Question

19．中国女科学家屠呦呦获2015年诺贝尔生理医学奖，她研制的抗疟药青蒿素挽救了数百万人的生命．
Ⅰ、研究人员已经弄清了青蒿细胞中青蒿素的合成途径（如图中实线方框内所示），并且发现酵母细胞也能够产生合成青蒿酸的中间产物FPP（如图虚线方框内所示）．

（1）在FPP合成酶基因表达过程中，①步骤的产物需要经过加工才能成为成熟的mRNA．
（2）实验发现，通过对酵母细胞导入相关基因后，这些基因仍能正常表达，这种育种方式的遗传学原理是
基因重组，随后科研人员也发现酵母合成的青蒿素很少，根据图解为提高酵母菌合成的青蒿素的产量，请提出一个合理的思路降低ERG9酶的合成量．
Ⅱ、已知青蒿的花色白色（只含白色色素）和黄色（含黄色色素）是一对相对性状，由两对等位基因（A和a、B和b）共同控制，显性基因A控制以白色色素为前体物合成黄色色素的代谢过程，但当隐性基因bb存在时可抑制其表达（如图所示），据此回答：

（3）开黄花的青蒿植株的基因型可能是AABB、AaBB、AABb、AaBb．
Ⅲ、现有AAbb、aaBB二个纯种白花青蒿品种，为了培育出能稳定遗传的黄花品种，某同学设计了如下程序：
（a）第一年：用AAbb和aaBB两个品种进行杂交，得到F₁种子
（b）第二年：将F₁种子种下得F₁植株，F₁随机交配得F₂种子；
（c）第三年：再将F₂种子种下得F₂植株，F₂自交，然后选择开黄花植株的种子混合留种；
重复第三年的步骤若干代，直到后代不出现性状分离为止．
（4）F₂的表现型及比例为黄花：白花=9：7．
（5）这次培育黄花品种遗传育种中的属于杂交育种．
（6）若F₂中的黄花植株自交得到F₃，则F₃中的黄花植株中纯合子占$\frac{25}{81}$．
（7）有同学认为这不是最佳方案，你能在原方案的基础上进行修改，以缩短培育年限吗？请用遗传图解及简要文字简述你的方案．

Answer 1

分析 分析题图：1、图中实线方框中表示青蒿细胞中青蒿素的合成途径，青蒿素的合成需要FPP合成酶、ADS酶和CYP71AV1酶．虚线方框表示酵母细胞合成FPP合成酶及固醇的过程，酵母细胞只能合成FPP合成酶，不能合成ADS酶和CYP71AV1酶，因此其不能合成青蒿素．
2、青蒿的花色由两对等位基因控制，A和a、B和b分别位于3号染色体和1号染色体上，因此在遗传过程中遵循自由组合定律；显性基因A控制以白色色素为前体物合成黄色色素的代谢过程，但当隐性基因bb存在时可抑制其表达，因此只有A、B基因同时存在时，才表现为黄花．

解答 解：（1）图中①表示转录过程，该过程需要RNA聚合酶的催化，合成的mRNA需要经过加工才能成为成熟的mRNA．
（2）将相关基因导入酵母细胞需要采用基因工程技术，其原理是基因重组；由图可知，酵母细胞中部分FPP用于合成了固醇，因此将相关基因导入酵母菌后，即使这些基因能正常表达，酵母菌合成的青蒿素仍很少，由此可推知提高酵母菌合成的青蒿素的产量的一个思路为降低ERG9酶的合成量（干扰ERG9酶合成的过程或降低ERG9酶活性）．
（3）由题意可知，只有A、B基因同时存在时，才表现为黄花，因此开黄花的青蒿植株的基因型可能是AABB、AaBB、AABb、AaBb．
（4）F₁的基因型为AaBb，自交后代的基因组成可以写出A_B_：A_bb：aaB_：aabb=9：3：3：1，其中A_B_为黄花，其余的为白花，因此F₂的性状分离比为黄花：白花=9：7．
（5）图中的育种方式为杂交育种．
（6）若F₂中的黄花植株（$\frac{1}{9}$AABB、$\frac{2}{9}$AaBB、$\frac{2}{9}$AABb、$\frac{4}{9}$AaBb）自交得到F₃，可通过分离定律来计算，由于黄花植株是双显性，故要淘汰隐性个体，则F₃中的黄花植株中纯合子=$\frac{1}{9}+\frac{2}{27}+\frac{2}{27}+\frac{4}{81}=\frac{25}{81}$．
（7）单倍体育种能大大缩短育种年限，具体做法是：采用F₁植株的花粉进行离体培养获得单倍体幼苗，然后用秋水仙素处理单倍体幼苗，成熟后开黄花的植株即为纯种．
故答案为：（1）加工
（2）基因重组          降低ERG9酶的合成量（干扰ERG9酶合成过程或降低ERG9酶活性）
（3）AABB、AaBB、AABb、AaBb
（4）黄花：白花=9：7
（5）杂交
（6）$\frac{25}{81}$
（7）

点评 本题结合图解，考查基因自由组合定律的实质及应用，要求学生掌握基因自由组合定律的实质，能根据报春花花色的决定图解，判断黄花和白花相应的基因型，再用逐对分析计算相关概率．