14 th INTERNATIONAL BIOLOGY OLYMPIAD
8-16 JULY 2003
Minsk, Belarus
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14 th INTERNATIONAL BIOLOGY OLYMPIAD 8-16 JULY 2003 Minsk, Belarus
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PRACTICAL TEST(실험평가)
4
Genetics
(유전학)
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학생 번호: |
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참가자들에게
14회 국제 생물 올림피아드의 실험 영역은 4가지 실험으로 구성된다.
1. 식물 생리, 형태, 해부
2. 동물 형태, 해부, 분류
3. 미생물과 생물공학
4. 유전학
실험 시간은 1시간으로 구성된다.
각각의 실험이 끝난 후 10~15분의 휴식 시간이 주어진다.
실험이 바뀔 때에는 조교의 도움을 받을 것이다.
여러분의 행운을 빈다!
실험 영역
실험실에서
1. 봉투를 여시오. 문제지와 답지가 주어질 것이다.
겉표지에 이름, 성 그리고 코드번호를 쓰시오. 답안지의 모든 페이지에는 코드번호를 쓰시오.
2. 주어진 재료와 도구에 관한 질문만이 허용된다.
3. 한 시간이 경과되면 조교가 문제지와 답지를 회수할 것이다. 답안지만을 이용하여 채점을 할 것이다.
여러분의 행운을 빈다!
참가자들에게
유전실험에서는 다음 두 과제가 주어질 것이다.
과제1. 대두콩 껍질 색의 유전 분석
과제2. 출아효소에서 trp 돌연변이 동정
실험시간: 60분
최고점수: 61점
결과와 답을 정답지에 쓰시오. 시간이 다 되면 조교가 걷을 것이다. 문제지에 무엇을 쓸 필요는 없다.
국가명
이름 성
코드
과제1. (30.5점) 대두콩 껍질 색깔의 유전 분석
대두(Phaseolus vulgaris L.)
실험시간: 25분
재료 및 실험 도구
1. 부모형 샘플 종자(P1) 샘플 No.1
2. 부모형 샘플 종자(P2) 샘플 No.2
3. 잡종 종자(F1) 샘플 No.3
4. 검정교배용 종자(La) 샘플 No.4
5. Fa 세대의 종자 샘플 No.5
6. 종자를 담을 페트리 접시 2
7. 흰 종이 1
대두콩의 껍질 색깔은 여러 개의 유전자에 의해 조절된다. 즉 콩껍질 색깔을 결정하는 색소의 합성과 분포에 관여하는 유전자들과 콩껍질 색을 흐리게 하거나 색을 바꾸는 변형유전자들에 의해 조절된다.
예비실험에서 콩껍질의 색이 다른 두 종류의 대두콩(P1과 P2)을 교배하였다. F1 종자를 키워 자란 식물(F1식물)이 생산한 종자(F2)는 F1 표현형을 보였다.
다음 단계의 실험에서 F1과 검정교배용(La)을 검정 교배시켜 Fa를 얻었다. Fa 종자를 키워 자란 식물이 생산한 종자는 Fa의 표현형을 보였다. 각각의 Fa 식물에서 수확한 종자 한 개 씩을 취하여 다음 분석에 사용하였다.
실험 계획
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교배 계획
P1 × P2 (샘플 No.1) (샘플 No.2) F1 × La (샘플 No.3) (샘플 No.4) Fa (샘플 No.5) |
실험 단계
부모형 종자 P1(No.1)과 P2(No.2), 잡종 F1 종자(No.3), 검정교배용 종자 La(No.4), Fa 세대의 종자(No.5)가 주어졌다.
부모형 종자의 차이는 두 종류의 비대립 유전자(서로 다른 좌위) A와 B조합의 차이로 생긴 것이다. 유전자 A는 색소 합성을 조절한다.(A는 우성으로 색소를 만들고, a는 열성으로 색소를 만들지 못한다.) 유전자 B는 색의 농도를 결정하는 변형유전자이다.(우성의 대립유전자 B는 변형이 일어나게 하며, 열성의 b는 변형을 일으키지 못한다.) 두 쌍의 비대립 유전자 A와 B의 조합에 따라 콩 껍질색은 3종류가 발생된다.
