109 年 國立清華大學生命科學院聯招：分子與細胞生物研究所、分子醫學研究所、生物資訊與結構生物研究所、生物科技研究所、系統神經科學研究所甲組《分子生物學》

此題主要在測試學生對於基因轉錄調控（transcriptional gene regulation）的理解。轉錄調控是指細胞決定何時、何地以及以何種程度來表現基因的過程，主要發生在 DNA 被轉錄成 RNA 的階段。

選項分析：
(A) RNA Polymerase II：是進行 mRNA 轉錄的關鍵酵素，其活性受到調控，是轉錄過程的一部分。
(B) Transcription factors：是啟動子（promoter）或增強子（enhancer）區域結合的蛋白質，它們能促進或抑制 RNA polymerase II 的結合與活性，是轉錄調控的核心。

此題在測試學生對於轉錄後調控（post-transcriptional gene regulation）的理解。轉錄後調控是指在 mRNA 合成後，但在蛋白質轉譯之前，透過修飾 mRNA 或影響其穩定性、轉運、轉譯效率等來調控基因表現的過程。

選項分析：
(A) Trans-regulatory elements：通常指反式作用因子（trans-acting factors），如轉錄因子，它們是蛋白質，作用於 DNA 或 RNA 上，但其本身不直接是基因調控的區域。在此脈絡下，若指反式作用因子，則主要影響轉錄階段。
(B) Cis-regulatory elements：例如啟動子、增強子、沉默子等，這些是位於基因附近或遠端的 DNA 序列，直接影響轉錄的起始與速率，屬於轉錄調控。
(C) Terminator：終止子是 DNA 序列，指示 RNA polymerase 何時停止轉錄，屬於轉錄調控。

此題旨在測試學生對轉譯後調控（post-translational gene regulation）的理解。轉譯後調控是指蛋白質合成後，透過對蛋白質進行化學修飾、降解或改變其細胞定位等方式來調控其功能或活性。

選項分析：
(A) Histone acetylation and methylation：這是表觀遺傳學（epigenetics）的調控機制，主要影響染色質結構，進而影響 DNA 的可及性，調控基因的轉錄，屬於轉錄調控。
(B) DNA methylation：DNA 甲基化也是一種表觀遺傳調控，通常發生在 CpG dinucleotides，會抑制基因的轉錄，屬於轉錄調控。

此題主要考查 Agrobacterium tumefaciens 介導的 T-DNA 轉殖機制。T-DNA 是腫瘤誘發質體（Ti plasmid）上的一段 DNA，在感染植物時會被轉移到植物細胞的基因組中，引起腫瘤形成。

選項分析：
(A) The T-DNA is the transferred DNA of the tumor-inducing (Ti) plasmid.
正確。T-DNA 是 Ti 質體上負責將基因轉移到植物細胞的部分。

(B) The T-DNA is bordered by 2K base-pair repeats on each end.
錯誤。T-DNA 的邊界由約 25 bp 的重複序列（repeats）標記，稱為左邊界（left border, LB）和右邊界（right border, RB）。2K bp 是錯誤的長度。

(C) Transfer is initiated at the right border and terminated at the left border and requires the vir genes of the Ti plasmid.
正確。T-DNA 的轉移起始於右邊界（RB），然後沿著 T-DNA 向左邊界（LB）移動，直到 LB。

此題考查轉位子（transposon）的相關知識，包括其定義、轉位機制、以及常見的例子。

選項分析：
(A) Transposon is a DNA sequence that can irreversibly change its position within a genome.
錯誤。轉位子是可以移動的 DNA 序列，但其移動不一定是「不可逆」的。更重要的是，轉位子的核心特徵是「能改變位置」，而不是「不可逆」。

(B) Transposition often results in duplication of the same genetic material.
正確。許多類型的轉位子，特別是複製型轉位子（replicative transposons）和逆轉錄轉位子（retrotransposons），在轉位過程中會產生一個拷貝，這相當於在原位置和新位置都留下了拷貝，從而導致一段基因序列的重複。非複製型轉位子（non-replicative transposons）則是以切割-連接（cut-and-paste）的方式移動，移動後原位置的序列會丟失，新位置會產生一個拷貝。

(C) The reverse transcription step of retrotransposon is catalyzed by a reverse transcriptase, which is often encoded by the transposon itself.
正確。逆轉錄轉位子（retrotransposons）透過 RNA 中間體進行轉位，需要逆轉錄酶（reverse transcriptase）將 RNA 轉錄回 DNA，以便插入到新的基因組位置。這個逆轉錄酶通常由轉位子本身編碼。

此題考查用於檢測蛋白質-蛋白質相互作用（protein-protein interactions, PPIs）的生物化學技術。

選項分析：
(A) Proximity ligation assay (PLA)：這是一種檢測細胞內蛋白質相互作用的技術，通過在相互作用的蛋白質附近連接寡核苷酸，然後進行連接和 PCR 擴增來檢測，屬於生物化學/細胞生物學技術。
(B) Coimmunoprecipitation (Co-IP)：利用抗體將目標蛋白質及其結合的蛋白質從細胞裂解物中沉澱出來，然後通過 Western blot 來檢測是否存在與目標蛋白質結合的其他蛋白質。這是檢測 PPIs 的經典生物化學方法。
(C) Pulldown assay：將一個蛋白質（bait）固定在固體載體上，然後加入含有另一蛋白質（prey）的裂解物。

核心觀念

本題考查能否分辨「以基因工程設計的構築體來檢測蛋白質交互作用」與「檢測其他分子作用或蛋白質功能」的方法。常見的遺傳式交互作用分析，會把待測蛋白融合到報導蛋白、轉錄因子區段，或其他可產生訊號的分子片段；兩個待測蛋白交互作用時，便引發可測量的訊號。

解題方法

逐項看方法的訊號是否用來反映兩個蛋白質的結合：

• 若待測蛋白的結合能讓報導基因表現、報導酵素恢復活性，或使帶有結合蛋白的噬菌體被篩選出來，便可用於檢測蛋白質交互作用。
• 若方法主要檢測蛋白質與 DNA 的結合，則不屬於直接測試蛋白質—蛋白質交互作用的方法。

