Question

4．中国科学家屠呦呦获得2015诺贝尔生理学或医学奖的获奖理由是“有关疟疾新疗法的发现”--可以显著降低疟疾患者死亡率的青蒿素．青蒿素是治疗疟疾的重要药物．利用雌雄同株的野生型青蒿（二倍体，体细胞染色体数为18），通过传统育种和现代生物技术可培育高青蒿素含量的植株．请回答以下相关问题：
（1）假设野生型青蒿白青秆（A）对紫红秆（a）为显性，稀裂叶（B）对分裂叶（b）为显性，两对性状独立遗传，则野生型青蒿最多有9种基因型；若F₁代中白青秆、稀裂叶植株所占比例为$\frac{3}{8}$，则其杂交亲本的基因型组合为AaBb×aaBb、AaBb×Aabb，该F₁代中紫红秆、分裂叶植株所占比例为$\frac{1}{8}$．
（2）四倍体青蒿中青蒿素含量通常高于野生型青蒿，低温处理野生型青蒿正在有丝分裂的细胞会导致染色体不分离，从而获得四倍体细胞并发育成植株，推测低温处理导致细胞染色体不分离的原因是低温抑制纺锤体形成，四倍体青蒿与野生型青蒿杂交后代体细胞的染色体数为27．
（3）从青蒿中分离了cyp基因（如图为基因结构示意图），其编码的CYP酶参与青蒿素合成．①若该基因一条单链中$\frac{G+T}{A+C}$=$\frac{2}{3}$，则其互补链中$\frac{G+T}{A+C}$=$\frac{3}{2}$．②若该基因经改造能在大肠杆菌中表达CYP酶，则改造后的cyp基因编码区无K和M（填字母）．③若cyp基因的一个碱基对被替换，使CYP酶的第50位氨基酸由谷氨酸变成缬氨酸，则该基因突变发生的区段是L（填字母）．

Answer 1

分析 1、由题意知，野生型青蒿白青秆（A）对紫红秆（a）为显性，稀裂叶（B）对分裂叶（b）为显性，两对性状独立遗传，因此遵循基因的自由组合定律；由于自由组合定律同时遵循分离定律，因此可以将自由组合问题转化成若干个分离定律问题进行解答．
2、DNA是由两条链组成的，两条链上的碱基遵循A与T配对、G与C配对的碱基互补配对原则，配对的碱基相等．
3、低温诱导多倍体形成的原理是低温抑制纺锤体的形成，抑制细胞正常的分裂而使细胞内的染色体加倍．

解答 解：（1）在野生型青蒿的秆色和叶型这两对性状中，控制各自性状的基因型各有3种（AA、Aa和aa及BB、Bb和bb），由于控制这两对性状的基因是独立遗传的，基因间可自由组合，故基因型共有3×3=9种．F1中白青秆、稀裂叶植株占$\frac{3}{8}$，即P（A_B_）=$\frac{3}{8}$，由于两对基因自由组合，可分解成$\frac{1}{2}$和$\frac{3}{4}$，所以一对基因是测交，一对基因是杂合子自交，即亲本可能是AaBb×aaBb或AaBb×Aabb．当亲本为AaBb×aaBb时，F1中紫红秆、分裂叶植株所占比例为P（aabb）=$\frac{1}{2}$×$\frac{1}{4}$=$\frac{1}{8}$．
（2）根据题意，低温处理野生型青蒿正在有丝分裂的细胞会导致染色体不分离，从而获得四倍体细胞并发育成植株，推测低温处理导致细胞染色体不分离的原因是低温抑制纺锤体形成，四倍体青蒿（36）与野生型青蒿（18）杂交后代体细胞的染色体数为 27．
（3）①根据DNA的碱基互补配对原则，（G+T）/（A+C）在两条单链中是互为倒数的，所以若该基因一条单链中（G+T）/（A+C）=$\frac{2}{3}$，则其互补链中（G+T）/（A+C）=$\frac{3}{2}$．
②由图分析可知，若该基因经改造能在大肠杆菌中表达CYP酶，则改造后的cyp基因编码区无K和M（内含子片段）． 
③若cyp基因的一个碱基对被替换，使CYP酶的第50位氨基酸由谷氨酸变成缬氨酸，DNA对应的碱基为148-150位，则该基因突变发生的区段是L（编码区的外显子）．
故答案为：
（1）9  AaBb×aaBb、AaBb×Aabb  $\frac{1}{8}$
（2）低温抑制纺锤体形成  27
（3）①$\frac{3}{2}$  ②K和M  ③L

点评 本题考查基因的自由组合定律的实质及应用、DNA分子结构的主要特点、低温诱导染色体加倍实验等相关知识点，意在考查学生对所学知识的理解与掌握程度，培养学生识图作答、判断基因型和表现型的能力．