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종자(콩)의 종류 |
종자 껍질 색 |
색깔 표기 |
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흰색 |
w |
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황갈색 |
y |
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검은색 |
b |
다음 문제들을 풀어라.
□ 부모형 P1과 P2가 순종(각 유전자 좌위에서 동형접합성)인가를 결정하라.
□ 대두콩껍질 색의 유전 현상을 결정하라(비대립 유전자 A와 B의 상호작용의 존재 여부)
□ P1, P2, F1 잡종, Fa 세대, 검종교배용 La 종자들의 유전자형을 결정하라.
□조사한 비대립 유전자들이 연관되어 있는지를 결정하라.
주의: 실험에 사용된 콩들의 접합자나 배우자의 생존력은 차이가 없으며 유전자 A와 B는 핵에 존재하는 유전자이다.
문제 1.1 부모형 P1과 P2에서 콩껍질 색깔을 결정하는 유전자가 순종인지 결정하라. (순종은 비대립 유전자쌍이 동형접합성을 의미함) 이 질문에 답을 하려면 F1 종자를 분석해야 한다.
1.1.1(1.5점) 샘플 1과 2를 관찰하라. 표 1에 있는 표현형을 사용하여 부모형과 F1의 종자표현형을 써라.
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종자 |
샘플 번호 |
종자 표현형 |
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P1 |
No.1 |
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P2 |
No.2 |
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F1 |
No.3 |
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1.1.2(2점) 부모형과 F1 잡종의 콩껍질색의 표현형을 분석하여 옳은 답을 고르시오. 아래 A~E 중에서 옳은 답을 골라 답지에 적으시오.
A. 부모형 종자 두 개 모두 동형접합이다.
B. 부모형 종자 두 개 모두 이형접합니다.
C. P1은 동형접합이고, P2는 이형접합이다.
D. P2는 동형접합이고, P1은 이형접합이다.
E. 제시된 데이터로는 부모형이 순종인지 아닌지 모른다.
1.1.2:
문제 1.2 대두콩의 껍질색의 유전양상을 결정하라. F1과 La의 교배로 나온 Fa 식물의 종자를 분석해야 알 수 있다.
1.2.1(1점) 샘플 No.5(Fa 종자)의 콩을 흰 종이에 조심스럽게 놓아라. Fa 콩들의 껍질색은 몇 종류의 표현형이 있는지를 동정하라. 표현형이 다른 종류의 콩들을 각각의 종자용 페트리 접시에 담아 Fa 종자를 그룹지어라. 표1에 있는 코드를 사용하여 Fa의 표현형을 써라. 정답지에 있는 표에 기록하라.
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종류번호 |
종자표현형 |
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종류의 전체 수 |
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1.2.2(3점) 위의 결과(Fa 종류의 수)를 사용하여 대두콩에서 종자의 껍질색을 조절하는 비대립 유전자 A와 B가 어떻게 상호작용하는지를 결정하라. 정답지에 옳은 답의 기호(A~F)를 써라.
A. 위 실험에서 비대립 유전자의 상호작용은 없다.
B. 불완전 우성
C. 중복 유전자
D. 상위
E. 공동우성
F. 다면발현 유전자 행동
1.2.2:
문제 1.3 부모형 P1과 P2, 잡종F1, Fa, 분석용 La 종자들의 유전자형을 결정하라.
1.3.1(4점) P1, P2, F1, Fa, La의 유전자형을 아래 표의 적절한 칸에 표기하라.
우성의 경우 A와 B, 열성의 경우 a와 b를 사용해야 한다. 정답지에 있는 표에 써라.
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식물 |
종자표현형 |
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검은색 |
황갈색 |
흰색 |
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P1 |
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P2 |
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F1 |
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La |
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Fa |
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문제 1.4. 비대립 유전자 A와 B가 연관되어 있는지를 결정하라.
1.4.1(1점) Fa에서 종자의 색깔에 의해 구분되는 표현형 종류의 빈도를 결정하라. 답을 하기 위해 각각의 종류에 있는 종자의 수를 계산하라. 표1의 색깔 표기(코드)를 사용하라. 정답지의 표에 답을 기록하라.
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종류 번호 |
종자의 표현형 |
종자의 수 |
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종자의 전체 수 |
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1.4.2(3점) Fa 종자의 색깔 표현형의 비율을 결정하라. 정답의 기호(A~F)를 정답지에 써라.
