Question

【题目】杂交子代在生长、成活、繁殖能力等方面优于双亲的现象称为杂种优势。研究者以两性花植物一大豆为材料进行实验，探究其杂种优势的分子机理。

（1）以甲、乙两品系作为亲本进行杂交实验获得F1，分别测定亲代和F1代茎粗、一株粒重、脂肪、蛋白质的含量，结果如下表1。

表1：亲代及F1代相关数据

指标 品系	甲	乙	甲♂×乙♀ F1	甲♀×乙♂ F1
茎粗（mm）	7.9	7.4	12.5	13.5
一株粒重（g）	19.1	13.4	50.2	58.4
脂肪（%）	19.4	21.9	20.6	20.8
蛋白质（%）	36.5	34.5	36.8	37.0

结果表明，杂交子代F1在___________等方面表现出了杂种优势。相同两种品系的大豆正反交所得子代相关性状不一致，推测可能与___________中的遗传物质调控有关。

（2）进一步研究大豆杂种优势的分子机理，发现在大豆基因组DNA上存在着很多的 5′-CCGG-3′位点，其中的胞嘧啶在DNA甲基转移酶的催化下发生甲基化后转变成5-甲基胞嘧啶。细胞中存在两种甲基化模式，如下图所示。

大豆某些基因启动子上存在的5′-CCGG-3′位点被甲基化，会引起基因与___________酶相互作用方式的改变，通过影响转录过程而影响生物的___________（填“基因型”或“性状”），去甲基化则诱导了基因的重新活化。

（3）基因甲基化模式可采用限制酶切割和电泳技术检测。限制酶HpaⅡ和MspⅠ作用特性如下表2。

表2: HpaⅡ和MspⅠ的作用特性

5′-CCGG-3′甲基化糢式	HpaⅡ	MspⅠ
未甲基化	+	+
半甲基化	+	-
全甲基化	-	+

备注：（“+”能切割 “-”不能切割）

①相同序列的DNA同一位点经过HpaⅡ和MspⅠ两种酶的识别切割，切割出的片段___________（填“相同”或“不同”或“不一定相同”）。通过比较两种酶对DNA的切割结果进而可以初步判断______________。

②用两种酶分别对甲、乙两亲本及F1代基因组DNA进行酶切，设计特定的___________，利用PCR技术对酶切产物进行扩增，分析扩增产物特异性条带，统计5′-CCGG-3′位点的甲基化情况，结果如下表3。

表3:亲代及F1代5′-CCGG-3′位点的甲基化统计结果

品系	总甲基化位点数（%）	半甲基化位点数（%）	全甲基化位点数（%）
甲	769（56.92%）	330（24.43%）	439（32.49%）
乙	722（58.89%）	281（22.92%）	441（35.97%）
甲♂×乙♀ F1	603（48.86%）	255（20.66%）	348（28.20%）
甲♀×乙♂ F1	611（48.23%）	264（20.84%）	347（27.39%）

表3中所列数据说明正反交的杂种F1代均出现了___________的现象，从而使相关基因的活性________，使F1出现杂种优势。

Answer 1

【答案】茎粗、一株粒重 细胞质（线粒体、叶绿体） RNA聚合酶 性状 不一定相同 是否甲基化及甲基化模式（甲基化模式） 引物 总（半+全）甲基化水平较双亲降低 增强

【解析】

试题根据表格分析，与亲本相比，杂种一代的茎杆更粗、粒重增加很多，二脂肪含量和蛋白质含量变化不大；正反交的结果表明，甲为母本、乙为父本，茎粗和粒重增加的更多一些。

（1）根据以上分析已知，杂交子代F1在茎粗、一株粒重等方面表现出了杂种优势；根据表格数据分析，正反交的结果不同，可能与母本细胞质基因的调控有关。

（2）基因启动子上具有RNA聚合酶的识别和结合位点，若启动子上存在的5′-CCGG-3′位点被甲基化，会引起基因与RNA聚合酶相互作用方式的改变，从而影响转录过程，最终影响生物的性状。

（3）①根据表格中中两种限制酶对不同甲基化模式的DNA的切割情况判断，相同序列的DNA同一位点经过HpaⅡ和MspⅠ两种酶的识别切割，切割出的片段不一定相同；通过比较两种酶对DNA的切割结果进而可以初步判断是否甲基化及甲基化模式（甲基化模式）。

②利用PCR技术对酶切产物进行扩增时，需要设计特定的引物。根据表3数据分析，正反交的杂种F1代均出现了总（半+全）甲基化水平较双亲降低的现象，从而使相关基因的活性增强，使F1出现杂种优势。