113 年 國立臺灣大學生命科學研究所《遺傳學（C）》

核心觀念

在具有兩套染色體的生物中，每種染色體各有兩個代表，這種細胞的染色體數稱為二倍體數，以 $2n$ 表示。此處的 $n$ 代表一套染色體的數目，因此兩套染色體的總數為 $2n$。

解題方法

題幹指出每種染色體都有兩個代表，表示細胞含有兩套染色體，符合二倍體的定義。因此空格依序填入「diploid」與「$2n$」。

選項分析

• (A) haploid; $n$：錯誤。 單倍體數以 $n$ 表示，代表一套染色體，不符合題幹所述的兩個代表。
• (B) haploid; $2n$：錯誤。 單倍體數不以 $2n$ 表示；$2n$ 是二倍體數的符號。

核心觀念

本題考查「染色體遺傳學說」（Chromosome Theory of Inheritance）。二十世紀初，Walter Sutton 與 Theodor Boveri 觀察到，減數分裂時染色體的行為，與配子形成時遺傳因子的分離與分配相符，因此提出基因位於染色體上，奠定染色體遺傳學說。

解題方法

題幹的關鍵在於「基因由染色體攜帶」以及 Sutton、Boveri 的貢獻。孟德爾定律描述遺傳因子在配子形成時的分離與分配；Sutton 與 Boveri 則將這些遺傳規律和減數分裂中染色體的行為連結起來，形成染色體遺傳學說。

因此，題目詢問的是這項提議奠定了哪一個理論，而不是單獨詢問孟德爾的哪一條定律。

選項分析

• (A) Chromosome Theory of Inheritance：正確。 此選項即「染色體遺傳學說」，主張基因位於染色體上，染色體在減數分裂與受精過程中的行為可解釋遺傳現象。
• (B) Law of Segregation：錯誤。 「分離律」是孟德爾的遺傳定律，指出一對等位基因在配子形成時分離。

核心觀念

本題考基因體編輯的基本原理：利用能辨識特定 DNA 序列的核酸酶，將作用位置導向目標基因，再切割或改變該處 DNA。細胞修復切割位置時，可造成序列插入或缺失；若提供修復模板，也可進行定點改造。

解題方法

圖中第 I-3 題詢問基因體編輯的基礎；選項分別提到乙醯化、甲基化、以核酸酶定向操作 DNA、轉錄，以及以上皆非。判斷關鍵是：基因體編輯要能針對特定 DNA 位置進行操作，因此應選擇「定向目標 DNA 序列並以特定核酸酶操作」的敘述。

選項分析

• (A) 錯誤。 乙醯化通常是組蛋白等蛋白質的化學修飾，與核酸酶切割特定 DNA 序列不是同一機制。
• **(B) 錯誤。

核心觀念

本題考的是限制酶辨識序列在隨機 DNA 中的平均出現頻率。若四種核苷酸比例相等，且每個位置上的核苷酸彼此獨立，指定序列每一個位置符合要求的機率都是 $\frac{1}{4}$。

解題方法

六個鹼基的辨識序列要求連續六個位置都符合指定核苷酸，因此該序列出現的機率為：

$$\left(\frac{1}{4}\right)^6=\frac{1}{4^6}=\frac{1}{4096}$$

平均而言，每 4096 個鹼基會出現一次該辨識序列，因此限制酶平均每 4096 個鹼基切割一次。

選項分析

核心觀念

核酸探針會與目標序列互補配對。DNA 的鹼基配對規則為 $A$ 配 $T$、$G$ 配 $C$；兩條核酸鏈以反向平行的方向配對。因此，若探針寫成 $5′ \to 3′$，目標互補鏈應寫成 $3′ \to 5′$。

解題方法

題目探針序列為：

$$5′\text{-A-T-G-C-C-A-G-T-}3′$$

逐一寫出互補鹼基，並保持反向平行方向：

$$3′\text{-T-A-C-G-G-T-C-A-}5′$$

這與選項 (C) 完全相同，所以探針會與 (C) 的序列互補配對。

選項分析

第 I-6 題 詳解

核心觀念

本題考的是原核生物與真核生物轉譯（translation）機制的差異，重點包括：

• 轉錄與轉譯的時空偶聯性（coupling）
• 核糖體的大小與組成
• mRNA 起始轉譯的辨識機制（5' cap / Poly-A tail vs. Shine–Dalgarno sequence）
• 轉譯終止時釋放因子（release factor）的種類與功能

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解題方法

逐一比對各選項所描述的特徵，判斷其究竟屬於「原核生物」還是「真核生物」，並確認敘述本身是否正確。題目要求選出真核生物具備而原核生物不具備的差異。

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選項分析

(A) Translation and transcription are coupled.

