高中 | 第2节 孟德尔的豌豆杂交实验(二) 题目答案及解析

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必修二 遗传与进化

第一章 遗传因子的发现

第2节 孟德尔的豌豆杂交实验(二)

普通小麦($\rm AABBDD$$\rm A$$\rm B$$\rm D$分别表示三个不同物种的染色体组)是世界上广为栽培的主要粮食作物之一,养活了约占全球三分之一以上的人口。白粉病严重影响小麦产量,选育抗白粉病优良小麦品种是保证粮食安全的重要途径。回答下列问题:

普通小麦起源于皆为$\rm 2n=14$的一粒小麦、山羊草和节节麦在自然条件下的远缘杂交。其染色体组的来源如图$\rm 1$。请完成图$\rm 2$中二粒小麦自然产生过程的图解:①的染色体组成为                ,是                (选填“可育”或“不可育”)的,原因是                                                                ;②表示                诱导使染色体数目加倍。

  

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$\\rm AB$;不可育;细胞中不存在同源染色体,无法进行正常的减数分裂;低温

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$\rm 2$中一粒小麦($\rm AA$)与山羊草($\rm BB$)进行杂交,其后代①是$\rm AB$(幼苗),细胞中具有$\rm 2$个染色体组,不存在同源染色体,无法进行正常的减数分裂,所以不可育;$\rm AB$通过低温诱导或秋水仙素处理萌发的种子或幼苗,使染色体数目加倍,形成二粒小麦$\rm AABB$。图$\rm 2$为二粒小麦自然产生过程,因此②表示低温诱导使染色体数目加倍。

普通小麦($\rm AABBDD$)每个染色体组的某条染色体上都有$\rm MLO$基因。利用基因组编辑技术,敲除所有$\rm MLO$基因后获得隐性突变体植株$\rm mlo-aabbdd$,其性状表现与野生型相比,结果如下表。

植株白粉病株高和产量
野生型($\rm MLO-AABBDD$感病正常
突变体($\rm mlo-aabbdd$抗病下降

结果表明,$\rm MLO$基因对普通小麦性状的影响是                                                                

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既可以控制感病性状又影响植株生长(株高)和产量(或$\\rm MLO$基因具有多效性)

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敲除所有$\rm MLO$基因后获得隐性突变体植株,与野生型相比,突变体抗白粉病的能力上升,株高和产量下降,由此说明$\rm MLO$基因既控制感病性状又影响生长发育和产量(或$\rm MLO$基因具有多效性)。

科学家在$\rm mlo-aabbdd$群体中发现一个新型突变株$\rm mlo-R32$,其一个$\rm B$染色体组中$\rm mlo$基因相邻位置因缺失了$\rm 304kb$的一个染色体大片段,导致局部染色体三维空间重排,激活了其上游紧邻的$\rm TMT3$基因的表达,恢复了株高和产量,这种遗传现象称为表观遗传,其判断的依据是                                                                。为验证确实是$\rm TMT3$基因的表达导致了$\rm mlo-R32$株高和产量的恢复,可运用减法原理设计一个验证实验,实验思路为                                                                

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$\\rm TMT3$基因的碱基序列没有变化,而基因的表达和小麦的性状发生了变化;同等种植条件下,对比敲除$\\rm mlo-R32$$\\rm TMT3$基因的小麦与$\\rm mlo-R32$小麦的株高和产量。

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表观遗传是指$\rm DNA$序列不发生变化,但基因的表达却发生了可遗传的改变,由题意可知,$\rm TMT3$基因的碱基序列没有变化,之所以被激活是因为染色体结构发生变化,因此这种遗传现象称为表观遗传。为验证$\rm TMT3$基因的表达导致了$\rm mlo-R32$株高和产量的恢复,该实验的自变量为是否含有$\rm TMT3$基因,因变量为$\rm mlo-R32$小麦的株高和产量,故可设计在同等种植条件下,对比敲除$\rm mlo-R32$$\rm TMT3$基因的小麦与$\rm mlo-R32$小麦的株高和产量。若敲除$\rm TMT3$基因的$\rm mlo-R32$小麦,株高和产量下降,这说明$\rm TMT3$基因的表达导致了$\rm mlo-R32$株高和产量的恢复。

科学家用$\rm mlo-R32$突变株与$\rm mlo-aabbdd$突变株杂交进行验证,结果与预期相符。请推测$\rm F_{1}$的表型及比例为                                                                ,将$\rm F_{1}$中抗病、株高和产量正常的植株自交得到$\rm F_{2}$$\rm F_{2}$表型及其比例为                                                                

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抗病、株高和产量下降:抗病、株高和产量正常$\\rm =1:1$;抗病、株高和产量正常:抗病、株高和产量下降$\\rm =3:1$

"]]

$\rm mlo-R32$突变株的一个$\rm B$染色体组中$\rm mlo$基因相邻位置因缺失了$\rm 304kb$的一个染色体大片段,导致局部染色体三维空间重排,激活了其上游紧邻的$\rm TMT3$基因的表达。假设有$\rm TMT3$基因的表达表示为$\rm T$,没有$\rm TMT3$基因的表达表示为$\rm t$$\rm mlo-aabbdd$突变株($\rm aabbddtt$)表现为抗病、株高和产量下降,与$\rm mlo-R32$突变株($\rm aabbddTt$,抗病、株高和产量正常)进行杂交,$\rm F_{1}$的基因型为$\rm aabbddtt$$\rm aabbddTt$,表型及比例为抗病、株高和产量下降:抗病、株高和产量正常$\rm =1:1$$\rm F_{1}$中抗病、株高和产量正常的植株($\rm aabbddTt$)自交,$\rm F_{1}$中抗病、株高和产量正常的植株产生配子的种类及比例为$\rm abdT:abdt=1:1$$\rm F_{2}$基因型及比例为$\rm aabbddTT:aabbddTt:aabbddtt=1:2:1$$\rm F_{2}$表型及其比例为抗病、株高和产量正常:抗病、株高和产量下降$\rm =3:1$

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