番茄果实成熟涉及一系列生理生化过程,导致果实颜色及硬度等发生变化。果实颜色由果皮和果肉颜色决定。为探究番茄果实成熟的机制,科学家进行了相关研究。
(1) 果皮颜色由一对等位基因控制。果皮黄色与果皮无色的番茄杂交的 F 1 果皮为黄色, F 1 自交所得 F 2 果皮颜色及比例为 。
(2) 野生型番茄成熟时果肉为红色。现有两种单基因纯合突变体,甲(基因 A 突变为 a )果肉黄色,乙(基因 B 突变为 b )果肉橙色。用甲、乙进行杂交实验,结果如下图 1 。据此,写出 F 2 中黄色的基因型: 。
(3) 深入研究发现,成熟番茄的果肉由于番茄红素的积累而呈红色,当番茄红素量较少时,果肉呈黄色,而前体物质 2 积累会使果肉呈橙色,如下图 2 。上述基因 A 、 B 以及另一基因 H 均编码与果肉颜色相关的酶,但 H 在果实中的表达量低。根据上述代谢途径, aabb 中前体物质 2 积累、果肉呈橙色的原因是 。
(4) 有一果实不能成熟的变异株 M ,果肉颜色与甲相同,但 A 并未突变,而调控 A 表达的 C 基因转录水平极低。 C 基因在果实中特异性表达,敲除野生型中的 C 基因,其表型与 M 相同。进一步研究发现 M 中 C 基因的序列未发生改变,但其甲基化程度一直很高。推测果实成熟与 C 基因甲基化水平改变有关。欲为此推测提供证据,合理的方案包括 ,并检测 C 的甲基化水平及表型。
① 将果实特异性表达的去甲基化酶基因导入 M
② 敲除野生型中果实特异性表达的去甲基化酶基因
③ 将果实特异性表达的甲基化酶基因导入 M
④ 将果实特异性表达的甲基化酶基因导入野生型
(1) 黄色 ∶ 无色= 3∶1
(2)aaBB 、 aaBb
(3) 基因 A 突变为 a ,但果肉细胞中的基因 H 仍表达出少量酶 H ,持续生成前体物质 2 ;基因 B 突变为 b ,前体物质 2 无法转变为番茄红素
(4)①②④
【分析】 1 、基因分离定律的实质是:在杂合体的细胞中,位于一对同源染色体的等位基因,具有一定的独立性;在减数分裂形成配子的过程中,等位基因会随同源染色体的分开而分离,分别进入两个配子中,独立的随配子遗传给后代。
2 、基因的自由组合定律的实质是:位于非同源染色体上的非等位基因的分离或组合是互不干扰的;在减数分裂过程中,同源染色体上的等位基因彼此分离的同时,非同源染色体上的非等位基因自由组合。
3 、甲、乙为两种单基因纯合突变体,甲(基因 A 突变为 a )果肉黄色,乙(基因 B 突变为 b )果肉橙色。由图 1 可知, F 2 比值约为为 9 : 3 : 4 , F 1 基因型为 AaBb ,红色基因型为 A_B_ ,黄色为 aaB_ ,橙色为 A_bb 、 aabb ,甲乙基因型分别为 aaBB 、 AAbb 。
【详解】( 1 )果皮黄色与果皮无色的番茄杂交的 F 1 果皮为黄色,说明黄色是显性性状, F 1 为杂合子,则 F 1 自交所得 F 2 果皮颜色及比例为黄色 ∶ 无色= 3∶1 。
( 2 )由图可知, F 2 比值约为为 9 : 3 : 4 ,说明 F 1 基因型为 AaBb ,则 F 2 中黄色的基因型 aaBB 、 aaBb 。
( 3 )由题意和图 2 可知,成熟番茄的果肉由于番茄红素的积累而呈红色,当番茄红素量较少时,果肉呈黄色,而前体物质 2 积累会使果肉呈橙色,则存在 A 或 H ,不在 B 基因时,果肉呈橙色。因此, aabb 中前体物质 2 积累、果肉呈橙色的原因是基因 A 突变为 a ,但果肉细胞中的基因 H 仍表达出少量酶 H ,持续生成前体物质 2 ;基因 B 突变为 b ,前体物质 2 无法转变为番茄红素。
( 4 ) C 基因表达的产物可以调控 A 的表达,变异株 M 中 C 基因的序列未发生改变,但其甲基化程度一直很高,欲检测 C 的甲基化水平及表型,可以将果实特异性表达的去甲基化酶基因导入 M ,使得 C 去甲基化,并检测 C 的甲基化水平及表型;或者敲除野生型中果实特异性表达的去甲基化酶基因,检测野生型植株 C 的甲基化水平及表型,与突变植株进行比较;也可以将果实特异性表达的甲基化酶基因导入野生型,检测野生型 C 的甲基化水平及表型。而将果实特异性表达的甲基化酶基因导入 M 无法得到果实成熟与 C 基因甲基化水平改变有关,故选 ①②④ 。
序号 | 类型 | 计算公式 |
1 | 患甲病的概率m | 则非甲病概率为1-m |
2 | 患乙病的概率n | 则非乙病概率为1-n |
3 | 只患甲病的概率 | m(1-n) |
4 | 只患乙病的概率 | n(1-m) |
5 | 同时患两种病的概率 | mn |
6 | 只患一种病的概率 | m(1-n)+n(1-m) |
7 | 患病概率 | 1-(1-m)(1-n) |
8 | 不患病概率 | (1-m)(1-n) |
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