❌ 錯誤。 轉錄與轉譯的偶聯（coupled transcription-translation）是原核生物的特徵。原核細胞沒有核膜，mRNA 在轉錄的同時即可被核糖體結合並開始轉譯。真核生物的轉錄在細胞核內進行，mRNA 須經加工（加帽、剪接、加 Poly-A 尾）並輸出至細胞質後，才進行轉譯，兩者在時間與空間上是分離的（uncoupled）。此選項描述的是原核特徵，非真核特徵。

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(B) Eukaryotic ribosomes are smaller with fewer proteins and RNA molecules.

❌ 錯誤。 真核核糖體為 80S（由 40S 小次單元與 60S 大次單元組成），原核核糖體為 70S（由 30S 小次單元與 50S 大次單元組成）。真核核糖體較大，且含有更多的蛋白質與 rRNA 分子。本選項敘述與事實完全相反。

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(C) Eukaryotes use the 5′ G-cap and Poly-A-tail on their mRNAs to initiate translation.

✅ 正確。 真核生物轉譯起始的關鍵步驟如下：

1. mRNA 的 5' 端 $m^7G$ cap（7-甲基鳥苷帽）被起始因子 eIF4E 辨識並結合。
2. mRNA 的 3' 端 Poly-A tail 被 PABP（Poly-A Binding Protein）結合。
3. 支架蛋白 eIF4G 同時與 eIF4E 及 PABP 交互作用，使 mRNA 形成閉環結構（closed-loop complex），促進 40S 小次單元的招募。
4. 40S 小次單元隨後沿 mRNA 的 5' UTR 進行掃描（scanning），直到遇到第一個 AUG 起始密碼子。

此機制與原核生物利用 Shine–Dalgarno 序列（位於 mRNA 的 5' UTR，與 16S rRNA 的 3' 端互補配對）來定位核糖體至起始

核心觀念

這題考的是利用中間產物補充實驗判定代謝途徑中各酵素的作用順序。假設合成路徑是線性的，且外加的中間產物能被細胞利用：

$$\text{前驅物} \xrightarrow{酵素} \text{中間產物} \xrightarrow{酵素} \text{中間產物} \xrightarrow{酵素} \text{胺基酸}$$

若突變使某一步驟所需的酵素失效，補充該阻斷點下游的物質，便可繞過受阻步驟；但若突變影響的是補充物之後的步驟，補充該物質仍無法恢復合成。

解題方法

依序判斷各突變株能被哪些中間產物救援，定位缺陷步驟：

• **突變株 I：**補充藍色物質與綠色物質都不能合成胺基酸。兩種中間產物都無法繞過缺陷，表示酵素 I 作用在它們之後，也就是最後一步。
• **突變株 II：**補充藍色物質或綠色物質都能合成胺基酸。兩種物質都能繞過缺陷，表示酵素 II 作用在兩者形成之前，也就是第一步。
• **突變株 III：**補充綠色物質能合成胺基酸，補充藍色物質則不能。表示藍色物質到綠色物質之間的反應受阻；綠色物質已在缺陷步驟下游，藍色物質則仍須經過缺陷步驟。因此酵素 III 作用在中間一步。

所以由前驅物到胺基酸的酵素順序為：

核心觀念

此題考驗 Hardy–Weinberg 平衡下的基因型頻率。設 $M$ 等位基因頻率為 $p$，$N$ 等位基因頻率為 $q$，則 $p+q=1$，基因型頻率為：

