IBO 2007 Pract 4 Genetics

18th INTERNATIONAL BIOLOGY OLYMPIAD July 15 – 22, 2007

PRACTICAL EXAM 4, ΠΡΑΚΤΙΚΗ ΕΞΕΤΑΣΗ 4 GENETICS, ΓΕΝΕΤΚΗ

TASK A. Sequence confirmation of a cDNA 23 marks

Εργασία Α: Επαλήθευση αλληλουχίας ενός cDNA

TASK C. Genetic control of seed coat colour and seed shape in beans 20 marks Εργασία Γ: Ο γενετικός έλεγχος του χρώματος και του σχήματος του σπέρματος

στα φασόλια

Time allowed: 90 minutes Χρόνος εξέτασης: 90 λεπτά

WRITE ALL ANSWERS IN THIS EXAM BOOKLET. Γράψτε όλες τις απαντήσεις σ’ αυτό το απαντητικό φυλλάδιο

WRITE YOUR 4-DIGIT STUDENT CODE IN THE BOX BELOW

AND ON THE TOP OF EACH PAGE OF THIS BOOKLET Γράψτε τον τετραψήφιο κωδικό μαθητή στο παρακάτω πλαίσιο

και στο πάνω μέρος κάθε σελίδας αυτού του φυλλαδίου

Student code: (κωδικός μαθητή)

TASK A. Sequence Confirmation of a cDNA (23 marks)

Genetics Lab Exam STUDENT CODE _____________________

2

Εργασία Α. Επαλήθευση Αλληλουχίας ενός cDNA

Objective: To isolate plasmid DNA containing a cDNA of interest and to determine the sequence of the cDNA. Στόχος: Να απομονώσουμε πλασμίδιο DNA που περιέχει ένα cDNA που μας

ενδιαφέρει και να προσδιορίσουμε την αλληλουχία του cDNA

Introduction (Εισαγωγή): To over-express a gene of interest in a plant or animal you must first isolate the gene of interest in the form of a cDNA. You have done this and in order to amplify this DNA, you have cloned it into the pBluescript SK plasmid vector which you have subsequently used to transform bacteria cells. You must now carry out a quick plasmid preparation to isolate the plasmid and confirm the sequence of your cDNA insert.

Εισαγωγή: Για να υπερ-εκφραστεί ένα γονίδιο που μας ενδιαφέρει σε ένα φυτό ή ζώο, πρέπει πρώτα να απομονωθεί το γονίδιο αυτό με τη μορφή ενός cDNA (συμπληρωματικού DNA). Για να ενισχύσετε αυτό το DNA, έχετε κάνει κλωνοποίησή του μέσω του pBluescript SK πλασμιδίου ως φορέα κλωνοποίησης, που στη συνέχεια χρησιμοποιήσατε για να μετασχηματίσετε βακτηριακά κύτταρα. Πρέπει τώρα να κάνετε μια γρήγορη προετοιμασία των πλασμιδίων, να τα απομονώσετε και να επαληθεύσετε την αλληλουχία νουκλεοτιδίων του cDNA που εισάγατε.

Materials (υλικά) Quantity (ποσότητα) Bacterial cell culture (καλλιέργεια βακτηριακών κυττάρων) 4 mL

