113 調查局特考三等 醫學鑑識組 分子生物學 考古題詳解

核心觀念

孟德爾以豌豆的純品系進行雜交，觀察親代與子代的性狀表現及比例，提出遺傳因子由親代傳給子代。以現代遺傳學的用語來說，這些遺傳因子可對應到基因及其等位基因。孟德爾定律主要包括顯性定律、分離定律及獨立分配定律。

解題方法與定律內容

1. 顯性定律（law of dominance）

在一對等位基因中，若個體為異型合子，且其中一個等位基因的效應足以決定可觀察到的性狀，該等位基因稱為顯性；另一個在異型合子中未表現的等位基因稱為隱性。

例如，以 $A$ 表示紫花等位基因、$a$ 表示白花等位基因，若 $A$ 對 $a$ 完全顯性，則 $AA$ 與 $Aa$ 均表現紫花，$aa$ 表現白花。純合親本 $AA \times aa$ 的 $F_1$ 子代皆為 $Aa$，表現顯性性狀。

2. 分離定律（law of segregation）

個體具有一對等位基因；形成配子時，這一對等位基因彼此分離，每個配子只取得其中一個。因此，異型合子 $Aa$ 形成的配子中，$A$ 與 $a$ 各占一半。

$F_1$ 異型合子自交時：

子代基因型比例為：

若 $A$ 對 $a$ 完全顯性，表現型比例為：

此比例建立在配子形成及受精時兩種等位基因機會相等，且子代存活與繁殖能力相同等條件下。

3. 獨立分配定律（law of independent assortment）

位於不同染色體上的基因，或在同一染色體上相距足夠遠、重組率接近 $50\%$ 的基因，其等位基因在配子形成時可彼此獨立分配。以 $AaBb$ 為例，若兩基因獨立分配，且各等位基因分離正常，會形成 $AB$、$Ab$、$aB$、$ab$ 四種配子，各占 $1/4$。

若 $A$、$B$ 分別對 $a$、$b$ 完全顯性，且 $AaBb$ 自交，子代表現型比例為：

解題技巧與常見陷阱

作答時應把三項定律分開說明：顯性定律說明異型合子的表現型；分離定律說明一對等位基因如何進入配子；獨立分配定律說明不同基因在配子形成時的分配關係。尤其不能把顯性誤解為等位基因本身「較強」或較常見，也不能把獨立分配定律套用到緊密連鎖的基因。

（二）孟德爾定律不適用或不符合典型比例的遺傳方式

核心觀念與解題方法

核心觀念

本題考查「中心法則」及其在不同病毒中的例外情形。圖中 DNA、RNA、蛋白質彼此間共有 9 種訊息傳遞方向：

• DNA → DNA
• DNA → RNA
• DNA → 蛋白質
• RNA → DNA
• RNA → RNA
• RNA → 蛋白質
• 蛋白質 → DNA
• 蛋白質 → RNA
• 蛋白質 → 蛋白質

其中「訊息傳遞」是指以一種生物大分子作為模板，將序列資訊傳給另一種大分子，不單純指化學物質參與反應。

現今分子生物學確認的主要方向如下：

DNA → 蛋白質通常不以單一步驟直接進行，而是經過 DNA → RNA → 蛋白質。蛋白質不能作為模板，把胺基酸序列資訊傳給 DNA、RNA 或另一個蛋白質。

解題方法

依序判斷三件事：

1. 該生物的遺傳物質是 DNA 還是 RNA。
2. 該遺傳物質如何在宿主細胞內複製。
3. 該遺傳物質如何表現為蛋白質。

判斷箭頭時，必須區分：

• 複製：同類分子作為模板，例如 DNA → DNA、RNA → RNA。
• 轉錄：DNA 作為模板製造 RNA，即 DNA → RNA。
• 轉譯：RNA 作為模板製造蛋白質，即 RNA → 蛋白質。
• 反轉錄：RNA 作為模板製造 DNA，即 RNA → DNA。

