Question

17．為研究水稻D基因的功能，研究者將T-DNA插入到D基因中，致使該基因失活，失活后的基因記為d．現(xiàn)以野生植株和突變植株作為親本進(jìn)行雜交實(shí)驗，統(tǒng)計母本植株的結(jié)實(shí)率，結(jié)果如下表所示．

雜交編號	親本組合	結(jié)實(shí)數(shù)/授粉的小花數(shù)	結(jié)實(shí)率
①	♀DD×♂dd	16/158	10%
②	♀dd×♂DD	77/154	50%
③	♀DD×♂DD	71/141	50%

（1）表中數(shù)據(jù)表明，D基因失活使雄配子育性降低．為確定配子育性降低是由于D基因失活造成的，可將D基因作為目的基因，與載體連接后，導(dǎo)入到突變（填“野生”或“突變”）植株的幼芽經(jīng)過脫分化（或“去分化”）形成的愈傷組織中，最后觀察轉(zhuǎn)基因水稻配子育性是否得到恢復(fù)．
（2）用顯微鏡觀察并比較野生植株和突變植株的配子形成，發(fā)現(xiàn)D基因失活不影響二者的減數(shù)分裂．
（3）進(jìn)一步研究表明，配子育性降低是因為D基因失活直接導(dǎo)致配子本身受精能力下降．若讓雜交①的F₁給雜交②的F₁授粉，預(yù)期結(jié)實(shí)率為30%，所獲得的F₂植株的基因型及比例為DD：Dd：dd=5：6：1．
（4）為驗證F₂植株基因型及比例，研究者根據(jù)D基因、T-DNA的序列，設(shè)計了3種引物，如圖所示：
隨機(jī)選取F₂植株若干，提取各植株的總DNA，分別用引物“Ⅰ+Ⅲ”組合及“Ⅱ+Ⅲ”組合進(jìn)行PCR，檢測是否擴(kuò)增（完整的T-DNA過大，不能完成PCR）．若兩種引物組合均可完成擴(kuò)增，則相應(yīng)植株的基因型為Dd；同理可判斷其他基因型，進(jìn)而統(tǒng)計各基因型比例．
（5）研究表明D基因表達(dá)產(chǎn)物（D蛋白）含有WD40（氨基酸序列），而通常含有WD40的蛋白都定位在細(xì)胞核內(nèi)．為探究D蛋白是否為核蛋白，研究者將D基因與黃色熒光蛋白基因融合；同時將已知的核蛋白基因與藍(lán)色熒光蛋白基因融合．再將兩種融合基因?qū)�入植物原生質(zhì)體表達(dá)系統(tǒng)，如果兩種熒光的定位（模式）相同（或“兩種熒光同時出現(xiàn)在細(xì)胞核中”），則表明D蛋白是核蛋白．

Answer 1

分析 分析表中數(shù)據(jù)可知，雜交①②為實(shí)驗組，③為對照組，②③組的結(jié)實(shí)率無明顯差異，①組的結(jié)實(shí)率明顯低于③組，說明D基因失活使雄配子育性降低．分析表格：②③組都是DD做父本，結(jié)實(shí)率都為50%，①組是dd做父本，結(jié)實(shí)率為10%．所以可以猜測D基因失活后會使雄配子的育性降低．且DD做父本，結(jié)實(shí)率都為50%，可以得出D的雄配子中可育的占$\frac{1}{2}$；dd做父本，結(jié)實(shí)率為10%，可以得出d的雄配子中可育的占$\frac{1}{10}$．