$$\mathit{MM}:p^2,\qquad \mathit{MN}:2pq,\qquad \mathit{NN}:q^2$$

$M$ 與 $N$ 為共顯性等位基因，因此異型合子 $\mathit{MN}$ 的頻率是 $2pq$。

解題方法

已知 $\mathit{NN}$ 個體占 $49\%$，由 Hardy–Weinberg 平衡：

$$q^2=0.49$$

因此 $q=0.7$，而 $p=1-q=0.3$。代入異型合子頻率公式：

$$2pq=2(0.3)(0.7)=0.42$$

所以預期有 $42\%$ 的個體為 $\mathit{MN}$。

選項分析

核心觀念

本題考查非蛋白質編碼 RNA 的功能。某段 DNA 不編碼蛋白質，且與一個在植物早期胚胎發育中發揮作用的基因互補，這項線索指向 微小 RNA（microRNA，miRNA）。

miRNA 由基因轉錄而成，成熟後可與目標信使 RNA（mRNA）互補配對，並透過 RNA 誘導沉默複合體抑制該 mRNA 的翻譯，或促使其降解。因此，miRNA 能調控目標基因的表現。

解題方法

先依題幹線索判斷這段 DNA 的產物與作用：

1. 「不編碼蛋白質」表示它可能產生具有調控功能的非編碼 RNA。
2. 「與某基因互補」表示其 RNA 產物能辨認並配對目標 RNA。
3. 能以互補配對方式調控目標基因表現的選項中，miRNA 最符合題意。

因此答案為 (E) microRNA（miRNA）。

選項分析

核心觀念

本題考查唐氏症個體的第 21 號染色體分離，以及配子與受精卵的染色體數目。唐氏症女性的體細胞有三條第 21 號染色體；正常男性的精子有一條第 21 號染色體。

解題方法

依題目採用的簡化分離模型，唐氏症女性形成的卵子有兩種可能：

• 卵子含一條第 21 號染色體，機率為 $\frac{1}{2}$。
• 卵子含兩條第 21 號染色體，機率為 $\frac{1}{2}$。

正常男性的精子均含一條第 21 號染色體。受精後：

卵子所含第 21 號染色體數	精子所含數目	受精卵所含數目	結果
1	1	2	第 21 號染色體數目正常
2	1	3	唐氏症

因此，預期有一半子代為唐氏症：

$$P(\text{唐氏症子代})=\frac{1}{2}=50\%$$

核心觀念

題目只列出「Allele」，未附完整題幹或作答指示；以下依「說明 allele 的定義」作答。

等位基因（allele）是位於同一基因座、彼此不同的基因或 DNA 序列形式。二倍體生物的一對同源染色體，在同一基因座各帶有一個等位基因；兩者相同時為同型合子，不同時為異型合子。

例如，若某基因座有 $A$ 與 $a$ 兩種等位基因，則 $AA$、$Aa$、$aa$ 是不同基因型。$A$ 與 $a$ 是等位基因；$Aa$ 則是由兩個等位基因組成的基因型。

解題方法

判斷兩個序列是否為等位基因，關鍵在於它們是否對應到同一基因座的不同形式。僅僅功能相似或造成相似表型，並不足以判定兩者互為等位基因；

核心觀念

題目只提供「Dominance」一詞，未附完整問句或選項；以下依「說明遺傳學中的顯性作用及其類型」作答。

在二倍體生物中，顯性描述的是雜合子中兩個等位基因的表型關係。若雜合子 $Aa$ 的表型與純合子 $AA$ 相同，則稱 $A$ 對 $a$ 完全顯性，$a$ 對 $A$ 隱性。顯性不是等位基因本身固定不變的屬性，而是兩個等位基因在特定基因座中的相對關係。

解題方法

比較三種基因型 $AA$、$Aa$、$aa$ 的表型，重點觀察雜合子 $Aa$：

• $Aa$ 與 $AA$ 表型相同：完全顯性。
• $Aa$ 表型介於 $AA$ 與 $aa$ 之間：不完全顯性。
• $Aa$ 同時表現兩種等位基因的特徵：共顯性。

完全顯性時，兩個雜合子交配：

$$Aa \times Aa$$

子代基因型比例為：

$$\frac{1}{4}AA:\frac{1}{2}Aa:\frac{1}{4}aa$$

因為 $AA$ 與 $Aa$ 表現相同表型，表型比例為：

題目資訊：題幹只提供「Epistasis」一詞，未附具體問句、雜交資料或選項；以下依「說明上位作用的定義與常見遺傳比例」作答。

核心觀念

上位作用（epistasis）是指：一個基因座的等位基因會遮蔽或改變另一個基因座對表型的影響。前者稱為上位基因，其作用被遮蔽的基因稱為下位基因。兩個基因座因此會共同影響表型，孟德爾雙因子雜交常見的 $9:3:3:1$ 表型比例便可能被改變。

