Question

玉米是我国第一大粮食作物。玉米腐霉茎腐病在我国广泛发生，严重危害粮食生产安全，相关研究具有重要的经济价值和社会意义。

（1）玉米对腐霉茎腐病表现出的抗病与感病为一对________。

（2）观察发现，玉米品种甲（纯系）对腐霉茎腐病表现为抗病，品种乙（纯系）表现为感病。

①研究人员将品种甲与品种乙杂交，得到F₁；再将F₁自交，得到F₂。检测发现，产生的F₁全部为抗病；产生的673株F₂中，626株为抗病，47株为感病。F₂中的抗病:感病≈15:1，因此可推知抗病与感病由________染色体上的____对基因控制。

②研究人员又对F₂进行单株自交，将每株收获的种子分别种植，观察表现型。有的F₂单株自交子代都为抗病、有的F₂单株自交子代都为感病、有的F₂单株自交子代既有抗病又有感病。若上述三种F₂的比例为________，即可验证（2）①所得结论。

（3）进一步研究发现，品种甲的抗病基因R₁位于玉米1号染色体上。已知抗病玉米品种丙（纯系）的显性抗病基因Q也位于1号染色体上。

①在玉米1号染色体上的特定位置有分子标记，如z263，它在玉米的不同品系里的长度可能不同，但起始和终止序列相同。类似的还有z459、z319和z256。已知品种丙的Q基因与z263、z459、z319和z256紧密连锁（不发生交叉互换）。科研人员根据这几个分子标记的起始和终止序列设计________，分别以品种甲、乙的基因组DNA为_______进行PCR扩增后电泳检测。下图所示实验结果初步说明R₁与Q是_____（填“相同”或“不同”）基因，判断依据是___________________________________。

②科研人员将品种甲与品种丙杂交，得到F₁，F₁均表现为抗病。再将F₁自交，得到F₂。F₂出现感病植株，直接验证（3）①的结论。推测F₂出现感病植株的原因是（只考虑R₁和Q基因）_________________________________________________________。

Answer

相对性状 非同源 两 7: 1: 8 引物 模板 不同 品种甲、乙的PCR扩增产物没有差异 F1形成配子的过程中，1号染色体发生交叉互换，形成不含抗病基因的配子；不含抗病基因的雌雄配子结合形成的受精卵，发育成感病植株

【解析】

根据“品种甲与品种乙杂交，得到F1，再将F1自交，得到F2。产生的F1全部为抗病；产生的673株F2中，626株为抗病，47株为感病。F2中的抗病:感病≈15:1，符合9:3:3:1的变式”，故可推知抗病和感病是由两对等位基因控制的，且符合自由组合定律。PCR技术扩增某DNA片段时，需要提供模板、原料、耐热的DNA聚合酶和能量、引物等条件。

（1）抗病与感病是玉米对腐霉茎腐病表现出的不同表现类型，故为一对相对性状。

（2）①根据F2中的抗病:感病≈15:1，为9:3:3:1的变式，说明抗病与感病由非同源染色体上的两对基因控制。

②若两对等位基因位于非同源染色体上，设由A、a和B、b控制，则根据F2中的抗病:感病≈15:1，可知只要含有显性基因即表现抗病， F2中有9种基因型，其比例为AABB：AaBB：AABb：AaBb：aaBB：aaBb：AAbb：Aabb：aabb=1：2：2：4：1：2：1：2：1，其中只有基因型为AaBb、aaBb、Aabb的个体自交后代会出现性状分离，基因型为AABB、AaBB、AABb、aaBB、AAbb的个体自交后代只表现抗病，aabb的个体自交只表现感病，所以若F2中自交子代都为抗病的个体：自交子代都为感病的个体：自交子代既有抗病又有感病的个体=7: 1: 8，即可验证（2）①所得结论。

（3）①科研人员根据z263、z459、z319和z256这几个分子标记的起始和终止序列设计引物，分别以品种甲、乙的基因组DNA为模板进行PCR扩增后电泳检测。由于图示结果显示品种甲、乙的PCR扩增产物没有差异，故可初步说明R1与Q是1号染色体上不同的基因。

②科研人员将品种甲（纯系）与品种丙（纯系）杂交，得到F1，F1均表现为抗病。再将F1自交，得到F2。F2出现感病植株，假设R1与Q是相同基因，则F2不会出现感病植株，故该实验结果可证明R1与Q是1号染色体上不同的基因。F2出现感病植株的原因可能是F1形成配子的过程中，1号染色体发生交叉互换，形成不含抗病基因的配子；不含抗病基因的雌雄配子结合形成的受精卵，发育成感病植株。