112 年 國立臺灣大學生命科學研究所《遺傳學（C）》

本題在考驗關於 Barr body 的基本概念。Barr body 是 X 染色體 inactiva tion 的產物。在哺乳類動物中，雌性個體（XX）為了達到劑量補償（dosage compensation），會將其中一條 X 染色體隨機地不活化，形成 Barr body。雄性個體（XY）只有一條 X 染色體，通常不會不活化。

本題考驗對 E. coli lac operon 調控機制的理解。lac operon 的調控涉及 lac repressor 蛋白、inducer（如 IPTG 或 allolactose）以及 RNA polymerase。

在正常情況下，當沒有 inducer 時，lac repressor 會與 operator 區域結合，阻止 RNA polymerase 轉錄 lacZ（編碼 beta-galactosidase）、lacY（編碼 lactose permease）和 lacA（編碼 thiogalactoside transacetylase）基因。當 inducer 存在時，它會與 repressor 結合，改變 repressor 的構形，使其無法與 operator 結合，從而允許 RNA polymerase 開始轉錄。

本題考驗對染色體數目異常的術語定義。

• Aneuploidy (非整倍體)：指細胞染色體數目發生了非整倍數的改變，例如多了一條或少了一條染色體。例如，唐氏症（Down syndrome）就是 21 號染色體為三倍體 (trisomy 21)。
• Polyploidy (多倍體)：指細胞染色體數目為正常二倍體（2n）的整數倍，例如三倍體（3n）、四倍體（4n）等。這在植物中較常見。
• Tetraploid (四倍體)：是多倍體的一種，染色體數目為正常二倍體（2n）的四倍（4n）。

本題考驗對 retrotransposons 的基本認識。Retrotransposons 是一類存在於真核生物基因組中的移動遺傳因子，它們的轉位（transposition）過程涉及 RNA 中介。

(A) 正確。Retrotransposons 的轉位機制類似於反轉錄病毒（retrovirus）。它們首先被轉錄成 RNA，然後通過反轉錄酶（reverse transcriptase）將 RNA 逆轉錄回 DNA，再將這個 DNA 整合到基因組的新位置。
(B) 錯誤。

本題考驗對人類基因組組成和功能的了解。人類基因組約有 30 億鹼基對，但其中只有一小部分真正編碼蛋白質。

• 編碼蛋白質的區域（Exons）：這些是基因中最終會被轉錄成 mRNA 並翻譯成蛋白質的區域。
• 非編碼區域（Introns, regulatory sequences, repetitive elements, etc.）：包括內含子（introns，在成熟 mRNA 中被剪接掉）、啟動子（promoters）、增強子（enhancers）、基因間區（intergenic regions）、

本題考驗 DNA 鹼基配對規則。DNA 的兩條鏈是反向平行（antiparallel）的，並且鹼基之間遵循特定的配對規則：腺嘌呤（A）與胸腺嘧啶（T）配對（A-T），鳥糞嘌呤（G）與胞嘧啶（C）配對（G-C）。

給定的 DNA 鏈序列是 5' GGATTC 3'。
其互補鏈的鹼基配對如下：
G 互補於 C
G 互補於 C
A 互補於 T
T 互補於 A
T 互補於 A
C 互補於 G

由於 DNA 鏈是反向平行的，如果給定的鏈是 5' 到 3'，那麼其互補鏈的序列方向將是 3' 到 5'。
所以，5' GGATTC 3' 的互補鏈是 3' CCTAAG 5'。

本題考驗對細胞分裂過程中染色體分離所需的 DNA 結構的認識。染色體的正確分離是細胞分裂成功的關鍵，這需要特定的 DNA 序列和蛋白質結構來協調。

• Telomeres (端粒)：位於染色體末端，主要功能是保護染色體末端不被融合或降解，以及在 DNA 複製中發揮作用。它們不直接參與染色體在分裂時的正確分離。
• Centromeres (著絲點)：是染色體上一個特殊的區域，在細胞分裂過程中，紡錘絲（spindle fibers）會附著在著絲點上的動粒（kinetochore）上，從而將姐妹染色分體（sister chromatids）或同源染色體（homologous chromos

本題考驗減數分裂過程中產生配子（卵子）的多樣性，涉及獨立分配定律（Law of Independent Assortment）。基因的組合方式取決於它們在染色體上的位置以及是否發生連鎖。假設題目中的基因（A, B, c, D）位於不同的染色體上，則適用獨立分配定律。