上位作用不同於顯性作用：顯性作用是在同一基因座內，一個等位基因影響另一等位基因的表現；上位作用則涉及不同基因座之間的表型遮蔽或修飾。

解題方法

判斷上位作用題目時，先列出兩個基因座的基因型，再依生化路徑或題目給定的表型規則，將基因型合併成表型類別。不能只看每個基因座各自的分離比例，因為不同基因型可能因上位作用而表現成同一種表型。

以隱性上位作用為例，假設 $A\_B\_$ 與 $A\_bb$ 分別呈現兩種表型，而 $aaB\_$ 與 $aabb$ 都呈現第三種表型。由 $AaBb \times AaBb$ 的雙因子雜交，基因型類別原為：

• $A\_B\_$：$9/16$
• $A\_bb$：$3/16$
• $aaB\_$：$3/16$
• $aabb$：$1/16$

第 II-4 題：Genetic Code（遺傳密碼）

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核心觀念

本題為名詞解釋題型，要求考生完整闡述「Genetic Code（遺傳密碼）」的定義與核心特徵。遺傳密碼是分子生物學的中心法則（Central Dogma）中，從 mRNA 核苷酸序列轉譯（Translation）為蛋白質胺基酸序列時所依循的對應規則。考生須掌握密碼子的組成方式、數量，以及遺傳密碼的六大主要特徵。

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解題方法：名詞解釋的標準答題架構

名詞解釋題的得分關鍵在於：先給精確定義，再條列核心特徵，最後適度延伸。以下依此架構展開。

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一、定義

遺傳密碼（Genetic Code）是指 mRNA 上的核苷酸序列與蛋白質多肽鏈（Polypeptide）胺基酸序列之間的對應規則。mRNA 以每連續三個核苷酸為一組，構成一個密碼子（Codon），每個密碼子指定一種胺基酸或一個終止訊號。

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二、基本單元——密碼子（Codon）

• mRNA 由 4 種核苷酸（A、U、G、C）組成，三個一組的排列組合共有：

$$4^3 = 64 \text{ 種密碼子}$$

• 其中 61 種為意義密碼子（Sense codons），編碼 20 種標準胺基酸。
• 3 種終止密碼子（Stop codons / Nonsense codons）：UAA（ochre）、UAG（amber）、UGA（opal），不編碼任何胺基酸，作為轉譯終止的訊號。
• 起始密碼子（Start codon）：AUG，同時編碼甲硫胺酸（Met；原核生物中為 fMet），是轉譯起始的訊號。

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三、遺傳密碼的六大特徵

1. 三聯體性質（Triplet Code）

每個密碼子由三個連續核苷酸組成。此性質最早由 Crick 等人以 T4 噬菌體 rII 區的移碼突變（Frameshift mutation）實驗所證實：單一核苷酸的插入或缺失會使下游讀框全部改變，而三個核苷酸的插入或缺失則可恢復正確讀框，證明密碼子為三聯體。

2. 不重疊（Non-overlapping）

mRNA 上的每一個核苷酸僅屬於一個密碼子，相鄰密碼子之間不共用核苷酸。例如序列 5′-AUGCGA-3′ 讀為 AUG｜CGA，而非 AUG、UGC、GCG… 依次重疊。（註：少數病毒基因體存在重疊基因，但讀框本身仍各自不重疊地閱讀。）

3. 無標點符號間隔（Commaless）

密碼子之間沒有任何分隔符號，核苷酸一個接一個連續排列。翻譯機器從起始密碼子 AUG 開始，每次固定往 3′ 方向移動三個核苷酸，依序讀取密碼子。因此，閱讀框架（Reading frame） 的正確性完全取決於起始位點。

4. 簡併性（Degeneracy / Redundancy）

61 種意義密碼子只編碼 20 種胺基酸，代表多個不同密碼子可編碼同一種胺基酸。例如 Leucine（Leu）有 6 個密碼子（UUA、UUG、CUU、CUC、CUA、CUG）。簡併性主要發生在密碼子的第三位（3′ 端），即所謂的「搖擺位置（Wobble position）」。