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기호 |
흰색 |
황갈색 |
검은색 |
|
A. |
0.50 |
0.25 |
0.25 |
|
B. |
0.50 |
0.19 |
0.31 |
|
C. |
0.56 |
0.16 |
0.28 |
|
D. |
0.42 |
0.14 |
0.44 |
|
E. |
0.44 |
0.15 |
0.41 |
|
F. |
0.50 |
0.14 |
0.36 |
1.4.2:
1.4.3(3점) 조사한 유전자들이 연관되어 있는가를 알기 위하여, 연관이 안된 경우에 Fa에서의 기대 비율을 알아야 한다. 문제 1.2.2의 답이 맞았을 경우에만 이 문제의 점수를 얻을 수 있다. 답을 정답지의 표에 쓰시오.
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표현형의 종류 |
비율(%) |
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흰색 콩 |
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황갈색 콩 |
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검은 콩 |
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1.4.4(3점) 유전자 A와 B가 완전 연관된 경우 Fa의 종자색깔별 기대 비율을 결정하라. 문제 1.2.2의 답이 맞았을 경우에만 점수를 얻는다. 정답지에 있는 표에 써라.
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표현형의 종류 |
비율(%) |
|
흰색 콩 |
|
|
황갈색 콩 |
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|
검은 콩 |
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1.4.5(3점) χ2 검정법을 사용하여 당신의 가설(연관 안됨)을 받아들일 수 있는지 또는 없는지를 결정하라.
다음의 공식을 이용하여 연관이 되어 있지 않다(영가설)고 가정하고 χ2 값을 계산하라.
χ2 = ∑((Еi – Оi)2/Еi)
Еi는 각 종류에 대해서 기대가 되는 값이며 Оi는 실제 관찰된 값을 나타낸다. 계산 시 소수점 2자리까지 써라. 정답지에 χ2값을(소수점 이하 2자리까지)써라.
1.4.5:
1.4.7(3점) P(확률)값을 사용하여 유전자 A와 B가 연관되어 있는지 또는 않는지를 결정하라. 연관되어 있는 경우 유전자 A와 B사이의 거리를 계산하라. 옳은 답의 기호를 (A∼I)에서 골라 답지에 써라.
A. 유전자 A와 B는 완전연관 되어있고 유전자 사이의 거리는 6.94cM이다.
B. 유전자 A와 B는 완전연관 되어있고 유전자 사이의 거리는 12.36cM이다.
C. 유전자 A와 B는 완전연관 되어있고 유전자 사이의 거리는 27.78cM이다.
D. 유전자 A와 B는 불완전연관 되어있고 유전자 사이의 거리는 6.94cM이다.
E. 유전자 A와 B는 불완전연관 되어있고 유전자 사이의 거리는 12.36cM이다.
F. 유전자 A와 B는 불완전연관 되어있고 유전자 사이의 거리는 27.78cM이다.
G. 유전자 A와 B는 연관되어 있지 않고 유전자 사이의 거리는 6.94cM이다.
H. 유전자 A와 B는 연관되어 있지 않고 유전자 사이의 거리는 12.36cM이다.
I. 유전자 A와 B는 연관되어 있지 않고 유전자 사이의 거리는 27.78cM이다.
J. 유전자 A와 B는 연관되어 있지 않다.
1.4.7:
과제2: (30.5점) 출아효모에서 trp 돌연변이체 동정
재료 및 장비
1. 배양액이 들어 있는 시험관
2. 12개의 well이 있는 플레이트
3. Erlich 시약이 있는 시험관
4. 인돌 용액이 있는 시험관
5. 안스레닐산 용액이 있는 시험관
6. 물이 들어있는 시험관
7. 1mL 피펫
8. 흰색 종이 1장
9. 사용한 피펫을 담을 용기
10. 휴지
실험생물로 출아효모가 주어진다. 효모의 생활사는 아래와 같다.
효모는 생활주기동안 반수체와 이배체가 교대로 나타난다. 반수체가 융합하여 이배체가 되고, 이배체는 감수분열을 거쳐 유전자형이 다른 4개의 반수체가 된다.