一個女性的基因型為 Aa Bb cc Dd。在減數分裂產生卵子時，每個等位基因對會分離，並且不同染色體上的基因會獨立分配。

本題考驗對減數分裂過程中遺傳重組（genetic recombination）的視覺證據的認識。遺傳重組是減數分裂過程中發生在同源染色體之間的一種交換遺傳物質的現象，它增加了配子的遺傳多樣性。

• Centromeres (著絲點)：是染色體結構的一部分，用於紡錘絲的附著，與遺傳重組的發生無直接視覺關聯。
• Haploid nuclei (單倍體細胞核)：是減數分裂的結果，表示染色體數目減半，但本身不是重組的視覺證據。

本題考驗為何遺傳學家會使用粒線體 DNA (mtDNA) 來研究動物種群的親緣關係。mtDNA 具有一些獨特的特性，使其成為研究親緣關係的有用工具。

(A) mtDNA 突變速率比核 DNA 快。這是 mtDNA 被用來研究演化的原因之一，因為較快的突變速率可以更精確地反映較近期的演化事件和種群分化。所以這句話本身是錯誤的，而且「慢」不是原因，是「快」才是。
(B) mtDNA 是母系遺傳，且不受染色體間重組影響。母系遺傳意味著 mtDNA 的基因型只來自母親，這使得追踪譜系變得簡單。

本題考驗對 Hardy-Weinberg 平衡定律的五個基本假設的理解。Hardy-Weinberg 平衡定律描述了一個理想化的族群，其等位基因頻率和基因型頻率在代際之間保持不變。要達到這種平衡狀態，必須滿足以下五個條件：

1. Large population (大族群)：族群足夠大，以避免隨機遺傳漂變（genetic drift）對等位基因頻率的影響。
2. Random mating (隨機交配)：個體之間進行隨機的交配，沒有偏好。
3. No gene flow (無基因流)：沒有外來個體遷入或族群遷出，導致等位基因頻率改變。
4. No mutation (無突變)：沒有新的突變產生，也不會有等位基因轉化為其他等位基因。
5. No natural selection (無自然選擇)：所有基因型在生存和繁殖上具有相同的適應度，沒有選擇壓力。

題目要求找出不屬於 Hardy-Weinberg 平衡假設的選項。

本題考驗對生物遺傳物質的認識。生物體的遺傳物質是攜帶遺傳信息並能夠傳遞給下一代的分子。

• DNA (脫氧核糖核酸)：是絕大多數生物（包括細菌、古菌、真核生物）的主要遺傳物質。可以是雙股 DNA（double stranded DNA），如大多數生物的染色體 DNA；也可以是單股 DNA（single stranded DNA），如某些病毒。

本題考驗對不同類型基因突變及其對蛋白質序列影響的理解。

• Nonsense mutation (無義突變)：將一個編碼氨基酸的密碼子（codon）轉變為終止密碼子（stop codon）。這會導致蛋白質合成提前終止，產生一個截短的蛋白質，從而改變蛋白質序列。
• Missense mutation (錯義突變)：導致一個密碼子改變，進而編碼另一個不同的氨基酸。這會改變蛋白質序列中的一個氨基酸。

本題考驗對染色質結構基本單元的認識。

• Ribosome (核糖體)：是細胞質中負責蛋白質合成的細胞器。
• Nucleosome (核小體)：是真核細胞染色質的基本結構單位。

本題考驗對基因沉默技術的認識。

• ChIP (Chromatin Immunoprecipitation)：染色質免疫沉澱技術，用於研究 DNA 與蛋白質（如轉錄因子）的結合。
• RNAi (RNA interference)：RNA 干擾，是一種利用雙股 RNA（dsRNA）或小干擾 RNA（siRNA）或微小 RNA（miRNA）來抑制基因表現的技術。dsRNA 會被切割成小片段，然後與 RNA 誘導的沉默複合物（RISC）結合，尋找並降解或抑制與之互補的 mRNA，從而達到基因沉默的目的。

本題考驗對細菌突變株的術語。

• Auxotroph (營養缺陷型突變株)：指一種微生物突變株，它由於基因突變而失去了合成某種必需營養物質（如胺基酸、核苷酸）的能力，因此需要在培養基中添加這種物質才能生長。
• Lysogeny (溶原狀態)：指某些噬菌體（bacteriophage）感染細菌後，其基因組整合到細菌染色體中，但不立即裂解細菌，而是與細菌一起複製。

