3.變異與育種1.(10分)(2025·福建漳州模擬)擬南芥是植物遺傳學(xué)常用的研究材料。研究發(fā)現(xiàn)一擬南芥育性缺陷型(k),其營養(yǎng)生長正常,但果莢極其短小。研究人員通過實驗揭示k育性缺陷的成因及機制。(1)實驗觀察發(fā)現(xiàn),k和野生型(WT)的雌蕊沒有明顯差別,但k的花粉母細胞減數(shù)分裂的結(jié)果不同,配子出現(xiàn)多核、每一個核中均有染色體缺失的現(xiàn)象。據(jù)此可知,k屬于(填“雌性不育”或“雄性不育”)。

(2)科研人員推測k育性缺陷與紡錘體組裝有關(guān)的ATK1基因發(fā)生變異,分析發(fā)現(xiàn),ATK1蛋白包含G、C和M三個結(jié)構(gòu)域,ATK1基因及ATK1蛋白結(jié)構(gòu)如下圖所示,從基因表達的角度分析,k的ATK1蛋白氨基酸數(shù)量減少的原因。

(3)科研人員利用基因工程實現(xiàn)ATK1基因的定點突變,獲得突變株k1,k1出現(xiàn)與k相似的育性缺陷現(xiàn)象,并將k1作為(填“母本”或“父本”)與WT雜交,獲得的F1均可育。利用以上實驗材料設(shè)計一個雜交實驗證明k的突變發(fā)生在ATK1基因。

①寫出實驗思路:

。

②預(yù)期結(jié)果:。

(4)研究表明,ATK1蛋白的三個結(jié)構(gòu)域具有不同功能:G可結(jié)合多條紡錘絲,促進紡錘絲平行排列,形成兩極紡錘體;M參與催化ATP水解為紡錘體組裝提供能量,C連接G與M。綜合上述信息,推測k出現(xiàn)多核的機制為

。

2.(10分)(2025·遼寧本溪模擬)為適應(yīng)全球氣候變暖的大趨勢,研究水稻耐高溫的調(diào)控機制,對水稻遺傳改良具有重要意義。(1)研究獲得一株耐高溫突變體甲,高溫下該突變體表皮蠟質(zhì)含量較高。讓甲與野生型(WT)雜交,F1自交后代中耐高溫植株約占1/4,說明耐高溫為性狀,且最可能由對基因控制。

(2)已知耐高溫突變體甲的突變基因位于水稻3號染色體上,為進一步確定突變位點,研究者進行了系列實驗,如下圖所示。圖1圖3圖2①圖1中F1在期,3號染色體發(fā)生互換,產(chǎn)生F2中相應(yīng)的植株,然后用F2植株進行,可獲得純合重組植株R1~R5。

②對R1~R5進行分子標記及耐高溫性檢測,結(jié)果如圖2、圖3所示。分析可知,耐高溫突變基因位于(分子標記)之間。

(3)基因OsWR2的表達能促進水稻表皮蠟質(zhì)的合成。為了驗證“高溫脅迫下維持較高的蠟質(zhì)含量是水稻耐高溫的必要條件”,研究小組以突變體甲為對照組,實驗組為,將兩種水稻置于,一段時間后,檢測水稻蠟質(zhì)含量及耐高溫性。實驗結(jié)果顯示

。

3.(12分)(2025·湖南二模)秀麗隱桿線蟲(簡稱“線蟲”)是遺傳學(xué)中重要的模式生物。線蟲有雌雄同體(XX,2n=12)和雄蟲(XO,2n-1=11)兩種性別,雄蟲僅占群體的0.2%。雌雄同體能自體受精或與雄蟲交配,但雌雄同體的不同個體之間不能交配。(1)線蟲的正常培養(yǎng)溫度為20℃,研究發(fā)現(xiàn)將雌雄同體線蟲置于30℃一段時間,收回正常培養(yǎng)環(huán)境后,種群中雄蟲比例會升高,推測升高溫度使雌雄同體線蟲的減數(shù)分裂發(fā)生了異常,該異常具體表現(xiàn)為

。

(2)研究發(fā)現(xiàn)常染色體上的Tra-1基因?qū)€蟲的性別決定起重要作用,不具有Tra-1基因的線蟲都會發(fā)育為雄蟲?，F(xiàn)通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)破壞線蟲受精卵的一個Tra-1基因,使其發(fā)育成熟后自體受精獲得F1,F1自體受精獲得的F2中性別及比例為。將F2放置在適宜環(huán)境中使其不斷自體受精,理論上正常Tra-1基因的基因頻率變化趨勢為。

(3)QF-QUAS是人工合成的基因表達調(diào)控系統(tǒng),QF表達產(chǎn)物能夠與誘導(dǎo)型啟動子QUAS結(jié)合,并驅(qū)動下游基因的表達?？蒲腥藛T將QF插入雄蟲的一條Ⅱ號染色體上,將一個QUAS—紅色熒光蛋白基因插入雌雄同體線蟲的一條染色體上?，F(xiàn)利用上述轉(zhuǎn)基因線蟲進行雜交得F1,F1中紅色熒光個體相互交配得F2,得到如下實驗結(jié)果。F1F2紅色熒光個體∶無色個體=1∶3紅色熒光個體∶無色個體=9∶7注:假設(shè)不考慮Tra-1基因?qū)π詣e分化的影響。①僅根據(jù)上述雜交結(jié)果(填“能”或“不能”)判斷QUAS—紅色熒光蛋白基因是否插入Ⅱ號染色體上,依據(jù)是

