Question

9．在培养的二倍体水稻群体中发现一株黄叶色的植株甲．科研人员对此变异进行深入研究．
（1）植株甲自交，后代出现黄叶致死：黄叶：绿叶=1：2：1，表明植株甲为杂合子（杂合子/纯合子），决定此种黄叶色基因记为Chy，则Chy在细胞中的位置为细胞核中．
（2）提取植株甲与野生型植株的DNA，对两种植株的DNA进行扩增，依据的原理是DNA分子的复制．利用能与已知染色体DNA特定结合的多对引物扩增，然后逐一对比找出不同（相同/不同）的扩增产物，初步确定了此基因在11号染色体上．
（3）已11号染色体上还有一个突变基因Chl9，其指导合成的酶与正常酶存在竞争关系，影响叶绿素合成．植株中若有Chl9，则叶色偏黄．为确定Chy与Chl9的位置关系，用植株甲与Chl9纯合子杂交（F₁中Chy位置若无野生型基因则幼苗期致死）．
假设一：若F₁中出现致死幼苗，则这两种基因的位置关系为等位基因；
假设二：若F₁中无致死幼苗，则这两种基因的位置关系为非等位基因．
杂交实验结果证明假设一的位置关系成立，体现了基因突变具有不定向（特点）．
（4）Chy表达产物参与图1所示的相关代谢反应过程，其中A、B、C、D表示相关化学反应．测量植株甲与野生型植株中相关物质含量的相对值，结果如图2．

由图1、2可知，与野生型相比，植株甲中原卟啉积累，其原因可能是Chy的表达产物影响A（填图1中字母）化学反应．试分析植株甲中也有叶绿素合成的原因是甲为杂合子，含有野生基因，野生基因表达产物使A化学反应仍能进行，从而合成叶绿素．
（5）将Chy转入野生型植株，获得转入1个Chy的植株，Chy未破坏野生型植株的基因．此转基因植株自交，后代叶色出现三种类型：黄叶、绿叶、叶色介于二者之间，其中黄叶植株所占比例为$\frac{1}{4}$，绿叶和叶色介于二者之间的植株比例分别为$\frac{1}{2}$．
（6）上述实验表明，水稻叶色的遗传受基因的种类和位置共同控制．

Answer 1

分析 根据题意和图示分析可知：植株甲自交，后代出现黄叶致死：黄叶：绿叶=1：2：1，符合基因分离定律的性状分离比．
基因对性状的控制方式：
①基因通过控制酶的合成来影响细胞代谢，进而间接控制生物的性状，如白化病、豌豆的粒形；
②基因通过控制蛋白质分子结构来直接控制性状，如镰刀形细胞贫血症、囊性纤维病．

解答 解：（1）设Chy 基因用C黄表示．植株甲自交后代出现性状分离且分离比为：黄叶致死（C黄C黄）：黄叶（C黄C野）：绿叶（C野C野）=1：2：1，符合基因的分离定律，可推知植株甲为杂合子（C黄C野），相关基因在细胞核中的染色体上．
（2）体外利用PCR技术扩增DNA利用的是体内DNA分子复制的原理，需要多对引物，比较甲植株和野生植株的不同扩增产物，可确定突变基因的位置．
（3）甲与Chl9纯合子杂交（Chl9 基因用C偏黄表示）：C黄C野×C偏黄C偏黄→F₁．
①若C黄、C偏黄、C野为11号染色体上的等位基因，即：$\frac{\underline{\;C黄\;}}{C野}$×$\frac{\underline{\;C偏黄\;}}{C偏黄}$$\stackrel{杂交}{→}$$\frac{\underline{\;\;\;C黄\;\;\;}}{C偏黄}$（幼苗致死）、$\frac{\underline{\;\;\;C野\;\;\;}}{C偏黄}$，其中$\frac{\underline{\;\;\;C黄\;\;\;}}{C偏黄}$不含野生基因，幼苗期致死．
②若C黄、C偏黄不是等位基因，即：$\frac{\underline{\;C黄C野\;}}{C野C野}$×$\frac{\underline{\;C野C偏黄\;}}{C野C偏黄}$$\stackrel{杂交}{→}$$\frac{\underline{\;\;\;C黄C野\;\;\;}}{C野C偏黄}$、$\frac{\underline{\;\;\;C野C野\;\;\;}}{C野C偏黄}$，则F₁都含野生基因，无致死幼苗．杂交实验结果证明C黄、C偏黄、C野为等位基因，体现了基因突变的不定向性．
（4）图2中显示，甲植株原卟啉含量高于野生植株而镁原卟啉含量低于野生植株，可推知Chy 基因表达产物影响的是A反应过程．植株甲为杂合子，含有野生基因，野生基因表达产物使 A 化学反应仍能进行，从而经过系列反应仍能合成叶绿素．
（5）将Chy基因转入野生植株，获得含1个Chy基因的杂合体，并且由题知Chy基因插入位置不在野生基因位置，所以该转基因植株为两种情况①$\frac{\underline{\;C野C黄\;}}{C野--}$或②$\frac{\underline{\;C野\;}}{C野}$$\frac{\underline{\;C黄\;}}{\;}$．
则其自交后代为：第①种情况：$\frac{\underline{\;C野C黄\;}}{C野--}$$\stackrel{自交}{→}$1$\frac{\underline{\;C野C黄\;}}{C野C黄}$：2$\frac{\underline{\;C野C黄\;}}{C野--}$：1$\frac{\underline{\;C野--\;}}{C野--}$，
第②种情况：$\frac{\underline{\;C野\;}}{C野}$$\frac{\underline{\;C黄\;}}{\;}$$\stackrel{自交}{→}$1$\frac{\underline{\;C野\;}}{C野}$$\frac{\underline{\;C黄\;}}{C黄}$：2$\frac{\underline{\;C野\;}}{C野}$$\frac{\underline{\;C黄\;}}{\;}$：1$\frac{\underline{\;C野\;}}{C野}$$\frac{\underline{\;-\;}}{-}$
则两种情况黄色（含有两个$\frac{C黄}{\;}$）占$\frac{1}{4}$，叶色介于黄绿间（含有一个$\frac{C黄}{\;}$）占$\frac{1}{2}$，绿叶（不含$\frac{C黄}{\;}$）占$\frac{1}{4}$．
（6）由题可知，控制叶色的基因有Chy、Chl9、野生基因，并且基因在不同位置对表现型的影响也不同，所以，水稻叶色的遗传受基因种类和位置的共同影响．
故答案为：
（1）杂合子   细胞核中
（2）DNA分子的复制   引物    不同
（3）等位基因        非等位基因     不定向
（4）原卟啉     A     甲为杂合子，含有野生基因，野生基因表达产物使A化学反应仍能进行，从而合成叶绿素
（5）$\frac{1}{4}$        $\frac{1}{2}$
（6）种类   位置

点评 本题考查基因的分离定律和基因与性状的相关知识，意在考查学生的识图分析能力和判断能力，运用所学知识综合分析问题的能力．