核心觀念

遺傳漂變（genetic drift）是族群中等位基因頻率因有限個體的隨機抽樣而逐代改變的現象。即使沒有自然選擇，下一代個體形成時的抽樣也可能使等位基因頻率偏離上一代；族群越小，這種隨機波動越明顯。

以二倍體族群為例，若某等位基因在目前族群的頻率為 $p$，另一等位基因頻率為 $q=1-p$，有效族群大小為 $N_e$，則下一代等位基因頻率 $p'$ 的期望值與變異數為：

$$E[p']=p$$ $$\operatorname{Var}(p')=\frac{pq}{2N_e}$$

這表示在許多個獨立族群中，頻率變化的平均值為零；但單一族群仍會因隨機抽樣而上下波動。這種波動可能使等位基因最終固定，頻率成為 $1$，或喪失，頻率成為 $0$。

對中性等位基因而言，若其初始頻率為 $p_0$，最終固定的機率為 $p_0$，喪失的機率為 $1-p_0$。族群內的異合度則會因漂變逐代降低；在有效族群大小固定時：

$$H_t=H_0\left(1-\frac{1}{2N_e}\right)^t$$

其中 $H_0$ 是初始異合度，$H_t$ 是經過 $t$ 代後的預期異合度。

解題方法

題目僅提供術語「Genome」，缺少完整題幹；以下依「名詞解釋」作答。

核心觀念

基因體（genome）是生物體或細胞所含的一套完整遺傳物質。對典型的細胞生物而言，通常以一套單倍體染色體所含的全部 DNA 為基因體；基因體包含蛋白質編碼基因，也包含調控序列、非編碼 RNA 基因、重複序列及其他非編碼 DNA。真核生物的粒線體與植物的葉綠體也各有自己的基因體；病毒的基因體則可能由 DNA 或 RNA 組成。

解題方法

核心觀念

題目只提供「Heterozygous」（雜合子），未附完整題幹或選項；以下依「說明此名詞的意義」作答。

在同一基因座上，個體若帶有兩種不同的等位基因，稱為雜合子（heterozygote），其基因型可寫為 $Aa$。其中 $A$ 與 $a$ 是同一基因的不同等位基因。相對地，$AA$ 或 $aa$ 具有兩個相同等位基因，稱為同型合子（homozygote）。

解題方法

核心觀念

「母性效應」（maternal effect）是指：子代的表現型由母本的基因型決定，而非直接由子代自身的基因型決定。母本的核基因會影響卵細胞中預先累積的 mRNA、蛋白質等物質；這些物質在胚胎早期控制發育，因此子代即使已具有自己的基因型，表現型仍可能反映母本的基因型。

這是核基因造成的遺傳效應，不能與粒線體等細胞器的母系遺傳混為一談。

解題方法

判斷是否為母性效應，可依序確認：

1. 子代表現型是否與母本基因型一致。
2. 交配後，子代的表現型是否不直接依照各自基因型分離。
3. 子代長大成為母本後，其基因型是否會影響下一代的表現型。

經典例子是淡水螺殼旋向。令 $D$ 為右旋等位基因，$d$ 為左旋等位基因；假設 $D$ 對 $d$ 顯性，則母本為 $DD$ 或 $Dd$ 時，子代表現右旋；母本為 $dd$ 時，子代表現左旋。

核心觀念

題目僅提供主題「Quantitative trait」，未提供問句或選項；以下依「說明何謂數量性狀」作答。

數量性狀是表型可呈現一系列連續變異的性狀，常由多個基因座共同影響，且環境也會影響表現。例如身高、體重、種子產量與乳量。相對地，單一基因座造成、表型類別明確分開的性狀，常稱為質性性狀。

