Question

中国女科学家屠呦呦获2015年诺贝尔生理医学奖，她研制的抗疟药青蒿素挽救了数百万人的生命。

I：研究人员已经弄清了青蒿细胞中青蒿素的合成途径（如图中实线方框内所示），并且发现酵母细胞也能够产生合成青蒿酸的中间产物FPP（如图中虚线方框内所示）。

（1）在FPP合成酶基因表达过程中，①步骤的产物需要经过         才能成为成熟的mRNA，此mRNA作用是作为        的模板。

（2）实验发现，通过对酵母细胞导入相关基因后，这些基因能正常表达，该育种方式的遗传学原理是        ，同时跨物种间的转基因过程能正常表达体现了生物间共用          ，随后科研人员也发现酵母合成的青蒿素仍很少，根据图解为提高酵母菌合成的青蒿素的产量，请提出一个合理的思路        。

II：已知青蒿的花色白色（只含白色色素）和黄色（含黄色色素）是一对相对性状，由两对等位基因（A和a、B和b）共同控制，显性基因A控制以白色色素为前体物合成黄色色素的代谢过程，但当隐性基因bb存在时可抑制其表达（如图所示）。据此回答：

（1）开黄花的青蒿植株的基因型可能是        。

（2）现有AAbb、aaBB二个纯种白花青蒿品种，为了培育出能稳定遗传的黄花品种，某同学设计了如下程序：

第一年：用AAbb和aaBB两个品种进行杂交，得到F₁种子；

第二年：将F₁种子种下得F₁植株，F₁随机交配得F₂种子；

第三年：再将F₂种子种下得F₂植株，F₂自交，然后选择开黄花植株的种子混合留种；

重复步骤Ⅲ若干代，直到后代不出现性状分离为止。

①F₁植株能产生比例相等的四种配子，原因是              。

②F₂的表现型及比例为             。

③若F₁与基因型为aabb的白花品种杂交，后代的表现型及比例为             。

④F₂自交，在开黄花的植株上所结的种子中黄花纯合子占            。

⑤有同学认为这不是最佳方案，你能在原方案的基本上进行修改，以缩短培育年限吗？请用遗传图解及简要文字叙述你的方案。

Answer

Ⅰ：（1）加工 合成“FPP合成酶”

（2）基因重组 一套遗传密码 降低ERG9酶的合成量（干扰ERG9酶合成的过程或降低ERG9酶活性）

Ⅱ：（1）AABB、AaBB、AABb、AaBb（写全给分）

（2）①A、a和B、b基因位于2对同源染色体上，在子一代形成配子时遵循基因自由组合定律

②黄花:白花＝9:7 ③黄花:白花＝1:3 ④1/4

⑤

【解析】Ⅰ：（1）在FPP合成酶基因表达过程中，①步骤为转录，其产物需要经过加工才能成为成熟的mRNA，此mRNA作用是作为翻译即合成“FPP合成酶”的模板。

（2）由题意“通过对酵母细胞导入相关基因后，这些基因能正常表达”可知，该育种方式为基因工程育种，其遗传学原理是基因重组。基因的表达过程是指基因指导蛋白质合成的过程，跨物种间的转基因过程能正常表达体现了生物间共用一套遗传密码。题图显示：ERG9酶能将合成青蒿酸的中间产物FPP转化为固醇，从而使酵母合成的青蒿素减少；所以欲提高酵母菌合成的青蒿素的产量，需降低ERG9酶的合成量或干扰ERG9酶合成的过程或降低ERG9酶的活性。

Ⅱ：（1）由题意“显性基因A控制以白色色素为前体物合成黄色色素的代谢过程，但当隐性基因bb存在时可抑制其表达”和图示分析可知：开白花为A_bb、aaB_、aabb，开黄花为A_B_，即开黄花的青蒿植株的基因型可能是AABB、AaBB、AABb、AaBb。

（2）①用AAbb和aaBB两个品种进行杂交，得到F1的基因型为AaBb；题图显示：A、a和B、b基因分别位于2对同源染色体上，说明在F1形成配子时遵循基因的自由组合定律，所以F1植株能产生比例相等的四种配子。②F1随机交配所得F2中，A_B_:A_bb:aaB_:aabb＝9:3:3:1，所以F2的表现型及比例为黄花:白花＝9:7。

③F1与基因型为aabb的白花品种杂交即测交，其后代中的基因型及其比例为AaBb:Aabb:aaBb:aabb＝1:1:1:1，由此可知表现型及比例为黄花:白花＝1:3。

④F2的黄花植株的基因型及所占的比例为1/9AABB、2/9AaBB、2/9AABb、4/9AaBb。F2自交，在开黄花的植株上所结的种子中黄花纯合子（AABB）占1/9 ＋2/9×1/4＋2/9×1/4＋4/9×1/16＝1/4。

⑤欲缩短培育年限，可采用单倍体育种。遗传图解及简要文字叙述见答案。

【考点定位】基因的表达、基因工程育种、基因的自由组合定律及其应用。