（一）大多數生物體的中心法則（10 分）

1. 應畫出的訊息傳遞順序

圖示可表示為：

2. DNA → DNA：DNA 複製

DNA 以自身其中一股作為模板，依互補鹼基配對原則合成新的 DNA 股。DNA 複製具有半保留性，每個子代 DNA 分子含有一股親代 DNA 與一股新合成 DNA。

主要酵素包括 DNA polymerase、helicase、primase 及 ligase。複製的目的在於細胞分裂前保存並傳遞遺傳資訊。

3. DNA → RNA：轉錄

RNA polymerase 以 DNA 的一股作為模板，依鹼基互補原則合成 RNA：

• DNA 的 A 對應 RNA 的 U
• DNA 的 T 對應 RNA 的 A
• DNA 的 G 對應 RNA 的 C
• DNA 的 C 對應 RNA 的 G

真核生物中，初級 RNA transcript 經過加帽、加上 poly(A) tail 及剪接後，形成成熟 mRNA。

4. RNA → 蛋白質：轉譯

核糖體讀取 mRNA 上的 codon，tRNA 依 anticodon 配對並攜帶相對應的胺基酸，依序形成多胜肽鏈。蛋白質的胺基酸序列由 mRNA 的核苷酸序列決定。

5. 中心法則的重點

中心法則並非表示所有方向都不存在，而是指出遺傳訊息傳遞的主要原則：

蛋白質不能反向將其胺基酸序列轉換成核酸序列，因此不存在：

• 蛋白質 → DNA
• 蛋白質 → RNA
• 蛋白質 → 蛋白質

（二）反轉錄病毒於宿主細胞內的複製（10 分）

1. 應畫出的訊息傳遞順序

反轉錄病毒的基因組為 RNA，進入宿主細胞後先進行反轉錄：

接著形成雙股 DNA，整合至宿主染色體，成為 provirus：

整合後的病毒 DNA 利用宿主細胞的轉錄系統產生病毒 RNA：

病毒 RNA 一方面作為 mRNA 進行轉譯，另一方面作為新病毒顆粒的基因組：

整體流程為：

核心觀念

短串聯重複（STR）是由短序列單元連續重複而成的 DNA，例如二核苷酸、三核苷酸或四核苷酸重複。不同個體在同一基因體位置的重複單元數目常有差異，因此 STR 的等位基因長度多型性很高。

解題方法

說明多型性來源時，從「重複序列容易在複製或重組時發生長度改變」切入，再指出這些變化如何經世代傳遞，形成個體間的等位基因差異。

1. DNA 複製滑動（replication slippage） STR 的重複單元排列相似，新生股與模板股在複製時容易錯位、形成小環圈。若新生股形成環圈，通常造成重複單元增加；若模板股形成環圈，則可能造成重複單元減少。這類插入或缺失若未被修復，就會改變 STR 長度。

2. 不等交叉互換（unequal crossing-over） 減數分裂時，同源染色體上的重複序列可能錯誤配對。發生交叉互換後，一條染色體可能增加重複單元，另一條則減少，產生長度不同的等位基因。

3. 突變累積與遺傳傳遞 STR 的長度改變若發生於生殖細胞，便能傳給後代；不同世代累積的重複次數變異，使族群中同一座位形成多種等位基因。不同 STR 座位的組合，進一步提高個體基因型的辨識能力。

解題技巧

抓住「重複單元數目可增可減」即可掌握核心。常見錯誤是只寫「個體間重複次數不同」，卻未交代差異如何產生；答題時應至少寫出複製滑動及其插入／缺失結果。

（二）與 MSI 相關的 DNA 修復系統及大腸癌發生 MSI 的原因

核心觀念

微衛星不穩定（MSI）是微衛星序列長度在腫瘤細胞中發生改變的現象，主要反映 DNA 錯配修復系統（mismatch repair, MMR）功能缺失。DNA 複製時，微衛星容易發生滑動與錯配；MMR 若無法修正這些錯誤，插入或缺失便會累積，造成 MSI。

