Question

Ⅰ．水稻是我国最重要的粮食作物。稻瘟病是由稻瘟病菌（Mp）侵染水稻引起的病害，严重危害我国粮食生产安全。与使用农药相比，抗稻瘟病基因的利用是控制稻瘟病更加有效、安全和经济的措施。（1）水稻对Mp表现出的抗病与感病为一对相对_________。为判断某抗病水稻是否为纯合子，可通过观察自交子代_________来确定。

（2）现有甲（R₁R₁r₂r₂r₃r₃）、乙（r_lr_lR₂R₂r₃r₃）、丙（r₁r_lr₂r₂R₃R₃）三个水稻抗病品种，抗病（R）对感病（r）为显性，三对抗病基因位于不同染色体上。根据基因的DNA序列设计特异性引物，用PCR方法可将样本中的R₁、r₁、R₂、r₂、R₃、r₃区分开。这种方法可用于抗病品种选育中基因型的鉴定。

①甲品种与感病品种杂交后，对F₂不同植株的R₁、r₁进行PCR扩增。已知R₁比r₁片段短。从扩增结果（下图）推测可抗病的植株有_________。

②为了在较短时间内将甲、乙、丙三个品种中的抗病基因整合，选育新的纯合抗病植株，下列育种步骤的正确排序是_________。

a．甲×乙，得到F₁

b．用PCR方法选出R₁R₁R₂R₂R₃R₃植株

c．R₁r₁R₂r₂r₃r₃植株×丙，得到不同基因型的子代

d．用PCR方法选出R₁r₁R₂r₂R₃r₃植株，然后自交得到不同基因型的子代

（3）研究发现，水稻的抗病表现不仅需要自身抗病基因（R₁、R₂、R₃等）编码的蛋白，也需要Mp基因（A₁、A₂、A₃等）编码的蛋白。只有R蛋白与相应的A蛋白结合，抗病反应才能被激活。若基因型为R₁R₁r₂r₂R₃R₃和r₁r₁R₂R₂R₃R₃的水稻，被基因型为a₁a₁A₂A₂a₃a₃的Mp侵染，推测这两种水稻的抗病性表现依次为_________。

（4）研究人员每年用Mp（A₁A₁a₂a₂a₃a₃）人工接种水稻品种甲（R₁R₁r₂r₂r₃r₃），几年后甲品种丧失了抗病性，检测水稻的基因未发现变异。推测甲品种抗病性丧失的原因是__________________。

（5）水稻种植区的Mp是由不同基因型组成的群体。大面积连续种植某个含单一抗病基因的水稻品种，将会引起Mp种群__________________，使该品种抗病性逐渐减弱直至丧失，无法在生产中继续使用。

（6）根据本题所述水稻与Mp的关系，为避免水稻品种抗病性丧失过快，请从种植和育种两个方面给出建议__________________。

Ⅱ．人参是一种名费药材，具有良好的滋补作用。口服。干扰素在慢性乙肝、丙肝及部分肿瘤的治疗中有一定疗效。下图为科研人员制备能合成干扰素的人参愈伤组织细胞的流程，①~③表示相关的操作，EcoRI、BamHI为限制酶，它们的识别序列及切割位点如表所示。请回答下列问题：

 

限制酶	识别序列和切割位点
EcoRⅠ	G↓AATTC
BamHⅠ	G↓GATTC

（1）步骤①中，利用PCR技术扩增干扰素基因时，设计引物序列的主要依据是_________。科研人员还在两种引物的一端分别加上了_________和_________序列，以便于后续的剪切和连接。

（2）过程②所构建的基因表达载体中未标注出的必需元件还有_________，过程③中需先用_________ 处理农杆菌以便将基因表达载体导入细胞。

（3）科研人员认为，将转干扰素基因的人参愈伤组织加工成的药物比单纯干扰素的疗效要好，其依据是_________

（4）孕妇即使食用人参滋补，但随着其妊娠年龄的增加，21三体综合征的发病风险在不断增加，孕妇需要进行产前诊断来预防患病孩子的产生。无创基因检测是产前诊断的常用方法之一。在孕妇的血液中存在胎儿游离的DNA片段，可以对21号染色体上的特有基因DSCR3和非21号染色体上的基因GAPDH（作为参照）进行实时荧光定量PCR扩增，以测定DSCR基因和GAPDH基因的含量，计算两种基因剂量的比值如下表。

