2023年大学入試共通テスト「生物」第１問「遺伝子と系統」、問題、解答、解説（計17点）
asakura
【解説】
問１
原核生物の転写調節・転写の関連ある遺伝子群のまとまりをオペロン（operon）という。
原核生物である大腸菌で、ラクトース代謝に関係する遺伝子群を発現することができるラクトースオペロン（lac operon)で説明する。
大腸菌はグルコース代謝を基本とする。グルコースが不足し、ラクトースのみがあるときにのみこのラクトース代謝関係の遺伝子群を発現させたい。
１、ラクトースがないとき（左図）
これがグルコースが豊富な場所でラクトース代謝の必要がない大腸菌の基本の状態である。ラクトースがない時は、ラクトース代謝関係の遺伝子群は働くことができないので、遺伝子は発現しないほうがよい。調節遺伝子が転写・翻訳されてできたリプレッサーがオペレーターに結合し、転写をするRNAポリメラーゼが、（DNAにおける結合場所である）プロモーターに結合することを妨げ、転写を抑制している。
２、（グルコースがなく）ラクトースがあるとき（右図）
この時は遺伝子発現が必要となる。。リプレッサーに、ラクトースから由来するラクトース代産物と結合し、オペレーターに結合できなくなる。その結果、プロモーターにRNAポリメラーゼが結合できるようになり、1つのmRNAが転写される。そして、その１つのｍRNAから、図ではZ,Y,Aと表現された複数の遺伝子に指定された複数のタンパク質（Z.P.A）が合成（翻訳）され、このタンパク質群の共同で、ラクトースを代謝利用できるようになる。
オペロンを構成する個々の遺伝子の転写は、それぞれ異なる調節タンパク質によって制御される。→×（同じ１つの調節タンパク質）
オペロンを構成する個々の遺伝子は、それぞれ異なる種類のＲＮＡポリメラーゼによって転写される。→×（同じ１つのＲＮＡポリメラーゼ）
リプレッサーは、ＲＮＡポリメラーゼに結合して遺伝子の転写を抑制する。→×（オペレーターに結合する）
転写には、核内にある基本転写因子が必要である。
→×（原核生物なので核膜に包まれた核はない。基本転写因子は核膜につつまれた核のある真核生物の核内で働く。）
調節タンパク質は、オペレーターに結合して遺伝子の転写を制御する。→〇
よって
（4点）
問２
図１より、A、Bを含むオペロン、C、Dを含むオペロンは硫酸十分条件で発言し、E、Fを含むオペロンは硫酸欠乏条件で発現することがわかる。
（a） 遺伝子Ａと遺伝子Ｂは、硫酸イオン濃度による制御を受けない。→×
（ｂ）遺伝子Ｃと遺伝子Ｄは、主に硫酸十分条件で働く。→〇
（c）遺伝子Eと遺伝子Ｆは、メチオニンやシステインの少ないα／β複合体の各サブユニットのアミノ酸配列を指定する。→〇（EとFは硫酸欠乏条件で発現するので、本文より、硫黄を含むアミノ酸システイン・メチオニンの少ないアミノ酸配列を指定するとわかる。）
（d)シアノバクテリアは、硫酸欠乏条件では光合成を行わない。→×
よって、
（b,c) （4点）
＜参考＞アミノ酸20種類
問3
の「転写調節領域」は真核生物の遺伝子発現に関与する領域で、原核生物にはない（原核生物はその役割を担う場所はオペレーターである）。よって、適当でないのは
（4点）
＜参考＞真核生物の遺伝子発現調整
問４
以下の最新の植物界の系統樹を知っておくのが望ましい。
最大のポイントは横軸のクロロフィルの種類による分類で
クロロフィルaのみ ラン藻（原核生物）、紅藻
クロロフィルaとc 渦べん毛藻、ケイ藻、褐藻
クロロフィルaとｂ ミドリムシ植物、緑藻、車軸藻、植物（コケ、シダ、種子）
昔はコケ・シダ・種子を「陸上植物」と表現していたこともあったが、他が〇藻と表現されることから単に「植物」との表記でコケ・シダ・種子を示すようになってきた。本設問でもそうである。（光合成を行う生物全体を示す時には「植物界」と表現すればよい。）
本設問で「集光装置」とされているのは図では「補助色素」と表現している。補助色素（集光装置）は、褐藻はフコキサンチン、紅藻ではフィコビリン（フィコシアノビリン）であり、それを知識として抑えていれば本設問は解きやすい。ただ、それを抑えてなくても、系統樹から「車軸藻」に近いのが、ともにクロロフィルa・bを持つ「植物」（ア）、その次に近いのが「緑藻」（イ）。そして、エとオは系統樹が近いので同じ集光装置を持った「褐藻」と「ケイ藻」。両グループから離れているのが独自の集光装置「フィコシアノビリンータンパク質複合体」の紅藻（ウ）とわかる。つまり「フコキサンチン・フィコシアノビリン」の知識がなくても、系統樹の位置関係さえ読めれば推定できる。
（5点）。なお、同じクロロフィルa、bグループの中の類縁関係を逆としてしまったにも部分点2点が与えられている。）