1.5 mL microcentrifuge tubes (σωληνάκια μικροφυγόκεντρου 1,5 mL) 5

Microcentrifuge rack (βάση στήριξης μικροφυγόκεντρου) 1

P1000 micropipettor (μικροπιπέτα P1000) 1

Box of pipette tips (κουτί με μύτες (τιπς) για πιπέτα 200-1000 μL) 1

GET buffer (1.5 mL tube) (ρυθμιστικό διάλυμα GET, φιαλίδιο 1,5 mL) 0.5 mL

10% Sodium Dodecyl Sulphate (1.5 mL tube) (10% Δωδεκυλ θειικό

νάτριο SDS , φιαλίδιο 1,5 mL) 0.5 mL

2 N NaOH (1.5 mL tube) (2N Καυστικό νάτριο, φιαλίδιο 1,5 mL) 0.5 mL

3 M Potassium 5 M Acetate (1.5 mL tube) (3Μ Οξικό κάλιο - 5Μ οξικό

φιαλίδιο 1,5 mL) 0.5 mL

95% ethanol (Falcon tube) (95% Αιθανόλη, πλαστικό σωληνάκι με

μπλε καπάκι, «φαλκονάκι») 3 mL

Distilled water (Falcon tube) (Απεσταγμένο νερό, πλαστικό σωληνάκι με

μπλε καπάκι, «φαλκονάκι») 3 mL

Timer (χρονόμετρο) 1

Tube labels (ετικέτες δοκιμαστικών σωλήνων) 2


3

Marker pen (μαρκαδόρος) 1

Red card (κόκκινη κάρτα) 1

Garbage (tips & tubes) bag (σάκος απορριμμάτων, για μύτες & σωληνάκια) 1

Access to a microcentrifuge (πρόσβαση σε μικροφυγόκεντρο)

Access to vortex (πρόσβαση σε αναδευτήρα)

NOTE: Before beginning this task, be sure that you have all the materials listed above.

If you do not, raise your RED card to call a lab assistant.

Σημείωση: Πριν την έναρξη της εργασίας σας, βεβαιωθείτε ότι έχετε όλα τα παραπάνω

αναγραφόμενα υλικά. Αν όχι, σηκώστε την κόκκινη κάρτα σας για να καλέσετε

ένα βοηθό του εργαστηρίου.

Procedure (διαδικασία) 1. Pipette 1.5 mL of bacterial culture into each of two 1.5 mL microcentrifuge tubes.

(Με πιπέτα να μεταφέρετε 1,5 mL από το περιεχόμενο της βακτηριακής καλλιέργειας σε καθένα από δύο σωληνάκια μικροφυγόκεντρου 1.5 mL).

2. Centrifuge the tubes in a benchtop microcentrifuge for 1 minute - make sure that the

centrifuge rotor is BALANCED. (Φυγοκεντρίστε σε μικροφυγόνεντρο πάγκου για ένα λεπτό - Βεβαιωθείτε ότι τα σωληνάκια είναι τοποθετημένα αντιδιαμετρικά - κατάλληλα ζυγοσταθμισμένο στρεφόμενο μέρος).

3. Completely remove and discard back into the overnight tube the growth medium from

each tube. (Αφαιρέστε πλήρως το υπερκείμενο θρεπτικό μέσο από κάθε σωληνάκι μικροφυγόκεντρου και απορρίψτε το στο δοκιμαστικό σωλήνα της καλλιέργειας).

4. Add 100 μL of GET (Glucose-EDTA-Tris) buffer pH 7.9 to the cell pellet (no need to cap the tubes) - vortex vigorously to resuspend the pellet and leave at room temperature for 5 minutes.

(Προσθέστε 100 μL από το ρυθμιστικό διάλυμα GET (Γλύκοζο-EDTA-τρις) με pH 7.9 στο υποκείμενο με τα κύτταρα (δε χρειάζεται να καπακώσετε τα σωληνάκια) - Αναδεύσατε ζωηρά ώστε να μετατραπεί ξανά σε εναιώρημα ολόκληρο το υποκείμενο των κυττάρων και αφήστε το σε θερμοκρασία δωματίου για πέντε λεπτά).

5. In a separate 1.5 mL microcentrifuge tube, make a combined mixture of 1% SDS and 0.2 N NaOH in water to a final volume of 1 mL.

(Σε ένα άλλο σωληνάκι μικροφυγόκεντρου, των 1,5 mL, φτιάξτε ένα μίγμα 1% SDS και 0,2 N NaOH σε νερό μέχρι του τελικού όγκου του 1 mL).


4

6. To each tube from 4 above add 200 μL of this freshly prepared mixture of 1% SDS and 0.2 N NaOH - cap the tubes and invert 4-5 times.

(Σε καθένα από τα σωληνάκια του βήματος 4., προσθέστε 200 μL από το παραπάνω μίγμα 1% SDS και 0,2 N NaOH που φτιάξατε - Καπακώστε τα σωληνάκια και αντιστρέψτε τα 4-5 φορές).