	样品数	DSCR3/GAPDH
正常人	80	0．884±0．420
21三体胎儿	5	1．867±0．054
21三体患者	7	1．810±0．169

①要利用胎儿游离的DNA片段扩增出相应的基因，关键是_________的设计。

②从上述表格看，正常人与21三体患者的比值有差异，其主要原因是__________________

③产前诊断的方法还有羊水检查，下列有关叙述正确的是_________。

A．21三体综合征是由基因突变引起的

B．21三体综合征是由减数分裂发生异常引起的

C．通过动物细胞培养技术对脱落在羊水中的胎儿的某些细胞进行培养，以扩大这些细胞的数量

D．选择有丝分裂中期的细胞进行染色体核型分析，判断胎儿细胞的染色体数目是否正常

Answer

性状 性状是否分离 1和3 a、c、d、b 感病、抗病 Mp的A1基因发生了突变 （A类）基因（型）频率改变 将含有不同抗病基因的品种轮换/间隔种植；将多个不同抗病基因通过杂交整合到一个品种中 干扰素基因两端的部分核苛酸序列 GAATTC GGATCC 复制原点 Ca2+ 将干扰素的治疗作用与人参的滋补作用相结合，能在抗病毒、抗肿瘤和免疫调节等方面发挥协同作用 引物 正常人的DSCR3基因数量比三体患者少 BCD

【解析】

基因工程是狭义的遗传工程，基因工程的基本原理是让人们感兴趣的基因（即目的基因）在宿主细胞中稳定高效地表达。为了实现基因工程的目标，通常要有多种工具酶、目的基因、载体和宿主细胞等基本要素，并按照一定的程序进行操作，它包括目的基因的获得、重组DNA的形成，重组DNA导入受体细胞也称（宿主）细胞、筛选含有目的基因的受体细胞和目的基因的表达等几个方面。

Ⅰ．（1）水稻对Mp表现出的抗病与感病为一对相对性状。为判断某抗病水稻是否为纯合子，可通过观察自交子代性状是否分离来确定，若发生性状分离，则是杂合子。
（2）①已知R1比r1片段短，从图中可知1和3植株含有R1基因，推测可抗病的植株有1和3。
②甲（R1R1r2r2r3r3）、乙（r1r1R2R2r3r3）、丙（r1r1r2r2R3R3）三个水稻抗病品种，为了在较短时间内将甲、乙、丙三个品种中的抗病基因整合，选育新的纯合抗病植株，应先让甲乙杂交，再将得到的植株与丙杂交，且用PCR选出R1r1R2r2R3r3植株，然后自交得到不同基因型的子代，用PCR方法选出R1R1R2R2R3R3植株，因此正确排序是a、c、d、b。
（3）只有R蛋白与相应的A蛋白结合，抗病反应才能被激活。若基因型为R1R1r2r2R3R3和r1r1R2R2R3R3的水稻，被基因型为a1a1A2A2a3a3的Mp侵染，前者R基因没有与对应的A结合，故表现感病，后者R2与A2对应，故表现为抗病。
（4）Mp的A1基因发生了突变，无法与R1基因结合，导致甲品种抗病性丧失。
（5）大面积连续种植某个含单一抗病基因的水稻品种，将会引起Mp种群（A类）基因（型）频率改变，使该品种抗病性逐渐减弱直至丧失，无法在生产中继续使用。
（6）根据本题所述水稻与Mp的关系，为避免水稻品种抗病性丧失过快，可将含有不同抗病基因的品种轮换/间隔种植；也可将多个不同抗病基因通过杂交整合到一个品种中。
Ⅱ．（1）步骤①中，利用PCR技术扩增干扰素基因时，DNA子链的合成需先有一小段DNA与模板链结合，因此需设计引物，设计引物序列的主要依据是干扰素基因两端的部分核苛酸序列。EcoRI、BamHI为限制酶，用来切割目的基因和质粒载体，因此需在PCR扩增时在引物的两端加上酶切位点，故在两种引物的一端分别加上了GAATTC和GGATCC序列，以便于后续的剪切和连接。
（2）过程②所构建的基因表达载体中未标注出的必需元件还有复制原点，过程③中需先用Ca2+处理农杆菌以便将基因表达载体导入细胞。
（3）将干扰素的治疗作用与人参的滋补作用相结合，能在抗病毒、抗肿瘤和免疫调节等方面发挥协同作用，因此将转干扰素基因的人参愈伤组织加工成的药物比单纯干扰素的疗效要好。
（4）①要利用胎儿游离的DNA片段扩增出相应的基因，关键是引物的设计。
②从上述表格看，正常人与21三体患者的比值有差异，其主要原因是正常人的DSCR3基因数量比三体患者少。
③A、21三体综合征是由染色体数目变异引起的，A错误；
B、21三体综合征（21号染色体有3条）是由减数分裂发生异常引起的，B正确；
C、通过动物细胞培养技术对脱落在羊水中的胎儿的某些细胞进行培养，以扩大这些细胞的数量，C正确；
D、选择有丝分裂中期的细胞进行染色体核型分析，判断胎儿细胞的染色体数目是否正常，D正确。
故选BCD。