Question

【題目】水稻是自花授粉作物，雜交水稻育種成功得益于對(duì)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(kāi)展了下面的一系列研究。

（1）水稻在抽穗期，幼穗中的雄蕊進(jìn)行減數(shù)分裂產(chǎn)生花粉，此期間水稻對(duì)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(duì)RNZ基因表達(dá)的影響，研究人員選取長(zhǎng)勢(shì)基本一致的S2植株，均分為兩組分別在低溫、高溫條件下進(jìn)行處理，請(qǐng)根據(jù)后續(xù)實(shí)驗(yàn)過(guò)程

①檢測(cè)RNZ基因的表達(dá)情況。請(qǐng)依據(jù)所學(xué)知識(shí)，寫(xiě)出以基因轉(zhuǎn)錄相對(duì)數(shù)量為指標(biāo)，檢測(cè)S2葉片和幼穗RNZ基因表達(dá)情況的基本程序____________________________________。

②實(shí)驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)如圖。與S2葉片中RNZ基因表達(dá)情況比較，溫度變化對(duì)S2幼穗中RNZ基因表達(dá)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(xì)胞中廣泛存在，催化tRNA的加工。依據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，研究人員猜測(cè)，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(yàn)證此推測(cè)，研究人員做了如下實(shí)驗(yàn)：

①構(gòu)建RNZ-GFP融合基因表達(dá)載體（GFP為綠色熒光蛋白基因）。此表達(dá)載體除具有融合基因、啟動(dòng)子、終止子外，還應(yīng)具有_________________。

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

③實(shí)驗(yàn)者將轉(zhuǎn)基因植物細(xì)胞置于適宜的波長(zhǎng)光譜的激發(fā)下（該操作會(huì)使葉綠體會(huì)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(shí)驗(yàn)還應(yīng)補(bǔ)充一組_____________作為對(duì)照，若結(jié)果為_______________能支持③的結(jié)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(jī)制，請(qǐng)寫(xiě)出接下來(lái)可以進(jìn)一步研究的問(wèn)題__________________。（寫(xiě)出1個(gè)即可）

Answer 1

【答案】分別提取葉片或幼穗總RNA，進(jìn)行反轉(zhuǎn)錄；根據(jù)cDNA序列設(shè)計(jì)引物，PCR擴(kuò)增，從而檢測(cè)RNZ其因表達(dá)情況。 無(wú)論低溫和高溫，S2幼穗中RNZ基因表達(dá)量均比葉片要少；高溫比低溫使幼穗RNZ基因表達(dá)量減少的更多 供篩選用的標(biāo)記基因 水稻原生質(zhì)體（水稻體細(xì)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(dá)載體導(dǎo)入水稻幼苗原生質(zhì)體（水稻體細(xì)胞）中表達(dá) 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(guò)影響光合速率來(lái)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(dá)的機(jī)制；尋找本實(shí)驗(yàn)溫敏不育品系中與雄性不育相關(guān)的其它基因

【解析】

基因的表達(dá)包括轉(zhuǎn)錄和翻譯，轉(zhuǎn)錄的產(chǎn)物是RNA，所以檢測(cè)轉(zhuǎn)錄的相對(duì)數(shù)量可通過(guò)檢測(cè)相應(yīng)mRNA的含量來(lái)完成。GFP為綠色熒光蛋白基因，該基因存在并表達(dá)的部位會(huì)出現(xiàn)綠色熒光。“將轉(zhuǎn)基因植物細(xì)胞置于適宜的波長(zhǎng)光譜的激發(fā)下（該操作會(huì)使葉綠體會(huì)發(fā)出紅色熒光）”，說(shuō)明目的基因存在并表達(dá)的部位在一定條件下會(huì)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(huì)觀察到紅色熒光與綠色熒光重疊。

（1）①題干中關(guān)鍵字為“以基因轉(zhuǎn)錄相對(duì)數(shù)量為指標(biāo)”，需要先獲得葉片或幼穗總RNA，通過(guò)逆轉(zhuǎn)錄過(guò)程獲得DNA，根據(jù)cDNA序列設(shè)計(jì)引物，并進(jìn)行體外PCR擴(kuò)增，從而檢測(cè)RNZ基因表達(dá)情況。

②實(shí)驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)中，根據(jù)圖例對(duì)應(yīng)的低溫、高溫；再結(jié)合橫坐標(biāo)中的葉片和幼穗，可得：無(wú)論低溫和高溫，S2幼穗中RNZ基因表達(dá)量均比葉片要少；高溫比低溫使幼穗RNZ基因表達(dá)量減少的更多。

（2）①基因表達(dá)載體由啟動(dòng)子、終止子、目的基因（融合基因）、標(biāo)記基因組成，故還應(yīng)具有標(biāo)記基因。

②基因表達(dá)載體構(gòu)建完成后，將其導(dǎo)入水稻原生質(zhì)體（水稻體細(xì)胞）或外植體，并通過(guò)植物組織培養(yǎng)技術(shù)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(xì)胞置于適宜的波長(zhǎng)光譜的激發(fā)下（該操作會(huì)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(shí)驗(yàn)中還需要設(shè)置對(duì)照組，將只含有GFP的表達(dá)載體導(dǎo)入水稻幼苗原生質(zhì)體（水稻體細(xì)胞）中表達(dá)，由于對(duì)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(kāi)展了下面的一系列研究，說(shuō)明研究過(guò)程的側(cè)重點(diǎn)是雄性不育，因此可以探究的問(wèn)題包括：RNZ蛋白是否通過(guò)影響光合速率來(lái)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(dá)的機(jī)制；尋找本實(shí)驗(yàn)溫敏不育品系中與雄性不育相關(guān)的其它基因等。