1. 玉米是我国栽培面积最大的农作物,籽粒大小是决定玉米产量的重要因素之一,研究籽粒的发育机制,对保障粮食安全有重要意义。
(1) 研究者获得矮秆玉米突变株,该突变株与野生型杂交,F1表型与相同,说明矮秆是隐性性状。突变株基因型记作rr。
(2) 观察发现,突变株所结籽粒变小。籽粒中的胚和胚乳经受精发育而成,籽粒大小主要取决于胚乳体积。研究发现,R基因编码DNA去甲基化酶,亲本的该酶在本株玉米所结籽粒的发育中发挥作用。突变株的R基因失活,导致所结籽粒胚乳中大量基因表达异常,籽粒变小。野生型及突变株分别自交,检测授粉后14天胚乳中DNA甲基化水平,预期实验结果为
(3) 已知Q基因在玉米胚乳中特异表达,为进一步探究R基因编码的DNA去甲基化酶对Q基因的调控作用,进行如下杂交实验,检测授粉后14天胚乳中Q基因的表达情况,结果如表1。

表1

组别

杂交组合

Q基因表达情况

1

RRQQ(♀)×RRqq(♂)

表达

2

RRqq(♀)×RRQQ(♂)

不表达

3

rrQQ(♀)×RRqq(♂)

不表达

4

RRqq(♀)×rrQQ(♂)

不表达

综合已有研究和表1结果,阐述R基因对胚乳中Q基因表达的调控机制。

(4) 实验中还发现另外一个籽粒变小的突变株甲,经证实,突变基因不是R或Q。将甲与野生型杂交,F1表型正常,F1配子的功能及受精卵活力均正常。利用F1进行下列杂交实验,统计正常籽粒与小籽粒的数量,结果如表2。

表2

组别

杂交组合

正常籽粒:小籽粒

5

F1(♂)×甲(♀)

3:1

6

F1(♀)×甲(♂)

1:1

已知玉米子代中,某些来自父本或母本的基因,即使是显性也无功能。

①根据这些信息,如何解释基因与表2中小籽粒性状的对应关系?请提出你的假设。

②若F1自交,所结籽粒的表型及比例为          , 则支持上述假设。 

【考点】
基因的自由组合规律的实质及应用; 基因突变的特点及意义; 表观遗传;
【答案】

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2. 水稻是我国第-大粮食作物,极端高温天气可使水稻产量显著下降。科研人员研究发现水稻的高温抗性与其基因组中的序列I相关,品系C (抗高温非洲稻)和W (农艺性状优良但不抗高温的亚洲稻)的相关序列分别记为TC和TW
(1) 为验证品系C与品系W高温抗性的差异是否与序列T的差异相关,科研人员通过图a方法选育出品系N并进行实验(结果如图b示)。选育的品系N除序列T来源于品系C(TC纯合)外,其他遗传背景要尽可能与品系W相同。

①已知A、a和B、b是两对独立遗传的等位基因,两对基因均不位于序列T所在的染色体上。若品系C的基因型为AABB,品系W的基因型为aabb,选育品系N过程中F2代a的基因频率为,F3中aabb基因型频率为。随着回交代数的增加,回交后代的遗传背景逐渐向品系W偏移。

②图a中Fn经过筛选后还需 (填“自交”、“与品系C杂交”、“与品系W杂交”),从所得的子代中选出符合要求的品系N。

③图b中对照品系应选用品系

(2) 进一步研究发现,序列T中有两个调控高温抗性的基因TI和T2,分别表达T1蛋白和T2蛋白。为探究两种蛋白调控水稻高温抗性的机制,研究人员将T1和T2蛋白分别用红色、绿色荧光标记,观察常温和高温环境下W品系和C品系叶肉细胞中的荧光分布情况和叶绿体形态变化,结果见图。

①高温条件下品系W叶肉细胞叶绿体功能异常,据图a推测原因是在叶绿体内积累,对叶绿体造成破坏。

②由图b可知,品系C与品系W中的T1蛋白在功能上存在差异,据图推测品系C耐热性更强的分子机制是:在高温环境下,品系C叶肉细胞,从而在高温中保护了叶绿体。

(3) 选育的品系N具有品系W优良特性的同时,已具有一定的高温抗性。为进一步增强其耐热性能,请根据上述对T1、T2蛋白的研究结论,在分子水平上提出一项改进思路 。
实验探究题 普通