選項分析

(A) Phage display（噬菌體展示）—正確。
將候選蛋白或胜肽以融合形式展示在噬菌體表面，並讓對應的遺傳資訊保留在噬菌體內。以目標蛋白進行結合篩選後，可回收並擴增結合的噬菌體，再依其遺傳資訊辨識候選結合者。因此它能用於篩選蛋白質或胜肽的交互作用對象。噬菌體展示交互作用方法

(B) Yeast two-hybrid（酵母雙雜交）—正確。
將一個待測蛋白融合到轉錄因子的 DNA 結合區，作為誘餌；另一個待測蛋白融合到轉錄活化區，作為獵物。兩者交互作用時，兩個轉錄因子區段靠近，促使報導基因表現。此法是經典的遺傳式蛋白質交互作用檢測方法。遺傳式蛋白質交互作用方法綜述

此題考查用於檢測核酸-蛋白質相互作用（nucleic acid-protein interactions）的方法。

選項分析：
(A) Fluorescence resonance energy transfer (FRET)：FRET 可以用於檢測蛋白質-蛋白質、蛋白質-核酸或核酸-核酸之間的距離和相互作用。如果將熒光標記分別連接到核酸和蛋白質上，可以通過 FRET 來檢測它們之間的接近程度，從而推斷相互作用。這是一種生物物理學方法，也可以應用於檢測核酸-蛋白質相互作用。
(B) Chromatin immunoprecipitation (ChIP)：ChIP 是檢測 DNA-蛋白質結合的標準方法。通過特異性抗體將與目標 DNA 結合的蛋白質及其結合的 DNA 片段免疫沉澱下來，然後通過 PCR 或測序來鑑定結合的 DNA 序列。
(C) Yeast two-hybrid (Y2H)：Y2H 主要用於檢測蛋白質-蛋白質相互作用。

此題考查基因突變與蛋白質穩定性及癌症之間的關係。題目指出，致癌蛋白（oncoprotein）比其非致癌版本（non-oncogenic version）不穩定，這意味著導致其不穩定的變化最可能發生在編碼該蛋白質的區域，或者影響其穩定性的關鍵調控區域。

選項分析：
(A) a mutation within the intron of a gene：內含子（intron）是基因中不編碼蛋白質的區域，在 mRNA 加工過程中會被剪接掉。通常情況下，內含子的突變如果不會影響剪接位點，對蛋白質序列的影響不大。然而，如果突變影響了剪接位點，就可能導致外顯子被錯誤地包含或排除，進而影響蛋白質的結構和穩定性。但直接導致蛋白質不穩定，最常見的原因是編碼區的突變。
(B) a mutation within the exon of a gene：外顯子（exon）是基因中編碼蛋白質的區域。在外顯子發生的突變，例如點突變、插入或刪除，可以直接改變蛋白質的胺基酸序列。某些胺基酸的改變可能會破壞蛋白質的摺疊結構，影響其穩定性，使其更容易被降解。

此題探討蛋白質種類遠超基因數量的現象，這在生物學中被稱為「蛋白質多樣性」（protein diversity）。這種現象主要歸因於多種調控機制，其中最主要的是對單一基因產物的修飾和變異。

選項分析：
(A) protein degradation：蛋白質降解是調控細胞內蛋白質水平的重要機制，但它本身並不直接增加蛋白質的「種類」（species），而是影響蛋白質的壽命和數量。
(B) alternative splicing：可變剪接（alternative splicing）是真核生物中一種重要的機制，它允許一個基因通過不同的剪接方式產生多種不同的 mRNA 分子，進而編碼出結構和功能各異的蛋白質異構體（isoforms）。這大大增加了蛋白質的多樣性，是蛋白質種類遠超基因數量的主要原因之一。
(C) homologous genes：同源基因（homologous genes）是指具有共同祖先並具有相似序列和功能的基因。它們通常是通過基因重複和演化而來，可以增加基因組的複雜性，但並非直接解釋蛋白質種類遠超基因數量的現象。

此題考查演化學的基本概念。題目描述了 DNA 序列的改變（突變）以及這些改變經過世代的篩選（選擇）後，使得後代對環境的適應性增強的過程。

選項分析：
(A) Mutation：突變是 DNA 序列的改變，是演化的原材料，但突變本身不是一個過程，而是變異的來源。
(B) Reproduction：繁殖是將遺傳物質傳遞給下一代的過程，是演化發生的必要條件，但本身不是演化過程。
(C) Heredity：遺傳是指性狀從親代傳遞到子代的現象，是演化得以進行的基礎，但不是演化過程本身。

此題考查 DNA 雙股螺旋結構中，兩條鏈之間維持結合的主要作用力。DNA 雙股螺旋是由兩條反向平行的 DNA 鏈通過鹼基對之間的氫鍵連接而成。

選項分析：
(A) Electrostatic attractions：靜電吸引力在分子間存在，但並非維持 DNA 雙股螺旋的主要作用力。
(B) Hydrogen bonds：氫鍵是 DNA 鹼基對（A-T 和 G-C）之間形成的主要結合力。A 與 T 之間有兩個氫鍵，G 與 C 之間有三個氫鍵。這些氫鍵的總數是維持 DNA 雙鏈穩定性的關鍵。當溫度升高到 95°C 左右時，這些氫鍵的能量足以被打破，導致 DNA 雙鏈解離（變性）。

此題考查排列組合的計算，用以確定特定長度分子中可能的序列組合數量。

題目已知：

1. 標準 RNA 由 4 種不同的單體（核苷酸）組成（A, U, C, G）。
2. 現在有一個細胞，它有 5 種不同的單體（假設是 A, U, C, G, X）可以組合成 RNA。
3. 我們要計算一個由 10 個核苷酸組成的 RNA 分子，總共有多少種可能的序列組合。

計算方法：
對於一個長度為 $n$ 的聚合物，如果每個位置有 $k$ 種可能的選擇，那麼總共有 $k^n$ 種可能的序列組合。

核心觀念

圖中圓圈標示的是核苷酸磷酸鏈中，含有一個磷原子與多個氧原子的單一磷酸基團。此類基團稱為 phosphoryl group（磷醯基），基本結構可表示為：

$$-\mathrm{PO_3}$$

圖中雖然有連續的多個磷酸基團，但圓圈只圈住其中一個磷酸單位。

解題方法

判斷圓圈內的化學基團：

1. 圓圈內含有一個中心磷原子 $\mathrm{P}$。
2. 磷原子與多個氧原子鍵結。
3. 圓圈未涵蓋兩個相連的磷酸單位，因此不是 pyrophosphate。

