Question

植物衰老问题的研究对于提高景观植物的观赏价值和作物的产量品质有重要意义，对保护濒危物种和有文物价值的名木古树也有一定的影响。衰老植物的细胞结构、物质含量发生改变，其代谢水平会发生一系列变化，因此可以以一些生理指标作为筛选衰老相关突变体的依据。

（1）经EMS化学试剂处理野生型（WT）拟南芥种子，发现叶绿素荧光参数明显改变的植株E61，即为变异性状，通过以下杂交实验，对其亲子代荧光参数统计如下。

	亲本	F1	F2
WT（野生型）	E61（变异植株）
荧光参数平均值	0.72	0.64	0.70	0.71	0.64

表1：WT与E61杂交子代表现型统计

（注：荧光参数：Fv/Fm；Fo：最小荧光量；Fm：最大荧光量，这是暗适应下潜在的最大荧光产量；Fv：可变荧光，Fv=Fm-Fo。）

表2：F2代性状分离统计

	野生型表现型	突变体表现型
统计结果	762	242
预期结果	753	251

由此分析该变异性状可能是由____________对基因控制的_______性状。

（2）科学家将该突变定位在1号染色体基因E上，分别提取WT和E61的基因，序列比对结果如图1所示：

所以E61中基因E发生了由______导致的基因突变。

（3）为了验证E基因突变导致了植株荧光参数下降，获取野生型E基因，将其分别转入E61突变体和WT野生型植株中，分别检测其荧光参数发现_____说明E基因突变导致荧光参数下降，由此推测E基因与叶绿体或叶绿素有关。

（4）已知GUS基因可编码β-葡萄糖苷酸酶，该酶可在其表达位置将外源底物水解，出现肉眼可见的颜色变化（蓝色）。为确定E基因的组织表达定位，请设计实验步骤：__________

将植株与外源底物共培养，现象如图2，说明E基因主要在_________中表达。

（5）为了检测E基因突变对植株的生理特征的影响，实验者分别做了以下实验：

①对野生型和E61突变体叶绿素含量检测，结果如图3所示，推测E基因可以______。

②在外源ABA（脱落酸）处理条件下，对WT野生型及E61突变体萌发情况进行统计，结果如图4，发现E61对ABA_____。综上所述，推测基因E可能通过哪些途径影响植物衰老____

Answer

单 隐性 碱基对替换 转入E61突变体的植株荧光参数值恢复到野生型水平，转入WT野生型的植株荧光参数值高于野生型植株 （用相同的限制酶及DNA连接酶处理E基因及GUS基因）将E基因启动子与GUS基因连接转入野生型植株中 幼嫩叶片 减少叶绿素含量/降解叶绿素 有一定耐受/不敏感 通过减少叶绿素含量；增强植株对ABA敏感性，进而加速衰老

【解析】

根据F2代中野生型：突变型=3:1，可知野生型是显性性状，即发生的是隐性突变。

由图1可知，突变体和野生型的E基因只有一个碱基对的不同，故推测是发生了碱基对的特换。

由图2可知，10天和20天的幼苗的叶片中出现蓝色，说明GUS基因和E基因表达的部位是幼嫩的叶片。

由图3可知，突变型叶绿素a与b的含量均升高。

由图4可知，不加ABA时，野生型和突变型萌发率差别不大，加入ABA后，野生型的萌发率下降的更明显。

（1）根据表格中F2代中野生型：突变型=3:1，可知该性状受一对等位基因控制，且突变性状为隐性性状。

（2）分别提取WT和E61的基因，发现基因E与e只有一位碱基A→G不同，故推测是碱基对替换引起的基因突变。

（3）若E基因突变导致了植株荧光参数下降，获取野生型E基因，将其分别转入E61突变体和WT野生型植株中，分别检测其荧光参数发现：转入E61突变体的植株荧光参数值恢复到野生型水平，转入WT野生型的植株荧光参数值高于野生型植株。

（4）为确定E基因的组织表达定位，可以将E基因启动子与GUS基因连接转入野生型植株中，在其表达部位会出现蓝色，结合图2可知，E基因主要在幼嫩的叶片中表达。

（5）①检测野生型和E61突变体叶绿素含量结果如图3，由图可知，突变体中叶绿素含量有所提高，故推测野生型的E基因可以减少叶绿素含量。

②由图4可知，加入ABA后，野生型的萌发率下降的更明显，即野生型对ABA更敏感，E61突变体对ABA相对不明显。推测基因E可能通过通过减少叶绿素含量；增强植株对ABA敏感性，进而加速衰老。