아래 그림은 효모에서 트립토판 생합성 경로를 나타낸다. 그림은 중간 산물과 이 경로에 관여하는 효소들을 합성하는 유전자들을 보여준다.
|
코리스믹산 |
→ |
안스레닐산 |
→→→ |
인돌 |
→→ |
트립토판 |
|
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trp 2 유전자 |
|
trp 4 유전자 |
|
trp 5 유전자 |
|
trp 유전자에 돌연변이가 생기면 배양액에 중간산물이 축적된다. 트립토판 생합성 경로의 두 가지 중간산물인 안스레닐산과 인돌은 그것들과 관련된 돌연변이체를 배양하면 용액에 축적되고 이것은 Erlich 시약으로 색반응을 일으켜 검출할 수 있다.
2.1 (1.5점) 하나의 특수 피펫을 사용하여 안스레닐산과 인돌 표준 용액이 들어있는 각각의 대조군 시험관에 Erlich 용액을 0.5mL를 넣어라. 물이 들어있는(안스레닐산과 인돌이 없는) 시험관에도 Erlich 용액 0.5mL를 넣어라. 색을 나타내는 하나의 알파벳 기호(Y, R, N)를 사용하여 정답지에 있는 표에 써라.(색 변화를 관찰한 후 쓸 것)
|
화합물 |
Erlich 시약을 넣은 후 색깔 |
|
물 |
|
|
안스레닐산 |
|
|
인돌 |
|
|
색깔기호 |
Y-yellow(노랑) |
|
R-red(빨강) |
|
|
N-색변화 없음 |
2.2 (1.5점) 만일 아래의 돌연변이체들을 영양배지에서 배양한다면 어떤 화합물들이 축적될까? 한자리 기호(A, I, O)로 답지에 있는 표에 써라.
|
돌연변이체 |
축적된 중간 산물 |
|
trp 2- |
|
|
trp 4- |
|
|
trp 5- |
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|
기호 |
A-안스레닐산 |
|
I-인돌 |
|
|
O-안스레닐산과 인돌이 아님 |
2.3 (6점) 세 종류의 이중돌연변이체가 반수체 효모에서 만들어졌고 아래처럼 명명되었다. trp X- trp Y- trp Z+; trp X- trp Y+ trp Z-; trp X+ trp Y- trp Z- (-표는 돌연변이, +는 야생형 유전자를 나타냄) 모든 trp 유전자들을 다른 염색체 위에 위치한다.
아래 표에 나타난 대로 이 돌연변이체들 사이에 교배를 하였다. 각 교배로부터 나올 수 있는 모든 유전자형의 반수체 자손이 나왔다. 각 교배로부터 나올 수 있는 모든 자손들의 유전자형을 답지에 써라.
|
번호 |
교배 |
나올 수 있는 자손의 유전자형 |
|
Ⅰ |
trp X- trp Y- trp Z+ × trp X- trp Y+ trp Z- |
|
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|
Ⅱ |
trp X- trp Y- trp Z+ × trp X+ trp Y- trp Z- |
|
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|
Ⅲ |
trp X- trp Y+ trp Z- × trp X+ trp Y- trp Z- |
|
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2.4 (12점) 이들 교배로부터 나온 클론(자손)들은 액체 배지에서 키운 후 원심 분리하여 세포를 제거하고 상등액(용액)을 모아 클론들을 분석하는데 사용하였다. 당신은 이제 이들 클론들을 동정해야 한다.
12개의 배양액을 각각 조사하여 트립토판 대사의 중간산물이 있는가를 탐색하고 trp X-, trp Y-, trp Z- 돌연변이들을 동정하는데 이 데이터를 사용하라.
당신은 12개의 효모배양에서 얻은 상등액이 각각 들어있는 시험관을 받는다. 시험관들은 교배(Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ)에 따라 그리고 클론수(1~4)에 따라 라벨(표기)된다.
특정 화합물이 들어있는가를 조사하기 위하여 각 시험관에서 1mL을 떠내어 12-well 플레이트(배양접시)의 well(구멍이 파여진 홈으로 그곳에 샘플을 넣는다.)에 옮겨 넣어라.
특수 피펫을 사용하여 상등액 1mL이 들어있는 well에 Erlich 용액을 0.5mL를 넣어라. 답지의 표에 색변화를 기록하라.