因此，圓圈標示的是 phosphoryl group。

選項分析

• (A) pyrophosphate：錯誤。Pyrophosphate（焦磷酸基）必須包含兩個以氧橋相連的磷酸單位，結構可概念表示為 $\mathrm{P-O-P}$；圖中圓圈只標示單一磷酸單位。
• (B) carbonyl：錯誤。

核心觀念

本題考查非編碼 RNA 介導的基因沉默，尤其是 RNA interference（RNAi）。

能抑制特定蛋白質表現的主要機制如下：

1. siRNA 與目標 mRNA 高度互補，與 Argonaute 蛋白組成 RISC，促使目標 mRNA 被切割降解，因而阻止翻譯。
2. miRNA 通常與目標 mRNA 部分互補，透過 RISC 抑制翻譯，並促進 mRNA 去腺苷化與降解。
3. dsRNA 是 RNAi 的起始訊號或前驅物，可被 Dicer 切割成 siRNA；真正直接辨認目標 mRNA 的主要效應分子是 siRNA。

因此，本題所指能直接阻斷特定目標蛋白質翻譯的典型 RNA 為 siRNA 與 miRNA。

解題方法

判斷每個選項是否具有「序列專一性抑制目標 mRNA 翻譯」的功能：

• 若 RNA 能與目標 mRNA 配對，並透過 RISC 抑制翻譯或促進 mRNA 降解，則符合題意。
• 一般 mRNA 會被核糖體用作翻譯模板，不屬於基因沉默分子。
• lncRNA 雖能調控基因表現，但不是本題 RNAi 機制中的典型直接抑制翻譯分子。

RNAi 的基本流程可表示為：

$$\text{dsRNA} \xrightarrow{\text{Dicer}} \text{siRNA} \xrightarrow{\text{RISC}} \text{目標 mRNA 降解或翻譯受抑}$$

miRNA 則由 pri-miRNA 經 Drosha、Dicer 等步驟加工後，與 RISC 結合並辨認目標 mRNA。

選項分析

(A) dsRNA

錯誤。

此題考查不同類型基因突變對表型的影響。表型（phenotype）是指生物體的可觀察特徵。

選項分析：
(A) Frameshift mutation（移碼突變）：指插入或刪除非三的倍數的核苷酸所引起的突變。這會改變 mRNA 的讀碼框（reading frame），導致其後所有胺基酸序列的改變，通常會嚴重影響蛋白質功能，甚至產生無意義的蛋白質。因此，移碼突變幾乎總是有顯著的表型效應。
(B) Deletion mutation（刪除突變）：指 DNA 片段的丟失。如果刪除的片段編碼蛋白質，會導致蛋白質結構或功能的改變，通常有表型效應。即使刪除的是一個非編碼區，如果影響到基因調控，也可能產生表型效應。
(C) Silent mutation（沉默突變）：指 DNA 序列的改變，但由於遺傳密碼的簡併性（degeneracy of the genetic code），這個改變並未引起所編碼胺基酸的變化。

此題考查 minicells（微小細胞）的形成原因。Minicells 是細菌細胞分裂過程中產生的一類異常小細胞，它們通常缺乏染色體，因此無法正常生長和分裂。 Minicells 的形成與細胞分裂調控基因的突變有關。

選項分析：
(A) prevent growth of the cell：阻止細胞生長通常會導致細胞死亡或停止分裂，而不是產生微小細胞。
(B) prevent septum formation：阻止隔膜（septum）的形成會導致細胞不成形，可能形成長絲狀細胞，而不是產生微小細胞。
(C) prevent DNA replication：阻止 DNA 複製會影響細胞分裂的進行，但不會直接導致微小細胞的形成。
(D) prevent chromosome partitioning：阻止染色體分配（partitioning）到子細胞中，會導致一個子細胞缺乏染色體，而另一個子細胞可能獲得了過多的染色體。缺乏染色體的細胞就可能成為 minicell。

此題考查「單拷貝複製控制」（single-copy replication control）的含義。這通常指的是細胞週期中 DNA 複製的嚴格調控，確保每個 DNA 分子在一個細胞週期內只被複製一次。

選項分析：
(A) there can be only one origin of replication in the entire genome.
錯誤。許多基因組，尤其是真核生物的基因組，有多個複製起始點（origins of replication）。單拷貝控制是指每個 DNA 分子（或每個基因組）只複製一次，而不是複製起始點的數量。

(B) only one DNA molecule can be present in a cell at a time.
錯誤。細胞在細胞週期中會經歷 DNA 複製，從一個 DNA 分子變成兩個，然後在細胞分裂後回到一個。所以細胞內 DNA 分子的數量是變化的。

核心觀念

本題考查酵母菌 Saccharomyces cerevisiae 的起始複合體 ORC（origin recognition complex）及其在 DNA 複製起始中的功能。

在 S. cerevisiae 中，複製起點稱為 ARS（autonomously replicating sequence）。ORC 可辨識並結合 ARS，且在整個細胞週期大致維持於複製起點，作為複製前複合體（pre-replicative complex, pre-RC）組裝的平台。

ORC 的主要功能包括：

• 辨識並結合 ARS。
• 招募 Cdc6、Cdt1 與 MCM 複合體。
• 協助複製起點在 G1 期完成複製起始前準備。
• 受到細胞週期調控，避免同一個複製起點在同一細胞週期重複啟動。

解題方法

判斷本題的切入點是逐一核對 ORC 的正式名稱、亞基數量、結合對象與細胞週期行為：

1. 確認 ORC 的全名。
2. 確認 S. cerevisiae ORC 的亞基數。
3. 確認 ORC 是否在整個細胞週期持續結合 ARS。
4. 排除與 ORC 功能無關的描述。
5. 由於只需有一個選項正確，若 A、C、D 任一錯誤，E「全部正確」即不成立。

選項分析

(A) stands for “origin replicon complex.”

