Question

【題目】水稻是自花授粉作物，雜交水稻育種成功得益于對雄性不育性狀的利用，育種工作者就某水稻品系中發(fā)現(xiàn)的雄性不育基因開展了下面的一系列研究。

（1）水稻在抽穗期，幼穗中的雄蕊進行減數(shù)分裂產(chǎn)生花粉，此期間水稻對溫度敏感。溫敏雄性不育系S2表現(xiàn)為高溫條件下（≥25℃）雄性不育，此雄性不育性狀由RNZ基因控制。為了研究高溫對RNZ基因表達的影響，研究人員選取長勢基本一致的S2植株，均分為兩組分別在低溫、高溫條件下進行處理，請根據(jù)后續(xù)實驗過程

①檢測RNZ基因的表達情況。請依據(jù)所學知識，寫出以基因轉(zhuǎn)錄相對數(shù)量為指標，檢測S2葉片和幼穗RNZ基因表達情況的基本程序____________________________________。

②實驗記錄數(shù)據(jù)如圖。與S2葉片中RNZ基因表達情況比較，溫度變化對S2幼穗中RNZ基因表達的影響是______________________。

（2）已知RNZ基因編碼的核糖核酸酶在生物體各組織細胞中廣泛存在，催化tRNA的加工。依據(jù)上述實驗結果，研究人員猜測，由于葉片光合速率不同于幼穗，RNZ編碼產(chǎn)物可能也分布于葉綠體中。為驗證此推測，研究人員做了如下實驗：

①構建RNZ-GFP融合基因表達載體（GFP為綠色熒光蛋白基因）。此表達載體除具有融合基因、啟動子、終止子外，還應具有_________________。

②將表達載體導入____________中，然后通過_________技術獲得轉(zhuǎn)入RNZ-GFP融合基因的水稻。

③實驗者將轉(zhuǎn)基因植物細胞置于適宜的波長光譜的激發(fā)下（該操作會使葉綠體會發(fā)出紅色熒光），觀察到____，證明RNZ蛋白定位在葉綠體中。

④本實驗還應補充一組_____________作為對照，若結果為_______________能支持③的結論成立。

（3）根據(jù)以上研究成果，為了最終揭示溫敏雄性不育的機制，請寫出接下來可以進一步研究的問題__________________。（寫出1個即可）

Answer 1

【答案】分別提取葉片或幼穗總RNA，進行反轉(zhuǎn)錄；根據(jù)cDNA序列設計引物，PCR擴增，從而檢測RNZ其因表達情況。 無論低溫和高溫，S2幼穗中RNZ基因表達量均比葉片要少；高溫比低溫使幼穗RNZ基因表達量減少的更多 供篩選用的標記基因 水稻原生質(zhì)體（水稻體細胞）或外植體 植物組織培養(yǎng) 紅色熒光與綠色熒光重疊 將只含GFP的表達載體導入水稻幼苗原生質(zhì)體（水稻體細胞）中表達 葉綠體紅色熒光與熒光蛋白綠色熒光位置不重疊 RNZ蛋白是香通過影響光合速率來影響雄性不育；RNZ蛋白如何在幼穗成熟或減數(shù)分裂中發(fā)揮作用；葉綠體中溫度影響RNZ蛋白的表達的機制；尋找本實驗溫敏不育品系中與雄性不育相關的其它基因

【解析】

基因的表達包括轉(zhuǎn)錄和翻譯，轉(zhuǎn)錄的產(chǎn)物是RNA，所以檢測轉(zhuǎn)錄的相對數(shù)量可通過檢測相應mRNA的含量來完成。GFP為綠色熒光蛋白基因，該基因存在并表達的部位會出現(xiàn)綠色熒光。“將轉(zhuǎn)基因植物細胞置于適宜的波長光譜的激發(fā)下（該操作會使葉綠體會發(fā)出紅色熒光）”，說明目的基因存在并表達的部位在一定條件下會出現(xiàn)紅光。所以若RNZ蛋白定位在葉綠體中，可轉(zhuǎn)基因生物會觀察到紅色熒光與綠色熒光重疊。

（1）①題干中關鍵字為“以基因轉(zhuǎn)錄相對數(shù)量為指標”，需要先獲得葉片或幼穗總RNA，通過逆轉(zhuǎn)錄過程獲得DNA，根據(jù)cDNA序列設計引物，并進行體外PCR擴增，從而檢測RNZ基因表達情況。

②實驗記錄數(shù)據(jù)中，根據(jù)圖例對應的低溫、高溫；再結合橫坐標中的葉片和幼穗，可得：無論低溫和高溫，S2幼穗中RNZ基因表達量均比葉片要少；高溫比低溫使幼穗RNZ基因表達量減少的更多。

（2）①基因表達載體由啟動子、終止子、目的基因（融合基因）、標記基因組成，故還應具有標記基因。

②基因表達載體構建完成后，將其導入水稻原生質(zhì)體（水稻體細胞）或外植體，并通過植物組織培養(yǎng)技術獲得轉(zhuǎn)入目的基因的水稻。

③GFP為綠色熒光蛋白基因，將轉(zhuǎn)基因植物細胞置于適宜的波長光譜的激發(fā)下（該操作會使葉綠體發(fā)出紅色熒光），若RNZ蛋白定位在葉綠體中，可觀察到紅色熒光與綠色熒光重疊。

④實驗中還需要設置對照組，將只含有GFP的表達載體導入水稻幼苗原生質(zhì)體（水稻體細胞）中表達，由于對照組未轉(zhuǎn)入RNZ基因，因此葉綠體紅色熒光與綠色熒光位置不重疊。

（3）題干中提到，就某水稻品系中發(fā)現(xiàn)的雄性不育基因開展了下面的一系列研究，說明研究過程的側(cè)重點是雄性不育，因此可以探究的問題包括：RNZ蛋白是否通過影響光合速率來影響雄性不育；RNZ蛋白如何在幼穗成熟或減數(shù)分裂中發(fā)揮作用；葉綠體中溫度影響RNZ蛋白的表達的機制；尋找本實驗溫敏不育品系中與雄性不育相關的其它基因等。