數量性狀的表型可用下式表示：

$$P=G+E$$

其中 $P$ 為表型值，$G$ 為基因型值，$E$ 為環境效應。若研究群體中基因型與環境效應的共變異可忽略，表型變異可寫為：

$$V_P=V_G+V_E$$

基因型變異還可分解為加性變異、顯性變異與上位性變異：

$$V_G=V_A+V_D+V_I$$

第 II-10 題：Variation（變異）

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核心觀念

本題為名詞解釋題，考的是遺傳學中 Variation（變異） 的定義、分類、來源機制，以及其在族群遺傳與演化上的意義。此概念橫跨古典遺傳學、分子遺傳學與數量遺傳學（quantitative genetics），是理解天擇與演化的基石。核心公式為表型變異的分割：

$$V_P = V_G + V_E + V_{G \times E}$$

其中 $V_P$ 為表型變異（phenotypic variance）、$V_G$ 為遺傳變異（genetic variance）、$V_E$ 為環境變異（environmental variance）、$V_{G \times E}$ 為基因型與環境交互作用變異。遺傳變異又可進一步拆分為：

$$V_G = V_A + V_D + V_I$$

其中 $V_A$ 為加成性變異（additive variance）、$V_D$ 為顯性變異（dominance variance）、$V_I$ 為上位性變異（epistatic / interaction variance）。

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解題方法

名詞解釋題的答題策略為：定義 → 分類與來源 → 生物學意義，三段式架構作答，條理分明且不遺漏關鍵面向。

一、定義

Variation（變異）指同一物種或族群內，個體之間在 表型（phenotype） 或 基因型（genotype） 上所呈現的差異。變異是可被觀測與量化的：質性性狀（qualitative trait）的變異表現為不連續的表型類別（如豌豆花色紫 vs. 白）；數量性狀（quantitative trait）的變異則呈連續分布（如人類身高），常以變異數（variance, $V$）或標準差衡量。

二、分類與來源

(1) 遺傳變異（Genetic variation）——可遺傳，來源包括：

機制	說明
突變（Mutation）	產生新等位基因的終極來源。包括點突變（point mutation）、插入／缺失（indel）、染色體結構變異（structural variation）及多倍體化（polyploidy）等。
基因重組（Recombination）	減數分裂時，同源染色體之 聯會互換（crossing over） 與非同源染色體之 獨立分配（independent assortment） 將已有的等位基因重新排列組合，產生新的基因型。
基因流動（Gene flow）	個體遷移帶入或帶出等位基因，改變族群的等位基因頻率，增加或減少族群內遺傳變異。
有性生殖（Sexual reproduction）	配子隨機結合（random mating）本身即可產生大量基因型組合；

核心觀念

短串聯重複序列（short tandem repeat, STR）是由一段短 DNA 基序連續重複排列而成的序列。基序通常長約 2–6 個鹼基；重複次數可因個體而異，因此 STR 可用於個體辨識。

解題方法

選取一段短基序，讓它緊鄰重複數次，再以兩側不同序列作為示意：

$$5′\text{-GATC-(AGAT)}_4\text{-TCGA-}3′$$

展開後為：

$$5′\text{-GATC-AGATAGATAGATAGAT-TCGA-}3′$$

核心觀念

短串聯重複序列（STR）是基因組中由短 DNA 序列單位連續重複形成的區域。不同個體在同一 STR 位點的重複次數常有差異，因此形成不同長度的等位基因。法醫鑑定利用多個 STR 位點的等位基因組合，建立個人的 DNA 型別。

解題方法

判斷 STR 是否適合法醫分析，可從「個體辨識力」、「檢體分析難易度」及「結果可比較性」三方面說明：

1. 變異度高，個體辨識力強
   同一 STR 位點在族群中常有多種等位基因，個體間的型別差異大。單一位點不足以辨識個人，但多個位點合併分析後，隨機兩人恰好具有相同型別的機率會大幅降低。若各位點近似獨立，整體型別符合機率可由各位點機率相乘估算：

   $P(\text{整體型別符合}) \approx \prod_{i=1}^{n} P(\text{第 }i\text{ 個位點型別符合})$

   在哈溫平衡假設下，若某位點兩種等位基因的頻率為 $p$ 與 $q$，異型合子的基因型頻率為 $2pq$，同型合子的基因型頻率為 $p^2$ 或 $q^2$。實務上會使用族群等位基因頻率估算證據強度，並依規範處理位點間連鎖及族群結構等因素。

