Question

【題目】玉米是我國的主要農作物之一，它是雌雄同株植物，頂端開雄花，葉腋開雌花，即能同株傳粉，又能異株傳粉。在玉米繁種過程中發現一個玉米穗發芽突變體，即在收獲前籽粒在母體植株果穗上發芽的現象。穗發芽嚴重影響玉米的產量、品質，給作物生產帶來嚴重的經濟損失。為探究此突變體的遺傳機理，科研人員進行了實驗。

（1）玉米是雜交實驗常用材料，在雜交實驗中與豌豆相比的優點是__________________（雜交、自交、測交）相對簡便易行。如圖1所示，與一般突變體不同，穗發芽是籽粒時期表現出的性狀，在果穗收獲時，萌發的胚芽已干枯致死。因此將同一果穗（命名為vp-like4植株）上的正常籽粒再種植、自交，觀察vp-like4穗發芽的遺傳穩定性和分離比例，結果如圖2所示。此結果表明vp-like4突變體的穗發芽性狀由______________________控制。

A:vp-like4 雜合突變體授粉后30 d 果穗上正常籽粒和穗發芽籽粒;

B:vp-like4 雜合突變體授粉后60 d 果穗上正常籽粒和穗發芽籽粒;

C:成熟的正常籽粒(WT)和穗發芽籽粒(vp)。標尺=1 cm。

（2）已報道的玉米穗發芽突變體主要通過阻斷脫落酸（ABA）的生物合成或降低對脫落酸的感應度而使籽粒在母體果穗上提前萌發。對vp-like4突變體果穗涂抹____________，發現能抑制種子萌發,則排除vp-like4突變體對ABA 的響應不足的可能性。

（3）科研人員采用BSR-Seq 技術進行基因定位分析，將vp4基因定位在玉米第5 染色體173.8~175.6 Mb 區間內。通過基因測序發現，在此定位區間內存在一個已報道的與玉米穗發芽相關的Vp15 基因。

（4）已報道的兩種Vp15隱性突變體vp15-umu1 和vp15-DR1126 不能正常合成ABA，從而表現穗發芽。由于正常籽粒基因型無法確定，本研究利用混粉的方法進行初步的等位性檢測。混粉雜交步驟如下：

①分別從vp-like4、vp15-umu1、vp15-DR1126 的雜合體后代中隨機挑選正常籽粒種植，種植vp-like4 3 行，vp15-umu1和 vp15-DR1126 各2 行，每行25 株

②開花授粉時,任選vp-like4 中一行進行單株自交，同時收集這一行單株的花粉進行混粉，分別授粉雜交vp15-umu1和 vp15-DR1126 的其中一行每一個單株。

③同理,vp15-umu1 和 vp15-DR1126 的另外一行每個單株自交，同時分別收集各行的花粉，混粉分別雜交vp-like4 的另外2行中每個單株。授粉后30 d，剝開苞葉檢測穗發芽情況。

檢查自交后檢測穗發芽的情況以確保混粉的花粉中有____________________________。

混粉雜交的4行植株中均存在有穗發芽的果穗，這一結果初步說明vp-like4 基因是vp15 的等位基因。

（5）已知vp-like4 基因序列后，可進行植株基因序列驗證和準確的雜合體等位雜交,雜交組合如下圖，預期實驗結果是__________________________________________________________。

注：vp-like4/+表示一個基因為突變基因，另一個基因為野生型的個體

（6）分別取vp-like4、vp15-umu1、vp15-DR1126 雜合突變體果穗上的正常籽粒和穗發芽籽粒，利用實時定量熒光PCR檢測Vp15 基因的表達量(如圖5)，根據實驗結果推測vp-like4是vp15的一個新的等位基因，依據是____________________________________________。

Answer 1

【答案】雜交、測交 一對隱性基因（單個隱性核基因） 外源脫落酸 突變體花粉 正常籽粒與穗發芽籽粒符合3∶1 分離比 無論是在vp-like4還是在vp15-umu1 和vp15-DR1126 中，穗發芽籽粒Vp15 基因的表達量都顯著低于正常籽粒

【解析】

1、正常籽粒（vp-like4）植株自交，子代正常籽粒與穗發芽籽粒約為3︰1，則穗發芽籽粒為隱性性狀，正常籽粒為顯性性狀，vp-like4基因為隱性基因。

2、若vp-like4基因與Vp15基因是等位基因，則vp-like4基因分別與vp15-umu1基因、vp15-DR1126基因組合植株均為穗發芽籽粒。

（1）玉米是雌雄同株，頂端開雄花，葉腋開雌花的植物，而豌豆是自花傳粉，閉花受粉的植物。與豌豆相比，進行測交和雜交時，玉米不需要進行去雄這一步操作，更加簡便易行。由2可知，正常籽粒（vp-like4）植株自交，子代正常籽粒與穗發芽籽粒約為3︰1，說明vp-like4突變體的穗發芽性狀由一對隱性基因控制的。

（2）由題意可知，玉米穗發芽突變體籽粒在母體果穗上提前萌發的原因可能為：①通過阻斷脫落酸（ABA）的生物合成；②通過降低對脫落酸的感應度。可對vp-like4突變體果穗涂抹外源脫落酸，若發現能抑制種子萌發，則排除vp-like4突變體對ABA的響應不足的可能性。

（4）vp-like4、vp15-umu1、vp15-DR1126的雜合體后代有正常籽粒和穗發芽籽粒。正常籽粒有些是純合子，有些為雜合子，無法確定其基因型。由于正常籽粒的基因型無法確定，可利用混粉雜交的方法進行初步檢測vp-like4基因與vp15基因的等位性。為了確保正常籽粒產生的花粉中有突變體花粉，可采用自交，檢查自交后檢測穗發芽的情況。

（5）由圖4可知，親本產生配子的基因及比例均為野生型基因︰突變基因=1︰1。親本雜交，其后代的基因組合和比例為：野生型基因與野生型基因組合︰野生型基因與突變基因組合︰突變基因與突變基因組合=1︰2︰1，只有突變基因與突變基因組合為穗發芽籽粒，因此正常籽粒與穗發芽籽粒之比為3︰1。

（6）由圖5可知，在vp-like4、vp15-umu1和vp15-DR1126三個突變體中，穗發芽籽粒中Vp15基因的表達量都顯著低于正常籽粒的。由此可推測vp-like4是vp15的一個新的等位基因。