Question

3．某二倍体植物宽叶（M）对窄叶（m）为显性，高茎（H）对矮茎（h）为显性，红花（R）对白花（r）为显性．基因M、m与基因R、r在2号染色体上，基因H、h在4号染色体上．

（1）基因M、R编码各自蛋白质前3个氨基酸的DNA序列如图1，起始密码子均为AUG．若基因M的b链中箭头所指碱基C突变为A，其对应的密码子由GUC变为UUC．正常情况下，基因R在细胞中最多有4个，其转录时的模板位于a（填“a”或“b”）链中．
（2）用基因型为MMHH和mmhh的植株为亲本杂交获得F₁，F₁自交获得F₂，F₂中自交性状不分离植株所占的比例为$\frac{1}{4}$，用隐性亲本与F₂中宽叶高茎植株测交，后代中宽叶高茎与窄叶矮茎植株的比例为4：1．
（3）基因型为Hh的植株减数分裂时，出现了一部分处于减数第二次分裂中期的Hh型细胞，最可能的原因是交叉互换．缺失一条4号染色体的高茎植株减数分裂时，偶然出现一个HH型配子，最可能的原因是减数第二次分裂时染色体未分离．
（4）现有一宽叶红花突变体，推测其体细胞内与该表现型相对应的基因组成为图2中甲、乙、丙中的一种，其他同源染色体数目及结构正常．现只有各种缺失一条染色体的植株可供选择，请设计一步杂交实验，确定该突变体的基因组成是哪一种．（注：各型配子活力相同；控制某一性状的基因都缺失时，幼胚死亡）
实验步骤：①用该突变体与缺失一条2号染色体的窄叶白花植株杂交．
②观察、统计后代表现性及比例
结果预测：Ⅰ若宽叶红花与宽叶白花植株的比为 1：1，则为图甲所示的基因组成；
Ⅱ若宽叶红花与宽叶白花植株的比为=2：1，则为图乙所示的基因组成；
Ⅲ若宽叶红花与窄叶白花植株的比为2：1，则为图丙所示的基因组成．

Answer 1

分析 根据题干信息已知基因的显隐性关系，并且这两对基因是非同源染色体的非等位基因，我们就可以结合自由组合定律以及减数分裂的过程解决（1）（2）（3）小题．第（4）小题的设计重点在于实验结果的分析，据此作答．

解答 解：（1）由起始密码子（mRNA上）为AUG则转录的DNA链可知TAC我们在基因M的b链和基因R的a链找到TAC，所以基因M和基因R转录的模板分别为b链和a链．对M基因来说，箭头处G突变为A，对应的mRNA上的即是C 变成U，所以密码子由GUC变成UUC；正常情况下，基因成对出现，若此植株的基因为RR，则DNA复制后，数量加倍，所以R基因最多可以有4个．
（2）F1为双杂合子，这两对基因又在非同源染色体上，所以符合孟德尔自由组合定律，F₂中自交后性状不分离的指的是纯合子，F₂中的四种表现各有一种纯合子MMHH，MMhh，mmHH，mmhh，且比例各占F₂中的$\frac{1}{16}$，故四种纯合子所占F₂的比例为$\frac{1}{16}$×4=$\frac{1}{4}$；F₂中宽叶高茎植株有四种基因型MMHH：MmHH：MMHh：MmHh=1：2：2：4，他们分别与mmhh测交，后代宽叶高茎：窄叶矮茎=4：1．
（3）减数分裂第二次分裂应是姐妹染色单体的分离，而现在出现了Hh，说明最可能的原因是基因型为Hh的个体减数分裂过程联会时同源染色体的非姐妹染色单体间发生交叉互换，形成了基因型为Hh的次级性母细胞；配子为中应只能含一个基因H，且在4号只有一条染色体的情况下，说明错误是发生在减数第二次分裂时着丝点没有分开造成的．
（4）方案1 选择缺失一条2号染色体的窄叶白花植株（mr）与该宽叶红花突变体进行杂交．若为图甲所示的基因组成，即MMRr与moro杂交，后代为MmRr、MoRo、Mmrr、Moro，宽叶红花：宽叶白花=1：1；若为图乙所示的基因组成，即MMRo与moro杂交，后代为MmRr、MoRo、Mmro、Mooo（幼胚死亡），宽叶红花：宽叶白花=2：1；若为图丙所示的基因组成，即MoRo与moro，后代为MmRr、MoRo、moro、oooo（幼胚死亡），宽叶红花：窄叶白花=2：1．
方案2 选择缺失一条2号染色体的窄叶红花植株（mR）与该宽叶红花突变体进行杂交．若为图甲所示的基因组成，即MMRr与moRo杂交，后代为MmRR、MoRo、MmRr、Moro，宽叶红花：宽叶白花=3：1；若为图乙所示的基因组成，即MMRo与moro，后代为MmRr、MoRo、MmRo、Mooo（幼胚死亡），后代全部为宽叶红花；若为图丙所示的基因组成，即MoRo与moRo杂交，后代为MmRR、MoRo、moRo、oooo（幼胚死亡），宽叶红花：窄叶红花=2：1
故答案为：
（1）GUC   UUC    4    a         
（2）$\frac{1}{4}$      4：1
（3）（减数第一次分裂时）交叉互换       减数第二次分裂时染色体未分离
（4）答案一
①用该突变体与缺失一条2号染色体的窄叶白花植株杂交
I．宽叶红花与宽叶白花植株的比为 1：1
II．宽叶红花与宽叶白花植株的比为=2：1
III．宽叶红花与窄叶白花植株的比为2：1
答案二
①用该突变体与缺失一条2号染色体的宽叶白花植株杂交
I．宽叶红花与宽叶白花植株的比为3：1
II．后代中全部为宽叶红花
III．宽叶红花与窄叶红花植株的比为2：1

点评 本题主要考查自由组合定律、基因突变，染色体等变异、减数分裂及实验判断，意在考查考生分析、理解、解决问题及实验设计的能力．