Πανελλαδικές Εξετάσεις 2024 — biology, Θέμα D (6 μονάδες)

Στο φυτό Petunia το γονίδιο Α κωδικοποιεί ένα ένζυμο που παράγει μια γαλάζια χρωστική, ενώ ένα διαφορετικό γονίδιο Β κωδικοποιεί ένα ένζυμο που μετατρέπει τη γαλάζια χρωστική σε μωβ χρωστική. Το φυτό Arabidopsis έχει άσπρα άνθη χωρίς χρωστικές. Ένα διαγονιδιακό φυτό Arabidopsis, που έχει ενσωματωμένο ένα αντίγραφο του γονιδίου Α σε ένα από τα δύο χρωμοσώματα του δεύτερου ζεύγους, διασταυρώνεται με ένα διαγονιδιακό φυτό Arabidopsis, που έχει ενσωματωμένο ένα αντίγραφο του γονιδίου Β σε ένα από τα δύο χρωμοσώματα του πέμπτου ζεύγους.
Δ2. Ποια είναι η φαινοτυπική αναλογία των απογόνων Arabidopsis της F1 γενιάς (μονάδες 2); Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας γράφοντας την κατάλληλη διασταύρωση (μονάδες 4).

Απάντηση:
Συμβολίζουμε με Α και Β τα διαγονίδια και με «–» την απουσία διαγονιδίου στο ομόλογο χρωμόσωμα. Τα δύο διαγονίδια βρίσκονται σε διαφορετικά ζεύγη χρωμοσωμάτων (2ο και 5ο), άρα κληρονομούνται ανεξάρτητα.
Ρ: Α–,–– (γαλάζιο) × ––,Β– (άσπρο)
Γαμέτες: (Α,–) και (–,–) / (–,–) και (–,Β)
F1: Α–,Β– (μωβ) : Α–,–– (γαλάζιο) : ––,Β– (άσπρο) : ––,–– (άσπρο), σε ίσες αναλογίες.
Φαινοτυπική αναλογία: 1 μωβ : 1 γαλάζιο : 2 άσπρα.
Τα φυτά που φέρουν μόνο το Β είναι άσπρα, γιατί χωρίς το προϊόν του Α δεν παράγεται γαλάζια χρωστική, οπότε το ένζυμο του Β δεν έχει υπόστρωμα να μετατρέψει.

ΚΛΕΙΔΙ ΒΑΘΜΟΛΟΓΗΣΗΣ (6 μ.). Φαινοτυπική αναλογία 1 μωβ : 1 γαλάζιο : 2 άσπρα: 2 μ. Διασταύρωση (4 μ.): γονότυποι γονέων με σαφή δήλωση ότι κάθε διαγονίδιο υπάρχει σε ένα μόνο ομόλογο (1 μ.), γαμέτες (1 μ.), οι τέσσερις συνδυασμοί απογόνων (1 μ.), αιτιολόγηση των φαινοτύπων και ιδίως γιατί ο συνδυασμός με μόνο το Β δίνει άσπρο άνθος (1 μ.). Μερική πίστωση: ορθή διασταύρωση με λάθος τελική αναλογία: έως 4 μ. Θεώρηση των Α και Β ως συνδεδεμένων ή ως ομόζυγων διαγονιδίων: -2 μ.

Πανελλαδικές Εξετάσεις 2024 — biology, Θέμα D (6 μονάδες)

Στο φυτό Petunia το γονίδιο Α κωδικοποιεί ένα ένζυμο που παράγει μια γαλάζια χρωστική, ενώ ένα διαφορετικό γονίδιο Β κωδικοποιεί ένα ένζυμο που μετατρέπει τη γαλάζια χρωστική σε μωβ χρωστική. Το φυτό Arabidopsis έχει άσπρα άνθη χωρίς χρωστικές. Ένα διαγονιδιακό φυτό Arabidopsis, που έχει ενσωματωμένο ένα αντίγραφο του γονιδίου Α σε ένα από τα δύο χρωμοσώματα του δεύτερου ζεύγους, διασταυρώνεται με ένα διαγονιδιακό φυτό Arabidopsis, που έχει ενσωματωμένο ένα αντίγραφο του γονιδίου Β σε ένα από τα δύο χρωμοσώματα του πέμπτου ζεύγους.
Διασταυρώνουμε δύο φυτά Arabidopsis της F1 γενιάς, το ένα με άσπρα άνθη και το άλλο με γαλάζια άνθη. Οι φαινοτυπικές αναλογίες των απογόνων της F2 γενιάς που προκύπτουν είναι 1 γαλάζιο : 1 άσπρο.
Δ3. Να γράψετε το γονότυπο του άσπρου φυτού της F1 γενιάς που χρησιμοποιήθηκε στη διασταύρωση (μονάδες 2). Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας γράφοντας τις κατάλληλες διασταυρώσεις (μονάδες 4).

Απάντηση:
Το άσπρο φυτό της F1 δεν φέρει κανένα διαγονίδιο: γονότυπος ––,–– (ούτε Α ούτε Β).
Το γαλάζιο φυτό της F1 είναι υποχρεωτικά Α–,––.
1η περίπτωση (ισχύει): ––,–– × Α–,––
Γαμέτες: (–,–) / (Α,–) και (–,–)
Απόγονοι: Α–,–– (γαλάζιο) : ––,–– (άσπρο) = 1 γαλάζιο : 1 άσπρο — συμφωνεί με τα δεδομένα.
2η περίπτωση (απορρίπτεται): ––,Β– × Α–,––
Γαμέτες: (–,–), (–,Β) / (Α,–), (–,–)
Απόγονοι: Α–,Β– (μωβ) : Α–,–– (γαλάζιο) : ––,Β– (άσπρο) : ––,–– (άσπρο) = 1 μωβ : 1 γαλάζιο : 2 άσπρα. Εμφανίζονται μωβ απόγονοι, που δεν παρατηρούνται, άρα η περίπτωση αυτή αποκλείεται.

