Question

【題目】雜交水稻生產技術是我國現代農業研究的一項重要成果，使我國的水稻產量得到大幅度提高，為我國和世界糧食安全作出了重要貢獻。

（1）具有相對性狀的水稻純合子雜交，研究者根據F1、F2的表現型及比例可作出的判斷包括___________，以及通過比較正、反交結果可推斷控制該性狀的基因是否位于細胞核中。

（2）1970年袁隆平團隊在水稻（野生型）中發現了一株雄性不育植株（雄蕊異常，不能產生有功能的花粉；雌蕊正常，接受外來的正常花粉能受精結實）。通過分析下圖所示的雜交實驗，研究者發現該雄性不育性狀是由細胞質基因和細胞核基因共同控制的。

上述雜交中子代的細胞質基因均由母本提供。用S表示細胞質不育基因，N表示細胞質可育基因。用R（R1、R2）表示細胞核中可恢復育性的基因，其等位基因r（r1、r2）無此功能。只有當細胞質中含有S基因，細胞核中r基因純合時，植株才表現出雄性不育性狀。其他類型的基因組合均為雄性可育。

通過雜交一可生產雜交種子（利用雄性不育株生產可育的F1種子，供生產使用)；通過雜交二可用來繁殖不育系（每年繁殖出基因型相同且雄性不育的植株）。請以遺傳圖解的形式寫出雜交一和雜交二的親本及F1的基因型（不要求寫配子基因型）。__________________

（3）研究發現細胞質S基因（在線粒體DNA上）編碼的蛋白質阻礙水稻花粉發育而導致雄性不育，而R基因能夠消除S基因對花粉發育的不利影響。為研究其中的機制，分析了不同基因型水稻的線粒體不育基因表達情況，結果見下表：

根據表中結果，從R基因影響線粒體不育基因S表達的角度，解釋R基因恢復育性可能的機制。____________________________

Answer 1

【答案】通過 F1 的性狀表現可以判斷性狀的顯隱性，通過 F2 的性狀分離比，初步推測性狀受幾對基因控制 R1 不影響線粒體不育基因的轉錄, 但抑制不育蛋白的產生或積累；R2 抑制不育基因的轉錄，或在轉錄后降解不育基因的 mRNA；R1、R2 基因的共同作用抑制了不育基因的表達，使育性恢復正常。

【解析】

1、自由組合定律的實質：位于非同源染色體上的非等位基因的分離或組合是互不干擾的；在減數分裂過程中，同源染色體上的等位基因彼此分離的同時，非同源染色體上的非等位基因自由組合。

2、基因分離定律和基因自由組合定律適用于細胞核遺傳。

（1）具有相對性狀的水稻純合子雜交，可以通過 F1 的性狀表現判斷性狀的顯隱性，并通過 F2 的性狀分離比，初步推測性狀受幾對基因控制，以及通過比較正、反交結果可推斷控制該性狀的基因是否位于細胞核中。

（2）分析題中信息：用 S 表示細胞質不育基因，N 表示細胞質可育基因。用 R（R1、R2）表示細胞核中可恢復育性的基因，其等位基因 r（r1、r2） 無此功能。只有當細胞質中含有 S 基因，細胞核中 r 基因純合時，植株才表現出雄性不育性狀。綜上可知，基因型為S(r1r1r2r2)的個體表現為雄性不育性狀（雄蕊異常，不能產生有功能的花粉；雌蕊正常，接受外來的正常花粉能受精結實），在雜交中可用作母本；其他類型的基因組合，如：N(R1-R2-)、N(r1r1r2r2)、S(R1-R2-)等均為雄性可育。想要通過雜交一得到可生產的雜交種子，即利用雄性不育株S(r1r1r2r2)生產可育的 F1 種子，供生產使用，則應選用的雜交組合為S(r1r1r2r2)♀×N(R1R1R2R2)♂；通過雜交二用來繁殖不育系，每年繁殖出基因型相同且雄性不育的植株，即純合的雄性不育植株S(r1r1r2r2)，應選用的雜交組合為S(r1r1r2r2)♀×N(r1r1r2r2)♂，可知雜交過程如下：

（3）分析表格中的數據可知，S(R1R1r2r2)與S(r1r1r2r2)相比，不育基因轉錄的mRNA含量相同，但不育基因編碼的蛋白質減少，說明R1不影響線粒體不育基因的轉錄, 但抑制不育蛋白的產生或積累；S(r1r1R2R2) 與S(r1r1r2r2)相比，不育基因轉錄的mRNA含量和不育基因編碼的蛋白質均減少，說明R2抑制不育基因的轉錄，或在轉錄后降解不育基因的 mRNA； S(R1R1R2R2) 與S(r1r1r2r2)相比，水稻育性恢復正常，說明R1、R2 基因的共同作用抑制了不育基因的表達，使育性恢復正常。