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水稻是自花授粉作物,杂交水稻育种成功得益于对雄性不育性状的利用,育种工作者就某水...

水稻是自花授粉作物,杂交水稻育种成功得益于对雄性不育性状的利用,育种工作者就某水稻品系中发现的雄性不育基因开展了下面的一系列研究。

1)水稻在抽穗期,幼穗中的雄蕊进行减数分裂产生花粉,此期间水稻对温度敏感。温敏雄性不育系S2表现为高温条件下(≥25℃)雄性不育,此雄性不育性状由RNZ基因控制。为了研究高温对RNZ基因表达的影响,研究人员选取长势基本一致的S2植株,均分为两组分别在低温、高温条件下进行处理,请根据后续实验过程

①检测RNZ基因的表达情况。请依据所学知识,写出以基因转录相对数量为指标,检测S2叶片和幼穗RNZ基因表达情况的基本程序____________________________________

②实验记录数据如图。与S2叶片中RNZ基因表达情况比较,温度变化对S2幼穗中RNZ基因表达的影响是______________________

2)已知RNZ基因编码的核糖核酸酶在生物体各组织细胞中广泛存在,催化tRNA的加工。依据上述实验结果,研究人员猜测,由于叶片光合速率不同于幼穗,RNZ编码产物可能也分布于叶绿体中。为验证此推测,研究人员做了如下实验:

①构建RNZ-GFP融合基因表达载体(GFP为绿色荧光蛋白基因)。此表达载体除具有融合基因、启动子、终止子外,还应具有_________________

②将表达载体导入____________中,然后通过_________技术获得转入RNZ-GFP融合基因的水稻。

③实验者将转基因植物细胞置于适宜的波长光谱的激发下(该操作会使叶绿体会发出红色荧光),观察到____,证明RNZ蛋白定位在叶绿体中。

④本实验还应补充一组_____________作为对照,若结果为_______________能支持③的结论成立。

3)根据以上研究成果,为了最终揭示温敏雄性不育的机制,请写出接下来可以进一步研究的问题__________________。(写出1个即可)

 

分别提取叶片或幼穗总RNA,进行反转录;根据cDNA序列设计引物,PCR扩增,从而检测RNZ其因表达情况。 无论低温和高温,S2幼穗中RNZ基因表达量均比叶片要少;高温比低温使幼穗RNZ基因表达量减少的更多 供筛选用的标记基因 水稻原生质体(水稻体细胞)或外植体 植物组织培养 红色荧光与绿色荧光重叠 将只含GFP的表达载体导入水稻幼苗原生质体(水稻体细胞)中表达 叶绿体红色荧光与荧光蛋白绿色荧光位置不重叠 RNZ蛋白是香通过影响光合速率来影响雄性不育;RNZ蛋白如何在幼穗成熟或减数分裂中发挥作用;叶绿体中温度影响RNZ蛋白的表达的机制;寻找本实验温敏不育品系中与雄性不育相关的其它基因 【解析】 基因的表达包括转录和翻译,转录的产物是RNA,所以检测转录的相对数量可通过检测相应mRNA的含量来完成。GFP为绿色荧光蛋白基因,该基因存在并表达的部位会出现绿色荧光。“将转基因植物细胞置于适宜的波长光谱的激发下(该操作会使叶绿体会发出红色荧光)”,说明目的基因存在并表达的部位在一定条件下会出现红光。所以若RNZ蛋白定位在叶绿体中,可转基因生物会观察到红色荧光与绿色荧光重叠。 (1)①题干中关键字为“以基因转录相对数量为指标”,需要先获得叶片或幼穗总RNA,通过逆转录过程获得DNA,根据cDNA序列设计引物,并进行体外PCR扩增,从而检测RNZ基因表达情况。 ②实验记录数据中,根据图例对应的低温、高温;再结合横坐标中的叶片和幼穗,可得:无论低温和高温,S2幼穗中RNZ基因表达量均比叶片要少;高温比低温使幼穗RNZ基因表达量减少的更多。 (2)①基因表达载体由启动子、终止子、目的基因(融合基因)、标记基因组成,故还应具有标记基因。 ②基因表达载体构建完成后,将其导入水稻原生质体(水稻体细胞)或外植体,并通过植物组织培养技术获得转入目的基因的水稻。 ③GFP为绿色荧光蛋白基因,将转基因植物细胞置于适宜的波长光谱的激发下(该操作会使叶绿体发出红色荧光),若RNZ蛋白定位在叶绿体中,可观察到红色荧光与绿色荧光重叠。 ④实验中还需要设置对照组,将只含有GFP的表达载体导入水稻幼苗原生质体(水稻体细胞)中表达,由于对照组未转入RNZ基因,因此叶绿体红色荧光与绿色荧光位置不重叠。 (3)题干中提到,就某水稻品系中发现的雄性不育基因开展了下面的一系列研究,说明研究过程的侧重点是雄性不育,因此可以探究的问题包括:RNZ蛋白是否通过影响光合速率来影响雄性不育;RNZ蛋白如何在幼穗成熟或减数分裂中发挥作用;叶绿体中温度影响RNZ蛋白的表达的机制;寻找本实验温敏不育品系中与雄性不育相关的其它基因等。
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考点分析:
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野生生菜通常为绿色,遭遇低温或干旱等逆境时合成花青素,使叶片变为红色。花青素能够通过光衰减保护光合色素,还具有抗氧化作用。人工栽培的生菜品种中,在各种环境下均为绿色。科研人员对其机理进行了研究。

