Question

【題目】Ⅰ．水稻是我國最重要的糧食作物。稻瘟病是由稻瘟病菌（Mp）侵染水稻引起的病害，嚴重危害我國糧食生產安全。與使用農藥相比，抗稻瘟病基因的利用是控制稻瘟病更加有效、安全和經濟的措施。（1）水稻對Mp表現出的抗病與感病為一對相對_________。為判斷某抗病水稻是否為純合子，可通過觀察自交子代_________來確定。

（2）現有甲（R1R1r2r2r3r3）、乙（rlrlR2R2r3r3）、丙（r1rlr2r2R3R3）三個水稻抗病品種，抗病（R）對感病（r）為顯性，三對抗病基因位于不同染色體上。根據基因的DNA序列設計特異性引物，用PCR方法可將樣本中的R1、r1、R2、r2、R3、r3區(qū)分開。這種方法可用于抗病品種選育中基因型的鑒定。

①甲品種與感病品種雜交后，對F2不同植株的R1、r1進行PCR擴增。已知R1比r1片段短。從擴增結果（下圖）推測可抗病的植株有_________。

②為了在較短時間內將甲、乙、丙三個品種中的抗病基因整合，選育新的純合抗病植株，下列育種步驟的正確排序是_________。

a．甲×乙，得到F1

b．用PCR方法選出R1R1R2R2R3R3植株

c．R1r1R2r2r3r3植株×丙，得到不同基因型的子代

d．用PCR方法選出R1r1R2r2R3r3植株，然后自交得到不同基因型的子代

（3）研究發(fā)現，水稻的抗病表現不僅需要自身抗病基因（R1、R2、R3等）編碼的蛋白，也需要Mp基因（A1、A2、A3等）編碼的蛋白。只有R蛋白與相應的A蛋白結合，抗病反應才能被激活。若基因型為R1R1r2r2R3R3和r1r1R2R2R3R3的水稻，被基因型為a1a1A2A2a3a3的Mp侵染，推測這兩種水稻的抗病性表現依次為_________。

（4）研究人員每年用Mp（A1A1a2a2a3a3）人工接種水稻品種甲（R1R1r2r2r3r3），幾年后甲品種喪失了抗病性，檢測水稻的基因未發(fā)現變異。推測甲品種抗病性喪失的原因是__________________。

（5）水稻種植區(qū)的Mp是由不同基因型組成的群體。大面積連續(xù)種植某個含單一抗病基因的水稻品種，將會引起Mp種群__________________，使該品種抗病性逐漸減弱直至喪失，無法在生產中繼續(xù)使用。

（6）根據本題所述水稻與Mp的關系，為避免水稻品種抗病性喪失過快，請從種植和育種兩個方面給出建議__________________。

Ⅱ．人參是一種名費藥材，具有良好的滋補作用。口服。干擾素在慢性乙肝、丙肝及部分腫瘤的治療中有一定療效。下圖為科研人員制備能合成干擾素的人參愈傷組織細胞的流程，①~③表示相關的操作，EcoRI、BamHI為限制酶，它們的識別序列及切割位點如表所示。請回答下列問題：

限制酶	識別序列和切割位點
EcoRⅠ	G↓AATTC
BamHⅠ	G↓GATTC

（1）步驟①中，利用PCR技術擴增干擾素基因時，設計引物序列的主要依據是_________。科研人員還在兩種引物的一端分別加上了_________和_________序列，以便于后續(xù)的剪切和連接。

（2）過程②所構建的基因表達載體中未標注出的必需元件還有_________，過程③中需先用_________ 處理農桿菌以便將基因表達載體導入細胞。

（3）科研人員認為，將轉干擾素基因的人參愈傷組織加工成的藥物比單純干擾素的療效要好，其依據是_________

（4）孕婦即使食用人參滋補，但隨著其妊娠年齡的增加，21三體綜合征的發(fā)病風險在不斷增加，孕婦需要進行產前診斷來預防患病孩子的產生。無創(chuàng)基因檢測是產前診斷的常用方法之一。在孕婦的血液中存在胎兒游離的DNA片段，可以對21號染色體上的特有基因DSCR3和非21號染色體上的基因GAPDH（作為參照）進行實時熒光定量PCR擴增，以測定DSCR基因和GAPDH基因的含量，計算兩種基因劑量的比值如下表。

