Question

【題目】玉米是我國(guó)的主要農(nóng)作物之一，它是雌雄同株植物，頂端開(kāi)雄花，葉腋開(kāi)雌花，即能同株傳粉，又能異株傳粉。在玉米繁種過(guò)程中發(fā)現(xiàn)一個(gè)玉米穗發(fā)芽突變體，即在收獲前籽粒在母體植株果穗上發(fā)芽的現(xiàn)象。穗發(fā)芽嚴(yán)重影響玉米的產(chǎn)量、品質(zhì)，給作物生產(chǎn)帶來(lái)嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。為探究此突變體的遺傳機(jī)理，科研人員進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。

（1）玉米是雜交實(shí)驗(yàn)常用材料，在雜交實(shí)驗(yàn)中與豌豆相比的優(yōu)點(diǎn)是__________________（雜交、自交、測(cè)交）相對(duì)簡(jiǎn)便易行。如圖1所示，與一般突變體不同，穗發(fā)芽是籽粒時(shí)期表現(xiàn)出的性狀，在果穗收獲時(shí)，萌發(fā)的胚芽已干枯致死。因此將同一果穗（命名為vp-like4植株）上的正常籽粒再種植、自交，觀察vp-like4穗發(fā)芽的遺傳穩(wěn)定性和分離比例，結(jié)果如圖2所示。此結(jié)果表明vp-like4突變體的穗發(fā)芽性狀由______________________控制。

A:vp-like4 雜合突變體授粉后30 d 果穗上正常籽粒和穗發(fā)芽籽粒;

B:vp-like4 雜合突變體授粉后60 d 果穗上正常籽粒和穗發(fā)芽籽粒;

C:成熟的正常籽粒(WT)和穗發(fā)芽籽粒(vp)。標(biāo)尺=1 cm。

（2）已報(bào)道的玉米穗發(fā)芽突變體主要通過(guò)阻斷脫落酸（ABA）的生物合成或降低對(duì)脫落酸的感應(yīng)度而使籽粒在母體果穗上提前萌發(fā)。對(duì)vp-like4突變體果穗涂抹____________，發(fā)現(xiàn)能抑制種子萌發(fā),則排除vp-like4突變體對(duì)ABA 的響應(yīng)不足的可能性。

（3）科研人員采用BSR-Seq 技術(shù)進(jìn)行基因定位分析，將vp4基因定位在玉米第5 染色體173.8~175.6 Mb 區(qū)間內(nèi)。通過(guò)基因測(cè)序發(fā)現(xiàn)，在此定位區(qū)間內(nèi)存在一個(gè)已報(bào)道的與玉米穗發(fā)芽相關(guān)的Vp15 基因。

（4）已報(bào)道的兩種Vp15隱性突變體vp15-umu1 和vp15-DR1126 不能正常合成ABA，從而表現(xiàn)穗發(fā)芽。由于正常籽粒基因型無(wú)法確定，本研究利用混粉的方法進(jìn)行初步的等位性檢測(cè)。混粉雜交步驟如下：

①分別從vp-like4、vp15-umu1、vp15-DR1126 的雜合體后代中隨機(jī)挑選正常籽粒種植，種植vp-like4 3 行，vp15-umu1和 vp15-DR1126 各2 行，每行25 株

②開(kāi)花授粉時(shí),任選vp-like4 中一行進(jìn)行單株自交，同時(shí)收集這一行單株的花粉進(jìn)行混粉，分別授粉雜交vp15-umu1和 vp15-DR1126 的其中一行每一個(gè)單株。

③同理,vp15-umu1 和 vp15-DR1126 的另外一行每個(gè)單株自交，同時(shí)分別收集各行的花粉，混粉分別雜交vp-like4 的另外2行中每個(gè)單株。授粉后30 d，剝開(kāi)苞葉檢測(cè)穗發(fā)芽情況。