核心觀念

這題考的是基因組印記（genomic imprinting）。基因組印記是一種表觀遺傳現象：基因的表現取決於該等位基因是由父親或母親傳來，而不是只由 DNA 序列決定。

對於 paternally imprinted gene：

• 父源等位基因受到印記，通常被甲基化或以其他方式沉默。
• 父源等位基因不進行轉錄。
• 母源等位基因未被沉默，因此負責轉錄與表現。

因此，其表現模式為：

解題方法

判斷關鍵在於「paternally imprinted」的意思：

• paternal：父源的
• imprinted：受到基因組印記，通常代表該等位基因被標記並沉默

所以，paternally imprinted gene 是「父源等位基因被沉默的基因」，實際轉錄的是母源等位基因。因此選擇「Only the maternal allele is transcribed」的選項。

選項分析

(A) It is never expressed in the somatic cells of male

核心觀念

腫瘤抑制基因（tumor suppressor gene）所產生的蛋白質，主要功能是抑制細胞過度增殖、維持基因體穩定性，並在細胞受損時啟動修復、凋亡或細胞衰老程序。因此，腫瘤抑制基因失活後，細胞可能逃脫細胞週期控制，累積 DNA 突變，最後形成腫瘤。

DNA 受損時，腫瘤抑制基因常透過 DNA damage checkpoint 暫停細胞週期，使細胞有時間修復 DNA；若損傷無法修復，則可誘導 apoptosis。

解題方法

判斷各選項是否符合「抑制腫瘤形成」的基本方向：

• 能在 DNA 受損時暫停細胞週期、維持基因體穩定性，符合腫瘤抑制功能。
• 促進細胞生長或阻止細胞凋亡，會增加異常細胞存活與增殖，通常屬於致癌方向。
• 促進細胞分化在部分情況下有抑制腫瘤效果，但不是腫瘤抑制基因最典型、最主要的定義性功能。

所以最佳答案為控制 DNA 受損反應下的細胞週期進程。

選項分析

(A) control progress in the cell cycle in response to DNA damage

正確。DNA 受損時，腫瘤抑制蛋白可啟動檢查點，暫停細胞週期，避免受損 DNA 被複製或傳遞給子細胞。例如 p53 可誘導 p21，使 cyclin–CDK 活性下降，造成細胞週期停滯；若損傷嚴重且無法修復，p53 也可促進 apoptosis。

這正是腫瘤抑制基因維持基因體穩定性的重要方式。

(B) stimulate cell growth

本題考驗對 mRNA 結構和功能的理解，特別是 AUG 密碼子的作用。

• AUG 密碼子：在 mRNA 的翻譯過程中，AUG 密碼子通常是起始密碼子（start codon）。它編碼第一個氨基酸——甲硫氨酸（methionine）。在大多數情況下，蛋白質的合成從 AUG 開始。
• 5'-cap：是 mRNA 在 5' 端的一個特殊結構（通常是 7-methylguanosine），有助於 mRNA 的穩定性和核糖體識別。

本題考驗對「充電 tRNA」(charged tRNA) 的定義。在蛋白質合成過程中，tRNA 分子需要攜帶特定的氨基酸才能參與核糖體的翻譯。

• Charged tRNA (充電 tRNA)：是指一個 tRNA 分子已經與其對應的氨基酸共價連接。這個過程由氨醯-tRNA 合成酶（aminoacyl-tRNA synthetase）催化，需要消耗 ATP。這個連接發生在 tRNA 的 3' 端（通常是 CCA 序列）。
• (A) a tRNA just release from ribosome during translation：剛剛從核糖體釋放的 tRNA 已經完成了氨基酸的遞送，但它本身是否是「充電」的，取決於它是否還攜帶氨基酸。

Genetic linkage (基因連結)：
基因連結是指位於同一條染色體上的基因，在減數分裂產生配子的過程中，傾向於一同遺傳給下一代的現象。

Epistasis (上位性/基因上位作用)：
上位性是指一個基因的表現（或突變）會影響另一個位於不同基因座（locus）的基因的表現。換句話說，一個基因的等位基因可以掩蓋或抑制另一個基因的表型效應。

Frameshift mutation (讀碼框移位突變)：
讀碼框移位突變是指在蛋白質編碼區（coding region）的 DNA 序列中，插入（insertion）或刪除（deletion）一個或多個鹼基，但插入或刪除的鹼基數不是三個的倍數。