각 배양에서 무슨 화합물이 축적되었는가를 결정하라. 하나의 알파벳을 이용하여 답지의 표에 기록하라.
|
번호 |
교배 |
시험관번호 |
Erlich 용액 첨가 후 색 |
축적된 중간산물 |
|
Ⅰ |
trp X- trp Y- trp Z+ × trp X- trp Y+ trp Z- |
Ⅰ.1 |
|
|
|
Ⅰ.2 |
|
|
||
|
Ⅰ.3 |
|
|
||
|
Ⅰ.4 |
|
|
||
|
Ⅱ |
trp X- trp Y- trp Z+ × trp X+ trp Y+ trp Z- |
Ⅱ.1 |
|
|
|
Ⅱ.2 |
|
|
||
|
Ⅱ.3 |
|
|
||
|
Ⅱ.4 |
|
|
||
|
Ⅲ |
trp X- trp Y+ trp Z- × trp X+ trp Y- trp Z- |
Ⅲ.1 |
|
|
|
Ⅲ.2 |
|
|
||
|
Ⅲ.3 |
|
|
||
|
Ⅲ.4 |
|
|
||
|
기호 |
Y-yellow(노랑) |
A-안스레닐산 |
||
|
R-red(빨강) |
I-인돌 |
|||
|
N-색변화 없음 |
O-안스레닐산과 인돌 이 아님 |
|||
2.5. (3점) trp X-, trp Y-, trp Z- 돌연변이들을 동정하라. trp X-, trp Y-, trp Z- 돌연변이가 일어난 유전자들의 이름을 답지의 표에 써라.
|
유전자 |
돌연변이 |
|
trp 2 |
|
|
trp 4 |
|
|
trp 5 |
|
2.6. (3점) 만일 trp X-와 trp Y-유전자들이 완전 연관되었다면 실험 결과는 어떻게 변하겠는가? 정답 기호(A~D)를 답지에 써라.
A. 유전자형이 다른 자손들의 수가 적어질 것이다.
b. 결과가 같게 나올 것이다.
C. 야생형 효모가 나올 수 있을 것이다.
D. 단일 돌연변이체와 삼중돌연변이체의 수가 늘어날 것이다.
2.6.:
2.7. (1.5점) 만일 세 유전자 trp X-, trp Y-, trp Z- 돌연변이가 같은 염색체 상에 있고 100% 연관되어 있다면 몇 종류의 유전자형이 있겠는가? 각 교배에 대한 유전자형의 종류의 수를 답지에 써라.
2.7.: Ⅰ.
Ⅱ.
Ⅲ.
2.8. (0.5점) 어느 교배에서 안스레닐산을 축적하는 단일 돌연변이체가 생기는가? 교배번호(Ⅰ, Ⅱ, 또는 Ⅲ)중의 하나를 답지에 써라.
2.8.:
2.9. (0.5점) 실제 유전자 이름(trp 2,trp 4, 또는trp 5)을 사용하여 이 돌연변이체의 유전자형을 써라.
2.9.:
2.10. (1점) 이 안스레닐산을 축적하는 단일돌연변이체와 어떤 이중 돌연변이체를 교배해야 야생형 유전자형을 갖는 자손을 얻을 수 있는가? 실제 유전자 이름(trp 2,trp 4, 또는trp 5)을 사용하여 이중돌연변이체의 유전자형을 써라.
