Question

【題目】突變體是研究功能基因組的前提，轉(zhuǎn)座子是基因組中可以移動(dòng)的DNA序列�？蒲腥藛T將玉米轉(zhuǎn)座子進(jìn)行改造，改造后的Ac轉(zhuǎn)座子能夠合成轉(zhuǎn)座酶，但是由于缺失兩端的轉(zhuǎn)座序列而喪失轉(zhuǎn)移能力。Ds轉(zhuǎn)座子不能合成轉(zhuǎn)座酶，因此單獨(dú)存在時(shí)也不能發(fā)生轉(zhuǎn)移，只有同時(shí)存在Ac和Ds時(shí)，Ds才能以一定的頻率從原位點(diǎn)切離插入到任意新位點(diǎn)中，同時(shí)使功能基因得以破壞或恢復(fù)。現(xiàn)將玉米轉(zhuǎn)座子引入到水稻的DNA中，構(gòu)建水稻突變體庫，并從中篩選到穩(wěn)定遺傳的矮桿突變株，實(shí)驗(yàn)流程如下圖。

請回答下列問題：

（1）科研人員將Ac和Ds分別導(dǎo)入水稻細(xì)胞，獲得Ac和Ds的轉(zhuǎn)化植株。

①首先將構(gòu)建的Ac轉(zhuǎn)座載體和Ds轉(zhuǎn)座載體分別與____________混合培養(yǎng)。

②取水稻未成熟種子，消毒后接種于含有植物激素和_______________的培養(yǎng)基上，誘導(dǎo)產(chǎn)生愈傷組織。因愈傷組織具有________________特點(diǎn)，常作為基因工程的理想受體材料。

③將完成轉(zhuǎn)化的愈傷組織接種于含有_________的培養(yǎng)基進(jìn)行篩選，培養(yǎng)后獲得抗性植株，即F0代。

（2）為了便于對轉(zhuǎn)座突變體的功能基因進(jìn)行研究和定位，篩選T-DNA單拷貝插入，但沒有表型突變的Ac和Ds轉(zhuǎn)基因植株F0，雜交獲得F1代。通過PCR技術(shù)從中篩選出目標(biāo)F1植株（轉(zhuǎn)座子插入法構(gòu)建的突變體庫中的植株），理論上目標(biāo)F1植株占F1個(gè)體總數(shù)的__________。請從下圖中任選一種目標(biāo)F1 ________（填A或B），畫出其相應(yīng)親本F0植株的基因組成及在染色體的位置。

（3）目標(biāo)F1代植株自交獲得F2代，可在苗期噴灑除草劑篩選轉(zhuǎn)座突變體，理由是___________。研究發(fā)現(xiàn)有些發(fā)生轉(zhuǎn)座的植株并沒有表型的變化，請分析原因________________________。

（4）科研人員在眾多轉(zhuǎn)座突變體中發(fā)現(xiàn)一矮桿突變株，讓其自交并篩選僅含有Ds而無Ac的植株，目的是______________，并用Ds做標(biāo)簽在基因組中定位且分離出矮桿基因。

Answer 1

【答案】農(nóng)桿菌 蔗糖、大量元素、微量元素、維生素類、瓊脂、水 分化程度低，分裂旺盛 潮霉素 1/4 第一空：Ds未發(fā)生轉(zhuǎn)座時(shí)除草劑抗性基因不能正常表達(dá)，只有在Ds發(fā)生轉(zhuǎn)座后，除草劑抗性基因才會(huì)表達(dá)。 ①Ds插入基因之間的序列，不影響基因的表達(dá)；

②Ds插入基因的內(nèi)含子區(qū)域，無突變表型的出現(xiàn)；

③某些基因需要外界環(huán)境的刺激，才能產(chǎn)生應(yīng)答表型；

④Ds插入基因的編碼序列中，但沒有發(fā)生移碼突變或沒有改變編碼功能蛋白質(zhì)的核心氨基酸序列；

⑤插入Ds的基因，其功能可通過基因網(wǎng)絡(luò)的其他路徑得以實(shí)現(xiàn)； 使矮桿突變的性狀可以穩(wěn)定遺傳

【解析】

1、基因工程技術(shù)的基本步驟：

（1）目的基因的獲取：方法有從基因文庫中獲取、利用PCR技術(shù)擴(kuò)增和人工合成；

（2）基因表達(dá)載體的構(gòu)建：是基因工程的核心步驟，基因表達(dá)載體包括目的基因、啟動(dòng)子、終止子和標(biāo)記基因等；

（3）將目的基因?qū)�入受體細(xì)胞：根據(jù)受體細(xì)胞不同，導(dǎo)入的方法也不一樣．將目的基因?qū)�入植物�?xì)胞的方法有農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法、基因槍法和花粉管通道法；將目的基因?qū)�入�?dòng)物細(xì)胞最有效的方法是顯微注射法；將目的基因?qū)�入微生物�?xì)胞的方法是感受態(tài)細(xì)胞法；

（4）目的基因的檢測與鑒定：分子水平上的檢測：①檢測轉(zhuǎn)基因生物染色體的DNA是否插入目的基因--DNA分子雜交技術(shù)；②檢測目的基因是否轉(zhuǎn)錄出了mRNA--分子雜交技術(shù)；③檢測目的基因是否翻譯成蛋白質(zhì)--抗原-抗體雜交技術(shù)．個(gè)體水平上的鑒定：抗蟲鑒定、抗病鑒定、活性鑒定等。