錯誤。

ORC 的正式名稱是 origin recognition complex，中文為「起始點辨識複合體」，不是 “origin replicon complex”。

其中：

• origin：複製起始點
• recognition：辨識
• complex：複合體

因此 A 的全名錯誤。

(B) is associated with ARS elements throughout the cell cycle.

正確。

在 S. cerevisiae 中，ORC 會結合 ARS 元件。與部分真核生物中複製起始蛋白在特定時期結合或解離的情況相比，酵母 ORC 與 ARS 的結合可維持於整個細胞週期。

ORC 本身持續存在於複製起點，但其他複製起始因子的裝載與活化受到細胞週期嚴格調控：

此題考查大腸桿菌（E. coli）中 DNA 聚合酶 IV 和 V 的特性。這兩種酶屬於 SOS 響應通路的一部分，在 DNA 受損時發揮作用。

選項分析：
(A) RNA-dependent DNA polymerases：RNA 依賴性 DNA 聚合酶（如逆轉錄酶）是以 RNA 為模板合成 DNA。E. coli 的 DNA 聚合酶 IV 和 V 是 DNA 依賴性的 DNA 聚合酶，它們以 DNA 為模板合成 DNA。因此，此選項錯誤。

(B) for restarting replication：在 DNA 損傷的情況下，DNA 複製可能會停滯。DNA 聚合酶 IV 和 V（也稱為 Y-family polymerases）具有特殊的性質，可以在損傷位點附近進行合成，從而「重新啟動」受損 DNA 的複製，儘管這種複製可能不準確。因此，此選項正確。

此題考查大腸桿菌（E. coli）DNA 聚合酶 I（DNA Pol I）的功能。雖然 DNA Pol III 是主要的複製酶（replicase），但 DNA Pol I 在 DNA 複製和修復中也扮演著重要角色。

選項分析：
(A) It synthesizes Okazaki fragments.
錯誤。Okazaki fragments 是由 DNA Pol III 合成的，DNA Pol I 負責處理 Okazaki fragments 之間的間隙。

(B) It synthesizes an RNA primer.
錯誤。RNA 引物的合成是由引物酶（primase）負責的。

(C) It unwinds the double helix.
錯誤。解開雙螺旋結構（unwinding）是由解旋酶（helicase）負責的。

此題考查 Holliday junction 的解析（resolution）過程中所涉及的蛋白質。Holliday junction 是在同源重組（homologous recombination）和 DNA 修復過程中形成的四鏈 DNA 結構。

選項分析：
(A) The Ruv complex：RuvABC 複合體是大腸桿菌（E. coli）中解析 Holliday junction 的關鍵酶系。RuvA 識別並結合 Holliday junction，RuvB 具有解旋酶活性，解開 Holliday junction 的異源 DNA 鏈，RuvC 則負責切割 Holliday junction 的特定位置，從而完成解析。因此，Ruv complex 在解析 Holliday junction 中起核心作用。
(B) RecA：RecA 蛋白質是同源重組的關鍵蛋白質，它能夠識別 DNA 損傷或斷裂，並引導同源序列的搜尋和配對。

此題考查著色性乾皮症（xeroderma pigmentosum, XP）的病因。XP 是一種遺傳性疾病，患者對紫外線（UV）輻射極度敏感，皮膚癌發病率極高。這種疾病是由於 DNA 修復基因的突變引起的。

選項分析：
(A) nucleotide excision repair (NER)：核苷酸切除修復（NER）是細胞清除大範圍 DNA 損傷（如 UV 引起的嘧啶二聚體）的主要機制。XP 患者的 NER 系統存在缺陷，無法有效修復 UV 損傷，導致 DNA 損傷累積，進而引發皮膚癌。

此題考查免疫球蛋白基因 V(D)J 重組信號序列（recombination signal sequences, RSSs）的特徵。V(D)J 重組是免疫系統產生抗體和 T 細胞受體多樣性的關鍵過程，它涉及到 RSSs 識別和切割。

RSSs 由兩部分組成：一個保守的七聚體（heptamer）序列（CACGTG）和一個保守的九聚體（nonamer）序列（nonamer, GGGGTCTT），這兩者之間由一個可變長度的間隔區（spacer）隔開。間隔區的長度通常是 12 bp 或 23 bp。

選項分析：
(A) There are conserved heptamers.
正確。RSSs 包含一個保守的七聚體序列。

(B) There are conserved nonamers.
正確。RSSs 包含一個保守的九聚體序列。

此題考查核小體核心顆粒（core nucleosome particle）的組成蛋白質。核小體是染色質的基本結構單位，由 DNA 和組蛋白（histones）組成。

選項分析：
核心核小體顆粒（core nucleosome particle）是指 DNA 纏繞在組蛋白八聚體（histone octamer）上的結構。組蛋白八聚體由兩種核心組蛋白各兩份組成：H2A, H2B, H3, H4。

核心觀念

RNA editing（RNA 編輯）是指 RNA 轉錄完成後，透過核苷酸的插入、刪除或替換，改變 RNA 的序列，使其與原始 DNA 模板不完全相同。常見機制包括：

• A-to-I 編輯：腺嘌呤 $A$ 脫胺成次黃嘌呤 $I$，由 ADAR 催化；$I$ 在翻譯或鹼基配對時通常被視為 $G$。
• C-to-U 編輯：胞嘧啶 $C$ 脫胺成尿嘧啶 $U$，由胞嘧啶脫胺酶家族，例如 CDAR，催化。
• 核苷酸插入或刪除：例如錐蟲粒線體 kinetoplast RNA 的尿嘧啶 $U$ 插入／刪除，需要 guide RNA（gRNA）提供編輯位置與序列配對資訊。

本題的判斷重點是：RNA 編輯的方向、編輯發生時機、脫胺酶功能，以及 gRNA 的作用。

解題方法

逐項檢查各敘述是否符合 RNA editing 的基本機制：

1. 錐蟲 kinetoplast RNA 編輯的方向。
2. RNA 編輯與翻譯的先後關係。
3. ADAR、CDAR 所催化的脫胺反應。
4. RNA 四種核糖核苷酸是否都可能成為編輯對象。
5. gRNA 是否與待編輯區域互補雜交。

