题目内容
【题目】研究者以引进的白菜杂交种(2n=20)为材料,利用单倍体育种技术获得一全株黄化的白菜突变品系乙,并对其突变性状的生理和遗传特性进行了研究。
(1)白菜的绿叶与黄叶是一对______;在实验中作为______组的绿叶品系甲也是利用上述白菜杂交种的花粉培育而来。
(2)研究者检测了甲乙两品系白菜的光合特性相关指标及叶绿体的超微结构,结果如下。
总叶绿素含量(mg/g) | 类胡萝卜素含量(mg/g) | 净光合速率() | |
品系甲 | 1.43 | 0.36 | 21.18 |
品系乙 | 0.49 | 0.15 | 12.69 |
据上述两方面结果推测,相对品系甲而言,品系乙净光合速率下降的原因可能是由于__________________所致。
(3)叶绿素生物合成途径如图1,为继续探究突变品系乙叶绿素含量减少的原因,研究者对上述两品系的叶片叶绿素生物合成中间代谢产物含量进行了测定,结果如图2。
根据测定结果推测,品系乙黄化突变体叶绿素生物合成主要受阻于__________________的过程,说明突变基因影响了叶绿素生物合成代谢通路的相关基因表达。
(4)研究者欲研究品系乙黄化突变基因的遗传方式,进行了如图3所示杂交实验:根据杂交实验结果推测,绿叶与黄叶是由位于____________控制。利用F1与______杂交进行验证,若结果出现__________________,则说明上述推测正确。实测结果证实推测。
(5)为进一步对突变基因进行定位,需分别构建只含有单对突变基因的纯合品系。过程如下:从F2中选取______植株单株自交,每株自交后代称为一个F3株系,然后在子代性状及分离比为____________的F3株系中,选取绿叶植株单株自交,获得未发生性状分离的株系,即为目标品系。本研究成果可为今后探明基因互作调控植株黄化的分子机制奠定基础。
【答案】相对性状 对照 捕获光能的光合色素含量降低,叶绿体内部类囊体数目减少(基粒片层稀疏) 谷氨酸-tRNA→δ-氨基乙酰丙酸和原叶绿素酸酯→叶绿素 非同源染色体上的2对等位基因(2对同源染色体上的2对等位基因) 品系乙或F2中的黄叶植株 子代表现型及比例为绿叶:黄叶=3:1 绿叶 绿叶:黄叶=3:1
【解析】
1.叶绿体是进行光合作用的场所,叶绿体中类囊体堆叠形成基粒扩大了叶绿体的膜面积,有利于光合作用的进行,在类囊体薄膜上分布有光合色素,包括叶绿素和类胡萝卜素,叶绿素的含量大约是类胡萝卜素含量的3倍左右,光合色素能够吸收、传递和转化光能,色素含量是影响光合作用的内部因素。
2.基因自由组合定律的实质是:控制不同性状的遗传因子的分离和组合是互不干扰的;在形成配子时,决定同一性状的成对的遗传因子彼此分离,决定不同性状的遗传因子自由组合。验证自由组合定律常用的方法有自交法和测交法,一般自交会出现9:3:3:1或者其变形的结果,测交会出现1:1:1:1或者其相应变形的结果。
(1)白菜的绿叶与黄叶是一对相对性状;根据题意可知,利用单倍体育种培育的突变品系乙在实验中作为实验组,那么绿叶品系甲作为对照组。
(2)据表格分析,相对品系甲而言,品系乙捕获光能的光合色素含量降低,据图分析,相对品系甲而言,品系乙叶绿体内部基粒片层稀疏(类囊体数目减少),因此品系乙净光合速率比品系甲低。
(3)根据柱形图分析,品系乙ALA比品系甲低,说明品系乙的谷氨酰tRNA→δ氨基乙酰丙酸途径受阻,品系乙的原叶绿素酸酯比品系甲高,但叶绿素含量比品系甲低,说明品系乙原叶绿素酸酯→叶绿素的过程受阻,说明突变基因影响了叶绿素生物合成代谢通路的相关基因表达。
(4)由于F2中绿叶植株:黄叶植株=15:1,是9:3:3:1的变式,因此绿叶与黄叶是由位于非同源染色体的两对等位基因控制,且F1是AaBb,黄叶为aabb,利用F1(AaBb)与品系乙或F2中的黄叶植株(aabb)杂交进行验证,若结果出现子代表现型及比例为绿叶:黄叶≈3:1,则说明上述推测正确。
(5)为进一步对突变基因进行定位,需分别构建只含有单对突变基因的纯合品系。过程如下:从F2中选取绿叶植株单株自交,每株自交后代称为一个F3株系,然后在子代性状及分离比为绿叶:黄叶≈3:1的F3株系中,选取绿叶植株单株自交,获得未发生性状分离的株系,即为目标品系。本研究成果可为今后探明基因互作调控植株黄化的分子机制奠定基础。
【题目】细胞自噬是真核生物中普遍存在的现象。有利于细胞度过营养缺乏的时期,对生物体具有重要意义。但其调节机制尚未研究清楚,科研人员利用秀丽隐杆线虫进行相关研究。
(1)秀丽隐杆线虫有两种性别,雌雄同体(2n=10+XX)和雄性(2n=10+X),雌雄同体线虫可自交产生后代,雄虫存在时也可以杂交。特定环境下,雌雄同体线虫经____________过程产生较多的_____________的配子,该配子与染色体组成为n=5+X的配子结合发育成雄性个体。
(2)研究者用诱变剂处理雌雄同体成虫,任其自交产生F1代、F2代。
①若F1代就出现突变个体,一般认为该突变性状为显性,这是因为:基因突变具有______________的特点,雌雄配子含有相同位点的突变基因的可能性极低,故突变个体可被视为______________(纯合子/杂合子),其表现出的性状是显性性状。
②在F2代出现了某一种自噬异常突变体,在普通环境下,将其与野生型雄虫共同培养,可根据子代是否出现较多性别为________________的个体判断杂交是否成功,再选择其子代中表现型为________________的个体自交,自交子代表现型及比例为野生型雌雄同体;突变型雌雄同体=3:1,初步判断此突变性状为______基因隐性突变决定的。
(3)为确定此自噬异常突变体中突变的基因,科研人员对相应cDNA测序,发现突变体E基因异常,如下图所示:
图1 :野生及突变体E基因非模板链部分编码序列
(注:可能用到的密码子:AUG—甲硫氨酸(起始);AGA/AGG—精氨酸;GAA—谷氨酸;AUA—异亮氨酸;UAA—终止;)
综合上述结果,从分子水平阐述此突变体自噬异常的原因是___________________。
(4)已知细胞自噬的过程如图2所示。
图2 :自噬过程示意图
为确定E基因在自噬过程中的作用位置,科研人员利用已知功能的L基因突变体进行了一系列观察研究,结果如下:
线虫类型 | 细胞自噬的现象 | ||
自噬小体 | 自噬溶酶体 | 自噬底物降解 | |
野生型 | 少量 | 有 | 是 |
E基因突变体 | 无 | 无 | 否 |
L基因突变体 | 大量 | 无 | 否 |
E与L基因双突变体 | i_____________ | Ii________________ | Iii_________________ |
研究者根据该结果推测,在自噬过程中E基因控制的过程在L基因之前。请补全上述表格。
(5)由于生物之间具有________________,细胞内自噬过程及调控机制高度相近,使得结构简单的线虫成为细胞自噬研究的模式生物。