1)用野生型深红生菜与绿色生菜杂交,F1自交,F2中有7/16的个体始终为绿色,9/16的个体为红色。

①本实验中决定花青素有无的基因位于___________对同源染色体上。

②本实验获得的F2中杂合绿色个体自交,后代未发生性状分离,其原因是:_________________

2F2自交,每株的所有种子单独种植在一起可得到一个株系。所有株系中,株系内性状分离比为3:1的占___________________(比例),把这样的株系保留,命名为1号、2__________

3)取1号株系中绿色与深红色个体进行DNA比对,发现二者5号染色体上某基因存在明显差异,如下图所示。

据图解释:1号株系中绿色个体的r1基因编码的r1蛋白丧失功能的原因 ___________________

4)进一步研究发现,与生菜叶色有关的R1R2基因编码的蛋白质相互结合成为复合体后,促进花青素合成酶基因转录,使生菜叶片呈现深红色。在以上保留的生菜所有株系中都有一些红色生菜叶色较浅,研究人员从中找到了基因R3,发现R3基因编码的蛋白质也能与R1蛋白质结合。据此研究人员做出假设:R3蛋白与R2蛋白同时结合R1蛋白上的不同位点,且R1R2R3复合物不能促进花青素合成酶基因转录。为检验假设,研究人员利用基因工程技术向浅红色植株中转入某一基因使其过表达,实验结果如下。

受体植株

转入的基因

转基因植株叶色

浅红色植株(R1R1R2R2R3R3

R1

深红色

浅红色植株(R1R1R2R2R3R3

R2

深红色

 

 

 

 

实验结果是否支持上述假设,如果支持请说明理由,如果不支持请提出新的假设 ______________________________

 

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阅读以下材料回答问题:

