Question

【題目】紫米籽粒果皮與種皮因含有抗氧化作用的花色素苷而呈現(xiàn)紫色，比白米有更高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。

（1）水稻籽粒的果皮與種皮黏連，由雌蕊的子房壁和珠被的細(xì)胞經(jīng)過(guò)_______________發(fā)育而來(lái)，因此籽粒果皮顏色由親本中__________的基因型決定。研究者利用紫粒水稻與白粒水稻雜交，得到表1結(jié)果。

表1 紫粒水稻與白粒水稻正反交組合及所結(jié)籽粒果皮顏色統(tǒng)計(jì)結(jié)果

據(jù)結(jié)果判斷，果皮顏色中_____________為顯性性狀，控制果皮顏色基因的遺傳遵循基因的__________定律。預(yù)測(cè)F3自交所結(jié)籽粒的果皮顏色及比例為______________________。

（2）SSR是DNA中的簡(jiǎn)單重復(fù)序列，非同源染色體上的SSR重復(fù)單位不同（如CA重復(fù)或GT重復(fù)），不同品種的同源染色體上的SSR重復(fù)次數(shù)不同（如CACACA或CACACACA），因此常用于染色體特異性標(biāo)記。研究者提取出F2中結(jié)白色籽粒的50株單株的葉肉細(xì)胞DNA，利用4號(hào)、8號(hào)等染色體上特異的SSR進(jìn)行PCR擴(kuò)增，結(jié)果如下圖。

據(jù)圖判斷，控制果皮顏色的基因位于4號(hào)染色體上，依據(jù)是__________________________，2號(hào)和47號(hào)單株特殊的擴(kuò)增結(jié)果最可能是_________________________________所致；F2中結(jié)白色籽粒的50株單株8號(hào)染色體SSR的擴(kuò)增結(jié)果有____________種，理論上比例為__________________________。

（3）研究者擴(kuò)增出F2植株相關(guān)基因的部分序列，利用BamH I酶切割后，結(jié)果如表2。

表2 酶切結(jié)果

樣本來(lái)源	結(jié)紫色籽粒的F2單株		結(jié)白色籽粒的F2單株
酶切產(chǎn)物長(zhǎng)度（堿基對(duì)）	669、529	669、529、1200	1200

由結(jié)果可知，紫色果皮基因________（能/不能）被BamH I酶切割，可能是與紫色果皮基因比白色果皮基因堿基數(shù)目__________________有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，紫色果皮基因表達(dá)產(chǎn)物有588個(gè)氨基酸，白色果皮基因表達(dá)產(chǎn)物574個(gè)氨基酸，根據(jù)基因突變和基因表達(dá)的相關(guān)知識(shí)，解釋上述現(xiàn)象：______________________________________。

（4）利用上述克隆出的水稻紫色果皮基因，請(qǐng)你提出一個(gè)進(jìn)一步研究的課題：_________________________。

Answer 1

【答案】分裂、分化 母本 紫色 分離 紫色：白色=5:3 結(jié)白色籽粒的F2單株的4號(hào)染色體的SSR擴(kuò)增結(jié)果與白粒水稻親本4號(hào)染色體的SSR擴(kuò)增結(jié)果基本一致 在F1形成配子的過(guò)程中，種皮顏色基因與SSR標(biāo)記之間發(fā)生了交叉互換，形成了同時(shí)含白色果皮基因和紫粒水稻親本SSR標(biāo)記的配子 3 1:2:1 能 減少2對(duì) 與白色果皮基因相比，紫色果皮基因的堿基缺失導(dǎo)致mRNA上終止密碼子延后出現(xiàn) 研究紫色果皮基因在4號(hào)染色體上的精細(xì)定位； 研究紫色果皮基因與紫色果皮性狀的分子機(jī)制； 研究紫色果皮基因與其他基因的互作關(guān)系； 研究環(huán)境因素對(duì)紫色果皮基因功能的影響； 轉(zhuǎn)紫色果皮基因作物的培育等

【解析】

1、傳粉和受精完成以后，花萼凋落或存留，花冠、雄蕊都凋落，柱頭和花柱凋落，只有雌蕊的子房繼續(xù)發(fā)育。子房壁發(fā)育成果皮，胚珠發(fā)育成種子，珠被發(fā)育成種皮，受精卵發(fā)育成胚，受精極核發(fā)育成胚乳，子房發(fā)育成果實(shí)。

2、一對(duì)等位基因控制的一對(duì)相對(duì)性狀的遺傳遵循分離定律，兩對(duì)等位基因（獨(dú)立遺傳）控制的性狀的遺傳遵循自由組合定律。

（1）水稻籽粒的果皮與種皮由雌蕊的子房壁和珠被的細(xì)胞經(jīng)過(guò)分裂分化發(fā)育而來(lái)，因此籽粒果皮顏色由親本中母本的基因型決定。據(jù)表1結(jié)果判斷，F1所結(jié)籽粒均為紫色，F2所結(jié)籽粒紫色：白色約為3:1，可知果皮顏色中紫色為顯性性狀，控制果皮顏色基因的遺傳遵循基因的分離定律。假設(shè)A基因控制紫色性狀，a基因控制白色性狀，F2中AA：Aa：aa=1：2：1，則F3自交所結(jié)籽粒的果皮顏色為紫色的有AA自交1/4+Aa自交1/2×3/4=5/8,白色的aa自交1/4+Aa自交1/2×1/4=3/8,所以 F3自交所結(jié)籽粒的果皮顏色及比例為紫色：白色=5:3 。

（2）分析PCR擴(kuò)增結(jié)果，結(jié)白色籽粒的F2單株的4號(hào)染色體的SSR擴(kuò)增結(jié)果與白粒水稻親本4號(hào)染色體的SSR擴(kuò)增結(jié)果基本一致，所以判斷控制果皮顏色的基因位于4號(hào)染色體上，2號(hào)和47號(hào)同時(shí)含白色果皮基因和紫粒水稻親本SSR標(biāo)記，最可能是在F1形成配子的過(guò)程中，種皮顏色基因與SSR標(biāo)記之間發(fā)生了交叉互換，形成了同時(shí)含白色果皮基因和紫粒水稻親本SSR標(biāo)記的配子，由圖中8號(hào)染色體擴(kuò)增結(jié)果可知，F2中結(jié)白色籽粒的50株單株8號(hào)染色體SSR的擴(kuò)增結(jié)果有3種，理論上比例為1:2:1。

（3）由表2結(jié)果可知，紫色果皮基因能被BamH I酶切割，白色果皮基因不能被BamH I酶切割，紫色果皮基因堿基對(duì)數(shù)為669+529=1198，白色果皮基因堿基對(duì)數(shù)為1200，紫色果皮基因比白色果皮基因堿基數(shù)目少2對(duì)，但紫色果皮基因表達(dá)產(chǎn)物氨基酸數(shù)大于白色果皮基因表達(dá)產(chǎn)物，可能是因?yàn)榕c白色果皮基因相比，紫色果皮基因的堿基缺失導(dǎo)致mRNA上終止密碼子延后出現(xiàn)。

（4）利用克隆出的水稻紫色果皮基因，我們可以進(jìn)一步研究紫色果皮基因在4號(hào)染色體上的精細(xì)定位；研究紫色果皮基因與紫色果皮性狀的分子機(jī)制；研究紫色果皮基因與其他基因的互作關(guān)系；研究環(huán)境因素對(duì)紫色果皮基因功能的影響；轉(zhuǎn)紫色果皮基因作物的培育等。