Genetic disease pedigrees and genetic markers
Question
迟发性脊椎骨骺发育不良（简称SEDL)是一类软骨发育不良遗传病。因其发病较晚（一般10岁后才出现典型症状）而很难对症状前患者进行诊断。研究者对某SEDL家系进行了调查，结果如图1（省略的家系成员均与此病无关），图中除第V代个体外其余均已成年。
（1）据图1分析， SEDL是由 _________性基因控制的遗传病，其致病基因最可能位于___染色体上。图中第V代个体中，可以确定为杂合子的是_______。
（2）为了实现对SEDL的早期诊断和遗传预测，研究者利用遗传标记DXSI6对该家系成员进行分析。已知DXSI6是一类含有CA双核苷酸重复序列的标记，根据长度不同表示为Dl、D2、D3……。该家系部分成员DXSI6标记如图2所示。
①由图推测，遗传标记________ (填“D2”、“D8”或“D10”）可作为SEDL致病基因的标记。
②结合图1、图2,推测家系中未能提供检测样本的13号个体的DXSI6标记是___。
（3）为了阐明SEDL发病的分子机制，研究人员对SEDL的致病基因和相应正常基因的结构及表达过程进行了研究。
① 根据图3信息分析，I序列与Sedlin蛋白的氨基酸序列_______（存在／不存在）对应关系。
② 提取患者、携带者和正常人的 mRNA，经逆转录获得cDNA后PCR扩增其正常基因和致病基因，结果如下表所示。
$\begin{array}{|c|c|c|c|}
\hline
mRNA来源
& 患者
& 携带者
& 正常人
\\\hline
扩增产物长度（bp）
& 567、425
& 679、567、537、425
& 679、537
\\\hline
\end{array}$
经检测，SEDL患者体内不含Sedlin蛋白。推测患者发病的原因：结合图 3和上表数据可以推知，致病基因的成熟mRNA缺失_______序列（用E$_{1}$-E$_{5}$，回答）；
由图3中两种成熟mRNA皆能翻译形成正常的 Sedlin 蛋白推测，该 mRNA的________位于患者缺失的 mRNA序列内，导致翻译无法启动。
③ 基因测序结果表明：与正常基因相比，致病基因仅在I$_{2}$区域发生了A/T→C/G碱基对的替换，这种变异方式属于____________。该变化可引起$mRNA$前体加工过程剪接方式的改变，最终影响蛋白质的合成。
（1）据图1分析， SEDL是由 _________性基因控制的遗传病，其致病基因最可能位于___染色体上。图中第V代个体中，可以确定为杂合子的是_______。
（2）为了实现对SEDL的早期诊断和遗传预测，研究者利用遗传标记DXSI6对该家系成员进行分析。已知DXSI6是一类含有CA双核苷酸重复序列的标记，根据长度不同表示为Dl、D2、D3……。该家系部分成员DXSI6标记如图2所示。
①由图推测，遗传标记________ (填“D2”、“D8”或“D10”）可作为SEDL致病基因的标记。
②结合图1、图2,推测家系中未能提供检测样本的13号个体的DXSI6标记是___。
（3）为了阐明SEDL发病的分子机制，研究人员对SEDL的致病基因和相应正常基因的结构及表达过程进行了研究。
① 根据图3信息分析，I序列与Sedlin蛋白的氨基酸序列_______（存在／不存在）对应关系。
② 提取患者、携带者和正常人的 mRNA，经逆转录获得cDNA后PCR扩增其正常基因和致病基因，结果如下表所示。
$\begin{array}{|c|c|c|c|}
\hline
mRNA来源
& 患者
& 携带者
& 正常人
\\\hline
扩增产物长度（bp）
& 567、425
& 679、567、537、425
& 679、537
\\\hline
\end{array}$
经检测，SEDL患者体内不含Sedlin蛋白。推测患者发病的原因：结合图 3和上表数据可以推知，致病基因的成熟mRNA缺失_______序列（用E$_{1}$-E$_{5}$，回答）；
由图3中两种成熟mRNA皆能翻译形成正常的 Sedlin 蛋白推测，该 mRNA的________位于患者缺失的 mRNA序列内，导致翻译无法启动。
③ 基因测序结果表明：与正常基因相比，致病基因仅在I$_{2}$区域发生了A/T→C/G碱基对的替换，这种变异方式属于____________。该变化可引起$mRNA$前体加工过程剪接方式的改变，最终影响蛋白质的合成。Answer
隐 X 20号 D$_{2}$ D$_{2}$和D$_{8}$ 不存在 E$_{3}$ 起始密码子 基因突变
Explanation
（1）由Ⅰ$_{1}$×Ⅰ$_{2}$→Ⅱ$_{3}$，无中生有为隐性，又因为图中患者均为男性，而Ⅱ$_{3}$的父亲Ⅰ$_{1}$正常，因此最可能是伴X隐性遗传病。第V代个体中，20号的父亲是患者，故20号一定是杂合子。
（2）①根据图1分析可知，在5、6、12、14、15、20、21、22个体中，肯定含有致病基因的有5、12、20，结合图2分析，5、12、20都含有D$_{2}$基因，故推测D$_{2}$可以作为该病致病基因的标记。
②由图1和图2可知，5号是携带者，含有D$_{2}$和D$_{10}$，6号正常，含有D$_{8}$，可知13、14、15号都可能为携带者，而图2显示14号含有D$_{2}$和D$_{8}$，又因为22号含有D$_{2}$和D$_{8}$，故推测13号很可能同时含有D$_{2}$和D$_{8}$。
（3）①由图可知，I区域的核苷酸序列转录后的序列被剪切掉，再进行翻译，故推测I区域的序列与Sedlin蛋白的氨基酸不存在对应关系。
②由图3可知，两种成熟mRNA长度相差一个E$_{2}$对应的序列即142bp，结合PCR扩增产物可知，正常人和患者两种反转录产物的长度差均为：679-567=112bp；537-425=112bp，说明致病基因缺少了一部分核苷酸序列；结合正常基因各序列的长度E$_{3}$的长度为112bp，故推测致病基因的成熟mRNA缺少了E$_{3}$序列，可能导致对应的成熟mRNA缺少了起始密码子，不能进行翻译，从而导致不能合成SEDL蛋白。
③碱基对由A/T→C/G，属于基因突变中碱基对的替换。该突变可能导致了mRNA前体加工过程剪接方式的改变，最终影响蛋白质的合成。
Analysis
由遗传系谱图可知，该家系中全是男性患者，又因为Ⅱ$_{3}$患病，但其父亲Ⅰ$_{1}$不患病，故不是伴Y遗传。无中生有为隐性，又因为该病男性患者的比例多于女性患者的比例，最可能是伴X隐性遗传病。
根据遗传标记结果可知，12号患者只有D$_{2}$一种标记，故D$_{2}$可以作为SEDL致病基因的标记。
根据基因表达过程可知，两种长度不同的成熟mRNA均能翻译成正常的SEDL蛋白。
根据PCR对正常基因和致病基因扩增的结果分析可知，患者即隐性纯合子的扩增产物长度分别是567、425；正常人即显性纯合子的扩增产物长度是：679、537。
Commentary
启动子是RNA聚合酶结合的位点，位于DNA，启动转录；起始密码子位于mRNA上，是翻译开始的地方，缺少起始密码子会导致翻译不能正常进行。