Question

种子萌发是一个非常复杂的过程，受到多种因素的影响。为研究水稻中的PLA3基因在参与脱落酸（ABA）调控水稻种子萌发中的作用，研究人员进行了系列实验。

（1）图1显示水稻种子在不同处理培养16h后的萌发情况，结果表明ABA作为一种植物激素能够______种子萌发，它与赤霉素（GA）对种子萌发的作用存在______关系。

（2）在水稻突变体pla3中，PLA3基因由于编码区缺失一个碱基对而发生了__________的改变，导致其通过转录产生的mRNA上_________________，使得翻译出的PLA3蛋白所含氨基酸数目多于野生型水稻（WT）中的PLA3蛋白。这种“加长”的PLA3蛋白没有生物活性。

（3）研究人员以野生型水稻（WT）种子和pla3种子为材料，研究PLA3基因在参与ABA调控水稻种子萌发中的作用。

①将两种种子分别置于无ABA和含一定浓度ABA的环境中培养，观察并统计种子的萌发率（如图2）。由结果可知，在WT种子中，PLA3基因的作用是________种子萌发。图中种子萌发后________萌发率的差值可反映出ABA处理对pla3种子的作用。综合图中四组实验结果，可推知PLA3基因功能丧失使得________。

②研究发现，pla3种子中的ABA含量显著低于WT种子。研究人员对种子中相应基因的表达量进行检测，结果如图3。

图3综合相关信息分析，在野生型水稻种子中，PLA3基因在参与ABA调控种子萌发中的作用是___________。

Answer

抑制 拮抗 基因结构（基因碱基序列） 终止密码子延后出现（终止密码子后移） 抑制 第3组与第4组 种子对ABA的敏感性降低 通过抑制ABA的分解来提高ABA含量；通过抑制ABA的信号抑制因子的表达来增强ABA的信号传递，进而抑制水稻种子的萌发

【解析】

1、基因突变是基因中碱基对的增添、缺失或替换而引起的基因结构的改变。由于基因突变使转录形成的mRNA上的密码子发生改变，可能会引起翻译过程形成的肽链中氨基酸种类、数量、排序发生改变。

2、分析图2：培养时间一定时种子的萌发率：第3组（pla3种子，无ABA）＞第1组（WT种子，无ABA）；第4组（pla3种子，与ABA）＞第2组（WT种子，有ABA）。

3、分析图3：pla3种子中ABA合成途径基因表达量不变，ABA降解途径基因表达量上调,，ABA信号途径的负调控基因表达量也上调。

（1）图1中水稻种子用ABA处理16小时后，与不用ABA处理的对照种子相比，结果是对照组种子的萌发，用ABA处理的组不萌发，说明ABA能够抑制种子的萌发；赤霉素（GA）的主要作用是促进细胞生长，促进种子萌发和果实发育，因此在调节植物种子萌发过程中两者表现为拮抗关系。

（2）基因突变是指DNA分子中发生碱基对的替换、增添和缺失，而引起的基因结构改变，在水稻突变体pla3中，PLA3基因由于编码区缺失一个碱基对而导致基因突变。PLA3蛋白所含氨基酸数目多于野生型水稻（WT）中的PLA3蛋白，说明PLA3基因突变后转录形成的mRNA的终止密码子后移，导致合成的肽链延长，获得了没有生物活性的“加长”的PLA3蛋白。

（3）①该实验的自变量是有无ABA 、种子的类型，因变量是种子的萌发率。用WT种子做实验材料的第1组和第2组相比，图2结果显示，第1组种子的萌发率大于第2组，说明ABA对种子的萌发起抑制作用。无ABA处理的第1组和第3组对比，在一定的培养时间内，pla3种子的萌发率大于WT种子的萌发率，说明在WT种子中PLA3基因的作用是抑制种子的萌发。用pla3种子做实验材料的第3组和第4组，无ABA处理的第3组种子萌发率大于有ABA处理的第4组，两组种子萌发率的差值可以反映出ABA处理对pla3种子的作用。有ABA处理的第2组与第4组对照，pla3种子的萌发率大于WT种子的萌发率。由图中四组实验结果可推知PLA3基因功能丧失使得种子对ABA的敏感性降低，促进了水稻种子的萌发。

②图3显示，pla3种子中基因1的相对表达量与WT种子相当，相对表达量都处于较低水平，基因2的相对表达量高于WT种子，基因3的相对表达量也远大于WT种子，说明PLA3基因不仅通过抑制ABA分解途径的关键酶的合成，来抑制ABA的分解以提高ABA含量；而且还通过抑制ABA的信号抑制因子的表达来增强ABA的信号传递，进而抑制水稻种子的萌发。