Inversion (倒位)：
倒位是一種染色體結構異常，指染色體某一段發生了 180 度的旋轉，導致該段 DNA 序列的順序顛倒。

Heterochromatin (異染色質)：
異染色質是細胞核中染色質的一種緊密壓縮的狀態，與之相對的是常染色質（euchromatin），後者較為鬆散。異染色質通常在細胞分裂間期（interphase）呈現為深染的區域。其主要特徵包括：

1. 高度濃縮：DNA 緊密地纏繞在組蛋白上，形成高度壓縮的結構。

基因體 (Genome)：
基因體是指一個生物體（或病毒、細胞器）所擁有的全部遺傳物質的總和。

基因體研究的重要性與應用方向：
基因體研究在生物學和醫學領域具有極其重要的意義，其應用方向廣泛，主要包括：

1. 基礎生物學研究：

   • 理解生命機制：揭示生命的遺傳基礎、基因結構、功能、調控機制，以及生物體的演化歷程。
   • 物種分類與演化：通過比較不同物種的基因組，研究物種間的親緣關係、演化路徑和模式。
   • 生物多樣性研究：了解不同生物體的基因組差異，為保護生物多樣性提供科學依據。

2. 醫學與健康：

   • 疾病診斷與預防：識別與疾病相關的基因突變（如遺傳性疾病、癌症易感基因），開發基因檢測技術，實現早期診斷、預防和風險評估。

近年來基因體研究常用的方法與策略：
近年來，隨著技術的飛速發展，基因體研究的方法和策略更加多元和高效：

1. 高通量定序技術 (High-throughput Sequencing Technologies)：

   • 二代定序 (Next-Generation Sequencing, NGS)：如 Illumina 定序，能夠快速、低成本地對大量 DNA 或 RNA 片段進行平行定序，是基因體組裝、變異檢測、轉錄體分析（RNA-seq）等研究的基礎。
   • 三代定序 (Third-Generation Sequencing, TGS)：如 PacBio 和 Oxford Nanopore 定序，能夠定序更長的 DNA 片段（長讀長，long-read sequencing），這對於組裝複雜基因組、解析結構變異、識別重複區域以及研究表觀遺傳學（如 DNA 甲基化）非常重要。

2. 基因組組裝與註釋 (Genome Assembly and Annotation)：

   • 從頭組裝 (De novo assembly)：利用定序數據重建物種的完整基因組序列，尤其適用於先前未被定序的物種。
   • 基於參考序列的組裝 (Reference-based assembly)：將個體樣本的定序數據比對到已有的參考基因組上，以識別個體間的變異（如 SNP, indel, 結構變異）。
   • 基因註釋 (Gene annotation)：預測基因的位置、結構（外顯子、內含子）、功能，以及其他基因組元件。

核心觀念

本題考查：

1. 完全顯性：每個基因座只呈現兩種表型：

   • 至少有一個顯性等位基因：顯性表型
   • 同型合子隱性：隱性表型

2. 乘法原理：若各基因座彼此獨立分配，總表型數目等於各基因座表型種類數目的乘積。

解題方法

親代為：

逐一分析各基因座：

A 基因

表型為：

• $Aa$：A 顯性表型
• $aa$：A 隱性表型

因此 A 基因座有 $2$ 種表型。

同理：

有 $2$ 種表型；

有 $2$ 種表型；

本題要求計算子代可能出現的表型數目，親代基因型為 Aa Bb Cc Dd 與 Aa Bb Cc DD 雜交。假設所有基因（A, B, C, D）都位於不同的染色體上，因此適用獨立分配定律。題目說明 ABCD 基因皆為完全顯性。

我們將這個雜交過程分解為四個獨立的單基因雜交：

1. A/a 與 A/A 雜交：

   • 親本基因型：Aa × AA
   • 產生的配子：A, a (來自 Aa)；A (來自 AA)
   • 子代基因型：Aa, aa
   • 表現型：A (來自 Aa), A (來自 aa) → 只有 1 種表型 (A)。

2. B/b 與 B/B 雜交：

   • 親本基因型：Bb × BB
   • 產生的配子：B, b (來自 Bb)；B (來自 BB)
   • 子代基因型：BB, Bb
   • 表現型：B (來自 BB), B (來自 Bb) → 只有 1 種表型 (B)。