高中 | 第2节 基因表达与性状的关系 题目答案及解析

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必修二 遗传与进化

第四章 基因的表达

第2节 基因表达与性状的关系

土壤盐碱化问题已经成为全球性难题,培育耐盐碱农作物是解决人类粮食安全和农业发展的重要途径。

为研究高粱盐碱响应通路中相关基因$\rm AT1$的作用,研究人员构建过表达植株($\rm AT1-OE$)。以高粱$\rm cDNA$为模板,利用                方法获取目的基因。如图$\rm 1$,选取最佳限制酶                处理目的基因和质粒,构建重组质粒并转入农杆菌。将转化成功的农杆菌与高粱愈伤组织共培养,筛选$\rm T-DNA$成功转入的愈伤组织,使用既能杀死原核细胞,又能杀死真核细胞的潮霉素,效果优于仅能杀死原核细胞的抗生素(如卡那霉素),原因是                。进一步筛选获得所需愈伤组织,经                发育成完整植株。同时构建基因敲除植株($\rm AT1-KO$)。

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$\\rm PCR$$Bam\\rm H$ Ⅰ和$Eco\\rm R$ Ⅰ;未转入$\\rm T-DNA$的植物细胞无法生长;再分化

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以高粱$\rm cDNA$为模板,利用$\rm PCR$技术可获得目的基因;为避免目的基因和质粒的自身环化和反向连接,需要用两种酶进行切割,据图可知,$Xho$Ⅰ会破坏标记基因,故不能选择,结合目的基因和质粒的限制酶位点可知,$Bam\rm H$Ⅰ和$Eco\rm R$Ⅰ为最佳限制酶;$\rm T-DNA$能够将目的基因导入受体细胞并整合到受体细胞的染色体$\rm DNA$上,故使用既能杀死原核细胞,又能杀死真核细胞的潮霉素筛选时,未转入$\rm T-DNA$的植物细胞无法生长,筛选效果会优于仅能杀死原核细胞的抗生素;植物组织培养过程中,由愈伤组织培育为完整植株的过程是再分化。

检测植株在高碱土壤中的幼苗长势和作物产量,结果发现:相比野生型植株,$\rm AT1-KO$植株                                                                $\rm AT1-OE$植株表型相反,说明$\rm AT1$在高粱碱胁迫的响应过程中起负调控作用。

[["幼苗长势好、作物产量高"]]

分析题意可知,基因敲除植株是$\rm AT1-KO$,而过表达植株是$\rm AT1-OE$,野生型是对照组,若$\rm AT1$在高粱碱胁迫的响应过程中起负调控作用,则预期结果应为:相比野生型植株,$\rm AT1-KO$植株幼苗长势好、作物产量高,$\rm AT1-OE$植株表型相反。

高碱条件下,植物细胞内$\rm H_{2}O_{2}$含量升高,推测$\rm AT1$可能与运输$\rm H_{2}O_{2}$的通道蛋白$\rm PIP2$有相互作用。利用免疫共沉淀方法进行研究,实验原理如图$\rm 2$,若靶蛋白$\rm A$和待测蛋白$\rm B$有相互作用,用磁珠偶联抗$\rm A$抗体使$\rm A$沉淀,则$\rm B$也会被沉淀下来。利用抗$\rm GFP$抗体与磁珠偶联,对实验组和对照组总蛋白进行免疫共沉淀,实验结果如图$\rm 3$

①检测总蛋白的目的是                                                                

②通过条带                可以判断,$\rm AT1$$\rm PIP2$有相互作用。若想进一步验证该相互作用,可用                抗体与新磁珠偶联再次进行实验。

[["

确保免疫共沉淀前的样品中有靶蛋白$\\rm A$和待测蛋白$\\rm B$$\\rm 3$;抗$\\rm PIP2$

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①结合题意“若靶蛋白$\rm A$和待测蛋白$\rm B$有相互作用,用磁珠偶联抗$\rm A$杭体使$\rm A$沉淀,则$\rm B$也会被沉淀下来”可知,该过程中靶蛋白$\rm A$和待测蛋白$\rm B$是重要检测目标,故检测总蛋白的目的是确保免疫共沉淀前的样品中有靶蛋白$\rm A$和待测蛋白$\rm B$

②据图可知,对总蛋白进行抗$\rm PIP2$抗体检测时对照组和实验组均有条带$\rm 3$出现,转入空质粒的对照组对免疫共沉淀蛋白进行抗$\rm PIP2$抗体检测时无条带$\rm 3$出现,而转入重组质粒的实验组有条带$\rm 3$出现,说明$\rm AT1$$\rm PIP2$有相互作用,能够相互反应、结合;由于实验假设是$\rm AT1$可能与运输$\rm H_{2}O_{2}$的通道蛋白$\rm PIP2$有相互作用,若想进一步验证该相互作用,可用抗$\rm PIP2$抗体与新磁珠偶联再次进行实验。

细胞内过量的$\rm H_{2}O_{2}$积累会导致氧化应激,从而导致植物细胞死亡,降低植物存活率。研究显示$\rm PIP2$磷酸化能够促进$\rm H_{2}O_{2}$外排。综合上述信息,解释敲除$\rm AT1$基因能显著提高植株耐盐碱性的原因是                                                                

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高碱环境中$\\rm AT1$$\\rm PIP2$相互作用抑制其磷酸化,从而抑制$\\rm H_{2}O_{2}$外排,导致植物细胞死亡;敲除$\\rm AT1$基因后,$\\rm PIP2$磷酸化上升,促进$\\rm H_{2}O_{2}$外排,作物存活率提高。

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分析题意,$\rm PIP2$磷酸化能够促进$\rm H_{2}O_{2}$外排,综合上述信息,敲除$\rm AT1$基因能显著提高植株耐盐碱性的原因是:碱环境中$\rm AT1$$\rm PIP2$相互作用抑制其磷酸化,从而抑制$\rm H_{2}O_{2}$外排,导致植物细胞死亡;敲除$\rm AT1$基因后,$\rm PIP2$磷酸化上升,促进$\rm H_{2}O_{2}$外排,作物存活率提高。

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