解答 解：（1）分析表中數(shù)據(jù)可知，雜交①②為實(shí)驗組，③為對照組，②③組的結(jié)實(shí)率無明顯差異，①組的結(jié)實(shí)率明顯低于③組，說明D基因失活使雄配子育性降低．若確定配子育性降低是由于D基因失活造成的，可將正常基因?qū)�入突變植株中，觀察其后代育性是否恢復(fù)．為達(dá)到此目的，可運(yùn)用基因工程技術(shù)，即將D基因作為目的基因，與載體連接后，導(dǎo)入到突變植株的幼芽經(jīng)過脫分化（或“去分化”）形成的愈傷組織中，最后觀察轉(zhuǎn)基因水稻配子育性是否得到恢復(fù)．
（2）配子是通過減數(shù)分裂的方式形成的，可用顯微鏡觀察，從而發(fā)現(xiàn)D基因失活不影響二者的減數(shù)分裂．
（3）分析表中的信息可知，父本基因型為Dd時，產(chǎn)生的基因型為D的雄配子對后代結(jié)實(shí)率無影響，基因型為d的雄配子使后代的結(jié)實(shí)率降低，因此，以基因型為Dd的雜交①的F₁為父本，與基因型為Dd的雜交②的F₁為母本雜交，F(xiàn)₂的基因型所占的比例及其結(jié)實(shí)率見下表：

		雌配子
		$\frac{1}{2}$D	$\frac{1}{2}$d
雄配子	$\frac{1}{2}$D	$\frac{1}{4}$DD（結(jié)實(shí)率50%）	$\frac{1}{4}$Dd（結(jié)實(shí)率50%）
	$\frac{1}{2}$d	$\frac{1}{4}$Dd（結(jié)實(shí)率10%）	$\frac{1}{4}$dd（結(jié)實(shí)率10%）

由上表可推測結(jié)實(shí)率=50%×$\frac{1}{4}$+50%×$\frac{1}{4}$+10%×$\frac{1}{4}$+10%×$\frac{1}{4}$=30%，所獲得的F₂植株的基因型及比例為DD：Dd：dd=（50%×$\frac{1}{4}$）：（ 50%×$\frac{1}{4}$+10%×$\frac{1}{4}$）：（10%×$\frac{1}{4}$）=5：6：1
（4）引物Ⅰ的堿基序列能與題圖中的T-DNA的上邊那條鏈中的相應(yīng)堿基互補(bǔ)配對，引物Ⅱ的堿基序列能與題圖中的D基因的上邊那條鏈中右側(cè)的相應(yīng)堿基互補(bǔ)配對，引物Ⅲ的堿基序列能與題圖中的D基因的下邊那條鏈中左側(cè)相應(yīng)的堿基互補(bǔ)配對，因此，引物“Ⅰ+Ⅲ”組合能夠完成對d基因（插有T-DNA的D基因）的擴(kuò)增，引物“Ⅱ+Ⅲ”組可完成對D基因的擴(kuò)增，即兩種引物組合均可完成擴(kuò)增，則相應(yīng)植株的基因型為Dd．
（5）已知D基因表達(dá)的D蛋白含有WD40，而含有WD40的蛋白都定位在細(xì)胞核內(nèi)．如果D蛋白是核蛋白，則將D基因與黃色熒光蛋白基因融合后的基因，以及將已知的核蛋白基因與藍(lán)色熒光蛋白基因融合后的基因?qū)�入植物原生質(zhì)體表達(dá)系統(tǒng)，該兩種融合基因的表達(dá)產(chǎn)物都會在細(xì)胞核中出現(xiàn)，即兩種熒光的定位（模式）相同（或“兩種熒光同時出現(xiàn)在細(xì)胞核中”）．
故答案為：
（1）雄    D基因    突變     脫分化（或“去分化”）
（2）顯微鏡    減數(shù)
（3）30%    DD：Dd：dd=5：6：1
（4）兩種引物組合均可完成擴(kuò)增
（5）兩種熒光的定位（模式）相同（或“兩種熒光同時出現(xiàn)在細(xì)胞核中”）

點(diǎn)評 本題考查基因的分離定律、基因工程的相關(guān)知識，意在考查學(xué)生能理解所學(xué)知識的要點(diǎn)，把握知識間的內(nèi)在聯(lián)系，能從課外材料中獲取相關(guān)的生物學(xué)信息，并能運(yùn)用這些信息，結(jié)合所學(xué)知識解決相關(guān)的生物學(xué)問題的能力．