核心觀念

這題考的是：多個高度多型性 STR 位點，如何共同提高個體辨識力，以及為何法醫資料庫需要一組數量有限、彼此可比較的標準位點。

STR（短串聯重複序列）在不同個體間常有不同的重複次數，因此同一位點可有多種等位基因。單一位點通常不足以唯一辨認個體；若檢驗多個遺傳上近似獨立的位點，整體隨機配對機率會快速下降。FBI 的法醫 STR DNA 型別以 20 個 CODIS 核心位點的等位基因組成；這組標準也讓不同實驗室產生的型別能在資料庫中比對。FBI：CODIS and NDIS Fact Sheet

解題方法與推導

先把問題拆成兩部分：20 個位點為何具有足夠的辨識力，以及**「足夠」在哪些條件下成立**。

在 Hardy–Weinberg 平衡假設下，若某位點兩種等位基因的族群頻率分別為 $p_i$、$p_j$，則：

• 同型合子基因型 $i/i$ 的頻率約為 $p_i^2$。
• 異型合子基因型 $i/j$ 的頻率約為 $2p_ip_j$。

若各位點彼此獨立，整體 DNA 型別的隨機配對機率可用乘法法則估算：

$$P(\text{多位點型別}) \approx \prod_{k=1}^{n} P(\text{第 }k\text{ 個位點型別})$$

例如，假設 20 個位點各自的基因型隨機配對機率平均為 $0.1$，則簡化估算為：

$$(0.1)^{20}=10^{-20}$$

這個例子只用來說明乘法累積的效果；實際計算須使用各位點的族群等位基因頻率，並考慮適用的族群模型。當多個高多型性位點一起使用時，無關個體恰好具有相同完整型別的機率通常會非常低。

為什麼 20 個位點可作為核心組合

核心觀念

個人化醫療是依照個別病人的腫瘤特徵、遺傳背景與藥物反應，選擇較適合的治療方式。癌症病人的腫瘤可能帶有特定基因變異或生物標記，這些特徵會影響腫瘤生長、藥物敏感性與抗藥性。

治療決策常依據腫瘤的體細胞變異、基因表現、蛋白質標記，以及病人的胚系基因變異。胚系變異可影響藥物代謝、療效與毒性；腫瘤體細胞變異則可協助找出致癌驅動因子與適合的標靶。

解題方法

題目未提供癌症種類、病理結果或基因檢測資料，因此作答應說明個人化醫療的流程與用途，而不能指定某一種藥物。

1. 確認診斷與腫瘤特徵：取得腫瘤組織，確認癌症類型與分子亞型；依需要進行基因定序、基因表現或蛋白質標記檢測。
2. 辨識可治療的標記：檢查腫瘤是否具有可作為治療目標的驅動變異、生物標記，或與特定治療反應相關的特徵。
3. 配對治療：若有適用的標靶治療或免疫治療，依檢測結果評估是否使用；

核心觀念

本題考的是作物性狀如何被改變，以及「基因改造」與「長期選拔育種」所用方法的差異。兩者都會改變作物的遺傳組成，目標都是讓後代具有人類需要的性狀；主要差別在於改變遺傳組成的方式與精確程度。

• 選拔育種：從族群中挑選具有理想性狀的植株作為親本，讓它們繁殖，再從後代中繼續選拔。經過多代累積，理想性狀的相關等位基因會在族群中增加。
• 基因改造（GM）：利用分子生物技術直接改變基因組，例如導入基因、調整基因表現，或以基因編輯改變特定 DNA 序列。導入的基因可來自同種或不同物種。

解題方法

作答時可從「遺傳變異的來源」與「改變基因的方式」比較：

1. 長期選拔育種主要利用族群中原有的遺傳變異，再透過雜交與多代選拔，逐步提高有利性狀的頻率。
2. GM 作物則透過生物技術直接加入、移除或改變特定基因或 DNA 序列，通常能較直接地設定欲改變的遺傳目標。
3. 因此，兩者的差異在於育種技術與基因改變的精確性；

第 III-4-(a) 題詳解

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核心觀念

本題考的是**完全顯性（complete dominance）**的定義，以及如何用家系圖（pedigree）展示此現象。

• 顯性遺傳（autosomal dominant inheritance）：只要帶有一個突變等位基因即會發病，家系圖呈現垂直傳遞模式。這是遺傳「模式」的描述。
• 完全顯性（complete dominance）：指顯性純合子（$HH$）與雜合子（$Hh$）的表現型完全相同，無法從臨床症狀區分二者。這是等位基因間「顯隱性關係」的描述。

