遺伝情報とその発現（知識）の問題

大腸菌の DNA 複製のしくみを調べるため、次の実験を行った。

【実験】 増殖中の大腸菌に、放射性同位体で標識したチミジン（DNA の材料となるヌクレオシド）を 10 秒間だけ与えた。その直後に、一部の菌から DNA を抽出した（試料 1）。残りの菌には、標識していないチミジンを大量に加えてさらに 5 分間培養し、DNA を抽出した（試料 2）。抽出した DNA は加熱して 1 本鎖にほどき、放射能をもつ（標識チミジンを取り込んだ）1 本鎖がどのくらいの長さかを調べた。同じ操作を、ある 1 種類の酵素の遺伝子に変異があってその酵素がはたらかない変異株 X でも行った。結果を次の表に示す。

この実験の結果と、DNA の複製のしくみについての知識から考えられることとして最も適当なものを、次のア〜オから 1 つ選べ。

• ア　短い 1 本鎖は、DNA ポリメラーゼが新生鎖を 3′ 末端から 5′ 末端の方向へ伸長させるために生じ、変異株 X では断片どうしを連結する酵素がはたらいていない。
• イ　短い 1 本鎖は、いったん合成された長い新生鎖が切断されて生じたもので、変異株 X では断片どうしを連結する酵素がはたらいていない。
• ウ　短い 1 本鎖は、2 本の新生鎖のうち一方だけで不連続に合成されて生じ、変異株 X では断片どうしを連結する酵素がはたらいていない。
• エ　短い 1 本鎖は、2 本の新生鎖の両方で同じように不連続に合成されて生じ、変異株 X では断片どうしを連結する酵素がはたらいていない。
• オ　短い 1 本鎖は、2 本の新生鎖のうち一方だけで不連続に合成されて生じ、変異株 X では DNA ポリメラーゼがはたらいていない。

アンピシリン耐性遺伝子をもつプラスミドに、オワンクラゲの緑色蛍光タンパク質（GFP）の遺伝子を組み込み、組換えプラスミド Q をつくった。GFP 遺伝子は、アンピシリン耐性遺伝子とは別の位置に、大腸菌の中で発現できるように組み込まれている。用いた大腸菌は、アンピシリン耐性をもたず、GFP の遺伝子ももたない。

この大腸菌を次の 2 通りに処理した。

• 処理 1：大腸菌を Q と混ぜ、プラスミドを取り込みやすくする操作を行った。
• 処理 2：大腸菌を Q と混ぜずに、処理 1 と同じ操作を行った。

それぞれの大腸菌の液を、アンピシリンを含まない培地 A と、アンピシリンを含む培地 B に同じ量ずつまいて培養した。その後、生じたコロニーの数を数え、紫外線を当てて緑色の蛍光を発するかどうかを調べた。結果は次の表のとおりであった。

この実験の結果から考えられることとして最も適当なものを、次のア〜オのうちから 1 つ選べ。

• ア　処理 1 の培地 B にコロニーが生じたのは、アンピシリンにさらされたことで、大腸菌の DNA にアンピシリン耐性遺伝子が新たに生じたからである。
• イ　処理 1 の培地 A で蛍光を発しないコロニーが多かったのは、Q を取り込んだ大腸菌の多くで GFP 遺伝子が転写されなかったからである。
• ウ　処理 2 の培地 A にコロニーが生じたことから、用いた大腸菌はもともとアンピシリン耐性をもっていたと考えられる。
• エ　Q を取り込んだ大腸菌は全体のごく一部であり、アンピシリンを含む培地を用いると、Q を取り込んだ大腸菌を選び出すことができる。
• オ　処理 1 の培地 A で蛍光を発したコロニーの大腸菌は、Q をもたず、自分の DNA に GFP 遺伝子をもっていたと考えられる。

