Question

【題目】雜交水稻生產(chǎn)技術(shù)是我國(guó)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究的一項(xiàng)重要成果，使我國(guó)的水稻產(chǎn)量得到大幅度提高，為我國(guó)和世界糧食安全作出了重要貢獻(xiàn)。

（1）具有相對(duì)性狀的水稻純合子雜交，研究者根據(jù)F1、F2的表現(xiàn)型及比例可作出的判斷包括___________，以及通過(guò)比較正、反交結(jié)果可推斷控制該性狀的基因是否位于細(xì)胞核中。

（2）1970年袁隆平團(tuán)隊(duì)在水稻（野生型）中發(fā)現(xiàn)了一株雄性不育植株（雄蕊異常，不能產(chǎn)生有功能的花粉；雌蕊正常，接受外來(lái)的正�；ǚ勰苁芫�結(jié)實(shí)）。通過(guò)分析下圖所示的雜交實(shí)驗(yàn)，研究者發(fā)現(xiàn)該雄性不育性狀是由細(xì)胞質(zhì)基因和細(xì)胞核基因共同控制的。

上述雜交中子代的細(xì)胞質(zhì)基因均由母本提供。用S表示細(xì)胞質(zhì)不育基因，N表示細(xì)胞質(zhì)可育基因。用R（R1、R2）表示細(xì)胞核中可恢復(fù)育性的基因，其等位基因r（r1、r2）無(wú)此功能。只有當(dāng)細(xì)胞質(zhì)中含有S基因，細(xì)胞核中r基因純合時(shí)，植株才表現(xiàn)出雄性不育性狀。其他類型的基因組合均為雄性可育。

通過(guò)雜交一可生產(chǎn)雜交種子（利用雄性不育株生產(chǎn)可育的F1種子，供生產(chǎn)使用)；通過(guò)雜交二可用來(lái)繁殖不育系（每年繁殖出基因型相同且雄性不育的植株）。請(qǐng)以遺傳圖解的形式寫出雜交一和雜交二的親本及F1的基因型（不要求寫配子基因型）。__________________

（3）研究發(fā)現(xiàn)細(xì)胞質(zhì)S基因（在線粒體DNA上）編碼的蛋白質(zhì)阻礙水稻花粉發(fā)育而導(dǎo)致雄性不育，而R基因能夠消除S基因?qū)�花粉發(fā)育的不利影響。為研究其中的機(jī)制，分析了不同基因型水稻的線粒體不育基因表達(dá)情況，結(jié)果見下表：

根據(jù)表中結(jié)果，從R基因影響線粒體不育基因S表達(dá)的角度，解釋R基因恢復(fù)育性可能的機(jī)制。____________________________

Answer 1

【答案】通過(guò) F1 的性狀表現(xiàn)可以判斷性狀的顯隱性，通過(guò) F2 的性狀分離比，初步推測(cè)性狀受幾對(duì)基因控制 R1 不影響線粒體不育基因的轉(zhuǎn)錄, 但抑制不育蛋白的產(chǎn)生或積累；R2 抑制不育基因的轉(zhuǎn)錄，或在轉(zhuǎn)錄后降解不育基因的 mRNA；R1、R2 基因的共同作用抑制了不育基因的表達(dá)，使育性恢復(fù)正常。

【解析】

1、自由組合定律的實(shí)質(zhì)：位于非同源染色體上的非等位基因的分離或組合是互不干擾的；在減數(shù)分裂過(guò)程中，同源染色體上的等位基因彼此分離的同時(shí)，非同源染色體上的非等位基因自由組合。

2、基因分離定律和基因自由組合定律適用于細(xì)胞核遺傳。

（1）具有相對(duì)性狀的水稻純合子雜交，可以通過(guò) F1 的性狀表現(xiàn)判斷性狀的顯隱性，并通過(guò) F2 的性狀分離比，初步推測(cè)性狀受幾對(duì)基因控制，以及通過(guò)比較正、反交結(jié)果可推斷控制該性狀的基因是否位于細(xì)胞核中。

（2）分析題中信息：用 S 表示細(xì)胞質(zhì)不育基因，N 表示細(xì)胞質(zhì)可育基因。用 R（R1、R2）表示細(xì)胞核中可恢復(fù)育性的基因，其等位基因 r（r1、r2） 無(wú)此功能。只有當(dāng)細(xì)胞質(zhì)中含有 S 基因，細(xì)胞核中 r 基因純合時(shí)，植株才表現(xiàn)出雄性不育性狀。綜上可知，基因型為S(r1r1r2r2)的個(gè)體表現(xiàn)為雄性不育性狀（雄蕊異常，不能產(chǎn)生有功能的花粉；雌蕊正常，接受外來(lái)的正�；ǚ勰苁芫�結(jié)實(shí)），在雜交中可用作母本；其他類型的基因組合，如：N(R1-R2-)、N(r1r1r2r2)、S(R1-R2-)等均為雄性可育。想要通過(guò)雜交一得到可生產(chǎn)的雜交種子，即利用雄性不育株S(r1r1r2r2)生產(chǎn)可育的 F1 種子，供生產(chǎn)使用，則應(yīng)選用的雜交組合為S(r1r1r2r2)♀×N(R1R1R2R2)♂；通過(guò)雜交二用來(lái)繁殖不育系，每年繁殖出基因型相同且雄性不育的植株，即純合的雄性不育植株S(r1r1r2r2)，應(yīng)選用的雜交組合為S(r1r1r2r2)♀×N(r1r1r2r2)♂，可知雜交過(guò)程如下：

（3）分析表格中的數(shù)據(jù)可知，S(R1R1r2r2)與S(r1r1r2r2)相比，不育基因轉(zhuǎn)錄的mRNA含量相同，但不育基因編碼的蛋白質(zhì)減少，說(shuō)明R1不影響線粒體不育基因的轉(zhuǎn)錄, 但抑制不育蛋白的產(chǎn)生或積累；S(r1r1R2R2) 與S(r1r1r2r2)相比，不育基因轉(zhuǎn)錄的mRNA含量和不育基因編碼的蛋白質(zhì)均減少，說(shuō)明R2抑制不育基因的轉(zhuǎn)錄，或在轉(zhuǎn)錄后降解不育基因的 mRNA； S(R1R1R2R2) 與S(r1r1r2r2)相比，水稻育性恢復(fù)正常，說(shuō)明R1、R2 基因的共同作用抑制了不育基因的表達(dá)，使育性恢復(fù)正常。