兩者是不同層次的概念。人類多數體染色體顯性遺傳疾病實際上屬於不完全顯性（incomplete dominance）——純合子 $HH$ 的症狀遠比雜合子 $Hh$ 嚴重，甚至胚胎致死（例如軟骨發育不全症 achondroplasia：$Hh$ 為侏儒症，$HH$ 為致死型）。

亨丁頓舞蹈症（HD）之所以被譽為人類遺傳學中完全顯性的首例，關鍵在於：經由委內瑞拉 Lake Maracaibo 大家系的研究，發現 $HH$ 個體與 $Hh$ 個體在發病年齡（age of onset）與臨床嚴重度（clinical severity）上無顯著差異，不存在基因劑量效應（dosage effect）。

因此，本題要求的家系圖必須能展示 $HH$、$Hh$、$hh$ 三種基因型同時出現，並呈現「$HH$ 與 $Hh$ 表現型一致」這一核心特徵。

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解題方法

關鍵設計：雙親皆為患病雜合子（$Hh \times Hh$）

唯有此婚配組合，子代才會依孟德爾分離律產生三種基因型：

$$Hh \times Hh \;\longrightarrow\; \frac{1}{4}\,HH \;:\; \frac{2}{4}\,Hh \;:\; \frac{1}{4}\,hh$$

• $HH$（患病）與 $Hh$（患病）的臨床表現完全相同 → 證明完全顯性
• $hh$（正常）的存在 → 確認雙親確實各帶一個 $h$，皆為雜合子

若僅畫 $Hh \times hh$ 的測交家系，子代只會出現 $Hh$ 與 $hh$，永遠看不到 $HH$，便無法區辨「完全顯性」與「不完全顯性」，設計上無效。

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家系圖（Pedigree）

以下為符合題意的家系圖（實心符號 = 患病；空心符號 = 正常）：

核心觀念

亨丁頓舞蹈症（Huntington’s disease, HD）為常染色體顯性遺傳。完全顯性表示只要帶有一份致病等位基因，個體便會呈現疾病表型；因此，雜合子已會發病，沒有「帶因但不發病」的雜合狀態。

解題方法

以 $H$ 表示 HD 致病等位基因，以 $h$ 表示正常等位基因。假設一方為雜合患者 $Hh$，另一方為未患病者 $hh$：

$$Hh \times hh \longrightarrow \frac{1}{2}Hh+\frac{1}{2}hh$$

核心觀念

本題考「自然選汰對顯性有害等位基因的作用，如何受到發病年齡影響」。自然選汰會降低繁殖成功率較低的基因型所留下的後代數；若某等位基因在攜帶者繁殖前就造成疾病，攜帶者的適存度會降低，該等位基因便較容易被選汰。

亨丁頓舞蹈症（HD）為常染色體顯性遺傳病，但症狀通常到成年後才出現，常在患者已生育子女後才發病。因此，雖然異型合子攜帶者會發病，其繁殖年齡期間的適存度仍可能接近一般人。

解題方法

判斷自然選汰對 HD 等位基因的影響，要比較兩個時間點：疾病發病時間與繁殖時間。若患者在繁殖前發病，病症較可能減少生育與後代數；若在繁殖後才發病，致病等位基因便已傳給下一代。

核心觀念

蛋白質定序與基因組定序的共同目標，都是確定一條生物聚合物中各個單體的排列次序。若聚合物長度為 $L$，其序列可表示為：

$$S=(s_1,s_2,\ldots,s_L)$$

蛋白質的單體是胺基酸；基因組 DNA 的單體是核苷酸。兩者都要從局部的讀序資訊，重建整條分子的序列。

解題方法

可用「取得片段讀序，再組裝完整序列」這個共同架構作答：

1. 取得較短片段的序列：長分子難以一次完整定序，會先取得許多短片段的讀序。蛋白質可經酵素或化學方法切成胜肽，再分析其胺基酸次序；基因組 DNA 則切成 DNA 片段後進行定序。
2. 尋找片段間的重疊：比較片段序列，找出相同的重疊區段。重疊資訊可判定片段彼此的相對位置與方向。
3. 組裝完整序列：依據重疊關係把片段接合，重建蛋白質或基因組的整體序列。若序列重複、讀序有錯，或覆蓋不足，組裝都會變得困難。