Question

10．玉米（2N=20）是重要的糧食作物之一．請分析回答下列有關遺傳學問題：
（1）某玉米品種2號染色體上的基因S、s和M、m各控制一對相對性狀，基因S在編碼蛋白質時，控制最前端幾個氨基酸的DNA序列如下圖1所示．已知起始密碼子為AUG或GUG．

①基因S發生轉錄時，作為模板鏈的是圖1中的b鏈．若基因S的b鏈中箭頭所指堿基對G/C缺失，則該處對應的密碼子將改變為GUU．
②某基因型為SsMm的植株自花傳粉，后代出現了4種表現型，在此過程中出現的變異的類型屬于基因重組，其原因是在減數分裂過程中發生了同源染色體的非姐妹染色單體之間交叉互換．
（2）玉米的高桿易倒伏（H）對矮稈抗倒伏（h）為顯性，抗病（R）對易感病（r）為顯性，兩對基因分別位于兩對同源染色體上．上圖2表示利用品種甲（HHRR）和乙（hhrr）通過三種育種方法（Ⅰ～Ⅲ）培育優良品種（hhRR）的過程．
①用方法Ⅱ培育優良品種時，先將基因型為HhRr的植株自交獲得子代（F₂），F₂代植株中自交會發生性狀分離的基因型共有5種，這些植株在全部F₂代中的比例為$\frac{3}{4}$．若將F₂代的全部高稈抗病植株去除雄蕊，用F₂代矮稈抗病植株的花粉隨機授粉，則雜交所得子代中的純合矮稈抗病植株占$\frac{4}{27}$．
②利用方法Ⅰ培育優良品種時，獲得hR植株常用的方法為花藥離體培養，這種植株由于長勢弱小而且高度不育，須經誘導染色體加倍后才能用于生產實踐．圖2所示的三種方法（Ⅰ～Ⅲ）中，最難獲得優良品種（hhRR）的是方法Ⅲ，其原因是基因突變頻率很低而且是不定向的．

Answer 1

分析 1、分析圖1：該圖是基因的部分結構，已知起始密碼子為AUG或GUG，按照堿基互補配對原則，轉錄起始密碼子的模板鏈是TAC或CAC，分析基因中的a鏈和b鏈，兩條鏈都不含有CAC，b鏈中含有TAC，因此轉錄的模板鏈是b鏈；如果箭頭所指堿基對G/C缺失，則模板鏈中的該堿基序列由CA TAC GTT CAG AGG變成CA TAC GTT CAA GG，因此該處對應的密碼子將由GUC改變為 GUU．
2、分析圖2：該圖是幾種育種方法，其中Ⅰ是單倍體育種，原理是染色體變異；Ⅱ是雜交育種，原理是基因重組；Ⅲ是誘變育種，原理是基因突變．

解答 解：（1）①起始密碼子為AUG或GUG，則轉錄起始密碼子的模板鏈是TAC或CAC，分析基因中的a鏈和b鏈，ATC位于b鏈，因此轉錄的模板鏈是b鏈；基因S的b鏈中箭頭所指堿基對G/C缺失，轉錄形成的mRNA該該處順延一個堿基，該處的密碼子變成GUU．
②由題意知，S、s和M、m各控制一對相對性狀，且同位于2號染色體上，不遵循自由組合定律，如果基因型為SsMm的植株自花傳粉，后代出現了4種表現型，最可能的原因是減數分裂過程中同源染色體的非姐妹染色單體之間發生了交叉互換，該變異屬于基因重組中的交叉互換型．
（2）①基因型為HhRr的植株自交獲得子代，后代植株自交能發生性狀分離的基因型（雜合子）共有5種，即HHRr、HhRR、HhRr、Hhrr、hhRr，這些植株在全部F₂代中的比例為$\frac{2}{16}$+$\frac{2}{16}$$+\frac{4}{16}$$+\frac{2}{16}$$+\frac{2}{16}$=$\frac{3}{4}$；子代高稈抗病植株H_R_（HHRR：HHRr：HhRR：HhRr=1：2：2：4），產生的卵細胞的基因型是HR：Hr：hR：hr=4：2：2：1，F₂代矮稈抗病植株的基因型是hhRR：hhRr=1：2，產生的配子的基因型及比例是hR：hr=2：1，二者雜交，子代中的純合矮稈抗病植株占的比例是hhRR=$\frac{2}{9}$×$\frac{2}{3}$=$\frac{4}{27}$．
②Ⅰ是單倍體育種，單倍體育種過程中獲取單倍體植株hR常用的方法是花藥（花粉）離體培養；由于單倍體長勢弱小而且高度不育，須經誘導染色體加倍后才能用于生產實踐；由于基因突變具有不定向性和低頻性，采用方法Ⅲ最難獲得優良品種（hhRR）．
故答案為：
（1）①b     GUU
②基因重組     同源染色體的非姐妹染色單體之間交叉互換
（2）①5   $\frac{3}{4}$    $\frac{4}{27}$    ②花藥離體培養      長勢弱小而且高度不育Ⅲ基因突變頻率很低而且是不定向的

點評 本題的知識點是轉錄過程，基因突變特點，單倍體育種、雜交育種、誘變育種的過程和原理，基因自由組合定律的實質和應用，旨在考查學生理解所學知識的要點，把握知識都內在聯系并學會根據題干信息進行推理、計算．