檢查自交后檢測(cè)穗發(fā)芽的情況以確保混粉的花粉中有____________________________。

混粉雜交的4行植株中均存在有穗發(fā)芽的果穗，這一結(jié)果初步說(shuō)明vp-like4 基因是vp15 的等位基因。

（5）已知vp-like4 基因序列后，可進(jìn)行植株基因序列驗(yàn)證和準(zhǔn)確的雜合體等位雜交,雜交組合如下圖，預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果是__________________________________________________________。

注：vp-like4/+表示一個(gè)基因?yàn)橥蛔兓�因，另一個(gè)基因?yàn)橐吧�型的個(gè)體

（6）分別取vp-like4、vp15-umu1、vp15-DR1126 雜合突變體果穗上的正常籽粒和穗發(fā)芽籽粒，利用實(shí)時(shí)定量熒光PCR檢測(cè)Vp15 基因的表達(dá)量(如圖5)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果推測(cè)vp-like4是vp15的一個(gè)新的等位基因，依據(jù)是____________________________________________。

Answer 1

【答案】雜交、測(cè)交 一對(duì)隱性基因（單個(gè)隱性核基因） 外源脫落酸 突變體花粉 正常籽粒與穗發(fā)芽籽粒符合3∶1 分離比 無(wú)論是在vp-like4還是在vp15-umu1 和vp15-DR1126 中，穗發(fā)芽籽粒Vp15 基因的表達(dá)量都顯著低于正常籽粒

【解析】

1、正常籽粒（vp-like4）植株自交，子代正常籽粒與穗發(fā)芽籽粒約為3︰1，則穗發(fā)芽籽粒為隱性性狀，正常籽粒為顯性性狀，vp-like4基因?yàn)殡[性基因。

2、若vp-like4基因與Vp15基因是等位基因，則vp-like4基因分別與vp15-umu1基因、vp15-DR1126基因組合植株均為穗發(fā)芽籽粒。

（1）玉米是雌雄同株，頂端開(kāi)雄花，葉腋開(kāi)雌花的植物，而豌豆是自花傳粉，閉花受粉的植物。與豌豆相比，進(jìn)行測(cè)交和雜交時(shí)，玉米不需要進(jìn)行去雄這一步操作，更加簡(jiǎn)便易行。由2可知，正常籽粒（vp-like4）植株自交，子代正常籽粒與穗發(fā)芽籽粒約為3︰1，說(shuō)明vp-like4突變體的穗發(fā)芽性狀由一對(duì)隱性基因控制的。

（2）由題意可知，玉米穗發(fā)芽突變體籽粒在母體果穗上提前萌發(fā)的原因可能為：①通過(guò)阻斷脫落酸（ABA）的生物合成；②通過(guò)降低對(duì)脫落酸的感應(yīng)度。可對(duì)vp-like4突變體果穗涂抹外源脫落酸，若發(fā)現(xiàn)能抑制種子萌發(fā)，則排除vp-like4突變體對(duì)ABA的響應(yīng)不足的可能性。

（4）vp-like4、vp15-umu1、vp15-DR1126的雜合體后代有正常籽粒和穗發(fā)芽籽粒。正常籽粒有些是純合子，有些為雜合子，無(wú)法確定其基因型。由于正常籽粒的基因型無(wú)法確定，可利用混粉雜交的方法進(jìn)行初步檢測(cè)vp-like4基因與vp15基因的等位性。為了確保正常籽粒產(chǎn)生的花粉中有突變體花粉，可采用自交，檢查自交后檢測(cè)穗發(fā)芽的情況。

（5）由圖4可知，親本產(chǎn)生配子的基因及比例均為野生型基因︰突變基因=1︰1。親本雜交，其后代的基因組合和比例為：野生型基因與野生型基因組合︰野生型基因與突變基因組合︰突變基因與突變基因組合=1︰2︰1，只有突變基因與突變基因組合為穗發(fā)芽籽粒，因此正常籽粒與穗發(fā)芽籽粒之比為3︰1。

（6）由圖5可知，在vp-like4、vp15-umu1和vp15-DR1126三個(gè)突變體中，穗發(fā)芽籽粒中Vp15基因的表達(dá)量都顯著低于正常籽粒的。由此可推測(cè)vp-like4是vp15的一個(gè)新的等位基因。