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。

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。

ヒトのインスリンを大腸菌につくらせたい。ヒトの細胞の核から取り出した DNA のうち、インスリン遺伝子の領域をそのままプラスミドに組み込んで大腸菌に導入しても、正しいアミノ酸配列をもつインスリンはつくられない。

そこで、インスリンをさかんに合成しているヒトのすい臓の細胞から mRNA を抽出し、これを鋳型として逆転写酵素を用いて DNA を合成する。さらにこの DNA を 2 本鎖にしてプラスミドに組み込み、大腸菌に導入すると、正しいアミノ酸配列をもつインスリンがつくられる。

このように、mRNA を鋳型として逆転写酵素によって合成される DNA を何というか。

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。