Question

【题目】紫米籽粒果皮与种皮因含有抗氧化作用的花色素苷而呈现紫色，比白米有更高的营养价值。

（1）水稻籽粒的果皮与种皮黏连，由雌蕊的子房壁和珠被的细胞经过_______________发育而来，因此籽粒果皮颜色由亲本中__________的基因型决定。研究者利用紫粒水稻与白粒水稻杂交，得到表1结果。

表1 紫粒水稻与白粒水稻正反交组合及所结籽粒果皮颜色统计结果

据结果判断，果皮颜色中_____________为显性性状，控制果皮颜色基因的遗传遵循基因的__________定律。预测F3自交所结籽粒的果皮颜色及比例为______________________。

（2）SSR是DNA中的简单重复序列，非同源染色体上的SSR重复单位不同（如CA重复或GT重复），不同品种的同源染色体上的SSR重复次数不同（如CACACA或CACACACA），因此常用于染色体特异性标记。研究者提取出F2中结白色籽粒的50株单株的叶肉细胞DNA，利用4号、8号等染色体上特异的SSR进行PCR扩增，结果如下图。

据图判断，控制果皮颜色的基因位于4号染色体上，依据是__________________________，2号和47号单株特殊的扩增结果最可能是_________________________________所致；F2中结白色籽粒的50株单株8号染色体SSR的扩增结果有____________种，理论上比例为__________________________。

（3）研究者扩增出F2植株相关基因的部分序列，利用BamH I酶切割后，结果如表2。

表2 酶切结果

样本来源	结紫色籽粒的F2单株		结白色籽粒的F2单株
酶切产物长度（碱基对）	669、529	669、529、1200	1200

由结果可知，紫色果皮基因________（能/不能）被BamH I酶切割，可能是与紫色果皮基因比白色果皮基因碱基数目__________________有关。研究发现，紫色果皮基因表达产物有588个氨基酸，白色果皮基因表达产物574个氨基酸，根据基因突变和基因表达的相关知识，解释上述现象：______________________________________。

（4）利用上述克隆出的水稻紫色果皮基因，请你提出一个进一步研究的课题：_________________________。

Answer 1

【答案】分裂、分化 母本 紫色 分离 紫色：白色=5:3 结白色籽粒的F2单株的4号染色体的SSR扩增结果与白粒水稻亲本4号染色体的SSR扩增结果基本一致 在F1形成配子的过程中，种皮颜色基因与SSR标记之间发生了交叉互换，形成了同时含白色果皮基因和紫粒水稻亲本SSR标记的配子 3 1:2:1 能 减少2对 与白色果皮基因相比，紫色果皮基因的碱基缺失导致mRNA上终止密码子延后出现 研究紫色果皮基因在4号染色体上的精细定位； 研究紫色果皮基因与紫色果皮性状的分子机制； 研究紫色果皮基因与其他基因的互作关系； 研究环境因素对紫色果皮基因功能的影响； 转紫色果皮基因作物的培育等

【解析】

1、传粉和受精完成以后，花萼凋落或存留，花冠、雄蕊都凋落，柱头和花柱凋落，只有雌蕊的子房继续发育。子房壁发育成果皮，胚珠发育成种子，珠被发育成种皮，受精卵发育成胚，受精极核发育成胚乳，子房发育成果实。

2、一对等位基因控制的一对相对性状的遗传遵循分离定律，两对等位基因（独立遗传）控制的性状的遗传遵循自由组合定律。

（1）水稻籽粒的果皮与种皮由雌蕊的子房壁和珠被的细胞经过分裂分化发育而来，因此籽粒果皮颜色由亲本中母本的基因型决定。据表1结果判断，F1所结籽粒均为紫色，F2所结籽粒紫色：白色约为3:1，可知果皮颜色中紫色为显性性状，控制果皮颜色基因的遗传遵循基因的分离定律。假设A基因控制紫色性状，a基因控制白色性状，F2中AA：Aa：aa=1：2：1，则F3自交所结籽粒的果皮颜色为紫色的有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自交所结籽粒的果皮颜色及比例为紫色：白色=5:3 。

（2）分析PCR扩增结果，结白色籽粒的F2单株的4号染色体的SSR扩增结果与白粒水稻亲本4号染色体的SSR扩增结果基本一致，所以判断控制果皮颜色的基因位于4号染色体上，2号和47号同时含白色果皮基因和紫粒水稻亲本SSR标记，最可能是在F1形成配子的过程中，种皮颜色基因与SSR标记之间发生了交叉互换，形成了同时含白色果皮基因和紫粒水稻亲本SSR标记的配子，由图中8号染色体扩增结果可知，F2中结白色籽粒的50株单株8号染色体SSR的扩增结果有3种，理论上比例为1:2:1。

（3）由表2结果可知，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，紫色果皮基因碱基对数为669+529=1198，白色果皮基因碱基对数为1200，紫色果皮基因比白色果皮基因碱基数目少2对，但紫色果皮基因表达产物氨基酸数大于白色果皮基因表达产物，可能是因为与白色果皮基因相比，紫色果皮基因的碱基缺失导致mRNA上终止密码子延后出现。

（4）利用克隆出的水稻紫色果皮基因，我们可以进一步研究紫色果皮基因在4号染色体上的精细定位；研究紫色果皮基因与紫色果皮性状的分子机制；研究紫色果皮基因与其他基因的互作关系；研究环境因素对紫色果皮基因功能的影响；转紫色果皮基因作物的培育等。