7. Incubate at room temperature for 3 minutes.

(Επωάστε σε θερμοκρασία δωματίου για τρία λεπτά). 8. To each tube add 150 μL 5M KOAc (3 M potassium and 5 M acetate), cap the tubes

and shake briefly by hand to mix. (Σε κάθε σωληνάκι προσθέστε 150 μL 5M KOAc (3Μ Οξικό κάλιο - 5Μ οξικό), καπακώστε τα σωληνάκια και αναδεύσατε σύντομα με το χέρι για να αναμιχθούν τα περιεχόμενα τους).

9. Incubate at room temperature for 3 minutes.

(Επωάστε σε θερμοκρασία δωματίου για τρία λεπτά).

10. Centrifuge the tubes for 3 minutes - full speed in microcentrifuge - remember to balance the rotor.

(Φυγοκεντρίστε τα σωληνάκια για τρία λεπτά - μέγιστη ταχύτητα μικροφυγόκεντρου - Θυμηθείτε να τοποθετήσετε τα σωληνάκια αντιδιαμετρικά - να πετύχετε κατάλληλα ζυγοσταθμισμένο στρεφόμενο μέρος).

11. Label 2 clean microcentrifuge tubes with your 4-digit student code number.

(Σε δύο καθαρά σωληνάκια μικροφυγόκεντρου τοποθετήστε ταμπελίτσα με τον τετραψήφιο κωδικό μαθητή που έχετε).

12. Pipette the supernatant from each of the centrifuged tubes into each of the clean

tubes. Discard the original tube which now contains a white pellet - this is bacterial chromosomal DNA.

(Μεταφέρετε με πιπέτα το υπερκείμενο από κάθε σωληνάκι που φυγοκεντρήσατε σε αντίστοιχα καθαρά σωληνάκια. Πετάξτε τα αρχικά σωληνάκια που τώρα περιέχουν ένα λευκό ίζημα - αυτό είναι το βακτηριακό DNA).

13. Add 800 μL of 95% ethanol to each tube. Cap the tubes, shake vigorously by hand

for 10 sec and leave on the bench for 10 minutes. (Σε κάθε σωληνάκι προσθέστε 800 μL αιθανόλης 95%. Καπακώστε τα σωληνάκια, αναδεύσατε ισχυρά με το χέρι για δέκα δευτερόλεπτα και αφήστε τα σωληνάκια στον πάγκο επί δέκα λεπτά).

14. Centrifuge the tubes for 5 minutes - full speed in microcentrifuge.

(Φυγοκεντρίστε τα σωληνάκια για πέντε λεπτά - μέγιστη ταχύτητα μικροφυγόκεντρου).

15. Pour off the supernatant from each tube, cap the tube and raise your RED card.

(Αδειάστε το υπερκείμενο από κάθε σωληνάκι, καπακώστε το σωληνάκι και σηκώστε την κόκκινη κάρτα σας).


5

16. The lab assistant will check your pellet (10 marks for a white pellet).

(Ο βοηθός του εργαστηρίου θα ελέγξει το ίζημα σας (5 βαθμοί για άσπρο ίζημα)). 17. The lab assistant will then give you the sequence trace for your plasmid and cDNA.

The cDNA was sequenced from the T3 promoter. (Ο βοηθός του εργαστηρίου θα σας δώσει στη συνέχεια το χάρτη της ανάλυσης της αλληλουχίας των νουκλεοτιδίων για το πλασμίδιό σας και το εισαχθέν cDNA. Η ανάλυση της αλληλουχίας του cDNA άρχισε από τον υποκινητή (προμότορα) T3).

18. Check your sequence (starting at nucleotide 21) against that for the pBluescript

vector and answer the questions on page 5. Ελέγξτε την αλληλουχία σας (ξεκινώντας από το νουκλεοτίδιο 21) έναντι αυτής του DNA του pBluescript φορέα κλωνοποίησης και απαντήστε στις ερωτήσεις της σελίδας 6 στο μεταφρασμένο.

