Question

4．雌雄同株植物拟南芥是遗传学研究的常用材料，野生型拟南芥的种皮为褐色（AA），突变型的种皮为黄色（aa）．某科研小组利用转基因技术，将萝卜体内的一个A基因（控制红色种皮）定向插入野生型拟南芥的M基因中（M基因与种皮颜色无关，A基因和M基因在染色体上的位置关系如右图），通过培养获得转基因植株X．
（1）基因工程的操作过程中，萝卜A基因与运载体DNA用同种限制 酶切割后，黏性末端可以相互黏合，这种黏合只能使互补的碱基连接起来．
（2）转基因植株X产生配子的过程中，四分体时期含有2个A₀基因，A₀基因与正常M基因的分离发生在减数第一次分裂后期．
（3）研究发现a基因是A基因发生一个碱基对的替换后而形成的，这种变异称基因突变．基因表达时，以DNA-条链为模板合成mRNA的过程称为转录．若A基因形成的mRNA末端序列为“-AGCGCGACCAGACUCUAA”，且A比a多编码2个氨基酸，由此可知，突变后替换位置的碱基对是A/T（或T/A）（起始密码位置相同，UGA、UAA为终止密码）．
（4）科研人员进一步研究发现，A₀基因插入M基因中会导致M基因功能丧失．为了推测M基因的功能，研究人员利用转基因植株X设计了如下的实验：

亲本	子代种皮颜色及比例
植株X（♀）×野生型（♂）	红色：褐色≈1：1
植株X（♂）×野生型（♀）	全为褐色

由实验结果推测，植株X产生的雄配子所含控制种皮颜色的基因是A，进而推测基因M的功能可能与雄配子的正常发育（或花粉的活性）有关．A₀基因相对于A基因为显 性，若植株X自交，子代中红色种皮植株所占的比例$\frac{1}{2}$
（5）拟南芥的叶片正常对叶片卷曲为显性，叶形与种皮性状独立遗传．转基因植株X叶片卷曲，用它做母本与纯合叶片正常的突变型植株杂交得到F₁，再将F₁中红色种皮植株自交得到F₂，F₂中表现型为红色种皮正常叶的植株所占的比例是$\frac{3}{8}$．

Answer 1

分析 1、基因工程技术的基本步骤：
（1）目的基因的获取：方法有从基因文库中获取、利用PCR技术扩增和人工合成．
（2）基因表达载体的构建：是基因工程的核心步骤，基因表达载体包括目的基因、启动子、终止子和标记基因等．
（3）将目的基因导入受体细胞：根据受体细胞不同，导入的方法也不一样．将目的基因导入植物细胞的方法有农杆菌转化法、基因枪法和花粉管通道法；将目的基因导入动物细胞最有效的方法是显微注射法；将目的基因导入微生物细胞的方法是感受态细胞法．
（4）目的基因的检测与鉴定：分子水平上的检测：①检测转基因生物染色体的DNA是否插入目的基因--DNA分子杂交技术；②检测目的基因是否转录出了mRNA--分子杂交技术；③检测目的基因是否翻译成蛋白质--抗原-抗体杂交技术．个体水平上的鉴定：抗虫鉴定、抗病鉴定、活性鉴定等．
2、分析表格：当母本为植株X时，后代比例符合测交的结果；当父本为植株X时其后代都是褐色，说明植株X含有A₀基因的花粉致死，又因为插入M基因中会导致M基因功能丧失，由此可以推测M基因可能与雄配子的正常发育有关，且A₀基因（红色）相对于A基因（褐色）为显性，则植株X产生的雄配子所含控制种皮颜色的基因是A．

解答 解：（1）基因工程的操作过程中，构建基因表达载体时，应该用同种限制酶切割含有目的基因的外源DNA分子和运载体，以产生相同的黏性末端；黏性末端可以相互黏合，但这种黏合只能使互补的碱基连接起来．
（2）转基因植株X是将萝卜体内的一个A基因定向插入野生型拟南芥的M基因中再通过培养获得的，即转基因植株X的体细胞中只含有1个A₀基因．经过减数第一次分裂间期的复制，在四分体时期（减数第一次分裂前期），细胞中含有2个A₀基因；A基因与正常M基因位于一对同源染色体上，它们的分离发生在减数第一次分裂后期，随着同源染色体的分开而分离．
（3）基因突变是指基因中碱基对的增添、缺失或替换，因此a基因是A基因发生基因突变后形成的．基因表达包括转录和翻译两个步骤，其中转录是以DNA-条链为模板合成mRNA的过程．a基因和A基因形成的mRNA中起始密码位置相同，且A比a多编码2个氨基酸，又已知终止密码为UGA、UAA，若A基因形成的mRNA末端序列为“-AGCGCGACCAGACUCUAA”，则由此可知，A基因倒数第9个碱基突变后，相应的密码子由AGA变为UGA，即替换位置的碱基对是A/T（或T/A）．
（4）测交实验可以验证F₁产生的配子种类及比例．由实验结果可知，当母本为植株X时，后代比例符合测交的结果；当父本为植株X时其后代都是褐色，说明植株X含有A₀基因的花粉致死，因为插入M基因中会导致M基因功能丧失，由此可以推测M基因可能与雄配子的正常发育有关，且A₀基因（红色）相对于A基因（褐色）为显性，则植株X产生的雄配子所含控制种皮颜色的基因是A．若植株X自交（A₀AMM），由于含有A₀基因的花粉致死，则子代中红色种皮植株：褐色种皮植株=1：1，即红色种皮植株所占的比例$\frac{1}{2}$．
（5）拟南芥的叶片正常对叶片卷曲为显性（用B、b表示），叶形与种皮性状独立遗传．转基因植株X叶片卷曲（A₀Abb），用它做母本与纯合叶片正常的突变型植株（aaBB）杂交得到F₁（红色正常叶A₀aBb、褐色正常叶AaBb），再将F₁中红色种皮植株（A₀aBb）自交得到F₂，由于含有A₀基因的花粉致死，F₂中表现型为红色种皮正常叶的植株所占的比例是$\frac{1}{2}×\frac{3}{4}=\frac{3}{8}$．
故答案为：
（1）限制    互补的碱基
（2）2    减数第一次分裂后
（3）基因突变    转录    A/T（或T/A）
（4）A    雄配子的正常发育（或花粉的活性）     显      $\frac{1}{2}$
（5）$\frac{3}{8}$

点评 本题考查基因工程、基因自由组合定律的实质及应用，要求考生识记基因工程的原理及操作步骤，掌握各步骤中需要注意的细节问题；掌握基因自由组合定律的实质，能根据表中信息判断基因的显隐性关系及M基因的作用，关键是明确A₀基因的花粉致死，再紧扣该信息进行相关概率的计算，属于难题．