遺伝子の発現調節と細胞の分化について述べた文として正しいものを、次のア〜カからすべて選べ。

• ア　真核生物では、RNA ポリメラーゼは基本転写因子とともにプロモーターに結合して、転写を開始する。
• イ　真核生物の転写調節領域は、つねにプロモーターのすぐ隣にあり、プロモーターから遠く離れた位置にあることはない。
• ウ　大腸菌のラクトースオペロンでは、ラクトースがないとき、調節遺伝子からつくられたリプレッサーがオペレーターに結合し、ラクトースの分解に関わる酵素の遺伝子の転写が起こらなくなる。
• エ　大腸菌のトリプトファンオペロンでは、トリプトファンが十分にあるとき、リプレッサーがオペレーターに結合できなくなり、トリプトファン合成に関わる酵素の遺伝子の転写が進む。
• オ　多細胞生物の体細胞は、分化したあとも基本的に同じ遺伝情報をもっており、細胞ごとに発現する遺伝子の組み合わせが異なることによって分化が起こる。
• カ　ショウジョウバエの幼虫のだ腺染色体に見られるパフでは、DNA の複製がさかんに行われている。

遺伝子の発現（転写と翻訳）のしくみには、原核生物と真核生物で共通する点と異なる点がある。遺伝子の発現について述べた次の文のうち、大腸菌（原核生物）の細胞とヒト（真核生物）の細胞のどちらにもあてはまるものを、次のア〜カからすべて選べ。

• ア　転写は核の中で行われ、合成された mRNA は核膜孔を通って細胞質へ移動する。
• イ　RNA ポリメラーゼは、DNA の 2 本鎖のうち一方の鎖を鋳型とし、その塩基に相補的な塩基をもつヌクレオチドをつなげて RNA を合成する。
• ウ　転写された RNA から、イントロンに相当する部分が取り除かれ、エキソンに相当する部分どうしがつなぎ合わされる。
• エ　リボソーム上で、mRNA のコドンに tRNA のアンチコドンが相補的に結合し、tRNA が運んできたアミノ酸どうしがペプチド結合で連結される。
• オ　RNA ポリメラーゼは、合成中の RNA の $3^{\prime }$ 末端に新しいヌクレオチドをつなげていき、RNA を $5^{\prime }\to 3^{\prime }$ の方向に伸ばす。
• カ　同じ遺伝子から転写された RNA でも、取り除かれる部分の違いによって、複数種類の mRNA がつくられることがある。

大腸菌の DNA 複製のしくみを調べるために、次の実験 1〜3 を行った。チミジンは DNA の材料としてだけ取りこまれるものとする。どの実験でも、取り出した DNA は加熱して 1 本鎖にほどいてから長さで分け、短い鎖（約 1000〜2000 ヌクレオチド）と長い鎖のそれぞれに含まれる放射能の量を調べた。

• 実験 1：野生型の大腸菌に、放射性同位体で標識したチミジンを 10 秒間だけ与えた直後に DNA を取り出した。
• 実験 2：野生型の大腸菌に、実験 1 と同じように標識したチミジンを 10 秒間与えたあと、標識していない（放射性でない）チミジンを多量に含む培地に移して 5 分間培養し、DNA を取り出した。
• 実験 3：ある 1 種類の酵素の遺伝子に変異があり、高温ではその酵素だけがはたらかなくなる変異株を用いた。この変異株を高温で培養しながら、実験 2 と同じ操作を行った。

結果は次の表のようになった。どの実験でも、DNA に取りこまれた放射能の総量はほぼ同じであった。

実験 1〜3 の結果と DNA の複製のしくみについて述べた文として最も適当なものを、次のア〜オから 1 つ選べ。

• ア　実験 1 で短い鎖として検出された新生鎖は、実験 2 の 5 分間のうちに分解され、長い鎖はそのあいだに新しく別に合成されたものである。
• イ　短い新生鎖どうしをつなぐには DNA リガーゼのはたらきが必要であり、DNA リガーゼがはたらかないと、新生鎖の一部は短い断片のまま残る。
• ウ　短い新生鎖は、DNA ポリメラーゼが新生鎖を 3′ 末端から 5′ 末端の方向へ伸ばすことでつくられる。
• エ　実験 3 の変異株では、高温で DNA ポリメラーゼがはたらかなくなるため、新しい DNA 鎖が合成されない。
• オ　短い新生鎖は、複製フォークが進む方向と同じ向きに連続して合成される鎖（リーディング鎖）でつくられる。