Question

【題目】與延緩衰老、延長壽命相關(guān)的研究都備受關(guān)注。研究表明線粒體的形態(tài)和功能與壽命密切相關(guān)，藥物RU486通過改變線粒體的形態(tài)、數(shù)量以延緩衰老，延長果蠅壽命。請回答問題：

（1）線粒體動力蛋白（D1）可直接影響線粒體形態(tài)和功能。為研究線粒體動力蛋白（D1）在衰老中的作用，研究者獲得轉(zhuǎn)D1基因果蠅過程中，用______酶將啟動子（daGS）、目的基因激活序列（UAS）以及D1基因與質(zhì)粒共同構(gòu)建基因表達(dá)載體，通過______方法導(dǎo)入果蠅多個______中，培育形成轉(zhuǎn)基因果蠅。

（2）為揭示RU486緩解衰老的機(jī)制，科學(xué)家進(jìn)行了系列實(shí)驗(yàn)研究。

①轉(zhuǎn)基因果蠅D1基因的表達(dá)依賴于藥物RU486（RU486對非轉(zhuǎn)基因果蠅的壽命及線粒體形態(tài)無任何影響），研究人員對不同日齡的轉(zhuǎn)基因果蠅研究，結(jié)果如圖所示。

年齡	10日齡（幼年）	28日齡（成年）	37日齡（老年）	30日齡+7日RU486處理
熒光標(biāo)記 線粒體
RU486	-	-	-

注：虛線框代表線粒體邊緣，30日齡的果蠅相當(dāng)于中年個體

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在果蠅衰老過程中，線粒體的變化特征是______，進(jìn)而引起機(jī)體的衰老。

②RU486處理30日齡果蠅7天后D1蛋白含量基因表達(dá)量變化如圖所示。RU486會______D1基因的表達(dá)，最適濃度是______。結(jié)合①RU486處理組線粒體的變化，推測RU486緩解衰老的機(jī)制是______，從而延緩衰老。

（3）進(jìn)一步研究表明，RU486飼喂在影響D1基因表達(dá)后，線粒體自噬顯著增加，延緩果蠅衰老。同時，另據(jù)研究推測A1基因表達(dá)產(chǎn)物會抑制線粒體自噬，請補(bǔ)充完善下述實(shí)驗(yàn)設(shè)計方案進(jìn)行驗(yàn)證。

注：自噬是一個吞噬自身細(xì)胞質(zhì)蛋白或細(xì)胞器并使其包被進(jìn)入囊泡，并與溶酶體融合形成自噬溶酶體，降解其所包裹的內(nèi)容物的過程，藉此實(shí)現(xiàn)細(xì)胞本身的代謝需要和某些細(xì)胞器的更新。

組別	實(shí)驗(yàn)材料	RU486 處理	檢測變量
			______	______
實(shí)驗(yàn)組	轉(zhuǎn)基因果蠅（30日齡）	+
對照組1	野生型果蠅（30日齡）	-
對照組2	轉(zhuǎn)基因果蠅（30日齡）	-

實(shí)驗(yàn)結(jié)果與該推測一致。

（4）根據(jù)上述研究，嘗試闡述RU486延緩果蠅衰老的機(jī)制是______

Answer 1

【答案】限制酶和DNA連接 顯微注射法 受精卵 隨年齡增長，果蠅線粒體變長，數(shù)量減少 促進(jìn) 25ug/ml 通過促進(jìn)D1蛋白的表達(dá)，促進(jìn)線粒體分裂，數(shù)目變多 A1基因表達(dá) 線粒體自噬情況 促進(jìn)Dl基因的表達(dá)，合成大量Dl蛋白，促進(jìn)線粒體分裂，同時抑制A1基因表達(dá)，進(jìn)而促進(jìn)衰老損傷的線粒體自噬，使個體返回年輕狀態(tài)

【解析】

觀察表格數(shù)據(jù)可知，根據(jù)10、28、37日齡果蠅的熒光標(biāo)記的線粒體發(fā)現(xiàn)，隨著日齡增大，果蠅線粒體變長，數(shù)量減少；而30日齡+7日RU486處理的果蠅，線粒體數(shù)目顯著增多、變短，說明RU486處理可以促進(jìn)線粒體產(chǎn)生。

觀察柱形圖可知，RU486會促進(jìn)D1基因的表達(dá)，圖中幾個濃度中最適濃度是25ug/ml。

（1）根據(jù)基因工程的過程分析可知，構(gòu)建基因表達(dá)載體需要用到的工具酶是限制酶和DNA連接酶；將基因表達(dá)載體導(dǎo)入果蠅多個受精卵（動物細(xì)胞）中常用顯微注射法。

（2）①根據(jù)以上分析可知，在果蠅衰老過程中，線粒體的變化特征是隨年齡增長，果蠅線粒體變長，數(shù)量減少，進(jìn)而引起機(jī)體的衰老。

②根據(jù)以上分析已知，RU486會促進(jìn)D1基因的表達(dá)，且圖中最適濃度是25ug/ml。結(jié)合①RU486處理組線粒體的變化，推測RU486緩解衰老的機(jī)制是通過促進(jìn)D1蛋白的表達(dá)，促進(jìn)線粒體分裂，數(shù)目變多，從而延緩衰老。

（3）因?yàn)镽U486飼喂在影響D1基因表達(dá)后，線粒體自噬顯著增加，延緩果蠅衰老；同時，另據(jù)研究推測A1基因表達(dá)產(chǎn)物會抑制線粒體自噬，所以實(shí)驗(yàn)檢測的兩個變量分別是：A1基因表達(dá)的表達(dá)情況和線粒體自噬情況。

（4）根據(jù)上述研究，嘗試闡述RU486延緩果蠅衰老的機(jī)制是：促進(jìn)Dl基因的表達(dá)，合成大量Dl蛋白，促進(jìn)線粒體分裂，同時抑制A1基因表達(dá)，進(jìn)而促進(jìn)衰老損傷的線粒體自噬，使個體返回年輕狀態(tài)。