2、基因突變與生物性狀的關(guān)系：

（1）如果基因突變發(fā)生在基因的內(nèi)含子上，在成熟mRNA中根本就沒有這段序列的話，則很有可能不會(huì)改變性狀；

（2）由于密碼子的簡并性（幾個(gè)密碼子都可以編碼一個(gè)氨基酸的現(xiàn)象），一個(gè)堿基突變后，可能其氨基酸還是不變的，這樣性狀也不會(huì)改變；

（3）能合成蛋白的氨基酸可以分成幾大類，其中有些氨基酸的性質(zhì)是很相似的，這些氨基酸互換后對整個(gè)蛋白的性質(zhì)影響不大，或沒有影響；

（4）即使突變后的基因產(chǎn)物（蛋白質(zhì)）的性質(zhì)發(fā)生了改變，還有可能出現(xiàn)一個(gè)情況，就是此基因在生物體內(nèi)有多個(gè)拷貝，這樣一個(gè)基因出現(xiàn)了問題，其他基因補(bǔ)充其不足，還是可以維持相關(guān)功能；

（5）性狀除了受到基因的控制外還與環(huán)境因素有關(guān)。

（1）①識圖分析可知，圖中構(gòu)建的基因表達(dá)載體用到了Ti質(zhì)粒，據(jù)此推測導(dǎo)入受體細(xì)胞選擇的是農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法，因此首先將構(gòu)建的Ac轉(zhuǎn)座載體和Ds轉(zhuǎn)座載體分別與農(nóng)桿菌混合培養(yǎng)。

②植物組織培養(yǎng)需要的條件，培養(yǎng)基中除了含有植物激素外，還需要一定的營養(yǎng)物質(zhì)，包括：蔗糖、大量元素、微量元素、維生素類、瓊脂、水，誘導(dǎo)產(chǎn)生愈傷組織。愈傷組織是高度液泡化、無定型狀態(tài)的薄壁細(xì)胞，因此其具有分化程度低、分裂能力強(qiáng)的特點(diǎn)，常作為基因工程的理想受體材料。

③識圖分析可知，構(gòu)建的基因表達(dá)載體中都含有潮霉素抗性基因作為標(biāo)記基因，因此完成轉(zhuǎn)化的愈傷組織細(xì)胞具有潮霉素抗性，可以將其接種于含有潮霉素的培養(yǎng)基進(jìn)行篩選，培養(yǎng)后獲得抗性植株，即F0代。

（2）根據(jù)題意可知，為了便于對轉(zhuǎn)座突變體的功能基因進(jìn)行研究和定位，篩選T-DNA單拷貝插入，但沒有表型突變的Ac和Ds轉(zhuǎn)基因植株F0，即只有Ac插入到一條染色體上的植株F0和只有Ds插入到另外一條染色體（與Ac插入染色體為同源染色體或者非同源染色體上）上的植株F0，則植株F0的基因型如圖：（分別插入到不同植株的非同源染色體上）或（分別插入到不同植株的同源染色體上），二者雜交獲得F1代，通過PCR技術(shù)從中篩選出目標(biāo)F1植株（轉(zhuǎn)座子插入法構(gòu)建的突變體庫中的植株），則F1植株的基因型為：，那么理論上目標(biāo)F1植株占F1個(gè)體總數(shù)的1/4。

（3）識圖分析可知，構(gòu)建的含有Ds的基因的表達(dá)載體中，Ds基因插入到除草劑抗性基因中，轉(zhuǎn)化得到植株F0后，經(jīng)過雜交篩選得到目標(biāo)F1代植株，根據(jù)題意，同時(shí)存在Ac和Ds時(shí)，Ds才能以一定的頻率從原位點(diǎn)切離插入到任意新位點(diǎn)中，同時(shí)使功能基因得以破壞或恢復(fù)，因此目標(biāo)F1代植株自交獲得F2代，Ds未發(fā)生轉(zhuǎn)座時(shí)除草劑抗性基因不能正常表達(dá)，只有在Ds發(fā)生轉(zhuǎn)座后，除草劑抗性基因才會(huì)表達(dá)，故可在苗期噴灑除草劑篩選轉(zhuǎn)座突變體。根據(jù)以上分析的關(guān)于基因突變與性狀的關(guān)系可知，發(fā)生轉(zhuǎn)座的植株的表型可以沒有發(fā)生變化，其原因有：①Ds插入基因之間的序列，不影響基因的表達(dá)；②Ds插入基因的內(nèi)含子區(qū)域，無突變表型的出現(xiàn)；③某些基因需要外界環(huán)境的刺激，才能產(chǎn)生應(yīng)答表型；

④Ds插入基因的編碼序列中，但沒有發(fā)生移碼突變或沒有改變編碼功能蛋白質(zhì)的核心氨基酸序列；⑤插入Ds的基因，其功能可通過基因網(wǎng)絡(luò)的其他路徑得以實(shí)現(xiàn)。

（4）根據(jù)題意，Ac轉(zhuǎn)座子能夠合成轉(zhuǎn)座酶，但是由于缺失兩端的轉(zhuǎn)座序列而喪失轉(zhuǎn)移能力。Ds轉(zhuǎn)座子不能合成轉(zhuǎn)座酶，因此單獨(dú)存在時(shí)也不能發(fā)生轉(zhuǎn)移，在眾多轉(zhuǎn)座突變體中發(fā)現(xiàn)一矮桿突變株，讓其自交并篩選僅含有Ds而無Ac的植株，則該植株的Ds基因不能轉(zhuǎn)移，那么使矮桿突變的性狀可以穩(wěn)定遺傳。