。

②進一步調(diào)查發(fā)現(xiàn)F2中雌雄同體和雄蟲中的體色比例不同,推測原因是QUAS—紅色熒光蛋白基因插入染色體上,若統(tǒng)計F2中無色雄蟲占比是,說明推測是正確的。

4.(10分)(2025·黑龍江大慶模擬)水稻花粉是否可育受細胞質(zhì)基因(S、N)和細胞核基因R(R1、R2)共同控制。其中S、N分別表示不育基因和可育基因,R1、R2表示細胞核中可恢復(fù)育性的基因,其等位基因r1、r2無此功能,通?；蛐涂杀硎緸椤凹毎|(zhì)基因(細胞核基因型)”。只有當細胞質(zhì)中含有S基因、細胞核中r1、r2基因都純合時,植株才表現(xiàn)出雄性不育性狀。如圖表示雜交實驗過程,請回答下列問題。(1)雄性不育水稻作為母本,在人工雜交實驗過程中對其進行的操作包括

(用文字和箭頭表示)。(2)雜交實驗中,親本中雄性不育株的基因型可表示為,F2中出現(xiàn)部分花粉可育類型是的結(jié)果。F2的雄性可育個體中,能穩(wěn)定遺傳的個體所占比例約為。

(3)目前已獲得純合稻瘟病抗性突變體M,并對野生型(WT)和抗性突變體M的相關(guān)基因進行測序分析,結(jié)果如圖。由圖可知,突變體的第591位發(fā)生了(寫出具體類型),可能導(dǎo)致第位及之后的氨基酸發(fā)生改變,從而引起該蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。(注意:AUG為起始密碼子)