PLASMID MAP AND MULTIPLE CLONING SITE SEQUENCE FOR pBLUESCRIPT (Χάρτης πλασμιδίου και πολλαπλές περιοχές κλωνοποίησης (MCS) για το pBLUESCRIPT)


6

Questions (Ερωτήσεις) (13 marks)

1. The enzyme site into which you cloned your fragment of DNA is __________. Η περιοχή του ενζύμου μέσα στην οποία κλωνοποίησες το τμήμα του DNA σου είναι …

NOTE: The first letter of the enzyme’s name is located above the first nucleotide of its recognition sequence. (5 marks). Σημείωση: Το πρώτο γράμμα του ονόματος του ενζύμου βρίσκεται πάνω από το πρώτο

νουκλεοτίδιο της αλληλουχίας αναγνώρισής του

2. List the first 20 nucleotides of your fragment of DNA (not including the restriction site sequence). (2 marks) Καταγράψτε τα πρώτα 20 νουκλεοτίδια του τμήματός σας DNA (μη συμπεριλαμβανομένης της αλληλουχίας περιορισμού (στην οποία δρα η ενδονουκλεάση))

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

nucleotide

3. Find the first start codon. Using the genetic code table provided on page 6, and starting with the start codon, translate the first 21 nucleotides into their appropriate amino acids. (4 marks) Βρείτε το πρώτο κωδικώνιο έναρξης. Χρησιμοποιώντας τον πίνακα του γενετικού κώδικα που δίδεται στη σελίδα 8 και αρχίζοντας από το κωδικώνιο έναρξης, να μεταφράσετε τα πρώτα 21 νουκλεοτίδια στα αντίστοιχά τους αμινοξέα Start codon (κωδικώνιο έναρξης)

Amino

acid

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

nucleotide


7

4. (a) If the nucleotide at position 13 was mutated to an ‘A’, what would be the corresponding amino acid? (1 mark)

(α) Εάν το νουκλεοτίδιο της θέσης 13 μεταλλαχθεί σε ένα «Α», ποιο θα ήταν το

αντίστοιχο αμινοξύ;

(b). If the nucleotide at position 14 was mutated to an ‘A’, what would be the corresponding amino acid? (1 mark)

(β) Εάν το νουκλεοτίδιο της θέσης 14 μεταλλαχθεί σε ένα «Α», ποιο θα ήταν το

αντίστοιχο αμινοξύ;


8

GENETIC CODE TABLE (Πίνακας γενετικού κώδικα)

This table shows the 64 codons and the amino acid each codon codes for. The direction is 5' to 3'.

2nd base

U C A G

1st base

U

UUU (Phe/F)Phenylalanine

UUC (Phe/F)Phenylalanine

UUA (Leu/L)Leucine

UUG (Leu/L)Leucine

UCU (Ser/S)Serine

UCC (Ser/S)Serine

UCA (Ser/S)Serine

UCG (Ser/S)Serine

UAU (Tyr/Y)Tyrosine

UAC (Tyr/Y)Tyrosine

UAA Ochre (Stop)

UAG Amber (Stop)

UGU (Cys/C)Cysteine

UGC (Cys/C)Cysteine

UGA Opal (Stop)

