Question

17．为研究水稻D基因的功能，研究者将T-DNA插入到D基因中，致使该基因失活，失活后的基因记为d．现以野生植株和突变植株作为亲本进行杂交实验，统计母本植株的结实率，结果如下表所示．

杂交编号	亲本组合	结实数/授粉的小花数	结实率
①	♀DD×♂dd	16/158	10%
②	♀dd×♂DD	77/154	50%
③	♀DD×♂DD	71/141	50%

（1）表中数据表明，D基因失活使雄配子育性降低．为确定配子育性降低是由于D基因失活造成的，可将D基因作为目的基因，与载体连接后，导入到突变（填“野生”或“突变”）植株的幼芽经过脱分化（或“去分化”）形成的愈伤组织中，最后观察转基因水稻配子育性是否得到恢复．
（2）用显微镜观察并比较野生植株和突变植株的配子形成，发现D基因失活不影响二者的减数分裂．
（3）进一步研究表明，配子育性降低是因为D基因失活直接导致配子本身受精能力下降．若让杂交①的F₁给杂交②的F₁授粉，预期结实率为30%，所获得的F₂植株的基因型及比例为DD：Dd：dd=5：6：1．
（4）为验证F₂植株基因型及比例，研究者根据D基因、T-DNA的序列，设计了3种引物，如图所示：
随机选取F₂植株若干，提取各植株的总DNA，分别用引物“Ⅰ+Ⅲ”组合及“Ⅱ+Ⅲ”组合进行PCR，检测是否扩增（完整的T-DNA过大，不能完成PCR）．若两种引物组合均可完成扩增，则相应植株的基因型为Dd；同理可判断其他基因型，进而统计各基因型比例．
（5）研究表明D基因表达产物（D蛋白）含有WD40（氨基酸序列），而通常含有WD40的蛋白都定位在细胞核内．为探究D蛋白是否为核蛋白，研究者将D基因与黄色荧光蛋白基因融合；同时将已知的核蛋白基因与蓝色荧光蛋白基因融合．再将两种融合基因导入植物原生质体表达系统，如果两种荧光的定位（模式）相同（或“两种荧光同时出现在细胞核中”），则表明D蛋白是核蛋白．

Answer 1

分析 分析表中数据可知，杂交①②为实验组，③为对照组，②③组的结实率无明显差异，①组的结实率明显低于③组，说明D基因失活使雄配子育性降低．分析表格：②③组都是DD做父本，结实率都为50%，①组是dd做父本，结实率为10%．所以可以猜测D基因失活后会使雄配子的育性降低．且DD做父本，结实率都为50%，可以得出D的雄配子中可育的占$\frac{1}{2}$；dd做父本，结实率为10%，可以得出d的雄配子中可育的占$\frac{1}{10}$．

解答 解：（1）分析表中数据可知，杂交①②为实验组，③为对照组，②③组的结实率无明显差异，①组的结实率明显低于③组，说明D基因失活使雄配子育性降低．若确定配子育性降低是由于D基因失活造成的，可将正常基因导入突变植株中，观察其后代育性是否恢复．为达到此目的，可运用基因工程技术，即将D基因作为目的基因，与载体连接后，导入到突变植株的幼芽经过脱分化（或“去分化”）形成的愈伤组织中，最后观察转基因水稻配子育性是否得到恢复．
（2）配子是通过减数分裂的方式形成的，可用显微镜观察，从而发现D基因失活不影响二者的减数分裂．
（3）分析表中的信息可知，父本基因型为Dd时，产生的基因型为D的雄配子对后代结实率无影响，基因型为d的雄配子使后代的结实率降低，因此，以基因型为Dd的杂交①的F₁为父本，与基因型为Dd的杂交②的F₁为母本杂交，F₂的基因型所占的比例及其结实率见下表：

		雌配子
		$\frac{1}{2}$D	$\frac{1}{2}$d
雄配子	$\frac{1}{2}$D	$\frac{1}{4}$DD（结实率50%）	$\frac{1}{4}$Dd（结实率50%）
	$\frac{1}{2}$d	$\frac{1}{4}$Dd（结实率10%）	$\frac{1}{4}$dd（结实率10%）

由上表可推测结实率=50%×$\frac{1}{4}$+50%×$\frac{1}{4}$+10%×$\frac{1}{4}$+10%×$\frac{1}{4}$=30%，所获得的F₂植株的基因型及比例为DD：Dd：dd=（50%×$\frac{1}{4}$）：（ 50%×$\frac{1}{4}$+10%×$\frac{1}{4}$）：（10%×$\frac{1}{4}$）=5：6：1
（4）引物Ⅰ的碱基序列能与题图中的T-DNA的上边那条链中的相应碱基互补配对，引物Ⅱ的碱基序列能与题图中的D基因的上边那条链中右侧的相应碱基互补配对，引物Ⅲ的碱基序列能与题图中的D基因的下边那条链中左侧相应的碱基互补配对，因此，引物“Ⅰ+Ⅲ”组合能够完成对d基因（插有T-DNA的D基因）的扩增，引物“Ⅱ+Ⅲ”组可完成对D基因的扩增，即两种引物组合均可完成扩增，则相应植株的基因型为Dd．
（5）已知D基因表达的D蛋白含有WD40，而含有WD40的蛋白都定位在细胞核内．如果D蛋白是核蛋白，则将D基因与黄色荧光蛋白基因融合后的基因，以及将已知的核蛋白基因与蓝色荧光蛋白基因融合后的基因导入植物原生质体表达系统，该两种融合基因的表达产物都会在细胞核中出现，即两种荧光的定位（模式）相同（或“两种荧光同时出现在细胞核中”）．
故答案为：
（1）雄    D基因    突变     脱分化（或“去分化”）
（2）显微镜    减数
（3）30%    DD：Dd：dd=5：6：1
（4）两种引物组合均可完成扩增
（5）两种荧光的定位（模式）相同（或“两种荧光同时出现在细胞核中”）

点评 本题考查基因的分离定律、基因工程的相关知识，意在考查学生能理解所学知识的要点，把握知识间的内在联系，能从课外材料中获取相关的生物学信息，并能运用这些信息，结合所学知识解决相关的生物学问题的能力．