Question

14．雌雄同株植物擬南芥是遺傳學(xué)研究的常用材料，野生型擬南芥的種皮為褐色（AA），突變型的種皮為黃色（aa）．某研究小組利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)，將蘿卜體內(nèi)的一個(gè)A₀基因（控制紅色種皮）定向插入野生型擬南芥的M基因中（M基因與種皮顏色無(wú)關(guān)，A基因與M基因在染色體上的位置關(guān)系如圖），通過(guò)培養(yǎng)獲得轉(zhuǎn)基因植株X．
（1）基因工程的操作過(guò)程中，蘿卜A₀基因與運(yùn)載體DNA與同種限制酶切割后，黏性末端可以相互黏合，這種黏合只能使互補(bǔ)的堿基連接起來(lái)．
（2）轉(zhuǎn)基因植株X產(chǎn)生配子的過(guò)程中，四分體時(shí)期含有2個(gè)A₀基因，A₀基因與正常M基因的分離發(fā)生在減數(shù)第一次分裂后期．
（3）研究發(fā)現(xiàn)a基因是A基因發(fā)生一個(gè)堿基對(duì)的替換后形成的，這種變異稱(chēng)基因突變．基因表達(dá)時(shí)，以DNA一條鏈為模板合成mRNA的過(guò)程稱(chēng)為轉(zhuǎn)錄．若A基因形成的mRNA末端序列為“-AGCGCGACCAGACUCUAA-”，且A比a多編碼2個(gè)氨基酸，由此可知，突變后替換位置的堿基對(duì)是A/T（或T/A）（（起始密碼位置相同，UGA、UAA為終止密碼）．
（4）研究人員進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，A₀基因插入M基因中會(huì)導(dǎo)致M基因功能喪失．為了推測(cè)M基因的功能，研究人員利用轉(zhuǎn)基因植株X設(shè)計(jì)了如下的實(shí)驗(yàn)：

親本	子代種皮顏色及比例
植株X（♀）×野生型（♂）	紅色：褐色≈1：1
植株X（♂）×野生型（♀）	全為褐色

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果推測(cè)，植株X產(chǎn)生的雄配子所含控制種皮顏色的基因是A，進(jìn)而推測(cè)基因M的功能可能與雄配子的正常發(fā)育（或花粉的活性）有關(guān)．A₀基因相對(duì)于A基因?yàn)轱@ 性，若植株X自交，子代中紅色種皮植株所占的比例$\frac{1}{2}$．
（5）擬南芥的葉片正常對(duì)葉片卷曲為顯性，葉形與種皮性狀獨(dú)立遺傳．轉(zhuǎn)基因植株X葉片卷曲，用它做母本與純合正常的突變型植株雜交得到F₁，再將F₁中紅色種皮植株自交得到F₂，F(xiàn)₂中表現(xiàn)型為紅色種皮正常葉的植株所占的比例是$\frac{3}{8}$．

Answer 1

分析 1、基因工程技術(shù)的基本步驟：
（1）目的基因的獲�。悍椒ㄓ袕幕�因文庫(kù)中獲取、利用PCR技術(shù)擴(kuò)增和人工合成．
（2）基因表達(dá)載體的構(gòu)建：是基因工程的核心步驟，基因表達(dá)載體包括目的基因、啟動(dòng)子、終止子和標(biāo)記基因等．
（3）將目的基因?qū)�入受體細(xì)胞：根據(jù)受體細(xì)胞不同，導(dǎo)入的方法也不一樣．將目的基因?qū)�入植物�?xì)胞的方法有農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法、基因槍法和花粉管通道法；將目的基因?qū)�入�?dòng)物細(xì)胞最有效的方法是顯微注射法；將目的基因?qū)�入微生物�?xì)胞的方法是感受態(tài)細(xì)胞法．
（4）目的基因的檢測(cè)與鑒定：分子水平上的檢測(cè)：①檢測(cè)轉(zhuǎn)基因生物染色體的DNA是否插入目的基因--DNA分子雜交技術(shù)；②檢測(cè)目的基因是否轉(zhuǎn)錄出了mRNA--分子雜交技術(shù)；③檢測(cè)目的基因是否翻譯成蛋白質(zhì)--抗原-抗體雜交技術(shù)．個(gè)體水平上的鑒定：抗蟲(chóng)鑒定、抗病鑒定、活性鑒定等．
2、分析表格：當(dāng)母本為植株X時(shí)，后代比例符合測(cè)交的結(jié)果；當(dāng)父本為植株X時(shí)其后代都是褐色，說(shuō)明植株X含有A₀基因的花粉致死，又因?yàn)椴迦隡基因中會(huì)導(dǎo)致M基因功能喪失，由此可以推測(cè)M基因可能與雄配子的正常發(fā)育有關(guān)，且A₀基因（紅色）相對(duì)于A基因（褐色）為顯性，則植株X產(chǎn)生的雄配子所含控制種皮顏色的基因是A．

