,母親的基因型可記錄為　　　　。
(2)經(jīng)鑒定,患者確攜帶一罕見(jiàn)α2基因變異,將該變異基因記錄為“αX”,則其基因型可記錄為“-/αX”,αX屬于　　
　　(缺失型/非缺失型)變異。
(3)患者有一妹妹,經(jīng)鑒定,基因型為“αX/αW”,請(qǐng)?jiān)谏蠄D虛線框中畫(huà)出其在基因缺失型變異檢測(cè)中的電泳圖譜。
答案　(1)-/αW(或αW/-)
(2)非缺失型　(3)
　　罕見(jiàn)的α地中海貧血因突變?cè)蛭粗?不能用常規(guī)RFLP分析,需對(duì)基因進(jìn)行測(cè)序后與正常序列進(jìn)行比對(duì),然后確定突變?cè)颉?br/>三、鐮狀細(xì)胞貧血及β地中海貧血癥基因治療
例3　(2021山東,25節(jié)選)人類(lèi)γ基因啟動(dòng)子上游的調(diào)控序列中含有BCL11A蛋白結(jié)合位點(diǎn),該位點(diǎn)結(jié)合BCL11A蛋白后,γ基因的表達(dá)被抑制。通過(guò)改變?cè)摻Y(jié)合位點(diǎn)的序列,解除對(duì)γ基因表達(dá)的抑制,可對(duì)某種地中海貧血癥進(jìn)行基因治療。科研人員擴(kuò)增了γ基因上游不同長(zhǎng)度的片段,將這些片段分別插入表達(dá)載體中進(jìn)行轉(zhuǎn)化和熒光檢測(cè),以確定BCL11A蛋白結(jié)合位點(diǎn)的具體位置。相關(guān)信息如圖所示。
(2)將構(gòu)建的載體導(dǎo)入除去BCL11A基因的受體細(xì)胞,成功轉(zhuǎn)化后,含F(xiàn)1~F6與R擴(kuò)增產(chǎn)物的載體表達(dá)熒光蛋白,受體細(xì)胞有熒光,含F(xiàn)7與R擴(kuò)增產(chǎn)物的受體細(xì)胞無(wú)熒光。含F(xiàn)7與R擴(kuò)增產(chǎn)物的受體細(xì)胞無(wú)熒光的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　 　。
(3)向培養(yǎng)液中添加適量的雌激素,含F(xiàn)1~F4與R擴(kuò)增產(chǎn)物的受體細(xì)胞不再有熒光,而含F(xiàn)5~F6與R擴(kuò)增產(chǎn)物的受體細(xì)胞仍有熒光。若γ基因上游調(diào)控序列上與引物序列所對(duì)應(yīng)的位置不含有BCL11A蛋白的結(jié)合位點(diǎn)序列,據(jù)此結(jié)果可推測(cè),BCL11A蛋白結(jié)合位點(diǎn)位于　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,理由是　 　。
答案　(2)F7與R擴(kuò)增產(chǎn)物不含完整的啟動(dòng)子,熒光蛋白基因不表達(dá)
(3)引物F4與F5在調(diào)控序列上所對(duì)應(yīng)序列之間的區(qū)段上　根據(jù)有無(wú)熒光情況判斷,F1~F4與R擴(kuò)增產(chǎn)物上均有結(jié)合位點(diǎn),因此結(jié)合位點(diǎn)位于F4所對(duì)應(yīng)調(diào)控序列的下游(右側(cè));F5~F6與R擴(kuò)增產(chǎn)物上均無(wú)結(jié)合位點(diǎn),可知結(jié)合位點(diǎn)位于F5所對(duì)應(yīng)調(diào)控序列的上游(左側(cè)),所以結(jié)合位點(diǎn)位于引物F4與F5在調(diào)控序列上所對(duì)應(yīng)序列之間的區(qū)段上
1.治療原理
　　鐮狀細(xì)胞貧血及β地中海貧血癥均是由編碼β-珠蛋白的基因突變所致。事實(shí)上人體細(xì)胞內(nèi)存在著編碼γ-珠蛋白的基因,在幼年時(shí)會(huì)表達(dá)γ-珠蛋白,γ-珠蛋白與β-珠蛋白功能相似,在幼年時(shí)期能與α珠蛋白結(jié)合形成有活性的α2γ2血紅蛋白,而γ-珠蛋白在人類(lèi)成年后表達(dá)會(huì)顯著下降,所以成年人體內(nèi)主要是α2β2血紅蛋白。因此,如果能夠重新激活γ-珠蛋白基因的表達(dá),就能夠彌補(bǔ)β-珠蛋白的缺失,從而緩解或治愈這兩種遺傳性貧血癥。
　　經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)BCL11A蛋白與γ-珠蛋白的基因表達(dá)抑制有關(guān),γ基因啟動(dòng)子上游的調(diào)控序列中含有BCL11A蛋白結(jié)合位點(diǎn),該位點(diǎn)結(jié)合BCL11A蛋白后,γ基因的表達(dá)被抑制。科研人員設(shè)計(jì)上游引物和下游引物(F1~F7七種引物加引物R),擴(kuò)增γ-珠蛋白的基因啟動(dòng)子上游不同長(zhǎng)度的序列,將擴(kuò)增產(chǎn)物分別插入表達(dá)載體中進(jìn)行轉(zhuǎn)化和熒光檢測(cè),以確定BCL11A蛋白結(jié)合位點(diǎn)的具體位置。最終發(fā)現(xiàn),F4與F5在調(diào)控序列上所對(duì)應(yīng)序列之間的區(qū)段上包含完整的BCL11A蛋白結(jié)合位點(diǎn)。
2.基因治療方法
　　通過(guò)基因編輯技術(shù)敲除造血干細(xì)胞內(nèi)表達(dá)γ-珠蛋白的基因上游的BCL11A蛋白結(jié)合位點(diǎn),可以解除BCL11A蛋白對(duì)表達(dá)γ-珠蛋白的基因的抑制,然后再將經(jīng)基因編輯的造血干細(xì)胞輸回病人體內(nèi),顯著緩解了貧血癥。
21世紀(jì)教育網(wǎng) www.21cnjy.com 精品試卷·第 2 頁(yè) （共 2 頁(yè)）
21世紀(jì)教育網(wǎng)(www.21cnjy.com)

展開(kāi)更多......

收起↑