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。

(I)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

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

⑵科研人員推測k育性缺陷與紡錘體組裝有關的ATK1基因發(fā)生變異，分析發(fā)現(xiàn),ATK1

蛋白包含G、C和M三個結構域/7X/基因及ATK1蛋白結構如下圖所示，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o

ATK1~~■■■

區(qū)段]...-----區(qū)段..............區(qū)段17

.........................................................

WTATATTTAGTTTTACCCTGCAGGAGACATGTTCGTTGCAGAAGGAGCGTTTAAATATGTTAGAGCAGCAA

kATATTTAGTTTTACCCTGCAGGAGACATGTT-..............................................................................AGAGCAGCAA

表示缺失28個堿基

WTCKM)-793個氨基酸

kC]355個氨基酸

⑶科研人員利用基因工程實現(xiàn)ATK/基因的定點突變，獲得突變株kl,kl出現(xiàn)與k相似

的育性缺陷現(xiàn)象，并將kl作為(填“母本”或“父本”)與WT雜交,獲得的Fl均可

育。利用以上實驗材料設計一個雜交實驗證明k的突變發(fā)生在A7K/基因。

①寫出實驗思路:o

②預期結果:。

(4)研究表明,ATK1蛋白的三個結構域具有不同功能:G可結合多條紡錘絲，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

Mo綜合上述信息，推測k出現(xiàn)多核的機制為O

2.(10分)(2025?遼寧本溪模擬)為適應全球氣候變暖的大趨勢，研究水稻耐高溫的調控機

制，對水稻遺傳改良具有重要意義。

⑴研究獲得一株耐高溫突變體甲，高溫下該突變體表皮蠟質含量較高。讓甲與野生型

(WT)雜交,Fi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。

甲WT

3號染色體3號染色體

圖1

耐高溫率7%

020406080100

wT

RJ

R2

R3

R4

R5

4P

圖3

capslcaps!caps3caps4caps5caps6caps7

WTl：

RI=]

R2I

R3

R4(

R5[

注：caps為3號染色體上的分子標記

圖2

①圖1中R在期,3號染色體發(fā)生互換，產生F2中相應的植株，然后用F2植

株進行，可獲得純合重組植株Rl-R5o

②對R1~R5進行分子標記及耐高溫性檢測，結果如圖2、圖3所示。分析可知，耐高溫突

變基因位于（分子標記）之間。

⑶基因OsWR2的表達能促進水稻表皮蠟質的合成。為了驗證“高溫脅迫下維持較高的

蠟質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，檢測水稻蠟質含量

及耐高溫性。實驗結果顯示。

3.（12分）（2025?湖南二模）秀麗隱桿線蟲（簡稱“線蟲”）是遺傳學中重要的模式生物，線蟲

有雌雄同體（XX,2〃=12）和雄蟲（XO,2〃-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°C,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O

⑵研究發(fā)現(xiàn)常染色體上的Tra-1基因對線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)通過轉基因技術破壞線蟲受精卵的一個刀底/基因,使其發(fā)

育成熟后自體受精獲得Fi,Fi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o

（3）QF-QUAS是人工合成的基因表達調控系統(tǒng),QF表達產物能夠與誘導型啟動子QUAS

結合，并驅動下游基因的表達?？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)利用上述轉基因線

蟲進行雜交得Fi,R中紅色熒光個體相互交配得F2,得到如卜實驗結果。

Fi

F2

紅色熒光個體：無色個體二1:3紅色熒光個體：無色個體二9：7

注:假設不考慮Tra-1基因對性別分化的影響。

①僅根據(jù)上述雜交結果（填“能''或"不能”）判斷QUAS—紅色熒光蛋白基因是否

插入H號染色體上,依據(jù)是。

②進一步調查發(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基因（S、N）和細胞核基因

R（RHR2）共同控制。其中S、N分別表示不育基因和可育基因,Ri、R2表示細胞核中可

恢復育性的基因，其等位基因口、n無此功能,通?；蛐涂杀硎緸椤凹毎|基因（細胞核

基因型）只有當細胞質中含有S基因、細胞核中口、「2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。

雜交實驗

P雄性不X恢復

育株2|系6

F,雄性可育

|自交

F雄性部分花雄性

2可育粉可育不育

9:6:1

⑴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E中出現(xiàn)部分花粉可

育類型是的結果。F2的雄性可育個體中，能穩(wěn)定遺傳的個體所占比例約

為O

（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的相關基因

進行測序分析，結果如圖。由圖可知，突變體的第591位發(fā)生了（寫出具

體類型），可能導致第位及之后的氨基酸發(fā)生改變，從而引起該蛋白質空間結構發(fā)

生變化。（注意:AUG為起始密碼子）

+1+591+678

III

亞T5'......ATG...................ATGGG..................TGA........V

1y......TAC...................TACCC...................ACT.......5'

突變5'......ATG...................AT_GG...................TGA........3'

體MV......TAC...................TA_CC...................ACT........5'

參考答案

1.答案⑴雄性不育

(2)k的ATK1基因區(qū)段8發(fā)生堿基對缺失，導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

⑶母本將k與B雜交，觀察統(tǒng)計子代表型及比值可育：雄性不育學：I

(4)k的ATKI基因突變，翻譯出來的ATK1蛋白缺少部分C和整個M結構域，導致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wl雜交獲得Fi。實驗思路:將k與Fi雜交，

觀察統(tǒng)計子代表型及比值。預期結果:由于是一對等位基因控制的性狀,若突變發(fā)生在

A7X/基因,按照分離定律，子代中可育：雄性不育=1:lo

(4)已知ATK1蛋白的三個結構域具有不同功能,k的A7K/基因突變后翻譯出的ATK1

蛋白缺少部分C和整個M結構域，而M參與催化ATP水解為紡錘體組裝提供能量，缺

少M結構域導致ATP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⑴隱性1

(2)①減數(shù)分裂【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含量低于對照組，且

不耐高溫

解析(1)讓甲與野生型(WT)雜交、Fi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,Fi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，產生F2中相應的植株;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c叩s3—c叩s4,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)實驗設計應該遵循對照原則，為了驗證“高溫脅迫下維持較高的蠟質含量是水稻耐高

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，檢測水稻表皮蠟質含量及高溫耐性。實驗

結果顯示:實驗組水稻植株蠟質含量低于對照組，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，導致產生了不含X染色體的配子

(2)雌雄同體：雄蟲二5：1不斷上升

⑶①能F2中紅色熒光個體：無色個體二9：7,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11后期X姐妹染色單體未分離，導致產生了不含X染色

體的配子，這些不含X染色體的配子與含X染色體的配子結合，就會產生XO的旌蟲。

(2)假設正?；蛴肁表示，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(AaxAa),Fi的基因型及比例為AA：Aa：aa=l: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),Fi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2/3x(l/4AA+l/2Aa+l/4aa)^1/6AA(雌雄同

體）、l/3Aa（雌雄同體）、l/6aa（雄蟲），故F2中雌雄同體：雄蟲二（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7m-1基因）基因

頻率會不斷上升。

（3）①Fi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H號染色體上。②F2體色比例在雌雄中不同，說明

與性別相關聯(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