Question

7．青蒿素是治療瘧疾的重要藥物．利用雌雄同株的野生型青蒿（二倍體，體細胞染色體數為18），通過傳統育種和現代生物技術科培育高青蒿素含量的植株．請回答以下相關問題：
（1）假設野生型青蒿白青桿（A）對紫紅桿（a）為顯性，稀裂葉（B）對分裂葉（b）為顯性，兩對性狀獨立遺傳，則野生型青蒿最多有9種基因型；若F₁代中白青桿、稀裂葉植株所占比例為3/8，則其雜交親本的基因型組合為AaBb×aaBb、AaBb×Aabb．
（2）低溫處理野生型青蒿正在有絲分裂的細胞，從而獲得四倍體細胞并發育成四倍體植株，低溫誘導產生四倍體的原因是低溫抑制紡錘體形成，四倍體青蒿與野生型青蒿雜交后代體細胞的染色體數最多為54條．
（3）從青蒿中分離了cyp基因（注：圖1為基因結構示意圖；圖中K、M不編碼蛋白質；與RNA聚合酶結合位點位于基因結構的左側），其編碼的CYP酶參與青蒿素合成．若cyp基因的一個堿基對被替換，使CYP酶的第50位氨基酸由谷氨酸變成纈氨酸，則該基因突變發生的區段是L（填字母）
（4）研究人員已經弄清了青蒿細胞中青蒿素的合成途徑（如圖2中實線方框內所示），并且發現酵母細胞液能夠產生合成青蒿素的中間產物FPP（如圖中虛線方框內所示）．
①在FPP合成酶基因表達過程中，完成過程②還需要氨基酸、ATP、tRNA、核糖體（至少寫三種）等物質或結構的參與．
②根據圖示代謝過程，科學家在培育能產生青蒿素的酵母細胞過程中，需要向酵母細胞中導入的目的基因是ADS酶基因、CYP71AV1酶基因．
③實驗發現，酵母細胞導入相關基因后，這些基因能正常表達，但酵母菌合成的青蒿素很少．為提高酵母菌合成的青蒿素的產量，請提出一個合理的思路降低ERG9酶的合成量（干擾ERG9酶合成的過程或降低ERG9酶活性）．
（5）控制青蒿株高的等位基因有4對，它們對株高的作用相等，且分別位于4對同源染色體上．已知基因型為ccddeeff的青蒿高為10cm，基因型為CCDDEEFF的青蒿高為26cm．如果已知親代青蒿高是10cm和26cm，則F₁青蒿高是18cm，F₂中株高不同于親代的幾率是$\frac{127}{128}$．

Answer 1

分析 1、由題意知，野生型青蒿白青桿（A）對紫紅桿（a）為顯性，稀裂葉（B）對分裂葉（b）為顯性，兩對性狀獨立遺傳，因此兩對等位基因遵循自由組合定律；由于基因自由組合定律同時也遵循分離定律，因此可以將自由組合問題轉化成分離定律問題進行分析解答．
2、基因通過轉錄和翻譯過程控制蛋白質的合成，轉錄過程以DNA的一條鏈為模板按照堿基互補配對原則形成的mRNA，mRNA上三個連續相鄰的堿基編碼一個氨基酸，叫一個密碼子；基因中堿基對的增添、缺失或替換引起基因突變，轉錄形成的密碼子發生改變，有可能改變蛋白質中的氨基酸序列而使生物性狀發生改變．
3、題圖2可知，青蒿細胞和酵母細胞共有的代謝途徑是單糖經過一系列變化在FPP酶的作用下形成FPP，青蒿細胞中含有催化FPP形成青蒿素的相關酶，最終FPP形成青蒿素，而酵母細胞中不含有將FPP形成青蒿素的酶，而含有將FPP形成固醇的酶，科學家可以將合成青蒿細胞中與青蒿素合成相關的ADS酶基因、CYP71AV1酶基因導入酵母細胞，從而獲得能產生青蒿素的酵母細胞．

解答 解：（1）由于兩對等位基因遵循自由組合定律，每對等位基因的基因型有3種，因此野生型青蒿的基因型共有3×3×3=9種；F₁代中白青桿、稀裂葉植株的基因型是A_B_，占$\frac{3}{8}$，可以是$\frac{3}{4}×\frac{1}{2}$，是一對雜合子自交也1對雜合子測交結果，因此親本基因型可能是AaBb×aaBb、AaBb×Aabb．
（2）低溫抑制紡錘體的形成而抑制細胞正常分裂，使染色體數目加倍而獲得多倍體；四倍體青蒿與野生型青蒿雜交后代是三倍體，含有3個染色體組，有絲分裂后期染色體數目加倍是6個染色體組，染色體數的54條．
（3）由題意知，K、M不編碼蛋白質，編碼蛋白質的堿基序列是J、L、N，J最多編碼27個氨基酸，JL共可以編碼53個氨基酸，因此第50位氨基酸發生替換，堿基替換的部位應該發生在L區．
（4）①、圖中②過程是翻譯過程，翻譯過程以mRNA為模板，以20種游離的氨基酸為原料，以tRNA為運輸氨基酸的工具、以ATP為直接的能源物質，以核糖體為場所．
②、青蒿細胞中FPP在ADS酶、CYP71AV1酶的催化作用下，形成青蒿素，而酵母細胞中沒有ADS酶、CYP71AV1酶，不能形成青蒿素，因此科學家在培育能產生青蒿素的酵母細胞過程中，需要向酵母細胞中導入的目的基因是ADS酶基因、CYP71AV1酶基因．
③由題圖可知，酵母細胞中FPP在ERG9酶等的作用下形成固醇，因此酵母細胞中青蒿素產量較低，可以通過降低酵母細胞ERG9酶的合成量（干擾ERG9酶合成的過程或降低ERG9酶活性）而提高青素產量．
（5）基因型為ccddeeff的青蒿高為10cm，基因型為CCDDEEFF的青蒿高為26cm，則每個顯性基因增加的高度是（26-10）÷8=2cm，基因型為aabbccdd與基因型為AABBCCDD個體雜交，子一代的基因型是AaBbCcDd，株高是10+2×4=18cm；子一代自交，子二代中與aabbccdd高度相同的比例是aabbccdd=$\frac{1}{4}×\frac{1}{4}×\frac{1}{4}×\frac{1}{4}=\frac{1}{256}$，子二代中與AABBCCDD高度相同的比例是AABBCCDD=$\frac{1}{4}×\frac{1}{4}×\frac{1}{4}×\frac{1}{4}=\frac{1}{256}$，因此不同于親本的高度的比例是1-$\frac{1}{256}×2$=$\frac{127}{128}$
故答案為：
（1）9    AaBb×aaBb、AaBb×Aabb
（2）低溫抑制紡錘體形成     54
（3）L  
（4）①氨基酸、ATP、tRNA、核糖體
  ②ADS酶基因、CYP71AV1酶基因
  ③降低ERG9酶的合成量（干擾ERG9酶合成的過程或降低ERG9酶活性）  
（5）18    $\frac{127}{128}$

點評 本題的知識點是基因自由組合定律和分離定律的實質，基因通過轉錄和翻譯過程表達遺傳信息，染色體數目變異與育種，基因工程在育種中的應用，旨在考查學生理解所學知識的要點，把握知識的內在聯系，形成知識網絡，并應用相關知識結合題干信息、通過分析、比較和推理等綜合解答問題．