Question

【題目】白葉枯細(xì)菌可導(dǎo)致水稻籽粒重量降低、減產(chǎn)，研究水稻的抗白葉枯病基因及其機(jī)理具有重要意義。

（1）水稻A品系感病，B品系抗病，兩者只有極少數(shù)基因存在差異，研究者將從A品種中獲得的基因D連接到Ti質(zhì)粒中，用________法將D基因轉(zhuǎn)入到B品系中。檢測發(fā)現(xiàn)有30株轉(zhuǎn)入成功的突變體，表型均為感病。將其中的4個突變株自交，向其子一代接種____________，檢測感病情況并統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如下表。

	突變株1的子一代	突變株2的子一代	突變株3的子一代	突變株4的子一代
總數(shù)	14	19	40	15
感病株數(shù)	11	13	28	12
抗病株數(shù)	3	6	12	3

由表中結(jié)果可知，____________是顯性性狀，根據(jù)上述4個突變株的____________可以推測控制該性狀的基因遵循分離定律。

（2）為研究D/d基因與水稻抗病的關(guān)系，研究者通過序列對比，在B品系中發(fā)現(xiàn)了與D基因序列非常相似的基因d，兩基因在編碼區(qū)和非編碼區(qū)均存在差異。

①研究人員發(fā)現(xiàn)D基因編碼區(qū)中一個堿基對的替換造成該處編碼的氨基酸由丙氨酸（密碼子為GCU、GCC、GCA、GCG）變?yōu)樘K氨酸（密碼子為ACU、ACC、ACA、ACG）。研究人員據(jù)此信息推測品系B產(chǎn)生抗病性的原因可能是_______。

②研究人員使用了RNA干擾技術(shù)來減少D、d基因的翻譯。使用RNA干擾后，發(fā)現(xiàn)A品系植株表型由感病變?yōu)榭共。?/span>B品系的植株抗性進(jìn)一步增強(qiáng)。由此可知，D/d基因與抗病性的關(guān)系為____________。說明d基因在_______區(qū)的序列與D基因不同，導(dǎo)致其基因表達(dá)的調(diào)節(jié)不同于D而使B品系具有抗病性。

（3）為進(jìn)一步確定白葉枯細(xì)菌和D/d基因表達(dá)調(diào)控的關(guān)系，科研人員對兩品系分別接種了白葉枯細(xì)菌，然后提取了它們的____________，經(jīng)反轉(zhuǎn)錄合成cDNA片段。以cDNA片段為模板，分別用D、d基因的特異性引物進(jìn)行PCR，結(jié)果見圖。對照組除未接種病菌外其他處理與實(shí)驗(yàn)組相同。由圖可知____________。

（4）綜合上述研究結(jié)果，請你提出一種防治水稻白葉枯病的思路____________________________________________________________________。

Answer 1

【答案】農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化 白葉枯細(xì)菌 感病 子一代性狀分離比 B品系中的d基因發(fā)生了堿基替換A//T→G//C，導(dǎo)致相應(yīng)蛋白的氨基酸序列中該位置的蘇氨酸替換為丙氨酸，從而導(dǎo)致蛋白結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，進(jìn)而引起蛋白功能發(fā)生改變，導(dǎo)致品系B的植株產(chǎn)生抗病性 D表達(dá)量降低會導(dǎo)致抗病，d基因表達(dá)量下降會導(dǎo)致抗性增強(qiáng) 非編碼區(qū) 總RNA 白葉枯細(xì)菌能夠促進(jìn)D基因的轉(zhuǎn)錄；白葉枯細(xì)菌不能促進(jìn)d基因的轉(zhuǎn)錄 降低D基因的表達(dá)水平(轉(zhuǎn)錄和翻譯)：修改感病品系中D基因的啟動子的突變序列或?qū)��?/span>D基因轉(zhuǎn)錄形成的mRNA的反義RNA

【解析】

基因表達(dá)是指將來自基因的遺傳信息合成功能性基因產(chǎn)物的過程，基因表達(dá)產(chǎn)物通常是蛋白質(zhì)。基因表達(dá)包括轉(zhuǎn)錄和翻譯。轉(zhuǎn)錄過程由RNA聚合酶進(jìn)行，以DNA的一條鏈為模板，按照堿基互補(bǔ)配對的原則，合成相對應(yīng)的RNA分子。翻譯過程是以信使RNA（mRNA）為模板，指導(dǎo)合成蛋白質(zhì)的過程。每個mRNA攜帶由遺傳密碼編碼的蛋白質(zhì)合成信息即三聯(lián)體。編碼區(qū)的每個核苷酸三聯(lián)體稱為密碼子，并且對應(yīng)于與轉(zhuǎn)運(yùn)RNA中的反密碼子三聯(lián)體互補(bǔ)的結(jié)合位點(diǎn)。

（1）用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法可以將含D基因的重組質(zhì)粒轉(zhuǎn)入到B品系中。將其中的4個突變株自交，向其子一代接種白葉枯細(xì)菌，檢測感病情況并統(tǒng)計(jì)，觀察子代的感病情況推測4個突變株的基因型。由表中結(jié)果可知，突變株為感病，子代卻有抗病，因此感病是顯性性狀。根據(jù)上述4個突變株的子一代性狀分離比可以推測親本產(chǎn)生配子過程中發(fā)生了等位基因的分離，控制該性狀的基因遵循分離定律。

（2）①B品系中的d基因發(fā)生了堿基替換A//T→G//C，導(dǎo)致相應(yīng)蛋白的氨基酸序列中該位置的蘇氨酸替換為丙氨酸，從而導(dǎo)致蛋白結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，進(jìn)而引起蛋白功能發(fā)生改變，導(dǎo)致品系B的植株產(chǎn)生抗病性。

②使用了RNA干擾技術(shù)來減少D、d基因的翻譯。使用RNA干擾后，發(fā)現(xiàn)A品系（含D基因）植株表型由感病變?yōu)榭共。?/span>B品系（含d基因）的植株抗性進(jìn)一步增強(qiáng)。說明D表達(dá)量降低會導(dǎo)致抗病，d基因表達(dá)量下降會導(dǎo)致抗性增強(qiáng)。進(jìn)一步說明d基因在非編碼區(qū)的序列與D基因不同，導(dǎo)致其基因表達(dá)的調(diào)節(jié)不同于D而使B品系具有抗病性。

（3）反轉(zhuǎn)錄是以RNA為模板合成DNA的過程，因此提取了它們的總RNA，經(jīng)反轉(zhuǎn)錄合成cDNA片段。由圖可知接種白葉枯細(xì)菌的A品系的PCR循環(huán)次數(shù)減少，而B品系的不變，可知接種白葉枯細(xì)菌的A品系的RNA含量較多，而B品系的RNA含量與對照組相同。由此可知，白葉枯細(xì)菌能夠促進(jìn)D基因的轉(zhuǎn)錄；白葉枯細(xì)菌不能促進(jìn)d基因的轉(zhuǎn)錄。

（4）白葉枯細(xì)菌能夠促進(jìn)D基因的轉(zhuǎn)錄，可以這樣防治水稻白葉枯病：降低D基因的表達(dá)水平(轉(zhuǎn)錄和翻譯)：修改感病品系中D基因的啟動子的突變序列或?qū)��?/span>D基因轉(zhuǎn)錄形成的mRNA的反義RNA。