Question

【題目】水稻是自花授粉作物，雜交水稻育種成功得益于對雄性不育性狀的利用，育種工作者就某水稻品系中發現的雄性不育基因開展了下面的一系列研究。

（1）水稻在抽穗期，幼穗中的雄蕊進行減數分裂產生花粉，此期間水稻對溫度敏感。溫敏雄性不育系S2表現為高溫條件下（≥25℃）雄性不育，此雄性不育性狀由RNZ基因控制。為了研究高溫對RNZ基因表達的影響，研究人員選取長勢基本一致的S2植株，均分為兩組分別在低溫、高溫條件下進行處理，請根據后續實驗過程

①檢測RNZ基因的表達情況。請依據所學知識，寫出以基因轉錄相對數量為指標，檢測S2葉片和幼穗RNZ基因表達情況的基本程序____________________________________。

②實驗記錄數據如圖。與S2葉片中RNZ基因表達情況比較，溫度變化對S2幼穗中RNZ基因表達的影響是______________________。

（2）已知RNZ基因編碼的核糖核酸酶在生物體各組織細胞中廣泛存在，催化tRNA的加工。依據上述實驗結果，研究人員猜測，由于葉片光合速率不同于幼穗，RNZ編碼產物可能也分布于葉綠體中。為驗證此推測，研究人員做了如下實驗：

①構建RNZ-GFP融合基因表達載體（GFP為綠色熒光蛋白基因）。此表達載體除具有融合基因、啟動子、終止子外，還應具有_________________。

②將表達載體導入____________中，然后通過_________技術獲得轉入RNZ-GFP融合基因的水稻。

③實驗者將轉基因植物細胞置于適宜的波長光譜的激發下（該操作會使葉綠體會發出紅色熒光），觀察到____，證明RNZ蛋白定位在葉綠體中。

④本實驗還應補充一組_____________作為對照，若結果為_______________能支持③的結論成立。

（3）根據以上研究成果，為了最終揭示溫敏雄性不育的機制，請寫出接下來可以進一步研究的問題__________________。（寫出1個即可）

Answer 1

【答案】分別提取葉片或幼穗總RNA，進行反轉錄；根據cDNA序列設計引物，PCR擴增，從而檢測RNZ其因表達情況。 無論低溫和高溫，S2幼穗中RNZ基因表達量均比葉片要少；高溫比低溫使幼穗RNZ基因表達量減少的更多 供篩選用的標記基因 水稻原生質體（水稻體細胞）或外植體 植物組織培養 紅色熒光與綠色熒光重疊 將只含GFP的表達載體導入水稻幼苗原生質體（水稻體細胞）中表達 葉綠體紅色熒光與熒光蛋白綠色熒光位置不重疊 RNZ蛋白是香通過影響光合速率來影響雄性不育；RNZ蛋白如何在幼穗成熟或減數分裂中發揮作用；葉綠體中溫度影響RNZ蛋白的表達的機制；尋找本實驗溫敏不育品系中與雄性不育相關的其它基因

【解析】

基因的表達包括轉錄和翻譯，轉錄的產物是RNA，所以檢測轉錄的相對數量可通過檢測相應mRNA的含量來完成。GFP為綠色熒光蛋白基因，該基因存在并表達的部位會出現綠色熒光。“將轉基因植物細胞置于適宜的波長光譜的激發下（該操作會使葉綠體會發出紅色熒光）”，說明目的基因存在并表達的部位在一定條件下會出現紅光。所以若RNZ蛋白定位在葉綠體中，可轉基因生物會觀察到紅色熒光與綠色熒光重疊。

（1）①題干中關鍵字為“以基因轉錄相對數量為指標”，需要先獲得葉片或幼穗總RNA，通過逆轉錄過程獲得DNA，根據cDNA序列設計引物，并進行體外PCR擴增，從而檢測RNZ基因表達情況。

②實驗記錄數據中，根據圖例對應的低溫、高溫；再結合橫坐標中的葉片和幼穗，可得：無論低溫和高溫，S2幼穗中RNZ基因表達量均比葉片要少；高溫比低溫使幼穗RNZ基因表達量減少的更多。

（2）①基因表達載體由啟動子、終止子、目的基因（融合基因）、標記基因組成，故還應具有標記基因。

②基因表達載體構建完成后，將其導入水稻原生質體（水稻體細胞）或外植體，并通過植物組織培養技術獲得轉入目的基因的水稻。

③GFP為綠色熒光蛋白基因，將轉基因植物細胞置于適宜的波長光譜的激發下（該操作會使葉綠體發出紅色熒光），若RNZ蛋白定位在葉綠體中，可觀察到紅色熒光與綠色熒光重疊。

④實驗中還需要設置對照組，將只含有GFP的表達載體導入水稻幼苗原生質體（水稻體細胞）中表達，由于對照組未轉入RNZ基因，因此葉綠體紅色熒光與綠色熒光位置不重疊。

（3）題干中提到，就某水稻品系中發現的雄性不育基因開展了下面的一系列研究，說明研究過程的側重點是雄性不育，因此可以探究的問題包括：RNZ蛋白是否通過影響光合速率來影響雄性不育；RNZ蛋白如何在幼穗成熟或減數分裂中發揮作用；葉綠體中溫度影響RNZ蛋白的表達的機制；尋找本實驗溫敏不育品系中與雄性不育相關的其它基因等。