Question

10．玉米（2N=20）是重要的粮食作物之一．请分析回答下列有关遗传学问题：
（1）某玉米品种2号染色体上的基因S、s和M、m各控制一对相对性状，基因S在编码蛋白质时，控制最前端几个氨基酸的DNA序列如下图1所示．已知起始密码子为AUG或GUG．

①基因S发生转录时，作为模板链的是图1中的b链．若基因S的b链中箭头所指碱基对G/C缺失，则该处对应的密码子将改变为GUU．
②某基因型为SsMm的植株自花传粉，后代出现了4种表现型，在此过程中出现的变异的类型属于基因重组，其原因是在减数分裂过程中发生了同源染色体的非姐妹染色单体之间交叉互换．
（2）玉米的高杆易倒伏（H）对矮秆抗倒伏（h）为显性，抗病（R）对易感病（r）为显性，两对基因分别位于两对同源染色体上．上图2表示利用品种甲（HHRR）和乙（hhrr）通过三种育种方法（Ⅰ～Ⅲ）培育优良品种（hhRR）的过程．
①用方法Ⅱ培育优良品种时，先将基因型为HhRr的植株自交获得子代（F₂），F₂代植株中自交会发生性状分离的基因型共有5种，这些植株在全部F₂代中的比例为$\frac{3}{4}$．若将F₂代的全部高秆抗病植株去除雄蕊，用F₂代矮秆抗病植株的花粉随机授粉，则杂交所得子代中的纯合矮秆抗病植株占$\frac{4}{27}$．
②利用方法Ⅰ培育优良品种时，获得hR植株常用的方法为花药离体培养，这种植株由于长势弱小而且高度不育，须经诱导染色体加倍后才能用于生产实践．图2所示的三种方法（Ⅰ～Ⅲ）中，最难获得优良品种（hhRR）的是方法Ⅲ，其原因是基因突变频率很低而且是不定向的．

Answer 1

分析 1、分析图1：该图是基因的部分结构，已知起始密码子为AUG或GUG，按照碱基互补配对原则，转录起始密码子的模板链是TAC或CAC，分析基因中的a链和b链，两条链都不含有CAC，b链中含有TAC，因此转录的模板链是b链；如果箭头所指碱基对G/C缺失，则模板链中的该碱基序列由CA TAC GTT CAG AGG变成CA TAC GTT CAA GG，因此该处对应的密码子将由GUC改变为 GUU．
2、分析图2：该图是几种育种方法，其中Ⅰ是单倍体育种，原理是染色体变异；Ⅱ是杂交育种，原理是基因重组；Ⅲ是诱变育种，原理是基因突变．

解答 解：（1）①起始密码子为AUG或GUG，则转录起始密码子的模板链是TAC或CAC，分析基因中的a链和b链，ATC位于b链，因此转录的模板链是b链；基因S的b链中箭头所指碱基对G/C缺失，转录形成的mRNA该该处顺延一个碱基，该处的密码子变成GUU．
②由题意知，S、s和M、m各控制一对相对性状，且同位于2号染色体上，不遵循自由组合定律，如果基因型为SsMm的植株自花传粉，后代出现了4种表现型，最可能的原因是减数分裂过程中同源染色体的非姐妹染色单体之间发生了交叉互换，该变异属于基因重组中的交叉互换型．
（2）①基因型为HhRr的植株自交获得子代，后代植株自交能发生性状分离的基因型（杂合子）共有5种，即HHRr、HhRR、HhRr、Hhrr、hhRr，这些植株在全部F₂代中的比例为$\frac{2}{16}$+$\frac{2}{16}$$+\frac{4}{16}$$+\frac{2}{16}$$+\frac{2}{16}$=$\frac{3}{4}$；子代高秆抗病植株H_R_（HHRR：HHRr：HhRR：HhRr=1：2：2：4），产生的卵细胞的基因型是HR：Hr：hR：hr=4：2：2：1，F₂代矮秆抗病植株的基因型是hhRR：hhRr=1：2，产生的配子的基因型及比例是hR：hr=2：1，二者杂交，子代中的纯合矮秆抗病植株占的比例是hhRR=$\frac{2}{9}$×$\frac{2}{3}$=$\frac{4}{27}$．
②Ⅰ是单倍体育种，单倍体育种过程中获取单倍体植株hR常用的方法是花药（花粉）离体培养；由于单倍体长势弱小而且高度不育，须经诱导染色体加倍后才能用于生产实践；由于基因突变具有不定向性和低频性，采用方法Ⅲ最难获得优良品种（hhRR）．
故答案为：
（1）①b     GUU
②基因重组     同源染色体的非姐妹染色单体之间交叉互换
（2）①5   $\frac{3}{4}$    $\frac{4}{27}$    ②花药离体培养      长势弱小而且高度不育Ⅲ基因突变频率很低而且是不定向的

点评 本题的知识点是转录过程，基因突变特点，单倍体育种、杂交育种、诱变育种的过程和原理，基因自由组合定律的实质和应用，旨在考查学生理解所学知识的要点，把握知识都内在联系并学会根据题干信息进行推理、计算．