UGG (Trp/W)Tryptophan

C

CUU (Leu/L)Leucine

CUC (Leu/L)Leucine

CUA (Leu/L)Leucine

CUG (Leu/L)Leucine

CCU (Pro/P)Proline

CCC (Pro/P)Proline

CCA (Pro/P)Proline

CCG (Pro/P)Proline

CAU (His/H)Histidine

CAC (His/H)Histidine

CAA (Gln/Q)Glutamine

CAG (Gln/Q)Glutamine

CGU (Arg/R)Arginine

CGC (Arg/R)Arginine

CGA (Arg/R)Arginine

CGG (Arg/R)Arginine

A

AUU (Ile/I)Isoleucine

AUC (Ile/I)Isoleucine

AUA (Ile/I)Isoleucine

AUG (Met/M)Methionine

ACU (Thr/T)Threonine

ACC (Thr/T)Threonine

ACA (Thr/T)Threonine

ACG (Thr/T)Threonine

AAU (Asn/N)Asparagine

AAC (Asn/N)Asparagine

AAA (Lys/K)Lysine

AAG (Lys/K)Lysine

AGU (Ser/S)Serine

AGC (Ser/S)Serine

AGA (Arg/R)Arginine

AGG (Arg/R)Arginine

G

GUU (Val/V)Valine

GUC (Val/V)Valine

GUA (Val/V)Valine

GUG (Val/V)Valine

GCU (Ala/A)Alanine

GCC (Ala/A)Alanine

GCA (Ala/A)Alanine

GCG (Ala/A)Alanine

GAU (Asp/D)Aspartic acid

GAC (Asp/D)Aspartic acid

GAA (Glu/E)Glutamic acid

GAG (Glu/E)Glutamic acid

GGU (Gly/G)Glycine

GGC (Gly/G)Glycine

GGA (Gly/G)Glycine

GGG (Gly/G)Glycine


9

Task C. Genetic Control of Seed Coat Colour and Seed Shape in Beans (20 points) Εργασία Γ: Ο γενετικός έλεγχος του χρώματος και του σχήματος του σπέρματος στα

φασόλια Material (υλικά) 1 plastic bag containing flat red parent beans – DO NOT OPEN (μια πλαστική

σακούλα, που περιέχει επίπεδα κόκκινα φασόλια πατρικής γενιάς - μην την ανοίξετε)

1 plastic bag containing round red parent beans – DO NOT OPEN (μια πλαστική

σακούλα, που περιέχει στρογγυλεμένα κόκκινα φασόλια πατρικής γενιάς - μην την ανοίξετε)

1 plastic bag containing F1 seeds (flat yellow) from the cross between the parent

beans – DO NOT OPEN (μια πλαστική σακούλα, που περιέχει σπέρματα πρώτης θυγατρικής γενιάς F1 (επίπεδα κίτρινα) προερχόμενα από διασταύρωση φασολιών πατρικής γενιάς - μην την ανοίξετε)

1 plastic bag of F2 bean seeds (representing 250 F2 plants) – THIS BAG MAY BE

OPENED (μια πλαστική σακούλα με σπέρματα από φασόλια, που αντιπροσωπεύουν ένα σπέρμα στα 250 φυτά της δεύτερης θυγατρικής γενιάς F2 – αυτή η σακούλα μπορεί να ανοιχτεί)

To help you answer the questions below, fill in the following table: (για να βοηθηθείτε να απαντήσετε τις παρακάτω ερωτήσεις, συμπληρώστε τον πίνακα που ακολουθεί:)

Generation (γενιά)

Seed shape (round or flat)

(σχήμα σπέρματος, στρογγυλεμένο ή επίπεδο)

Seed coat colour (yellow or red)

(χρώμα σπέρματος, κίτρινο ή κόκκινο)

Parent 1 (γονέας 1)

Parent 2 (γονέας 2)

F1 from a cross between these two parents (πρώτη θυγατρική γενιά, από διασταύρωση μεταξύ των δύο γονιών)

Answer the following questions (απαντήστε τις παρακάτω ερωτήσεις).

1. Is the seed coat colour controlled by (circle one) (το χρώμα σπέρματος ελέγχεται από (κύκλωσε ένα)

(i) one gene (ένα γονίδιο)

(ii) more than one gene? (περισσότερα του ενός γονίδια) (1 mark)


10

2. a) Red seed coat colour is (circle one) (κόκκινο χρώμα σπέρματος είναι (κύκλωσε ένα) (i) dominant (επικρατές)

(ii) partially dominant (μερικώς, ατελώς επικρατές)

(iii) recessive (υπολειπόμενο) (1 mark)

b) Round seed shape is (circle one) (στρογγυλεμένο σπέρμα (κυκλώστε ένα)) (i) dominant (επικρατές)

(ii) partially dominant (μερικώς, ατελώς επικρατές)

(iii) recessive (υπολειπόμενο) (1 mark)

3. (a) There are four phenotypes in your sample of F2 seeds. Classify the seeds into

these phenotypic classes and write the number of each phenotype in the table below. (2 marks)

