Question

17．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 （如图中虚线方框内所示）．

（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，此mRNA作用是作为合成“FPP合成酶”的模板．
（2）实验发现，通过对酵母细胞导入相关基因后，这些基因能正常表达，该育种方式的遗传学原理是基因重组，同时跨物种间的转基因过程能正常表达体现了生物间共有一套遗传密码，随后科研人员也发现酵母合成的青蒿素仍很少，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（干扰ERG9酶合成的过程或降低ERG9酶）．
Ⅱ：已知青蒿的花色白花（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，但当隐形基因bb存在时可抑制其表达（如图所示），据图回答：

（1）开黄花的青蒿植株的基因型可能是AABB、AaBB、AABb、AaBb．
（2）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：
第一年：用AAbb和aaBB_两个品种进行杂交，得到F₁种子；
第二年，将F₁种子种下得F₁植株，F₁随机交配得F₂种子；
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；
重复步骤Ⅲ若干代，直到后代不出现性状分离为止．
①F₁植株能产生比例相等的四种配子，原因是A、a和B、b基因位于2对同源染色体上，在子一代形成配子时．遵循基因自由组合定律．
②F₂的表现型及比例为黄花：白花=9：7．
③若F₁基因型为aabb的白花品种杂交，后代的表现型及比例为黄花：白花=1：3．
④F₂自交，在开黄花的植株上所结的种子中黄花纯合子占$\frac{1}{4}$．
⑤有同学认为这不是最佳方案，你能在原方案的基本上进行修改，以缩短培育年限吗？请用遗传图解及简要文字叙述你的方案．

Answer 1

分析 Ⅰ、分析题图：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．
Ⅱ、分析题图可知，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：Ⅰ（1）细胞核中转录形成的mRNA需要经过加工后才能作为翻译的模板；FPP合成酶基因转录形成的mRNA分子作为翻译合成FPP合成酶的模板．
（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；一种生物的基因能在另一种生物体内表达的原因是生物间共用一套遗传密码；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）．
Ⅱ（1）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．
（2）①由题意可知，F₁是由AAbb和aaBB杂交产生的，因此F₁的基因型为AaBb，A、a和B、b位于不同对的同源染色体上，因此在遗传过程中遵循基因自由组合定律，
因此F₁植株能产生比例相等的四种配子．
②F₁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．
③F₁与基因型为aabb的白花品种杂交，后代的基因组成及比例为AaBb：Aabb：aaBb：aabb=1：1：1：1，其中AaBb为黄花，其余为白花，因此F₁与基因型为aabb的白花品种杂交，后代的分离比为黄花：白花=1：3．
④F2中黄花植株的基因型为AABB：AABb：AaBB：AaBb=1：2：2：4，F₂自交，在开黄花的植株上所结的种子中黄花纯合子的比例是 $\frac{1}{9}+\frac{2}{9}×\frac{1}{4}+\frac{2}{9}×\frac{1}{4}+\frac{4}{9}×\frac{1}{4}$×$\frac{1}{4}=\frac{1}{4}$．
⑤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：
I：（1）加工   合成“FPP合成酶”
（2）基因重组   一套遗传密码   降低ERG9酶的合成量（干扰ERG9酶合成的过程或降低ERG9酶）
II：（1）AABB、AaBB、AABb、AaBb（写全给分）
（2）①A、a和B、b基因位于2对同源染色体上，在子一代形成配子时．遵循基因自由组合定律
②黄花：白花=9：7
③黄花：白花=1：3
④$\frac{1}{4}$
⑤注：遗传图解，“花药离体培养、秋水仙素处理、从中选育出AABB黄花植物”文字描述．

点评 本题结合图解，考查遗传信息的转录和翻译、基因自由组合定律的实质及应用，要求考生识记遗传信息转录和翻译的过程、场所、条件及产物等，同时还要求考生能分析题图，从中提取有效信息答题．