Ở một loài sinh vật nhân thực, một locus \(L\) gồm 3 gen chồng lấp một phần: \(G_{1} , G_{2} , G_{3}\).

• \(G_{1}\) và \(G_{2}\) dùng chung một đoạn DNA nhưng đọc ở hai khung đọc khác nhau
• \(G_{2}\) và \(G_{3}\) nằm trên hai mạch DNA đối diện
• Một vùng intron của \(G_{1}\) lại là exon của \(G_{3}\)

Dữ kiện phân tử:

1. Khi không có tín hiệu môi trường \(S\):
2. • chỉ \(G_{1}\) được biểu hiện
   • protein tạo thành có 300 aa
3. Khi có \(S\):
4. • xuất hiện một loại mRNA mới dài hơn 90 nu
   • nhưng protein từ \(G_{1}\) lại ngắn hơn 30 aa
   • đồng thời \(G_{3}\) bắt đầu biểu hiện mạnh
5. Phân tích ribosome profiling cho thấy:
6. • có hiện tượng dịch mã lệch khung (frameshift) xảy ra với tần số 20%
   • hiện tượng này chỉ xảy ra khi có \(S\)

Dữ kiện di truyền:

Một đột biến điểm duy nhất (thay 1 base) tại vùng chồng lấp gây ra:

• Mất hoàn toàn chức năng của \(G_{2}\)
• Không làm thay đổi trình tự protein của \(G_{1}\)
• Nhưng làm giảm 70% biểu hiện của \(G_{3}\)

Dữ kiện tiến hóa:

• Vùng DNA này bảo tồn rất cao giữa các loài
• Nhưng tốc độ đột biến đồng nghĩa (silent mutation) ở \(G_{1}\) lại thấp bất thường

Yêu cầu:

1.

Giải thích cơ chế khiến:

• mRNA dài hơn nhưng protein của \(G_{1}\) lại ngắn đi khi có \(S\)

2.

Xây dựng mô hình phân tử hợp lý cho:

• hiện tượng frameshift phụ thuộc tín hiệu môi trường

3.

Giải thích vì sao:

• một đột biến không làm đổi protein \(G_{1}\)
• nhưng lại phá hủy hoàn toàn \(G_{2}\)

4.

Chứng minh (bằng lập luận sinh học):
vì sao đột biến đồng nghĩa ở \(G_{1}\) vẫn bị chọn lọc mạnh

5.

Đề xuất cơ chế:

• vì sao \(G_{3}\) bị ảnh hưởng dù đột biến không nằm trên mạch mã hóa trực tiếp của nó

6. (câu khó nhất)

Nếu phải chọn một áp lực tiến hóa chính giải thích toàn bộ hệ thống này, bạn sẽ chọn:

• tối ưu hóa thông tin di truyền
• điều hòa linh hoạt theo môi trường
• hay hạn chế đột biến gây hại

→ Hãy bảo vệ lựa chọn bằng lập luận logic hoàn chỉnh.