解題方法

先說明正常 MMR 如何辨認、切除及修補複製錯誤，再依大腸癌的遺傳性與散發性兩條路徑，說明 MMR 功能失活的原因。

一、正常的錯配修復系統

人類 MMR 的主要蛋白包括 MSH2、MSH6、MSH3、MLH1、PMS2，並由其他修復因子協助完成修補。

1. 辨認錯誤

• **MutSα（MSH2–MSH6）**主要辨認單一鹼基錯配及小型插入／缺失環圈。
• **MutSβ（MSH2–MSH3）**主要辨認較大的插入／缺失環圈。

2. 招募修復複合體 錯誤辨認後，MutS 複合體招募 MutLα（MLH1–PMS2），啟動新生 DNA 鏈的修復。

核心觀念

CRISPR-Cas 是細菌及古菌用來辨識並抵禦外來遺傳物質的適應性免疫系統。CRISPR 是「規律間隔短回文重複序列」；Cas 蛋白則是與 CRISPR 序列相關的蛋白，許多 Cas 蛋白具有核酸辨識或切割功能。

此系統具有免疫系統的幾項特徵：能取得外來病原的特徵序列、保留辨識資訊，並在再次遭遇相同或相近外來遺傳物質時發動防禦。

解題方法：依免疫作用分成三階段

1. 取得外來序列（適應階段） 噬菌體或質體等外來 DNA 入侵時，部分 Cas 蛋白會從外來遺傳物質擷取一段序列，稱為 spacer（間隔序列），並將它插入細菌染色體的 CRISPR 陣列中。CRISPR 陣列由重複序列與 spacer 交錯排列而成，因而保留曾遭遇外來遺傳物質的分子紀錄。

2. 製造辨識分子（表現階段） CRISPR 陣列轉錄為前驅 CRISPR RNA，經加工後形成帶有特定 spacer 資訊的 crRNA。crRNA 可與 Cas 蛋白結合，成為辨識外來核酸的引導分子。以第二型 CRISPR-Cas 系統為例，crRNA 會與 tracrRNA 配合，協助 Cas9 定位及切割目標。

3. 辨識並清除外來核酸（干擾階段） 再次感染時，crRNA 依鹼基互補原理與外來核酸配對，引導 Cas 蛋白切割目標，使其失去複製或表現能力。不同 CRISPR-Cas 系統可作用於 DNA 或 RNA；Cas9 所屬的第二型系統主要以 DNA 為目標。

免疫特性的關鍵

• 具專一性： spacer 提供目標序列資訊，使系統能針對特定外來核酸辨識。
• 具記憶性： 新增的 spacer 留存在基因組中，讓細菌保有先前感染的分子紀錄；部分情況下也能傳給子代。
• 具效應機制： Cas 蛋白依引導 RNA 定位，並切割入侵核酸，達到防禦效果。
• 可區分自身與外來序列： 以 SpCas9 為例，目標 DNA 除須與引導 RNA 配對，也須鄰近特定的 PAM 序列，常見為 $5'-NGG-3'$。PAM 有助於辨識適合切割的外來 DNA，降低 CRISPR 陣列本身遭誤切的機會。

得分重點： 答出外來序列擷取與儲存、crRNA 形成、再次感染時引導 Cas 切割，以及專一辨識與免疫記憶，即能完整說明其免疫功能。

（二）CRISPR-Cas9 應用於細胞內基因剔除的原理

核心觀念

CRISPR-Cas9 基因剔除的核心，是利用引導 RNA 指定基因組位置，再由 Cas9 製造 DNA 雙股斷裂，主要仰賴細胞的非同源末端接合修復，產生破壞基因功能的突變。

基因剔除（gene knockout）是使特定基因失去功能；它不同於只降低基因表現量的基因沉默或基因敲低（knockdown）。

解題方法：依「設計、導入、切割、修復、確認」說明

1. 設計引導 RNA 先選定欲剔除基因中的目標序列，設計與該序列互補的引導 RNA。常用的單引導 RNA（sgRNA）將 crRNA 與 tracrRNA 的功能整合為一條 RNA，包含：

• 與目標 DNA 配對的導引區。
• 可與 Cas9 結合的骨架區。