Question

19．中國女科學(xué)家屠呦呦獲2015年諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)，她研制的抗瘧藥青蒿素挽救了數(shù)百萬人的生命．
Ⅰ、研究人員已經(jīng)弄清了青蒿細(xì)胞中青蒿素的合成途徑（如圖中實(shí)線方框內(nèi)所示），并且發(fā)現(xiàn)酵母細(xì)胞也能夠產(chǎn)生合成青蒿酸的中間產(chǎn)物FPP（如圖虛線方框內(nèi)所示）．

（1）在FPP合成酶基因表達(dá)過程中，①步驟的產(chǎn)物需要經(jīng)過加工才能成為成熟的mRNA．
（2）實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，通過對酵母細(xì)胞導(dǎo)入相關(guān)基因后，這些基因仍能正常表達(dá)，這種育種方式的遺傳學(xué)原理是
基因重組，隨后科研人員也發(fā)現(xiàn)酵母合成的青蒿素很少，根據(jù)圖解為提高酵母菌合成的青蒿素的產(chǎn)量，請?zhí)岢鲆粋�(gè)合理的思路降低ERG9酶的合成量．
Ⅱ、已知青蒿的花色白色（只含白色色素）和黃色（含黃色色素）是一對相對性狀，由兩對等位基因（A和a、B和b）共同控制，顯性基因A控制以白色色素為前體物合成黃色色素的代謝過程，但當(dāng)隱性基因bb存在時(shí)可抑制其表達(dá)（如圖所示），據(jù)此回答：

（3）開黃花的青蒿植株的基因型可能是AABB、AaBB、AABb、AaBb．
Ⅲ、現(xiàn)有AAbb、aaBB二個(gè)純種白花青蒿品種，為了培育出能穩(wěn)定遺傳的黃花品種，某同學(xué)設(shè)計(jì)了如下程序：
（a）第一年：用AAbb和aaBB兩個(gè)品種進(jìn)行雜交，得到F₁種子
（b）第二年：將F₁種子種下得F₁植株，F(xiàn)₁隨機(jī)交配得F₂種子；
（c）第三年：再將F₂種子種下得F₂植株，F(xiàn)₂自交，然后選擇開黃花植株的種子混合留種；
重復(fù)第三年的步驟若干代，直到后代不出現(xiàn)性狀分離為止．
（4）F₂的表現(xiàn)型及比例為黃花：白花=9：7．
（5）這次培育黃花品種遺傳育種中的屬于雜交育種．
（6）若F₂中的黃花植株自交得到F₃，則F₃中的黃花植株中純合子占$\frac{25}{81}$．
（7）有同學(xué)認(rèn)為這不是最佳方案，你能在原方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行修改，以縮短培育年限嗎？請用遺傳圖解及簡要文字簡述你的方案．

Answer 1

分析 分析題圖：1、圖中實(shí)線方框中表示青蒿細(xì)胞中青蒿素的合成途徑，青蒿素的合成需要FPP合成酶、ADS酶和CYP71AV1酶．虛線方框表示酵母細(xì)胞合成FPP合成酶及固醇的過程，酵母細(xì)胞只能合成FPP合成酶，不能合成ADS酶和CYP71AV1酶，因此其不能合成青蒿素．
2、青蒿的花色由兩對等位基因控制，A和a、B和b分別位于3號(hào)染色體和1號(hào)染色體上，因此在遺傳過程中遵循自由組合定律；顯性基因A控制以白色色素為前體物合成黃色色素的代謝過程，但當(dāng)隱性基因bb存在時(shí)可抑制其表達(dá)，因此只有A、B基因同時(shí)存在時(shí)，才表現(xiàn)為黃花．

解答 解：（1）圖中①表示轉(zhuǎn)錄過程，該過程需要RNA聚合酶的催化，合成的mRNA需要經(jīng)過加工才能成為成熟的mRNA．
（2）將相關(guān)基因?qū)�入酵母�?xì)胞需要采用基因工程技術(shù)，其原理是基因重組；由圖可知，酵母細(xì)胞中部分FPP用于合成了固醇，因此將相關(guān)基因?qū)�入酵母菌后，即使這些基因能正常表達(dá)，酵母菌合成的青蒿素仍很少，由此可推知提高酵母菌合成的青蒿素的產(chǎn)量的一個(gè)思路為降低ERG9酶的合成量（干擾ERG9酶合成的過程或降低ERG9酶活性）．
（3）由題意可知，只有A、B基因同時(shí)存在時(shí)，才表現(xiàn)為黃花，因此開黃花的青蒿植株的基因型可能是AABB、AaBB、AABb、AaBb．
（4）F₁的基因型為AaBb，自交后代的基因組成可以寫出A_B_：A_bb：aaB_：aabb=9：3：3：1，其中A_B_為黃花，其余的為白花，因此F₂的性狀分離比為黃花：白花=9：7．
（5）圖中的育種方式為雜交育種．
（6）若F₂中的黃花植株（$\frac{1}{9}$AABB、$\frac{2}{9}$AaBB、$\frac{2}{9}$AABb、$\frac{4}{9}$AaBb）自交得到F₃，可通過分離定律來計(jì)算，由于黃花植株是雙顯性，故要淘汰隱性個(gè)體，則F₃中的黃花植株中純合子=$\frac{1}{9}+\frac{2}{27}+\frac{2}{27}+\frac{4}{81}=\frac{25}{81}$．
（7）單倍體育種能大大縮短育種年限，具體做法是：采用F₁植株的花粉進(jìn)行離體培養(yǎng)獲得單倍體幼苗，然后用秋水仙素處理單倍體幼苗，成熟后開黃花的植株即為純種．
故答案為：（1）加工
（2）基因重組          降低ERG9酶的合成量（干擾ERG9酶合成過程或降低ERG9酶活性）
（3）AABB、AaBB、AABb、AaBb
（4）黃花：白花=9：7
（5）雜交
（6）$\frac{25}{81}$
（7）

點(diǎn)評 本題結(jié)合圖解，考查基因自由組合定律的實(shí)質(zhì)及應(yīng)用，要求學(xué)生掌握基因自由組合定律的實(shí)質(zhì)，能根據(jù)報(bào)春花花色的決定圖解，判斷黃花和白花相應(yīng)的基因型，再用逐對分析計(jì)算相關(guān)概率．