Υπάρχουν τέσσερις φαινότυποι στο δείγμα σας με τα σπέρματα της δεύτερης θυγατρικής γενιάς (F2). Ταξινομήστε τα σπέρματα σε τέσσερις φαινοτυπικές ομάδες και γράψτε τον αριθμό κάθε φαινοτύπου στον πίνακα που ακολουθεί

Phenotype (seed colour/ seed shape)

Φαινότυπος (χρώμα/σχήμα σπέρματος)

Number of seeds (= number of F2 plants)

Αριθμός σπερμάτων (= φυτά της F2)

round, red (στρογγυλεμένα, κόκκινα)

flat, red (επίπεδα, κόκκινα)

round, yellow (στρογγυλεμένα, κίτρινα)

flat, yellow (επίπεδα, κίτρινα)

Total (σύνολο)

Use these F2 segregation data to answer the following questions: Χρησιμοποιήστε τα δεδομένα της δεύτερης θυγατρικής γενιάς για να απαντήσετε τις παρακάτω ερωτήσεις:


11

4. (a) From your data, how many genes could be controlling seed shape? (1 mark)

Από τα δεδομένα σας, πόσα γονίδια θα μπορούσαν να ελέγχουν το σχήμα του σπέρματος;

(b) How many round beans and how many flat ones would you expect in a population this size?

Πόσα στρογγυλεμένα και πόσα επίπεδα φασόλια αναμένετε να υπάρχουν σε ένα πληθυσμό αυτού του μεγέθους (πλήθους);

ROUND ______________ FLAT __________ (2 marks)

Στρογγυλεμένα Επίπεδα

(c) Is this segregation ratio significantly different from the observed ratio (circle one)? Είναι η καταγεγραμμένη αναλογία σημαντικά διαφορετική από την παρατηρηθείσα; (κύκλωσε ένα)

YES NO (1 mark) ΝΑΙ ΟΧΙ What is the probability? (ποια είναι η πιθανότητα;) (3 marks)

5. (a) From your data, how many genes could be controlling seed coat colour? ______ (1 mark)

Από τα δεδομένα σας, πόσα γονίδια θα μπορούσαν να ελέγχουν το χρώμα του σπέρματος;

(b) How many red beans and how many yellow beans would you expect in a

population this size? Πόσα φασόλια με κόκκινο χρώμα σπέρματος και πόσα με κίτρινο αναμένετε να βρείτε σε ένα πληθυσμό αυτού του μεγέθους (πλήθους);

RED ______________ YELLOW __________ (3 marks) Κόκκινα Κίτρινα

(c) Is this segregation ratio significantly different from the observed ratio? (circle one) Είναι η καταγεγραμμένη αναλογία σημαντικά διαφορετική από την παρατηρηθείσα; (κυκλώστε ένα)

YES NO (1 mark) ΝΑΙ ΟΧΙ What is the probability? (ποια είναι η πιθανότητα;) (3 marks)


12

Chi-square Distribution (κατανομή τετραγώνων) Probability (πιθανότητα)

df 0.95 0.90 0.80 0.70 0.50 0.30 0.20 0.10 0.05 0.01 0.001

1 0.004 0.02 0.06 0.15 0.46 1.07 1.64 2.71 3.84 6.64 10.83

2 0.10 0.21 0.45 0.71 1.39 2.41 3.22 4.60 5.99 9.21 13.82

3 0.35 0.58 1.01 1.42 2.37 3.66 4.64 6.25 7.82 11.34 16.27

4 0.71 1.06 1.65 2.20 3.36 4.88 5.99 7.78 9.49 13.28 18.47

- THE END - ΤΕΛΟΣ

HAVE YOU WRITTEN YOUR 4-DIGIT STUDENT CODE ON THE TOP OF EACH PAGE? ΓΡΑΨΑΤΕ ΤΟΝ ΤΕΤΡΑΨΗΦΙΟ ΚΩΔΙΚΟ ΣΑΣ ΣΤΟ ΠΑΝΩ ΜΕΡΟΣ ΚΑΘΕ ΣΕΛΙΔΑΣ;

IBO 2007 Pract 4 Genetics

Documents

Transcript of IBO 2007 Pract 4 Genetics