高中 | 第1节 基因指导蛋白质的合成 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1节 基因指导蛋白质的合成

蔬菜生产中农药、化肥、土壤微生物的活动等均可产生$\rm NO$。为研究$\rm NO$对植物光合作用的影响,研究者以番茄为材料进行了系列实验。

$\rm NO$$\rm S-$亚硝基谷胱甘肽($\rm GSNO$)的形式在植物体内储存和运输。用$\rm GSNO$处理番茄后检测叶片光合色素含量与净光合速率,结果如图$\rm 1$

$\rm 1$

①光合作用中位于叶绿体                上的光合色素吸收的光能转化成                中的化学能,进而通过暗反应储存在糖类等有机物中。

②据图$\rm 1$可知$\rm NO$                          ,进而减弱番茄光合能力。

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类囊体薄膜;$\\rm ATP$$\\rm NADPH$;降低光合色素含量

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①光合色素位于类囊体薄膜上,能将吸收的光能转化为$\rm ATP$$\rm NADPH$中的化学能,进而通过暗反应储存在糖类等有机物中。②从题中的图可以看出用$\rm GSNO$处理番茄后,跟对照组相比,叶绿素的含量、类胡萝卜素的含量和净光合速率都降低,由此可知$\rm NO$降低光合色素的含量,进而减弱番茄光合能力。

检测发现转录因子$\rm HY5$基因敲除的番茄光合色素含量下降。$\rm NO$处理后番茄叶片中$\rm HY5mRNA$和蛋白质含量均小于对照组,说明$\rm NO$                                  

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抑制$\\rm HY5$基因表达

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检测发现,转录因子$\rm HY5$基因敲除的番茄光合色素含量下降,说明$\rm HY5$基因的表达影响光合色素的合成;$\rm NO$处理后,番茄叶片中$\rm HY5mRNA$和蛋白质含量均小于对照组,说明$\rm NO$处理后$\rm HY5$基因的转录和翻译都都受到影响,故说明$\rm NO$抑制$\rm HY5$基因表达。

$\rm PORC$基因和$\rm PSY2$基因分别是叶绿素与类胡萝卜素合成的关键基因。研究者利用尿嘧啶和亮氨酸合成缺陷型酵母菌进行转基因实验,证实$\rm HY5$可直接结合两基因的启动子调控其转录。请以$\rm PORC$基因为例,补充完善实验方案(注:$\rm AD$蛋白与启动子足够靠近时激活转录,金担子素抗性基因表达可解除金担子素对酵母菌生存的抑制作用)。

组别实验组对照组
先导入的表达载体                
筛选成功转化的酵母菌缺乏尿嘧啶和亮氨酸的培养基
培养上述酵母菌缺乏亮氨酸的培养基

                $\rm \;\rm $

的培养基

                $\rm \;\rm $

的培养基

缺乏亮氨酸且加入金担子素的培养基
实验结果生长生长生长不生长
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$\\rm PORC$启动子;金担子素抗性 亮氨酸合成;$\\rm AD$ 缺乏亮氨酸且加入金担子素;缺乏亮氨酸

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①以$\rm PORC$基因为例,研究者利用尿嘧啶和亮氨酸合成缺陷型酵母菌进行转基因实验,证实$\rm HY5$可直接结合两基因的启动子调控其转录,先导入的表达载体含尿嘧啶合成基因和$\rm PORC$基因启动子,金担子抗性基因,因无金担子抗性基因的启动子,故在缺乏尿嘧啶的培养基上进行培养。根据实验结果可知,对照组有一组不能再加入金担子素的培养基,说明金担子抗性基因也是一种标记基因,故要导入金担子抗性基因。②实验组表达载体包括启动子$\rm +$尿嘧啶合成基因$\rm +$启动子$\rm +AD-HY5$融合基因,自变量是有无$\rm HY5$基因,$\rm AD$蛋白与启动子足够靠近时激活转录,对照组的表达载体包括启动子$\rm +$尿嘧啶合成基因$\rm +$启动子$\rm +AD$基因。在缺乏尿嘧啶和亮氨酸的培养基上筛选成功转化的酵母菌。③$\rm HY5$可直接结合两基因的启动子调控其转录,实验组导入了$\rm AD-HY5$融合基因和亮氨酸合成基因,故在缺乏亮氨酸的培养基上可以生长。$\rm HY5$可直接结合两基因的启动子调控其转录,实验组导入了$\rm AD-HY5$融合基因和亮氨酸合成基因,$\rm AD$蛋白与启动子足够靠近时激活转录,激活了金担子抗性基因的表达,故在缺乏亮氨酸且加入金担子素的培养基上可以生长。④对照组导入了亮氨酸基因且经过筛选故可在缺乏亮氨酸的培养基上生长。对照组未加入$\rm HY5$基因,不能结合两基因的启动子,调控金担子抗性基因的表达,故不能在缺乏亮氨酸且加入金担子素的培养基生长。

综合上诉研究和光合作用过程,阐明$\rm NO$减弱光合能力的机制。                                                                                  

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$\\rm NO$通过抑制$\\rm HY5$基因的表达,抑制其对$\\rm P0RC$基因和$\\rm PSY2$基因的转录促进作用,从而降低番茄光合色素含量,降低光反应速率,进而降低暗反应速率,导致光合能力下降

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综合上述研究光合作用过程,$\rm NO$减弱番茄光合能力的机制为,$\rm NO$通过抑制$\rm HY5$基因的表达,抑制其对$\rm PORC$基因和$\rm PSY2$基因的转录促进作用,从而降低番茄光合色素含量,降低光反应速率,进而降低暗反应速率,导致光合能力下降。

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