2.10.:
답안지
과제1 (30.5점)
1.1.1. (1.5점)
|
종자 |
샘플 번호 |
종자 표현형 |
|
P1 |
No.1 |
b |
|
P2 |
No.2 |
w |
|
F1 |
No.3 |
y |
1.1.2.(2점) A
1.2.1. (1점)
|
종류번호 |
종자표현형 |
|
1 |
w |
|
2 |
b |
|
3 |
y |
|
|
|
|
|
|
|
종류의 전체 수 |
3 |
1.2.2. (3점) D
1.3.1. (4점)
|
식물 |
종자표현형 |
||
|
검은색 |
황갈색 |
흰색 |
|
|
P1 |
AAbb |
|
|
|
P2 |
|
|
aaBB |
|
F1 |
|
AaBb |
|
|
La |
|
|
aabb |
|
Fa |
Aabb |
AaBb |
aabb aaBb |
1.4.1. (1점)
|
종류 번호 |
종자의 표현형 |
종자의 수 |
|
|
|
|
|
1 |
w |
54 |
|
2 |
b |
39 |
|
3 |
y |
15 |
|
|
|
|
|
종자의 전체 수 |
108 |
|
답안지
1.4.2. (3점) F
1.4.3. (3점)
|
표현형의 종류 |
비율(%) |
|
흰색 콩 |
50 |
|
황갈색 콩 |
25 |
|
검은 콩 |
25 |
1.4.4. (3점)
|
표현형의 종류 |
비율(%) |
|
흰색 콩 |
50 |
|
황갈색 콩 |
0 |
|
검은 콩 |
50 |
1.4.5. (3점) 10.67
1.4.7. (3점) F
과제 2 (30.5점)
2.1. (1.5점) 각 0.5점씩
|
화합물 |
Erlich 시약을 넣은 후 색깔 |
|
물 |
N |
|
안스레닐산 |
Y |
|
인돌 |
R |
|
색깔기호 |
Y-yellow(노랑) |
|
R-red(빨강) |
|
|
N-색변화 없음 |
2.2. (1.5점) 각 0.5점씩
|
돌연변이체 |
축적된 중간 산물 |
|
trp 2- |
O |
|
trp 4- |
A |
|
trp 5- |
I |
|
기호 |
A-안스레닐산 |
|
I-인돌 |
|
|
O-안스레닐산과 인돌이 아님 |
답안지
2.3. (6점) 각 0.5점씩
|
번호 |
교배 |
나올 수 있는 자손의 유전자형 |
|
Ⅰ |
trp X- trp Y- trp Z+ × trp X- trp Y+ trp Z- |
trp X- trp Y- trp Z+ |
|
trp X- trp Y+ trp Z- |
||
|
trp X- trp Y- trp Z- |
||
|
trp X- trp Y+ trp Z+ |
||
|
Ⅱ |
trp X- trp Y- trp Z+ × trp X+ trp Y- trp Z- |
trp X- trp Y- trp Z+ |
|
trp X+ trp Y- trp Z- |
||
|
trp X- trp Y- trp Z- |
||
|
trp X+ trp Y- trp Z+ |
||
|
Ⅲ |
trp X- trp Y+ trp Z- × trp X+ trp Y- trp Z- |
trp X- trp Y+ trp Z- |
|
trp X+ trp Y- trp Z- |
||
|
trp X- trp Y- trp Z- |
||
|
trp X+ trp Y+ trp Z- |
2.4. (12점) 각 0.5점씩
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번호 |
교배 |
시험관번호 |
Erlich 용액 첨가 후 색 |
축적된 중간산물 |
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Ⅰ |
trp X- trp Y- trp Z+ × trp X- trp Y+ trp Z- |
Ⅰ.1 |
R |
I |
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Ⅰ.2 |
Y |
A |
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Ⅰ.3 |
N |
O |
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Ⅰ.4 |
N |
O |
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Ⅱ |
trp X- trp Y- trp Z+ × trp X+ trp Y+ trp Z- |
Ⅱ.1 |
Y |
A |
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Ⅱ.2 |
Y |
A |
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Ⅱ.3 |
N |
O |
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|
Ⅱ.4 |
N |
O |
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Ⅲ |
trp X- trp Y+ trp Z- × trp X+ trp Y- trp Z- |
Ⅲ.1 |
N |
O |
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Ⅲ.2 |
N |
O |
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Ⅲ.3 |
N |
O |
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Ⅲ.4 |
N |
O |
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기호 |
Y-yellow(노랑) |
A-안스레닐산 |
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R-red(빨강) |
I-인돌 |
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N-색변화 없음 |
O-안스레닐산과 인돌 이 아님 |
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2.5. (3점) 각 1점씩
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유전자 |
돌연변이 |
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trp 2 |
trp Z- |
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trp 4 |
rp Y- |
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trp 5 |
trp X- |
답안지
2.6. (3점) A
2.7. (1.5점) Ⅰ. 2; Ⅱ. 2; Ⅲ. 2
2.8 (0.5점) Ⅱ
2.9. (0.5점) trp 5+ trp 4- trp 2-
2.10. (1점) trp 5- trp 4+ trp 2-