選項分析

(A) 錯誤

Trypanosome kinetoplast RNA editing 主要沿著成熟 RNA 的 $3' \to 5'$ 方向進行，而不是同時具有 $3' \to 5'$ 與 $5' \to 3'$ 兩個方向。

gRNA 會先與 mRNA 的區域互補配對，編輯複合體通常由 mRNA 的較下游端逐步向上游端進行尿嘧啶 $U$ 的插入或刪除。因此此敘述將編輯方向說成雙向，錯誤。

(B) 錯誤

「mRNA 必須先被編輯才能翻譯」是過度絕對的說法。

RNA editing 並非所有 mRNA 都必須經過的步驟；許多未編輯的 mRNA 本身即可被核糖體翻譯。此外，RNA 編輯也不一定是所有轉錄本產生功能性蛋白質的必要條件。

核心觀念

真核生物的剪接體（spliceosome）由多種小核核糖核蛋白（snRNPs）組成，其中的 snRNA 會與 pre-mRNA 形成鹼基配對，以辨識剪接位置並促進催化反應。

主要配對關係如下：

• U1 snRNA：與 5′ splice site 鹼基配對。
• U2 snRNA：與 branch point 鹼基配對，使分枝點的腺苷暴露，供第一次轉酯反應使用。
• U6 snRNA：在剪接體重排後，取代 U1 與 5′ splice site 配對，並與 U2 snRNA 形成催化核心。
• U4 snRNA：主要與 U6 snRNA 配對，抑制 U6 的催化活性；活化時會被釋放。
• U5 snRNA：主要協助對齊兩個 exon，並不以主要鹼基配對方式辨識 pre-mRNA 的剪接位點。

解題方法

判斷各選項是否能與 pre-mRNA 鹼基配對，直接依其功能分類：

1. 辨識 5′ splice site 的 U1 會與 pre-mRNA 配對。
2. 辨識 branch point 的 U2 會與 pre-mRNA 配對。
3. 剪接體活化後，U6 也會與 5′ splice site 配對。
4. U4 與 U5 的主要功能不是直接和 pre-mRNA 鹼基配對。

因此，若依完整的分子機制作答，能與 pre-mRNA 鹼基配對者包括 U1、U2 與 U6。本題若原意是考「剪接初期的主要辨識因子」，則通常選 U1 與 U2；但題目未限定剪接階段，故 A、D、E 均符合嚴格定義。

選項分析

此題考查真核生物中，編碼 RNA 聚合酶本身蛋白質的 mRNA 的合成場所。RNA 聚合酶是細胞核內的蛋白質，負責轉錄。

選項分析：
(A) Cytoplasm（細胞質）：細胞質是進行蛋白質轉譯的場所，但 mRNA 的合成（轉錄）發生在細胞核內。
(B) Nuclear envelope（核膜）：核膜是包圍細胞核的雙層膜，它分隔了細胞核和細胞質。雖然核膜與轉錄調控有關，但 mRNA 的合成並非直接發生在核膜上。
(C) Nucleolus（核仁）：核仁是細胞核內一個顯著的結構，主要負責 rRNA 的合成和核糖體亞單位的組裝。它不合成編碼 RNA 聚合酶的 mRNA。

核心觀念

本題考查真核生物 mRNA 的兩項主要加工：

1. 5′端加帽（5′ capping）
2. 3′端聚腺苷酸化（polyadenylation）

真核 mRNA 的典型 5′帽結構為：

$$\mathrm{m^7G(5')ppp(5')N}$$

其中 $\mathrm{m^7G}$ 是 7-甲基鳥苷，並以特殊的 5′–5′三磷酸鍵 連接至 RNA 第一個核苷酸 $N$。

加帽過程如下：

1. RNA 5′端原本為三磷酸：$\mathrm{pppN}$
2. RNA triphosphatase 移除最外側的 $\gamma$-磷酸，形成 $\mathrm{ppN}$
3. Guanylyltransferase 將 GMP 接至 RNA，形成 $\mathrm{GpppN}$
4. Methyltransferase 將鳥苷的第 7 位甲基化，形成 $\mathrm{m^7GpppN}$

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解題方法

逐一檢查各選項是否符合：

• 5′帽的化學結構與連接方式
• poly(A) tail 的形成位置
• 加帽時各磷酸的去留
• RNA polymerase II 的轉錄終止位置
• mRNA 是否會因失去 poly(A) tail 而回到細胞核

其中 C 選項需掌握磷酸位置：RNA 起始核苷酸的 $\gamma$-磷酸會在加帽前被移除，但 $\beta$-磷酸會保留在最後的帽結構中。

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選項分析

(A) 錯誤

Cap 確實是修飾過的 7-methylguanosine，但它不是以 5′–3′鍵連接到 RNA 5′端，而是形成特殊的：

$$5′\text{–}5′\text{三磷酸連接}$$

正確結構為：

$$\mathrm{m^7G(5')ppp(5')N}$$

因此「5′-3′ links」錯誤。

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(B) 錯誤

polyadenylation 的主要步驟通常發生在細胞核，但並非只發生於細胞核。

某些 mRNA 可在細胞質中進行 cytoplasmic polyadenylation，例如卵母細胞及早期胚胎中，poly(A) tail 的延長可調控 mRNA 的翻譯活性與穩定性。

因此「only happens in nucleus」錯誤。

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(C) 正確

RNA 轉錄剛開始時，5′端通常是三磷酸核苷酸：

$$\mathrm{pppN}$$

加帽前，RNA triphosphatase 移除 $\gamma$-磷酸：

此題考查小核核糖核蛋白（snRNPs）的功能，並找出與其功能不匹配的敘述。

選項分析：
(A) U1: base pairs with 5' splice site of mRNA.
正確。U1 snRNP 識別並結合 pre-mRNA 的 5' 剪接位點（5' splice site）。

(B) U2: base pairs with the conserved sequence at splicing branch point.
正確。U2 snRNP 識別並結合 pre-mRNA 的分支點序列（branch point sequence），這是形成內含子 2'-5' 磷酸二酯鍵的關鍵。