染色体外DNA:癌基因的载体

人类DNA通常形成长而扭曲的双螺旋结构,其中大约30亿个碱基对组成了23对染色体,并奇迹般地挤进每个平均直径只有6微米的细胞核中。在真核生物中,正常的DNA被紧紧包裹在蛋白质复合物中。为了读取DNA的遗传指令,细胞依靠酶和复杂的“机械”来切割和移动碎片,一次只能读取一部分,就像是阅读一个半开的卷轴。过去,科学家们大多是依靠基因测序,来研究肿瘤细胞DNA里的癌基因。最近在《Nature》杂志上发表的一篇新研究表明,在人类肿瘤细胞中发现大量如“甜甜圈”般的环状染色体外DNAecDNA,如图中黑色箭头所指位置)。科学家们指出,ecDNA是一种特殊的环状结构,看起来有点像细菌里的质粒DNA。这类独立于染色体存在的环状DNA在表达上并不怎么受限,很容易就能启动转录和翻译程序。在人类健康的细胞中几乎看不到ecDNA的痕迹,而在将近一半的人类癌细胞中,都可以观察到它,且其上普遍带有癌基因。ecDNA上的癌基因和染色体DNA上的癌基因都会被转录,从而推动癌症病情的发展。但由于两类癌基因所在的位置不同,发挥的作用也无法等同。

当癌细胞发生分裂时,这些ecDNA被随机分配到子细胞中。这导致某些子代癌细胞中可能有许多ecDNA,细胞中的癌基因也就更多,这样的细胞也会更具危害;而另一些子代癌细胞中可能没有 ecDNA。癌细胞能够熟练地使用ecDNA,启动大量癌基因表达,帮助它们快速生长,并对环境快速做出反应,产生耐药性。研究还发现,ecDNA改变了与癌症相关基因的表达方式,从而促进了癌细胞的侵袭性,并在肿瘤快速变异和抵御威胁(如化疗、放疗和其他治疗)的能力中发挥了关键作用。相比起染色体上的癌基因,ecDNA上的癌基因有更强的力量,推动癌症病情进一步发展。

1)请写出构成DNA4种基本结构单位的名称_____________

2)真核细胞依靠酶来读取DNA上的遗传指令,此时需要酶的是_______________。(填写以下选项前字母)

a.解旋酶    bDNA聚合酶    cDNA连接酶    dRNA聚合酶

3)依据所学知识和本文信息,指出人类正常细胞和癌细胞内DNA的异同_________________

4)根据文中信息,解释同一个肿瘤细胞群体中,不同细胞携带ecDNA的数量不同的原 _________

5)依据所学知识和本文信息,提出1种治疗癌症的可能的方法___________________

 

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茉莉酸(JA)是植物体内存在的内源信号分子,与植物生长发育以及抗逆能力有关。 为了研究其生理功能及作用机理,研究者开展了下面的实验研究。

1)研究者分别用等量的JA溶液和蒸馏水处理生理状态相似的拟南芥离体叶片4天,结果如图1所示。实验通过检测__________________说明JA能促进叶片的衰老。

2)为进一步研究JA促进叶片衰老的作用机理,研究者选择野生型拟南芥和JA敏感缺 陷型突变体(COI-1基因发生突变,不能合成COI-1蛋白),用适量蒸馏水和JA溶液分别处理12天,结果如图2所示,b 组叶片明显生长停滞并变黄。其中a组为用蒸馏水处理的野生型植株,写出b组和c组分别选用的植株和处理是_________________

3)研究发现JA借助COI-1调控使多种蛋白质的合成量发生了变化,其中RCA蛋白(Rubisco酶,光合作用中固定二氧化碳的酶)是合成量减少的蛋白。为探究JA如何通过 COI-1抑制RCA的合成过程,研究者继续进行了下列实验。实验处理结果如图3所示(图中“+”表示添加 JA,“-”表示未添加 JA)。

①由于细胞中rRNA(核糖体RNA)表达量____________,在实验中可作为标准参照,以排除__________等无关变量对实验结果的影响。

②综合上述研究,请阐明JA促进拟南芥叶片衰老的机制_______________

 

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在连续多年过度放牧干扰下,内蒙古高原以羊草、克氏针茅为主的典型草场发生退化,冷蒿种群不断扩展,逐渐形成冷蒿草原。

