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。

ある細菌は、酵素 X をつくる遺伝子 $x$ をもつ。野生型の遺伝子 $x$ からは、$300$ 個のアミノ酸からなるポリペプチドがつくられる。このポリペプチドが酵素 X としてはたらく。

この細菌から、遺伝子 $x$ に突然変異をもつ変異体 A〜E を得た。どの変異体でも、突然変異は次の条件を満たしていた。

• 遺伝子 $x$ の翻訳される領域（開始コドンから、最後のアミノ酸を指定するコドンまで）のどこか 1 か所に起こっている。
• その内容は、1 塩基の置換、1 塩基の欠失、1 塩基の挿入のいずれか 1 つである。

なお、この遺伝子にイントロンはない。各変異体がつくるポリペプチドを調べた結果を次の表に示す。

こ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〜オから 1 つ選べ。

• ア　変異体 A では、1 塩基の欠失によって、$85$ 番目のアミノ酸を指定するコドンが別のアミノ酸を指定するコドンに変わったと考えられる。
• イ　変異体 B と変異体 D の結果から、ポリペプチドのアミノ酸の数が変わらない突然変異は、酵素の活性に影響しないと考えられる。
• ウ　変異体 C では、$120$ 番目のアミノ酸を指定するコドンが、塩基の置換によって終止コドンに変わったと考えられる。
• エ　変異体 D では、塩基配列が変化してもアミノ酸配列が変わらなかった。これは、1 種類のアミノ酸を複数のコドンが指定する場合があるためと考えられる。
• オ　変異体 E では、1 塩基の置換によって、$41$ 番目のアミノ酸を指定するコドンより後ろの読み枠（3 塩基ずつの区切り）がずれたと考えられる。

遺伝子の DNA の塩基配列に生じる突然変異について述べた次の文中の空欄 a・b に入る語句の組み合わせとして最も適当なものを、下のア〜カのうちから 1 つ選べ。

ある遺伝子の翻訳される領域の途中（開始コドンと終止コドンの間）に突然変異が生じたとする。　a　が生じた場合には、その位置より後ろのコドンの読み枠がずれるため、それ以降のアミノ酸配列が大きく変わったり、途中に終止コドンが現れてポリペプチドが短くなったりすることが多い。一方、　b　が生じた場合には、指定されるアミノ酸配列がまったく変化しないことがある。これは、1 種類のアミノ酸を指定するコドンが複数ある場合があるためである。

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。