Question

7．青蒿素是治疗疟疾的重要药物．利用雌雄同株的野生型青蒿（二倍体，体细胞染色体数为18），通过传统育种和现代生物技术科培育高青蒿素含量的植株．请回答以下相关问题：
（1）假设野生型青蒿白青杆（A）对紫红杆（a）为显性，稀裂叶（B）对分裂叶（b）为显性，两对性状独立遗传，则野生型青蒿最多有9种基因型；若F₁代中白青杆、稀裂叶植株所占比例为3/8，则其杂交亲本的基因型组合为AaBb×aaBb、AaBb×Aabb．
（2）低温处理野生型青蒿正在有丝分裂的细胞，从而获得四倍体细胞并发育成四倍体植株，低温诱导产生四倍体的原因是低温抑制纺锤体形成，四倍体青蒿与野生型青蒿杂交后代体细胞的染色体数最多为54条．
（3）从青蒿中分离了cyp基因（注：图1为基因结构示意图；图中K、M不编码蛋白质；与RNA聚合酶结合位点位于基因结构的左侧），其编码的CYP酶参与青蒿素合成．若cyp基因的一个碱基对被替换，使CYP酶的第50位氨基酸由谷氨酸变成缬氨酸，则该基因突变发生的区段是L（填字母）
（4）研究人员已经弄清了青蒿细胞中青蒿素的合成途径（如图2中实线方框内所示），并且发现酵母细胞液能够产生合成青蒿素的中间产物FPP（如图中虚线方框内所示）．
①在FPP合成酶基因表达过程中，完成过程②还需要氨基酸、ATP、tRNA、核糖体（至少写三种）等物质或结构的参与．
②根据图示代谢过程，科学家在培育能产生青蒿素的酵母细胞过程中，需要向酵母细胞中导入的目的基因是ADS酶基因、CYP71AV1酶基因．
③实验发现，酵母细胞导入相关基因后，这些基因能正常表达，但酵母菌合成的青蒿素很少．为提高酵母菌合成的青蒿素的产量，请提出一个合理的思路降低ERG9酶的合成量（干扰ERG9酶合成的过程或降低ERG9酶活性）．
（5）控制青蒿株高的等位基因有4对，它们对株高的作用相等，且分别位于4对同源染色体上．已知基因型为ccddeeff的青蒿高为10cm，基因型为CCDDEEFF的青蒿高为26cm．如果已知亲代青蒿高是10cm和26cm，则F₁青蒿高是18cm，F₂中株高不同于亲代的几率是$\frac{127}{128}$．

Answer 1

分析 1、由题意知，野生型青蒿白青杆（A）对紫红杆（a）为显性，稀裂叶（B）对分裂叶（b）为显性，两对性状独立遗传，因此两对等位基因遵循自由组合定律；由于基因自由组合定律同时也遵循分离定律，因此可以将自由组合问题转化成分离定律问题进行分析解答．
2、基因通过转录和翻译过程控制蛋白质的合成，转录过程以DNA的一条链为模板按照碱基互补配对原则形成的mRNA，mRNA上三个连续相邻的碱基编码一个氨基酸，叫一个密码子；基因中碱基对的增添、缺失或替换引起基因突变，转录形成的密码子发生改变，有可能改变蛋白质中的氨基酸序列而使生物性状发生改变．
3、题图2可知，青蒿细胞和酵母细胞共有的代谢途径是单糖经过一系列变化在FPP酶的作用下形成FPP，青蒿细胞中含有催化FPP形成青蒿素的相关酶，最终FPP形成青蒿素，而酵母细胞中不含有将FPP形成青蒿素的酶，而含有将FPP形成固醇的酶，科学家可以将合成青蒿细胞中与青蒿素合成相关的ADS酶基因、CYP71AV1酶基因导入酵母细胞，从而获得能产生青蒿素的酵母细胞．

解答 解：（1）由于两对等位基因遵循自由组合定律，每对等位基因的基因型有3种，因此野生型青蒿的基因型共有3×3×3=9种；F₁代中白青杆、稀裂叶植株的基因型是A_B_，占$\frac{3}{8}$，可以是$\frac{3}{4}×\frac{1}{2}$，是一对杂合子自交也1对杂合子测交结果，因此亲本基因型可能是AaBb×aaBb、AaBb×Aabb．
（2）低温抑制纺锤体的形成而抑制细胞正常分裂，使染色体数目加倍而获得多倍体；四倍体青蒿与野生型青蒿杂交后代是三倍体，含有3个染色体组，有丝分裂后期染色体数目加倍是6个染色体组，染色体数的54条．
（3）由题意知，K、M不编码蛋白质，编码蛋白质的碱基序列是J、L、N，J最多编码27个氨基酸，JL共可以编码53个氨基酸，因此第50位氨基酸发生替换，碱基替换的部位应该发生在L区．
（4）①、图中②过程是翻译过程，翻译过程以mRNA为模板，以20种游离的氨基酸为原料，以tRNA为运输氨基酸的工具、以ATP为直接的能源物质，以核糖体为场所．
②、青蒿细胞中FPP在ADS酶、CYP71AV1酶的催化作用下，形成青蒿素，而酵母细胞中没有ADS酶、CYP71AV1酶，不能形成青蒿素，因此科学家在培育能产生青蒿素的酵母细胞过程中，需要向酵母细胞中导入的目的基因是ADS酶基因、CYP71AV1酶基因．
③由题图可知，酵母细胞中FPP在ERG9酶等的作用下形成固醇，因此酵母细胞中青蒿素产量较低，可以通过降低酵母细胞ERG9酶的合成量（干扰ERG9酶合成的过程或降低ERG9酶活性）而提高青素产量．
（5）基因型为ccddeeff的青蒿高为10cm，基因型为CCDDEEFF的青蒿高为26cm，则每个显性基因增加的高度是（26-10）÷8=2cm，基因型为aabbccdd与基因型为AABBCCDD个体杂交，子一代的基因型是AaBbCcDd，株高是10+2×4=18cm；子一代自交，子二代中与aabbccdd高度相同的比例是aabbccdd=$\frac{1}{4}×\frac{1}{4}×\frac{1}{4}×\frac{1}{4}=\frac{1}{256}$，子二代中与AABBCCDD高度相同的比例是AABBCCDD=$\frac{1}{4}×\frac{1}{4}×\frac{1}{4}×\frac{1}{4}=\frac{1}{256}$，因此不同于亲本的高度的比例是1-$\frac{1}{256}×2$=$\frac{127}{128}$
故答案为：
（1）9    AaBb×aaBb、AaBb×Aabb
（2）低温抑制纺锤体形成     54
（3）L  
（4）①氨基酸、ATP、tRNA、核糖体
  ②ADS酶基因、CYP71AV1酶基因
  ③降低ERG9酶的合成量（干扰ERG9酶合成的过程或降低ERG9酶活性）  
（5）18    $\frac{127}{128}$

点评 本题的知识点是基因自由组合定律和分离定律的实质，基因通过转录和翻译过程表达遗传信息，染色体数目变异与育种，基因工程在育种中的应用，旨在考查学生理解所学知识的要点，把握知识的内在联系，形成知识网络，并应用相关知识结合题干信息、通过分析、比较和推理等综合解答问题．