Question

【題目】植物衰老問題的研究對于提高景觀植物的觀賞價值和作物的產(chǎn)量品質(zhì)有重要意義，對保護瀕危物種和有文物價值的名木古樹也有一定的影響。衰老植物的細胞結(jié)構、物質(zhì)含量發(fā)生改變，其代謝水平會發(fā)生一系列變化，因此可以以一些生理指標作為篩選衰老相關突變體的依據(jù)。

（1）經(jīng)EMS化學試劑處理野生型（WT）擬南芥種子，發(fā)現(xiàn)葉綠素熒光參數(shù)明顯改變的植株E61，即為變異性狀，通過以下雜交實驗，對其親子代熒光參數(shù)統(tǒng)計如下。

	親本		F1	F2
	WT（野生型）	E61（變異植株）
熒光參數(shù)平均值	0.72	0.64	0.70	0.71	0.64

表1：WT與E61雜交子代表現(xiàn)型統(tǒng)計

（注：熒光參數(shù)：Fv/Fm；Fo：最小熒光量；Fm：最大熒光量，這是暗適應下潛在的最大熒光產(chǎn)量；Fv：可變熒光，F(xiàn)v=Fm-Fo。）

表2：F2代性狀分離統(tǒng)計

	野生型表現(xiàn)型	突變體表現(xiàn)型
統(tǒng)計結(jié)果	762	242
預期結(jié)果	753	251

由此分析該變異性狀可能是由____________對基因控制的_______性狀。

（2）科學家將該突變定位在1號染色體基因E上，分別提取WT和E61的基因，序列比對結(jié)果如圖1所示：

所以E61中基因E發(fā)生了由______導致的基因突變。

（3）為了驗證E基因突變導致了植株熒光參數(shù)下降，獲取野生型E基因，將其分別轉(zhuǎn)入E61突變體和WT野生型植株中，分別檢測其熒光參數(shù)發(fā)現(xiàn)_____說明E基因突變導致熒光參數(shù)下降，由此推測E基因與葉綠體或葉綠素有關。

（4）已知GUS基因可編碼β-葡萄糖苷酸酶，該酶可在其表達位置將外源底物水解，出現(xiàn)肉眼可見的顏色變化（藍色）。為確定E基因的組織表達定位，請設計實驗步驟：__________

將植株與外源底物共培養(yǎng)，現(xiàn)象如圖2，說明E基因主要在_________中表達。

（5）為了檢測E基因突變對植株的生理特征的影響，實驗者分別做了以下實驗：

①對野生型和E61突變體葉綠素含量檢測，結(jié)果如圖3所示，推測E基因可以______。

②在外源ABA（脫落酸）處理條件下，對WT野生型及E61突變體萌發(fā)情況進行統(tǒng)計，結(jié)果如圖4，發(fā)現(xiàn)E61對ABA_____。綜上所述，推測基因E可能通過哪些途徑影響植物衰老____

Answer 1

【答案】單 隱性 堿基對替換 轉(zhuǎn)入E61突變體的植株熒光參數(shù)值恢復到野生型水平，轉(zhuǎn)入WT野生型的植株熒光參數(shù)值高于野生型植株 （用相同的限制酶及DNA連接酶處理E基因及GUS基因）將E基因啟動子與GUS基因連接轉(zhuǎn)入野生型植株中 幼嫩葉片 減少葉綠素含量/降解葉綠素 有一定耐受/不敏感 通過減少葉綠素含量；增強植株對ABA敏感性，進而加速衰老

【解析】

根據(jù)F2代中野生型：突變型=3:1，可知野生型是顯性性狀，即發(fā)生的是隱性突變。

由圖1可知，突變體和野生型的E基因只有一個堿基對的不同，故推測是發(fā)生了堿基對的特換。

由圖2可知，10天和20天的幼苗的葉片中出現(xiàn)藍色，說明GUS基因和E基因表達的部位是幼嫩的葉片。

由圖3可知，突變型葉綠素a與b的含量均升高。

由圖4可知，不加ABA時，野生型和突變型萌發(fā)率差別不大，加入ABA后，野生型的萌發(fā)率下降的更明顯。

（1）根據(jù)表格中F2代中野生型：突變型=3:1，可知該性狀受一對等位基因控制，且突變性狀為隱性性狀。

（2）分別提取WT和E61的基因，發(fā)現(xiàn)基因E與e只有一位堿基A→G不同，故推測是堿基對替換引起的基因突變。

（3）若E基因突變導致了植株熒光參數(shù)下降，獲取野生型E基因，將其分別轉(zhuǎn)入E61突變體和WT野生型植株中，分別檢測其熒光參數(shù)發(fā)現(xiàn)：轉(zhuǎn)入E61突變體的植株熒光參數(shù)值恢復到野生型水平，轉(zhuǎn)入WT野生型的植株熒光參數(shù)值高于野生型植株。

（4）為確定E基因的組織表達定位，可以將E基因啟動子與GUS基因連接轉(zhuǎn)入野生型植株中，在其表達部位會出現(xiàn)藍色，結(jié)合圖2可知，E基因主要在幼嫩的葉片中表達。

（5）①檢測野生型和E61突變體葉綠素含量結(jié)果如圖3，由圖可知，突變體中葉綠素含量有所提高，故推測野生型的E基因可以減少葉綠素含量。

②由圖4可知，加入ABA后，野生型的萌發(fā)率下降的更明顯，即野生型對ABA更敏感，E61突變體對ABA相對不明顯。推測基因E可能通過通過減少葉綠素含量；增強植株對ABA敏感性，進而加速衰老。