(C) U4: base pairs with 3' splice site of mRNA.
錯誤。U4 snRNP 與 U6 snRNP 結合形成 U4/U6 snRNP，並與 U5 snRNP 共同組成剪接體。U4 在剪接體組裝和活化過程中起調控作用，但它不直接與 3' 剪接位點配對。3' 剪接位點的識別主要涉及 U2AF（U2 auxiliary factor）和 U6 snRNP。

此題考查真核生物 mRNA 5' 帽（cap）結構的功能。5' 帽是 7-甲基鳥苷（m7G）通過 5'-5' 三磷酸鍵連接到 mRNA 的 5' 端。

選項分析：
(A) protects the mRNA from degradation：5' 帽結構能有效保護 mRNA 免受 5' 端核酸酶（exonucleases）的降解，從而延長 mRNA 的壽命。這是一個重要的功能。
(B) enhances the translatability of the mRNA：5' 帽是核糖體識別和結合的位點之一，對於起始蛋白質的轉譯至關重要。它通過與起始因子 eIF4E 結合，促進核糖體對 mRNA 的結合和掃描，從而增強 mRNA 的轉譯效率。

此題考查 microRNA (miRNA) 的作用機制，並找出其「非」可能的作用。miRNA 是一類小分子非編碼 RNA，在轉錄後水平調控基因表現。

選項分析：
(A) translation initiation blockade（轉譯起始阻斷）：miRNA 通過與目標 mRNA 的 3' UTR 結合，可以抑制核糖體的起始復合物組裝，從而阻斷轉譯的起始。這是 miRNA 的一種常見作用機制。
(B) translation elongation blockade（轉譯延長阻斷）：miRNA 也可以通過與 mRNA 的編碼區結合，影響核糖體沿 mRNA 移動，從而阻斷轉譯的延長。

此題考查真核生物 mRNA 中負責蛋白質轉譯起始的序列。

選項分析：
(A) Kozak sequence：Kozak 序列（例如，CCRCCAUGG，其中 R 是嘌呤，Y 是嘧啶）是位於起始密碼子（AUG）附近的一個保守序列，它能增強核糖體對起始密碼子的識別和結合，從而促進轉譯的起始。在大多數真核生物中，Kozak 序列對高效轉譯起始非常重要。
(B) Shine-Dalgarno sequence：Shine-Dalgarno 序列是原核生物 mRNA 中用於識別起始密碼子（AUG）的序列，它與 16S rRNA 的一個區域發生配對。在真核生物中不存在 Shine-Dalgarno 序列。
(C) TATA Box sequence：TATA 盒是一個 DNA 序列，位於基因的啟動子區域，是 RNA polymerase II 識別和結合的位點，負責調控基因的轉錄起始，而不是轉譯起始。

此題考查真核生物基因轉錄起始所必需的 DNA 序列。

選項分析：
(A) Kozak sequence：Kozak 序列是 mRNA 上的序列，與轉譯起始有關，不是轉錄起始。
(B) Shine-Dalgarno sequence：Shine-Dalgarno 序列是原核生物 mRNA 上的序列，與轉譯起始有關，不是真核生物的轉錄起始。

此題考查蛋白質轉譯過程中涉及的 GTP 結合蛋白，並找出哪個不是。蛋白質轉譯是一個複雜的過程，涉及多種蛋白質因子，其中許多因子在結合 GTP 後才能發揮功能，GTP 的水解則提供能量或改變蛋白質構象。

選項分析：
(A) IF-2 (Initiation Factor 2)：IF-2 是真核生物起始因子，它結合 GTP，並負責將起始 tRNA（Met-tRNAi）遞送到 40S 核糖體亞基上，參與起始複合體的形成。IF-2 的活性受到 GTP 的結合和水解調控。因此，IF-2 是 GTP 結合蛋白。
(B) IF-3 (Initiation Factor 3)：IF-3 是真核生物起始因子，它的主要功能是結合到 40S 核糖體亞基上，防止 40S 和 60S 亞基過早結合，並幫助起始 tRNA 結合到起始密碼子上。IF-3 本身不直接結合 GTP。

此題考查蛋白質轉譯過程中，核糖體沿 mRNA 移動（translocation）步驟所需的因子。

選項分析：
(A) IF-2 (Initiation Factor 2)：IF-2 是參與轉譯起始的因子，負責將起始 tRNA 遞送到 40S 核糖體亞基上。它不參與轉譯延伸的移動步驟。
(B) IF-3 (Initiation Factor 3)：IF-3 是參與轉譯起始的因子，主要防止核糖體亞基過早結合。它不參與轉譯延伸的移動步驟。

此題與前面的 2D-PAGE 圖和 DEAE-Sephadex 柱色譜相關。DEAE-Sephadex 是一種陰離子交換樹脂，帶有帶正電的 DEAE 基團（二乙基氨基乙基）。在 pH 7.0 時，柱中的緩衝液也呈中性。

DEAE-Sephadex 的結合原理是靜電吸附。帶負電的分子會與帶正電的 DEAE 基團結合。因此，如果蛋白質的淨電荷為負，它們就會與柱子結合。蛋白質的電荷取決於其胺基酸組成和溶液的 pH 值。pH 值低於蛋白質的等電點（pI）時，蛋白質帶正電；pH 值高於 pI 時，蛋白質帶負電。

要回答這個問題，我們需要知道圖中 1, 2, 3, 4 四個蛋白質的等電點（pI）或它們在 pH 7.0 時的淨電荷。由於題目沒有直接給出這些信息，我們需要從 2D-PAGE 的圖中推斷。

2D-PAGE 圖顯示了蛋白質在等電聚焦（第一維）和 SDS-PAGE（第二維）後的分布。
第一維是等電聚焦，蛋白質根據其 pI 分離。pH 值從左到右（或從右到左）變化。圖中標示了 pH 值，大致可以看出蛋白質的 pI。