1)群落中的冷蒿与羊草、克氏针茅间存在__________关系。研究发现在过度放牧胁迫下,冷蒿依靠生根分蘖萌发能力强等特性,抵抗放牧干扰,挤占原优势物种的生存空间。

2)有研究表明冷蒿可向环境释放具有化感作用的代谢产物,影响周围植物的正常生长。 研究者利用不同浓度的冷蒿茎叶水浸提液处理3种伴生植物幼苗,实验结果见下图。

据图分析,冷蒿释放的化感物质对糙隐子草和克氏针茅幼苗根生长的影响_____________

3)绵羊对牧草的喜食程度依次为:糙隐子草>羊草>冷蒿>克氏针茅。但在持续过度放牧(绵羊)干扰下,克氏针茅在群落中的优势地位被冷蒿替代,糙隐子草成为冷蒿的主要伴生物种。

①综合上述研究,对此现象的解释是:冷蒿通过_____________ 繁殖抵抗放牧干扰,通过释放的化感物质_____________克氏针茅幼苗生长,挤占原优势物种的生存空间;同时化感物质对糙隐子草幼苗根的生长有_____________作用,使其在一定程度上可以在冷蒿草原较好生长。

②研究结果还表明,人为干扰改变草原生态系统的_____________ 结构,使群落朝向与自然发展不同的方向__________________

4)目前退化草场恢复治理的主要措施中,草种补播改良是一项既“快”又“省”的重要方法。为使补播的草种能良好地萌发、定植和生长发育,草场更好地达到生态效益与经济效益双赢,在选用草种时应注意什么 _____________________?(答出一个方面)

 

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酒精性肝炎是长期过量饮酒所致的一种肝脏疾病,患者会发生肝细胞损伤、肝脏炎症反应甚至肝衰竭。研究人员发现酒精性肝炎患者粪便中粪肠球菌占菌群的559%,而健康人粪便菌群中此类细菌仅占0023%,据此认为酒精性肝炎与粪肠球菌有关,并开展了系列研究。

1)肝细胞能够____,在人体的血糖调节中发挥重要作用。另外,肝细胞还具有分泌胆汁和解毒等重要作用。

2)某些粪肠球菌能够分泌一种外毒素——溶细胞素,研究人员根据溶细胞素基因特异性序列设计引物,对三组志愿者的粪便进行PCR检测,结果如图1所示。

①图1中对照组是____的志愿者。检测结果显示酒精性肝炎患者组____________显著高于另外两组。

②继续追踪酒精性肝炎患者的存活率(图 2),此结果表明____________。这两组结果共同说明粪肠球菌产生的溶细胞素与酒精性肝炎患者的发病和病情密切相关。

3)为进一步研究酒精、粪肠球菌和溶细胞素与酒精性肝炎发展的关系,研究人员将小鼠分为4组,进行了下表所示实验。

实验处理

1

2

3

4

灌胃溶液成分

不产溶细胞素的粪肠球菌

产溶细胞素的粪肠球菌

不产溶细胞素的粪肠球菌

产溶细胞素的粪肠球菌

灌胃后提供的食物

不含酒精

不含酒精

含酒精

含酒精

肝脏中出现粪肠球菌个体所占比例

0

0

83%

81%

肝脏中出现容细胞素个体所占比例

0

0

0

81%

 

 

 

综合上述实验结果可知,长期过量摄入酒精能够使肠道菌群中粪肠球菌所占比例显著升高,而且酒精能够破坏肠道屏障,导致____,使酒精性肝炎患者病情加重。

4)为进一步检验溶细胞素对肝脏细胞的毒害作用是否依赖于酒精的存在,研究人员利用体外培养的肝脏细胞、提纯的溶细胞素和酒精进行了实验。

①请写出实验的分组处理及检测指标____________

②若实验结果为____,则表明溶细胞素和酒精对肝脏细胞的毒害作用是独立发生的。

 

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