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【题目】研究发现,拟南芥的H基因突变体在22℃下生长与野生型无差别,而30℃下生长则叶片呈白色。科研人员对此进行研究。

(1)30℃时,叶片呈白色的原因是叶绿体发育异常,_______合成受阻所致。

(2)测序发现,突变体的H基因发生了如图1所示的突变,导致H蛋白异常。科研人员提取野生型和突变体的叶片蛋白,用抗原-抗体杂交方法检测H蛋白,结果如图2所示。

①对比图1中野生型和突变体的内含子序列,可知突变体的H基因发生的碱基对改变是______,这导致mRNA增加了100多个碱基,推测其原因是________________

②据图2分析,在蛋白质水平上,突变体的改变是______

(3)科研人员用特定抗体检测H蛋白在叶绿体内的分布,结果如图3所示。

①图3中的叶绿体蛋白、叶绿体基质蛋白和类囊体蛋白,应提取自______(填“野生型”或“H基因突变体”)植株叶片。图中各泳道的蛋白上样量均保持一致。

②下列有关该实验设计的叙述,正确的是______

a.D1蛋白抗体和RbcL蛋白抗体的杂交结果表明叶绿体基质蛋白和类囊体蛋白充分分离

b.D1蛋白抗体和RbcL蛋白抗体的杂交结果可作为H蛋白抗体与抗原阳性反应的对照

c.H蛋白抗体杂交结果中1、2、3泳道条带大小差异主要是操作误差造成的

③依据实验结果可以得出的结论是______

(4)H蛋白是一种热应激蛋白(温度升高时表达),调控叶绿体基因编码的RNA聚合酶的活性。据此推测,H基因突变体在30℃时叶子呈白色的原因是_______

【答案】光合色素 G-C变为A-T (内含子中碱基对改变导致)剪切位点改变,内含子转录出来的序列(或“部分序列”)未被剪切掉 无H蛋白(或“H蛋白空间结构改变”) 野生型 a H蛋白主要分布于类囊体上 H基因突变导致H蛋白30℃时不表达(H蛋白失活),叶绿体中RNA聚合酶活性降低,影响类囊体上光合色素合成相关基因转录,使光合色素合成受阻

【解析】

本题考查基因突变的原因、基因对性状的控制和设计实验等内容。

1)在正常情况下,叶片呈绿色是因为叶绿体中含有叶绿素和类胡萝卜素等色素的原因。30℃时,叶片呈白色的原因是叶绿体发育异常,这是由于光合色素合成受阻所致。

2)①由图1所示的结果可知突变体野生型的相比较,发现是由于内含子的第5位的碱基对由G-C变为A-T,引起的。这导致mRNA增加了100多个碱基,结合题目所给信息,基因转录后,内含子转录出来的序列被剪切,外显性转录的部分拼接形成mRNA,推测其原因是(内含子中碱基对改变导致)剪切位点改变,内含子转录出来的序列(或“部分序列”)未被剪切掉。

②据图2分析,在30℃时野生型的有抗原—抗体反应而突变型的无抗原—抗体反应,说明突变型的在30℃时无H蛋白质或H蛋白质的空间结构发生的变化。

(3)科研人员用特定抗体检测H蛋白在叶绿体内的分布,结果如图3所示。

①由图可知H蛋白在叶绿体中的存在部位是叶绿体基质中含量低,而在类囊体薄膜中含量高,由于拟南芥的H基因突变体在22℃下生长与野生型无差别,而30℃下生长则叶片呈白色,结合(2)②的分析在30℃时野生型的有抗原—抗体反应,而突变型的无抗原—抗体反应,可知图3中的叶绿体蛋白、叶绿体基质蛋白和类囊体蛋白,应提取自野生型植株叶片。

②D1蛋白抗体杂交检测结果表明:类囊体蛋白只存在于类囊体和叶绿体中,RbcL蛋白抗体的杂交结果表明:叶绿体基质蛋白只存在于叶绿体基质和叶绿体中,它们和H蛋白不是同一种蛋白,不发生特异性反应,并不是起对照作用b错误,H蛋白抗体杂交结果中1、2、3泳道条带大小差异主要是H蛋白在叶绿体不同部位的含量不同引起的,而不是操作误差造成的,c错误。这个实验结果恰恰说明D1蛋白抗体和RbcL蛋白抗体的杂交结果表明叶绿体基质蛋白和类囊体蛋白充分分离,a正确,因此选a。

③因此依据实验结果和前面的分析可以得出的结论是H蛋白主要分布于类囊体上。

(4)H蛋白是一种热应激蛋白(温度升高时表达),调控叶绿体基因编码的RNA聚合酶的活性。RNA聚合酶的功能是催化基因转录成mRNA,进而翻译出相关的蛋白质,据此推测,H基因突变体在30℃时叶子呈白色的原因是:H基因突变导致H蛋白30℃时不表达(H蛋白失活),叶绿体中RNA聚合酶活性降低,影响类囊体上光合色素合成相关基因转录,使光合色素合成受阻。

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