此題與上一題類似，但 pH 值變為 8.0。DEAE-Sephadex 仍然是陰離子交換樹脂，帶正電。

蛋白質的電荷取決於其 pI 和溶液的 pH 值。

• pH < pI：蛋白質帶正電。
• pH > pI：蛋白質帶負電。

從 2D-PAGE 圖推斷的 pI 值：

• 蛋白質 1：pI ≈ 4.5
• 蛋白質 2：pI ≈ 5.5
• 蛋白質 3：pI ≈ 7.5
• 蛋白質 4：pI ≈ 7.5

核心觀念

Sephadex G-100 是凝膠過濾（size-exclusion chromatography）樹脂，依蛋白質的「有效大小」或水動力半徑分離，而非依電荷或親疏水性分離。

凝膠顆粒內含許多孔洞：

• 體積較大的蛋白質無法進入多數孔洞，主要沿顆粒外部流動，因此較快洗脫。
• 體積較小的蛋白質可進入較多孔洞，路徑較長，因此較慢洗脫。

因此洗脫順序為：

$$\text{有效大小較大者}>\text{有效大小較小者}$$

題目中的「$>$」代表前者先洗脫；「$=$」代表兩者大小相同，洗脫位置相同。

解題方法

依原圖比較四個蛋白質的有效分子大小。圖中蛋白質 2 與 4 的有效大小相同，且都大於蛋白質 1 與 3；蛋白質 1 與 3 的有效大小也相同。因此：

$$2=4>1=3$$

蛋白質 2、4 會先流出，蛋白質 1、3 後流出。

選項分析

此題考查利用定量實時 PCR (qPCR) 數據計算基因表達的倍數差異。qPCR 的循環數（cycle number）與模板量呈指數關係。通常，每增加一個 PCR 循環，DNA 模板的量大約翻倍（當 PCR 效率接近 100% 時）。

基本原理：
ΔCt = Ct (target gene) - Ct (reference gene)
ΔΔCt = ΔCt (sample) - ΔCt (control sample)
Fold change = $2^{-\Delta\Delta Ct}$

在這裡，我們需要比較樣本 A 和樣本 B 中基因 X 的表達量。我們需要考慮到內參基因 GAPDH 的表達水平，以便進行標準化。

步驟 1：計算樣本 A 和樣本 B 相對於內參基因 GAPDH 的 ΔCt 值。
ΔCt (A) = Ct(Gene X in A) - Ct(GAPDH in A) = 25 - 12 = 13
ΔCt (B) = Ct(Gene X in B) - Ct(GAPDH in B) = 30 - 13 = 17

步驟 2：計算兩個樣本之間的 ΔΔCt 值。我們將樣本 A 作為參照（Control），計算樣本 B 相對於樣本 A 的差異。
ΔΔCt = ΔCt (B) - ΔCt (A) = 17 - 13 = 4

此題要求闡述如何通過改進 DNA 聚合酶的四個關鍵特性——特異性（specificity）、熱穩定性（thermostability）、保真度（fidelity）和過程性（processivity）——來提升其在分子生物學技術中的應用。

DNA 聚合酶的改進是通過基因工程和蛋白質工程技術實現的，主要目標是使其更好地適應特定的實驗條件和應用需求。

1. Specificity (特異性)：

   • 含義：指 DNA 聚合酶能夠準確識別底物（dNTPs）和模板 DNA，並只將正確的鹼基配對到模板上，以及只在 DNA 鏈的 3' 端進行延伸。提高特異性意味著減少錯誤配對和非特異性結合。
   • 改進方法：
     • 定點突變 (Site-directed mutagenesis)：通過對 DNA 聚合酶編碼基因進行定點突變，改變酶的活性位點或底物結合區域的胺基酸序列。例如，可以改變與 dNTPs 結合的胺基酸，使其對正確的 dNTPs 有更高的親和力，而對錯誤的 dNTPs 親和力降低。
     • 結構分析和理性設計 (Structural analysis and rational design)：利用 X 射線晶體學或 cryo-EM 等技術解析 DNA 聚合酶的三維結構，識別出影響特異性的關鍵殘基。然後基於結構信息，設計出能增強特異性的突變。
     • 篩選和進化 (Screening and evolution)：通過構建包含大量突變體的酶庫，並利用高通量篩選方法，找出具有更高特異性的酶變體。例如，可以設計一個篩選系統，只有當酶能準確識別模板和底物時才能產生信號。

2. Thermostability (熱穩定性)：

   • 含義：指 DNA 聚合酶在較高溫度下保持其結構和活性的能力。這對於 PCR 等高溫循環的應用至關重要。
   • 改進方法：
     • 從高溫微生物中尋找和分離：許多嗜熱菌（thermophiles）生活在溫泉或熱液噴口等高溫環境中，它們的 DNA 聚合酶天生就具有很高的熱穩定性（例如 Taq 聚合酶）。
     • 定向進化 (Directed evolution)：通過隨機誘變（random mutagenesis）產生酶庫，然後在高溫條件下進行篩選，找出能在高溫下保持活性的突變體。重複此過程可以逐步提高酶的熱穩定性。

此題要求解釋「水平基因轉移」（horizontal gene transfer, HGT）的概念，並給出人工基因轉移（artificial gene delivery）的例子及其機制。

水平基因轉移 (Horizontal Gene Transfer, HGT)

水平基因轉移是指生物體通過非有性生殖的方式，從其他非親緣個體獲取遺傳物質的過程。這與垂直基因轉移（vertical gene transfer，即從親代傳遞給子代）相對。在細菌中，HGT 是演化的重要驅動力，促進了抗生素抗性的傳播，例如 NDM-1 基因的傳播。

細菌中的主要 HGT 機制包括：

1. 轉化 (Transformation)：細菌直接吸收環境中的外源 DNA 片段，並將其整合到自身基因組中。
2. 轉導 (Transduction)：通過噬菌體（bacteriophage）作為載體，將細菌 DNA 從一個宿主細胞轉移到另一個宿主細胞。
3. 接合 (Conjugation)：通過細胞間的直接接觸（通常通過質粒介導），將遺傳物質（如質粒）從供體細胞轉移到受體細胞。

人工基因轉移 (Artificial Gene Delivery)

人工基因轉移是利用生物技術手段，將外源基因導入目標細胞或生物體內的過程，是基因工程的核心環節。這可以被視為一種「人工水平基因轉移」。

人工基因轉移的例子與機制：

可以舉多種例子，這裡以基於質粒的基因轉化 (Plasmid-mediated transformation) 為例，這在細菌和酵母研究中非常常見，也常用於植物和動物細胞的基因工程。

