Question

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

（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質粒中，用________法將D基因轉入到B品系中。檢測發現有30株轉入成功的突變體，表型均為感病。將其中的4個突變株自交，向其子一代接種____________，檢測感病情況并統計，結果如下表。

	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	14	19	40	15
感病株數	11	13	28	12
抗病株數	3	6	12	3

由表中結果可知，____________是顯性性狀，根據上述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系，研究者通過序列對比，在B品系中發現了與D基因序列非常相似的基因d，兩基因在編碼區和非編碼區均存在差異。

①研究人員發現D基因編碼區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）變為蘇氨酸（密碼子為ACU、ACC、ACA、ACG）。研究人員據此信息推測品系B產生抗病性的原因可能是_______。

②研究人員使用了RNA干擾技術來減少D、d基因的翻譯。使用RNA干擾后，發現A品系植株表型由感病變為抗病，B品系的植株抗性進一步增強。由此可知，D/d基因與抗病性的關系為____________。說明d基因在_______區的序列與D基因不同，導致其基因表達的調節不同于D而使B品系具有抗病性。

（3）為進一步確定白葉枯細菌和D/d基因表達調控的關系，科研人員對兩品系分別接種了白葉枯細菌，然后提取了它們的____________，經反轉錄合成cDNA片段。以cDNA片段為模板，分別用D、d基因的特異性引物進行PCR，結果見圖。對照組除未接種病菌外其他處理與實驗組相同。由圖可知____________。

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

Answer 1

【答案】農桿菌轉化 白葉枯細菌 感病 子一代性狀分離比 B品系中的d基因發生了堿基替換A//T→G//C，導致相應蛋白的氨基酸序列中該位置的蘇氨酸替換為丙氨酸，從而導致蛋白結構發生變化，進而引起蛋白功能發生改變，導致品系B的植株產生抗病性 D表達量降低會導致抗病，d基因表達量下降會導致抗性增強 非編碼區 總RNA 白葉枯細菌能夠促進D基因的轉錄；白葉枯細菌不能促進d基因的轉錄 降低D基因的表達水平(轉錄和翻譯)：修改感病品系中D基因的啟動子的突變序列或導入D基因轉錄形成的mRNA的反義RNA

【解析】

基因表達是指將來自基因的遺傳信息合成功能性基因產物的過程，基因表達產物通常是蛋白質。基因表達包括轉錄和翻譯。轉錄過程由RNA聚合酶進行，以DNA的一條鏈為模板，按照堿基互補配對的原則，合成相對應的RNA分子。翻譯過程是以信使RNA（mRNA）為模板，指導合成蛋白質的過程。每個mRNA攜帶由遺傳密碼編碼的蛋白質合成信息即三聯體。編碼區的每個核苷酸三聯體稱為密碼子，并且對應于與轉運RNA中的反密碼子三聯體互補的結合位點。

（1）用農桿菌轉化法可以將含D基因的重組質粒轉入到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菌，檢測感病情況并統計，觀察子代的感病情況推測4個突變株的基因型。由表中結果可知，突變株為感病，子代卻有抗病，因此感病是顯性性狀。根據上述4個突變株的子一代性狀分離比可以推測親本產生配子過程中發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基因發生了堿基替換A//T→G//C，導致相應蛋白的氨基酸序列中該位置的蘇氨酸替換為丙氨酸，從而導致蛋白結構發生變化，進而引起蛋白功能發生改變，導致品系B的植株產生抗病性。

②使用了RNA干擾技術來減少D、d基因的翻譯。使用RNA干擾后，發現A品系（含D基因）植株表型由感病變為抗病，B品系（含d基因）的植株抗性進一步增強。說明D表達量降低會導致抗病，d基因表達量下降會導致抗性增強。進一步說明d基因在非編碼區的序列與D基因不同，導致其基因表達的調節不同于D而使B品系具有抗病性。

（3）反轉錄是以RNA為模板合成DNA的過程，因此提取了它們的總RNA，經反轉錄合成cDNA片段。由圖可知接種白葉枯細菌的A品系的PCR循環次數減少，而B品系的不變，可知接種白葉枯細菌的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，白葉枯細菌能夠促進D基因的轉錄；白葉枯細菌不能促進d基因的轉錄。

（4）白葉枯細菌能夠促進D基因的轉錄，可以這樣防治水稻白葉枯病：降低D基因的表達水平(轉錄和翻譯)：修改感病品系中D基因的啟動子的突變序列或導入D基因轉錄形成的mRNA的反義RNA。