Question

【題目】紫米籽粒果皮與種皮因含有抗氧化作用的花色素苷而呈現紫色，比白米有更高的營養價值。

（1）水稻籽粒的果皮與種皮黏連，由雌蕊的子房壁和珠被的細胞經過_______________發育而來，因此籽粒果皮顏色由親本中__________的基因型決定。研究者利用紫粒水稻與白粒水稻雜交，得到表1結果。

表1 紫粒水稻與白粒水稻正反交組合及所結籽粒果皮顏色統計結果

據結果判斷，果皮顏色中_____________為顯性性狀，控制果皮顏色基因的遺傳遵循基因的__________定律。預測F3自交所結籽粒的果皮顏色及比例為______________________。

（2）SSR是DNA中的簡單重復序列，非同源染色體上的SSR重復單位不同（如CA重復或GT重復），不同品種的同源染色體上的SSR重復次數不同（如CACACA或CACACACA），因此常用于染色體特異性標記。研究者提取出F2中結白色籽粒的50株單株的葉肉細胞DNA，利用4號、8號等染色體上特異的SSR進行PCR擴增，結果如下圖。

據圖判斷，控制果皮顏色的基因位于4號染色體上，依據是__________________________，2號和47號單株特殊的擴增結果最可能是_________________________________所致；F2中結白色籽粒的50株單株8號染色體SSR的擴增結果有____________種，理論上比例為__________________________。

（3）研究者擴增出F2植株相關基因的部分序列，利用BamH I酶切割后，結果如表2。

表2 酶切結果

樣本來源	結紫色籽粒的F2單株		結白色籽粒的F2單株
酶切產物長度（堿基對）	669、529	669、529、1200	1200

由結果可知，紫色果皮基因________（能/不能）被BamH I酶切割，可能是與紫色果皮基因比白色果皮基因堿基數目__________________有關。研究發現，紫色果皮基因表達產物有588個氨基酸，白色果皮基因表達產物574個氨基酸，根據基因突變和基因表達的相關知識，解釋上述現象：______________________________________。

（4）利用上述克隆出的水稻紫色果皮基因，請你提出一個進一步研究的課題：_________________________。

Answer 1

【答案】分裂、分化 母本 紫色 分離 紫色：白色=5:3 結白色籽粒的F2單株的4號染色體的SSR擴增結果與白粒水稻親本4號染色體的SSR擴增結果基本一致 在F1形成配子的過程中，種皮顏色基因與SSR標記之間發生了交叉互換，形成了同時含白色果皮基因和紫粒水稻親本SSR標記的配子 3 1:2:1 能 減少2對 與白色果皮基因相比，紫色果皮基因的堿基缺失導致mRNA上終止密碼子延后出現 研究紫色果皮基因在4號染色體上的精細定位； 研究紫色果皮基因與紫色果皮性狀的分子機制； 研究紫色果皮基因與其他基因的互作關系； 研究環境因素對紫色果皮基因功能的影響； 轉紫色果皮基因作物的培育等

【解析】

1、傳粉和受精完成以后，花萼凋落或存留，花冠、雄蕊都凋落，柱頭和花柱凋落，只有雌蕊的子房繼續發育。子房壁發育成果皮，胚珠發育成種子，珠被發育成種皮，受精卵發育成胚，受精極核發育成胚乳，子房發育成果實。

2、一對等位基因控制的一對相對性狀的遺傳遵循分離定律，兩對等位基因（獨立遺傳）控制的性狀的遺傳遵循自由組合定律。

（1）水稻籽粒的果皮與種皮由雌蕊的子房壁和珠被的細胞經過分裂分化發育而來，因此籽粒果皮顏色由親本中母本的基因型決定。據表1結果判斷，F1所結籽粒均為紫色，F2所結籽粒紫色：白色約為3:1，可知果皮顏色中紫色為顯性性狀，控制果皮顏色基因的遺傳遵循基因的分離定律。假設A基因控制紫色性狀，a基因控制白色性狀，F2中AA：Aa：aa=1：2：1，則F3自交所結籽粒的果皮顏色為紫色的有AA自交1/4+Aa自交1/2×3/4=5/8,白色的aa自交1/4+Aa自交1/2×1/4=3/8,所以 F3自交所結籽粒的果皮顏色及比例為紫色：白色=5:3 。

（2）分析PCR擴增結果，結白色籽粒的F2單株的4號染色體的SSR擴增結果與白粒水稻親本4號染色體的SSR擴增結果基本一致，所以判斷控制果皮顏色的基因位于4號染色體上，2號和47號同時含白色果皮基因和紫粒水稻親本SSR標記，最可能是在F1形成配子的過程中，種皮顏色基因與SSR標記之間發生了交叉互換，形成了同時含白色果皮基因和紫粒水稻親本SSR標記的配子，由圖中8號染色體擴增結果可知，F2中結白色籽粒的50株單株8號染色體SSR的擴增結果有3種，理論上比例為1:2:1。

（3）由表2結果可知，紫色果皮基因能被BamH I酶切割，白色果皮基因不能被BamH I酶切割，紫色果皮基因堿基對數為669+529=1198，白色果皮基因堿基對數為1200，紫色果皮基因比白色果皮基因堿基數目少2對，但紫色果皮基因表達產物氨基酸數大于白色果皮基因表達產物，可能是因為與白色果皮基因相比，紫色果皮基因的堿基缺失導致mRNA上終止密碼子延后出現。

（4）利用克隆出的水稻紫色果皮基因，我們可以進一步研究紫色果皮基因在4號染色體上的精細定位；研究紫色果皮基因與紫色果皮性狀的分子機制；研究紫色果皮基因與其他基因的互作關系；研究環境因素對紫色果皮基因功能的影響；轉紫色果皮基因作物的培育等。