Question

14．雌雄同株植物擬南芥是遺傳學研究的常用材料，野生型擬南芥的種皮為褐色（AA），突變型的種皮為黃色（aa）．某研究小組利用轉基因技術，將蘿卜體內的一個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基因與種皮顏色無關，A基因與M基因在染色體上的位置關系如圖），通過培養獲得轉基因植株X．
（1）基因工程的操作過程中，蘿卜A₀基因與運載體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的堿基連接起來．
（2）轉基因植株X產生配子的過程中，四分體時期含有2個A₀基因，A₀基因與正常M基因的分離發生在減數第一次分裂后期．
（3）研究發現a基因是A基因發生一個堿基對的替換后形成的，這種變異稱基因突變．基因表達時，以DNA一條鏈為模板合成mRNA的過程稱為轉錄．若A基因形成的mRNA末端序列為“-AGCGCGACCAGACUCUAA-”，且A比a多編碼2個氨基酸，由此可知，突變后替換位置的堿基對是A/T（或T/A）（（起始密碼位置相同，UGA、UAA為終止密碼）．
（4）研究人員進一步研究發現，A₀基因插入M基因中會導致M基因功能喪失．為了推測M基因的功能，研究人員利用轉基因植株X設計了如下的實驗：

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

由實驗結果推測，植株X產生的雄配子所含控制種皮顏色的基因是A，進而推測基因M的功能可能與雄配子的正常發育（或花粉的活性）有關．A₀基因相對于A基因為顯 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葉片卷曲為顯性，葉形與種皮性狀獨立遺傳．轉基因植株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，F₂中表現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、基因工程技術的基本步驟：
（1）目的基因的獲取：方法有從基因文庫中獲取、利用PCR技術擴增和人工合成．
（2）基因表達載體的構建：是基因工程的核心步驟，基因表達載體包括目的基因、啟動子、終止子和標記基因等．
（3）將目的基因導入受體細胞：根據受體細胞不同，導入的方法也不一樣．將目的基因導入植物細胞的方法有農桿菌轉化法、基因槍法和花粉管通道法；將目的基因導入動物細胞最有效的方法是顯微注射法；將目的基因導入微生物細胞的方法是感受態細胞法．
（4）目的基因的檢測與鑒定：分子水平上的檢測：①檢測轉基因生物染色體的DNA是否插入目的基因--DNA分子雜交技術；②檢測目的基因是否轉錄出了mRNA--分子雜交技術；③檢測目的基因是否翻譯成蛋白質--抗原-抗體雜交技術．個體水平上的鑒定：抗蟲鑒定、抗病鑒定、活性鑒定等．
2、分析表格：當母本為植株X時，后代比例符合測交的結果；當父本為植株X時其后代都是褐色，說明植株X含有A₀基因的花粉致死，又因為插入M基因中會導致M基因功能喪失，由此可以推測M基因可能與雄配子的正常發育有關，且A₀基因（紅色）相對于A基因（褐色）為顯性，則植株X產生的雄配子所含控制種皮顏色的基因是A．

解答 解：（1）基因工程的操作過程中，構建基因表達載體時，應該用同種限制酶切割含有目的基因的外源DNA分子和運載體，以產生相同的黏性末端；黏性末端可以相互黏合，但這種黏合只能使互補的堿基連接起來．
（2）轉基因植株X是將蘿卜體內的一個A基因定向插入野生型擬南芥的M基因中再通過培養獲得的，即轉基因植株X的體細胞中只含有1個A₀基因．經過減數第一次分裂間期的復制，在四分體時期（減數第一次分裂前期），細胞中含有2個A₀基因；A基因與正常M基因位于一對同源染色體上，它們的分離發生在減數第一次分裂后期，隨著同源染色體的分開而分離．
（3）基因突變是指基因中堿基對的增添、缺失或替換，因此a基因是A基因發生基因突變后形成的．基因表達包括轉錄和翻譯兩個步驟，其中轉錄是以DNA-條鏈為模板合成mRNA的過程．a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基因倒數第9個堿基突變后，相應的密碼子由AGA變為UGA，即替換位置的堿基對是A/T（或T/A）．
（4）測交實驗可以驗證F₁產生的配子種類及比例．由實驗結果可知，當母本為植株X時，后代比例符合測交的結果；當父本為植株X時其后代都是褐色，說明植株X含有A₀基因的花粉致死，因為插入M基因中會導致M基因功能喪失，由此可以推測M基因可能與雄配子的正常發育有關，且A₀基因（紅色）相對于A基因（褐色）為顯性，則植株X產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葉片卷曲為顯性（用B、b表示），葉形與種皮性狀獨立遺傳．轉基因植株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，F₂中表現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   互補的堿基
（2）2  減數第一次分裂后
（3）基因突變   轉錄   A/T（或T/A）（2分）
（4）A   雄配子的正常發育（或花粉的活性）  顯   $\frac{1}{2}$
（5）$\frac{3}{8}$

點評 本題考查基因工程、基因自由組合定律的實質及應用，要求考生識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節問題；掌握基因自由組合定律的實質，能根據表中信息判斷基因的顯隱性關系及M基因的作用，關鍵是明確A₀基因的花粉致死，再緊扣該信息進行相關概率的計算，屬于難題．