參考答案1.答案(1)雄性不育(2)k的ATK1基因區(qū)段8發(fā)生堿基對缺失,導(dǎo)致終止密碼子提前出現(xiàn),翻譯提前終止,ATK1蛋白氨基酸數(shù)量減少(3)母本將k與F1雜交,觀察統(tǒng)計子代表型及比值可育∶雄性不育≈1∶1(4)k的ATK1基因突變,翻譯出來的ATK1蛋白缺少部分C和整個M結(jié)構(gòu)域,導(dǎo)致ATP水解受阻,無法為紡錘體的組裝供能,紡錘絲排列紊亂,紡錘體組裝異常,形成多極紡錘體,進而出現(xiàn)多核現(xiàn)象解析(1)根據(jù)題干中“k的花粉母細胞減數(shù)分裂的結(jié)果不同,配子出現(xiàn)多核、每一個核中均有染色體缺失的現(xiàn)象”,可知k的花粉(雄配子)發(fā)育異常,所以k屬于雄性不育。(2)對比WT和k的ATK1基因序列,發(fā)現(xiàn)k的ATK1基因區(qū)段8發(fā)生堿基對缺失。從基因表達角度看,堿基對缺失導(dǎo)致終止密碼子提前出現(xiàn),翻譯提前終止,使得合成的ATK1蛋白氨基酸數(shù)量減少。(3)因為k是雄性不育,所以只能作為母本與wt雜交獲得F1。實驗思路:將k與F1雜交,觀察統(tǒng)計子代表型及比值。預(yù)期結(jié)果:由于是一對等位基因控制的性狀,若突變發(fā)生在ATK1基因,按照分離定律,子代中可育∶雄性不育=1∶1。(4)已知ATK1蛋白的三個結(jié)構(gòu)域具有不同功能,k的ATK1基因突變后翻譯出的ATK1蛋白缺少部分C和整個M結(jié)構(gòu)域,而M參與催化ATP水解為紡錘體組裝提供能量,缺少M結(jié)構(gòu)域?qū)е翧TP水解受阻,無法為紡錘體組裝供能,紡錘絲排列紊亂,紡錘體組裝異常,形成多核紡錘體,進而出現(xiàn)多核現(xiàn)象。2.答案(1)隱性1(2)①減數(shù)分裂Ⅰ前自交②caps3—caps4(3)敲除OsWR2基因的突變體甲高溫環(huán)境實驗組水稻植株蠟質(zhì)含量低于對照組,且不耐高溫解析(1)讓甲與野生型(WT)雜交、F1自交后代中耐高溫植株約占1/4,即出現(xiàn)3∶1的性狀分離比,符合基因分離定律,說明這對相對性狀是由1對基因控制的,并且耐高溫為隱性性狀。(2)①由圖1可知,F1在減數(shù)分裂Ⅰ前期(或四分體時期),3號染色體的同源染色體的非姐妹染色單體發(fā)生了互換,產(chǎn)生F2中相應(yīng)的植株;自交可提高純合子比例,故用F2植株進行自交,可獲得純合重組植株R1~R5。②對R1~R5進行分子標記及耐高溫性檢測,據(jù)圖可知植株R2、R3與其他植株的差別是caps3—caps4,只有R2、R3耐高溫,說明在分子標記caps3—caps4之間發(fā)生了基因突變。(3)實驗設(shè)計應(yīng)該遵循對照原則,為了驗證“高溫脅迫下維持較高的蠟質(zhì)含量是水稻耐高溫的必要條件”,則對照組為突變體甲,實驗組為基因OsWR2敲除的突變體甲,以檢測兩組植株是否耐高溫。設(shè)計思路:對照組為突變體甲,實驗組為基因OsWR2敲除的突變體甲;將兩種水稻置于高溫環(huán)境中,一段時間后,檢測水稻表皮蠟質(zhì)含量及高溫耐性。實驗結(jié)果顯示:實驗組水稻植株蠟質(zhì)含量低于對照組,且不耐高溫。3.答案(1)減數(shù)分裂Ⅰ后期兩條X的同源染色體未分開或減數(shù)分裂Ⅱ后期X姐妹染色單體未分離,導(dǎo)致產(chǎn)生了不含X染色體的配子(2)雌雄同體∶雄蟲=5∶1不斷上升(3)①能F2中紅色熒光個體∶無色個體=9∶7,符合基因自由組合定律的性狀分離比②雌雄同體線蟲的X5/16解析(1)正常情況下雌雄同體產(chǎn)生的配子都含X染色體。將雌雄同體線蟲置于30℃一段時間后,種群中雄蟲比例升高,而雄蟲的性染色體為XO,說明減數(shù)分裂Ⅰ后期兩條X的同源染色體未分開或減數(shù)分裂Ⅱ后期X姐妹染色單體未分離,導(dǎo)致產(chǎn)生了不含X染色體的配子,這些不含X染色體的配子與含X染色體的配子結(jié)合,就會產(chǎn)生XO的雄蟲。(2)假設(shè)正常Tra-1基因用A表示,破壞后的用a表示,受精卵的基因型為Aa,發(fā)育成熟后自體受精(Aa×Aa),F1的基因型及比例為AA∶Aa∶aa=1∶2∶1,其中AA和Aa發(fā)育為雌雄同體,aa發(fā)育為雄蟲(無法自交),F1中雌雄同體(1/3AA、2/3Aa)自體受精,1/3AA自交后代全是AA(雌雄同體),2/3Aa自交后代為2/3×(1/4AA+1/2Aa+1/4aa),即1/6AA(雌雄同體)、1/3Aa(雌雄同體)、1/6aa(雄蟲),故F2中雌雄同體∶雄蟲=(1/3+1/6+1/3)∶1/6=5∶1;在不斷自體受精過程中,aa(雄蟲)不能進行自體受精,會逐漸被淘汰,A(即Tra-1基因)基因頻率會不斷上升。(3)①F1中紅色熒光個體(雙雜合子)相互交配,F2中紅色熒光個體(雙顯性狀)∶無色個體(其他三種性狀組合)=9∶7,這是自由組合定律中9∶3∶3∶1的變式,據(jù)此能判斷QUAS—紅色熒光蛋白基因沒有插入Ⅱ號染色體上。②F2體色比例在雌雄中不同,說明與性別相關(guān)聯(lián),因此可能原因是QUAS—紅色熒光蛋白基因插入雌雄同體線蟲的X染色體上;假設(shè)QF基因用B表示,無QF基因用b表示,QUAS—紅色熒光蛋白基因用C表示,無該基因用c表示,由于F2中紅色熒光個體∶無色個體=9∶7,可知F1紅色熒光個體為雙雜合子,又因為QF插入雄蟲的一條Ⅱ號染色體上,QUAS—紅色熒光蛋白基因插入雌雄同體線蟲的一條染色體上,若控制體色的基因位于X染色體上,則F1中紅色熒光個體基因型為BbXCXc(雌雄同體)和BbXCO(雄蟲),雌雄同體的不同個體之間不能交配,只能與雄蟲交配,則F2中無色雄蟲(bbX-O、B_XcO)的比例為1/4×1/2+3/4×1/4=5/16,所以若統(tǒng)計F2中無色雄蟲占比是5/16,說明推測是正確的。4.答案(1)套袋→傳粉→套袋(2)S(r1r1r2r2)基因重組1/9(3)G—C堿基對缺失198解析(1)雄性不育水稻S(r1r1r2r2)作為母本,在人工雜交實驗過程中對其進行的操作包括套袋→傳粉→套袋,其作為母本的優(yōu)點是避免去雄的麻煩。(2)雜交實驗中,F2中性狀分離比為9∶6∶1,為9∶3∶3∶1的變式,因而說明相關(guān)核基因的遺傳遵循基因自由組合定律,同時可推知F1的基因型為S(R1r1R2r2),因此,親本中雄性不育株的基因型可表示為S(r1r1r2r2),恢復(fù)系親本的基因型可表示為S(R1R1R2R2)或N(R1R1R2R2),