Matura z biologii 2023 (formuła 2015), zadanie 13: Cytrulinemia bydła: dziedziczenie i test PCR-RFLP – odpowiedzi i wyjaśnienie

Zdrowe osobniki to AA i Aa; nosicieli eliminuje się, bo krzyżowanie dwóch heterozygot daje 25% śmiertelnych homozygot aa. Kolejność technik: PCR → cięcie enzymem → elektroforeza, a wyniki to A–2, B–3, C–1, bo płód korzysta z łożyska matki w usuwaniu amoniaku.

O czym jest zadanie 13?

Zadanie opisuje autosomalną chorobę bydła – cytrulinemię – powodowaną przez recesywny allel genu syntetazy argininobursztynianowej, enzymu cyklu mocznikowego. Cielęta homozygotyczne recesywnie giną w pierwszych dniach życia z powodu braku syntezy mocznika, dlatego opracowano test PCR-RFLP wykrywający nosicieli. Test wykorzystuje różnicę w obecności miejsca restrykcyjnego AvaII między allelem A i a oraz rozdział elektroforetyczny fragmentów.

Pełny wstęp z rysunkami i tabelami: oficjalny arkusz CKE, strona 22 · zasady oceniania CKE.

Zadanie 13.1 (0–1 pkt)

Zapisz wszystkie możliwe genotypy zdrowych osobników, stosując podane w tekście oznaczenia alleli genów warunkujących produkcję syntetazy argininobursztynianowej.

Pokaż odpowiedź

Odpowiedź: AA oraz Aa

Choroba ujawnia się tylko u homozygot recesywnych aa, a takie cielęta nie przeżywają pierwszych dni. Homozygota dominująca AA ma w pełni aktywny enzym, a heterozygota Aa ma jeden sprawnego allelu, co wystarcza do normalnego fenotypu. Dlatego zdrowe, żyjące osobniki to AA i Aa.

Punktacja: Punkt za podanie obu genotypów – AA i Aa. Nie uznaje się odpowiedzi z genotypem aa ani zapisu tylko jednego z dwóch genotypów.

Zadanie 13.2 (0–1 pkt)

Wyjaśnij, dlaczego z hodowli bydła wyklucza się nosicieli zmutowanego allelu odpowiadającego za rozwój tej choroby. W odpowiedzi uwzględnij sposób dziedziczenia cytrulinemii.

Pokaż odpowiedź

Odpowiedź: Bo krzyżowanie dwóch nosicieli (Aa × Aa) daje ok. 25% homozygot recesywnych aa, czyli cieląt chorych i nieuleczalnie śmiertelnych.

Cytrulinemia dziedziczy się autosomalnie recesywnie, więc objawy ma wyłącznie homozygota aa. Nosiciel Aa wygląda normalnie i bez testu pozostaje w hodowli, a kojarzenie dwóch takich zwierząt daje potomstwo w stosunku 1 AA : 2 Aa : 1 aa. Wystąpienie aa oznacza stratę cielęcia, dlatego opłaca się usuwać nosicieli z rozrodu.

Punktacja: Punkt tylko wtedy, gdy odpowiedź łączy recesywny sposób dziedziczenia z ryzykiem urodzenia chorych homozygot przy kojarzeniu dwóch heterozygot (np. 25%). Nie uznaje się ogólników o „przenoszeniu choroby”, bez wskazania krzyżowania nosicieli.

Zadanie 13.3 (0–1 pkt)

Uporządkuj opisane w zadaniu techniki inżynierii genetycznej zgodnie z kolejnością ich zastosowania w teście na cytrulinemię. Wpisz numery 1.–3. we właściwe komórki tabeli.

Pokaż odpowiedź

Odpowiedź: łańcuchowa reakcja polimerazy (PCR) – 1; cięcie DNA enzymem restrykcyjnym – 2; elektroforeza DNA – 3

Najpierw trzeba namnożyć fragment genu, bo do analizy potrzeba dużo kopii DNA – służy do tego PCR. Dopiero namnożony DNA trawimy AvaII, żeby ujawnić różnicę między allelami. Na końcu rozdziela się otrzymane fragmenty według długości w elektroforezie i porównuje prążki.

Punktacja: Punkt za poprawne przypisanie wszystkich trzech numerów. Nie uznaje się kolejności, w której cięcie lub elektroforeza poprzedza PCR.

Zadanie 13.4 (0–1 pkt)

Przyporządkuj wymienionym genotypom A–C oznaczenia wyników 1.–3., otrzymanych po elektroforezie w teście na cytrulinemię.
Obraz uzyskany po elektroforezie:
1. jeden prążek z cząsteczkami DNA zawierającymi 185 pz [pary zasad].
2. dwa prążki z cząsteczkami DNA zawierającymi 103 pz albo 82 pz.
3. trzy prążki z cząsteczkami DNA zawierającymi 185 pz, 103 pz albo 82 pz.
A. Homozygota dominująca: …… B. Heterozygota: …… C. Homozygota recesywna: ……

Pokaż odpowiedź

Odpowiedź: A – 2, B – 3, C – 1

Allell A ma miejsce cięcia AvaII, więc jego produkt (185 pz) zostaje przecięty na 103 i 82 pz; allel a miejsca nie ma i pozostaje w całości jako 185 pz. Homozygota AA daje więc tylko dwa prążki (103 i 82), homozygota aa tylko jeden (185), a heterozygota ma oba allele i daje trzy prążki.

Punktacja: Punkt za trzy poprawne przyporządkowania. Nie uznaje się częściowych odpowiedzi ani zamiany wyników między A i C.

Zadanie 13.5 (0–1 pkt)

Wyjaśnij, dlaczego płody cieląt, które są homozygotyczne pod względem allelu a, rozwijają się prawidłowo.

Pokaż odpowiedź

Odpowiedź: Bo w czasie ciąży organizm matki przez łożysko odbiera i usuwa toksyczne produkty przemian azotowych (amoniak) powstające u płodu.

Płód nie musi sam syntetyzować mocznika, bo jego krew jest oczyszczana w łożysku, a matka metabolizuje i wydala związki azotowe. Dopiero po urodzeniu cielę musi samo prowadzić cykl mocznikowy i wtedy brak aktywnego enzymu prowadzi do zatrucia amoniakiem i śmierci w ciągu kilku dni.

Punktacja: Punkt za wskazanie, że matka przejmuje usuwanie produktów przemian azotowych płodu (przez łożysko). Nie uznaje się odpowiedzi, że matka usuwa mocznik wytworzony przez płód, bo płód z cytrulinemią mocznika nie tworzy.

Najczęstsze błędy w zadaniu 13

W 13.2 uczeń pisze tylko, że nosiciele mają wadliwy gen, ale nie wyjaśnia ryzyka urodzenia chorych homozygot przy krzyżowaniu dwóch heterozygot.
W 13.3 uczeń stawia elektroforezę przed cięciem restrykcyjnym albo myli kolejność PCR z trawieniem DNA.
W 13.4 uczeń przypisuje homozygocie dominującej jeden prążek, zapominając, że to allel A ma miejsce cięcia i daje dwa krótsze fragmenty; w 13.5 błędnie twierdzi, że matka wydala mocznik wytworzony przez płód.

Źródło zadania: Centralna Komisja Egzaminacyjna, Matura z biologii 2023, poziom rozszerzony (formuła 2015) (w maju 2023). Wstęp CKE opracowała na podstawie: A. Kumar i in., Designing Multiplex PCR Tests for Simultaneous Screening of Bovine Leukocyte Adhesion. Odpowiedzi i wyjaśnienia: anotemy.