ΚΛΕΙΔΙ ΒΑΘΜΟΛΟΓΗΣΗΣ (6 μ.). Γονότυπος άσπρου φυτού ––,–– (χωρίς κανένα διαγονίδιο): 2 μ. Αιτιολόγηση με διασταυρώσεις (4 μ.): διασταύρωση της αποδεκτής περίπτωσης με απογόνους 1 γαλάζιο : 1 άσπρο (2 μ.), διασταύρωση της εναλλακτικής περίπτωσης ––,Β– × Α–,–– και αιτιολογημένη απόρριψή της λόγω εμφάνισης μωβ απογόνων (2 μ.). Μερική πίστωση: ορθός γονότυπος με μία μόνο διασταύρωση και χωρίς απόρριψη της εναλλακτικής: έως 4 μ. Ορθός γονότυπος χωρίς καμία διασταύρωση: 2 μ.

Πανελλαδικές Εξετάσεις 2024 — biology, Θέμα D (6 μονάδες)

Βακτήριο E. coli φέρει στο γονιδίωμά του το οπερόνιο της λακτόζης, του οποίου ο χειριστής δεν μπορεί να συνδεθεί λόγω μετάλλαξης με την πρωτεΐνη-καταστολέα. Στο βακτήριο αυτό εισάγουμε πλασμίδιο, το οποίο φέρει μεταξύ του γονιδίου ανθεκτικότητας στο αντιβιοτικό στρεπτομυκίνη και του υποκινητή του έναν φυσιολογικό χειριστή, στον οποίο μπορεί να προσδένεται η πρωτεΐνη-καταστολέας.
Δ4. Να εξηγήσετε πώς θα επηρεαστεί η ανάπτυξη του βακτηρίου E. coli μετά την εισαγωγή του πλασμιδίου σε καλλιέργεια με θρεπτικό υλικό που περιέχει
α. μόνο λακτόζη ως πηγή άνθρακα (μονάδες 2),
β. μόνο γλυκόζη ως πηγή άνθρακα και το αντιβιοτικό στρεπτομυκίνη (μονάδες 2),
γ. μόνο λακτόζη ως πηγή άνθρακα και το αντιβιοτικό στρεπτομυκίνη (μονάδες 2).

Απάντηση:
Λόγω της μετάλλαξης στον χειριστή του, το οπερόνιο της λακτόζης του βακτηρίου εκφράζεται συνεχώς (συστατικά), ανεξάρτητα από την παρουσία λακτόζης. Ο φυσιολογικός χειριστής του πλασμιδίου, αντίθετα, δεσμεύει την πρωτεΐνη-καταστολέα και μπλοκάρει τη μεταγραφή του γονιδίου ανθεκτικότητας, εκτός αν υπάρχει λακτόζη, η οποία ως επαγωγέας συνδέεται με τον καταστολέα και τον αδρανοποιεί.
α. Μόνο λακτόζη: τα ένζυμα του οπερονίου παράγονται (ούτως ή άλλως συστατικά), η λακτόζη διασπάται και το βακτήριο αναπτύσσεται φυσιολογικά.
β. Μόνο γλυκόζη και στρεπτομυκίνη: απουσία λακτόζης ο καταστολέας παραμένει ενεργός και προσδένεται στον χειριστή του πλασμιδίου, οπότε το γονίδιο ανθεκτικότητας δεν μεταγράφεται. Το βακτήριο δεν διαθέτει προστασία από τη στρεπτομυκίνη και δεν αναπτύσσεται (θανατώνεται), παρότι έχει διαθέσιμη γλυκόζη.
γ. Μόνο λακτόζη και στρεπτομυκίνη: η λακτόζη αδρανοποιεί τον καταστολέα, ο οποίος δεν προσδένεται στον χειριστή του πλασμιδίου· έτσι εκφράζεται το γονίδιο ανθεκτικότητας και το βακτήριο επιβιώνει από το αντιβιοτικό, ενώ ταυτόχρονα διασπά τη λακτόζη και αναπτύσσεται.

ΚΛΕΙΔΙ ΒΑΘΜΟΛΟΓΗΣΗΣ (6 μ.). α (2 μ.): αναπτύσσεται (1 μ.) με αιτιολόγηση ότι το μεταλλαγμένο οπερόνιο εκφράζεται συστατικά και η λακτόζη διασπάται (1 μ.). β (2 μ.): δεν αναπτύσσεται/θανατώνεται (1 μ.) με αιτιολόγηση ότι απουσία λακτόζης ο καταστολέας δεσμεύει τον χειριστή του πλασμιδίου και δεν εκφράζεται το γονίδιο ανθεκτικότητας (1 μ.). γ (2 μ.): αναπτύσσεται (1 μ.) με αιτιολόγηση ότι η λακτόζη ως επαγωγέας αδρανοποιεί τον καταστολέα και επιτρέπει την έκφραση της ανθεκτικότητας (1 μ.). Σωστό συμπέρασμα χωρίς αιτιολόγηση: 1 μ. ανά σκέλος. Λάθος συμπέρασμα με ορθό σκεπτικό: έως 0,5 μ. ανά σκέλος.