例子：利用質粒將外源基因導入大腸桿菌 (E. coli)。

機制解釋：

1. 構建重組質粒 (Construction of recombinant plasmid)：
   • 首先，確定要轉移的目標基因（例如，一個報告基因，或一個抗生素抗性基因）。
   • 將該目標基因通過限制性內切酶切割和 DNA 連接酶連接，插入到一個合適的細菌質粒載體中。這個質粒載體通常包含：
     • 複製起始點 (Origin of replication, ori)：確保質粒能在細菌中自我複製。

此題要求解釋 P 元素（P elements）在果蠅（Drosophila）雜合不育（hybrid dysgenesis）中的作用機制，以及 P 型雄果蠅與 M 型雌果蠅雜交為何會產生不育後代。

P 元素 (P Elements)

P 元素是果蠅基因組中存在的一類轉位子（transposons），屬於 DNA 轉位子。它們能夠在基因組內移動位置（轉位）。P 元素的存在與否以及其活性狀態，對果蠅的生殖力有重要影響。

雜合不育 (Hybrid Dysgenesis, HD)

雜合不育是一種現象，當來自兩個不同種群（或品系）的果蠅雜交時，後代會表現出生殖缺陷，如不育、染色體畸變、突變率升高。這種缺陷的嚴重程度取決於親本的遺傳背景，特別是 P 元素的狀態。

P 元素轉位機制與雜合不育的產生：

1. P 元素的兩個重要特性：

   • 轉位能力 (Transposition)：P 元素能夠通過「切割-連接」（cut-and-paste）機制在基因組內移動。這種轉位過程需要 P 元素自身編碼的轉位酶（transposase）。
   • 生殖細胞特異性沉默 (Reproductive sterility-associated silencing)：在大多數「正常」的果蠅品系中（通常 P 元素是內源性的，存在於基因組中），P 元素的活性受到嚴格的生殖細胞（germline）調控。這種調控機制（由 P 元素的某些部分介導，稱為 "silencer"）在體細胞（somatic cells）中不活躍，但在生殖細胞中活躍，能夠抑制 P 元素的轉位。因此，擁有內源 P 元素的個體通常具有正常的生殖力。

2. P 型雄果蠅 (P-cytotype male)：

   • 指其生殖細胞中 P 元素的活性受到有效抑制的雄果蠅。
   • P 元素的轉位能力被其自身的沉默機制所抑制。
   • 其生殖細胞中的 P 元素處於靜止狀態。

3. M 型雌果蠅 (M-cytotype female)：

   • 指其生殖細胞中缺乏 P 元素或 P 元素處於非活性狀態，因此沒有 P 元素沉默機制。
   • 其生殖細胞中 P 元素的轉位能力未被抑制。

此題要求描述真核生物 RNA 聚合酶 II (RNAP II) 的羧基末端結構域 (CTD) 在基因表達中的兩個主要作用。RNAP II 的 CTD 是一個特殊的結構域，由重複的酪氨酸-絲氨酸-脯氨酸-蘇氨酸 (YSPTSPS) 肽序列組成，其重複次數因物種而異。CTD 的磷酸化狀態在 RNAP II 的轉錄週期中起著關鍵調控作用。

RNA 聚合酶 II CTD 的兩個主要作用：

1. 招募和協調轉錄後加工因子 (Recruitment and coordination of post-transcriptional processing factors)：
   • 機制：在轉錄起始階段，RNAP II 的 CTD 處於未磷酸化或低磷酸化狀態。隨著 RNAP II 開始延伸轉錄，CTD 會被特定的激酶（如 TFIIH 中的 CDK7）磷酸化。CTD 的磷酸化模式（例如，Ser5 磷酸化）能夠識別和招募參與 mRNA 加工的蛋白質複合體，包括：
     • 加帽因子 (Capping factors)：負責在 mRNA 的 5' 端添加 7-甲基鳥苷帽。
     • 剪接因子 (Splicing factors)：參與識別剪接位點、去除內含子並連接外顯子。
     • 加尾因子 (Polyadenylation factors)：識別 polyadenylation 信號，並啟動 3' 端加尾過程。
   • 作用：CTD 充當一個「平台」，將這些加工因子穩定地聚集在正在合成的 RNA 分子附近。這種「轉錄偶聯翻譯後加工」（transcription-coupled post-transcriptional processing）的機制確保了 mRNA 加工的效率和準確性，使 mRNA 在轉錄的同時就能被正確地加工，為後續的轉運和轉譯做好準備。

核心觀念

本題考查兩個概念：

1. 限制酶的六鹼基辨識序列與切割位置。
2. DNA 複製選殖中「相容性黏性末端」（compatible cohesive ends）的用途。

限制酶通常辨識特定的短 DNA 序列，並在固定位置切割 DNA。若切割後產生單股突出端，稱為「黏性末端」（sticky end 或 cohesive end）。

解題方法

先在題目序列中尋找常見的六鹼基限制酶辨識序列：

$$5'-\mathrm{CCGAGAGATCTAC}-3'$$

其中第 6–11 個鹼基為：

$$5'-\mathrm{AGATCT}-3'$$

$\mathrm{AGATCT}$ 是限制酶 BglII 的辨識序列，且具有回文結構。BglII 的切割方式如下：

$$5'-\mathrm{A|GATCT}-3'$$ $$3'-\mathrm{TCTAG|A}-5'$$

因此，原序列的切割位置為：

$$5'-\mathrm{CCGAGA|GATCTAC}-3'$$

切割後會產生四個鹼基的 $5'$ 突出端：

$$5'-\mathrm{GATC}$$

所以本題第（a）題的辨識與切割序列為：

$$\boxed{5'-\mathrm{A|GATCT}-3'}$$

相容性黏性末端

「相容性黏性末端」是指由不同限制酶切割後產生、但彼此具有互補單股突出序列的 DNA 末端。這些末端可以透過鹼基互補配對暫時接合，再由 DNA ligase 形成完整的磷酸二酯鍵。

例如：

• BglII 切割 $\mathrm{AGATCT}$，產生 $5'$-$\mathrm{GATC}$ 突出端。