解答 解：（1）基因工程的操作過(guò)程中，構(gòu)建基因表達(dá)載體時(shí)，應(yīng)該用同種限制酶切割含有目的基因的外源DNA分子和運(yùn)載體，以產(chǎn)生相同的黏性末端；黏性末端可以相互黏合，但這種黏合只能使互補(bǔ)的堿基連接起來(lái)．
（2）轉(zhuǎn)基因植株X是將蘿卜體內(nèi)的一個(gè)A基因定向插入野生型擬南芥的M基因中再通過(guò)培養(yǎng)獲得的，即轉(zhuǎn)基因植株X的體細(xì)胞中只含有1個(gè)A₀基因．經(jīng)過(guò)減數(shù)第一次分裂間期的復(fù)制，在四分體時(shí)期（減數(shù)第一次分裂前期），細(xì)胞中含有2個(gè)A₀基因；A基因與正常M基因位于一對(duì)同源染色體上，它們的分離發(fā)生在減數(shù)第一次分裂后期，隨著同源染色體的分開(kāi)而分離．
（3）基因突變是指基因中堿基對(duì)的增添、缺失或替換，因此a基因是A基因發(fā)生基因突變后形成的．基因表達(dá)包括轉(zhuǎn)錄和翻譯兩個(gè)步驟，其中轉(zhuǎn)錄是以DNA-條鏈為模板合成mRNA的過(guò)程．a(chǎn)基因和A基因形成的mRNA中起始密碼位置相同，且A比a多編碼2個(gè)氨基酸，又已知終止密碼為UGA、UAA，若A基因形成的mRNA末端序列為“-AGCGCGACCAGACUCUAA”，則由此可知，A基因倒數(shù)第9個(gè)堿基突變后，相應(yīng)的密碼子由AGA變?yōu)閁GA，即替換位置的堿基對(duì)是A/T（或T/A）．
（4）測(cè)交實(shí)驗(yàn)可以驗(yàn)證F₁產(chǎn)生的配子種類(lèi)及比例．由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，當(dāng)母本為植株X時(shí)，后代比例符合測(cè)交的結(jié)果；當(dāng)父本為植株X時(shí)其后代都是褐色，說(shuō)明植株X含有A₀基因的花粉致死，因?yàn)椴迦隡基因中會(huì)導(dǎo)致M基因功能喪失，由此可以推測(cè)M基因可能與雄配子的正常發(fā)育有關(guān)，且A₀基因（紅色）相對(duì)于A基因（褐色）為顯性，則植株X產(chǎn)生的雄配子所含控制種皮顏色的基因是A．若植株X自交（A₀AMM），由于含有A₀基因的花粉致死，則子代中紅色種皮植株：褐色種皮植株=1：1，即紅色種皮植株所占的比例$\frac{1}{2}$．
（5）擬南芥的葉片正常對(duì)葉片卷曲為顯性（用B、b表示），葉形與種皮性狀獨(dú)立遺傳．轉(zhuǎn)基因植株X葉片卷曲（A₀Abb），用它做母本與純合葉片正常的突變型植株（aaBB）雜交得到F₁（紅色正常葉A₀aBb、褐色正常葉AaBb），再將F₁中紅色種皮植株（A₀aBb）自交得到F₂，由于含有A₀基因的花粉致死，F(xiàn)₂中表現(xiàn)型為紅色種皮正常葉的植株所占的比例是$\frac{1}{2}×\frac{3}{4}=\frac{3}{8}$．
故答案為：
（1）限制   互補(bǔ)的堿基
（2）2  減數(shù)第一次分裂后
（3）基因突變   轉(zhuǎn)錄   A/T（或T/A）（2分）
（4）A   雄配子的正常發(fā)育（或花粉的活性）  顯   $\frac{1}{2}$
（5）$\frac{3}{8}$

點(diǎn)評(píng) 本題考查基因工程、基因自由組合定律的實(shí)質(zhì)及應(yīng)用，要求考生識(shí)記基因工程的原理及操作步驟，掌握各步驟中需要注意的細(xì)節(jié)問(wèn)題；掌握基因自由組合定律的實(shí)質(zhì)，能根據(jù)表中信息判斷基因的顯隱性關(guān)系及M基因的作用，關(guān)鍵是明確A₀基因的花粉致死，再緊扣該信息進(jìn)行相關(guān)概率的計(jì)算，屬于難題．