	樣品數	DSCR3/GAPDH
正常人	80	0．884±0．420
21三體胎兒	5	1．867±0．054
21三體患者	7	1．810±0．169

①要利用胎兒游離的DNA片段擴增出相應的基因，關鍵是_________的設計。

②從上述表格看，正常人與21三體患者的比值有差異，其主要原因是__________________

③產前診斷的方法還有羊水檢查，下列有關敘述正確的是_________。

A．21三體綜合征是由基因突變引起的

B．21三體綜合征是由減數分裂發(fā)生異常引起的

C．通過動物細胞培養(yǎng)技術對脫落在羊水中的胎兒的某些細胞進行培養(yǎng)，以擴大這些細胞的數量

D．選擇有絲分裂中期的細胞進行染色體核型分析，判斷胎兒細胞的染色體數目是否正常

Answer 1

【答案】性狀 性狀是否分離 1和3 a、c、d、b 感病、抗病 Mp的A1基因發(fā)生了突變 （A類）基因（型）頻率改變 將含有不同抗病基因的品種輪換/間隔種植；將多個不同抗病基因通過雜交整合到一個品種中 干擾素基因兩端的部分核苛酸序列 GAATTC GGATCC 復制原點 Ca2+ 將干擾素的治療作用與人參的滋補作用相結合，能在抗病毒、抗腫瘤和免疫調節(jié)等方面發(fā)揮協同作用 引物 正常人的DSCR3基因數量比三體患者少 BCD

【解析】

基因工程是狹義的遺傳工程，基因工程的基本原理是讓人們感興趣的基因（即目的基因）在宿主細胞中穩(wěn)定高效地表達。為了實現基因工程的目標，通常要有多種工具酶、目的基因、載體和宿主細胞等基本要素，并按照一定的程序進行操作，它包括目的基因的獲得、重組DNA的形成，重組DNA導入受體細胞也稱（宿主）細胞、篩選含有目的基因的受體細胞和目的基因的表達等幾個方面。

Ⅰ．（1）水稻對Mp表現出的抗病與感病為一對相對性狀。為判斷某抗病水稻是否為純合子，可通過觀察自交子代性狀是否分離來確定，若發(fā)生性狀分離，則是雜合子。
（2）①已知R1比r1片段短，從圖中可知1和3植株含有R1基因，推測可抗病的植株有1和3。
②甲（R1R1r2r2r3r3）、乙（r1r1R2R2r3r3）、丙（r1r1r2r2R3R3）三個水稻抗病品種，為了在較短時間內將甲、乙、丙三個品種中的抗病基因整合，選育新的純合抗病植株，應先讓甲乙雜交，再將得到的植株與丙雜交，且用PCR選出R1r1R2r2R3r3植株，然后自交得到不同基因型的子代，用PCR方法選出R1R1R2R2R3R3植株，因此正確排序是a、c、d、b。
（3）只有R蛋白與相應的A蛋白結合，抗病反應才能被激活。若基因型為R1R1r2r2R3R3和r1r1R2R2R3R3的水稻，被基因型為a1a1A2A2a3a3的Mp侵染，前者R基因沒有與對應的A結合，故表現感病，后者R2與A2對應，故表現為抗病。
（4）Mp的A1基因發(fā)生了突變，無法與R1基因結合，導致甲品種抗病性喪失。
（5）大面積連續(xù)種植某個含單一抗病基因的水稻品種，將會引起Mp種群（A類）基因（型）頻率改變，使該品種抗病性逐漸減弱直至喪失，無法在生產中繼續(xù)使用。
（6）根據本題所述水稻與Mp的關系，為避免水稻品種抗病性喪失過快，可將含有不同抗病基因的品種輪換/間隔種植；也可將多個不同抗病基因通過雜交整合到一個品種中。
Ⅱ．（1）步驟①中，利用PCR技術擴增干擾素基因時，DNA子鏈的合成需先有一小段DNA與模板鏈結合，因此需設計引物，設計引物序列的主要依據是干擾素基因兩端的部分核苛酸序列。EcoRI、BamHI為限制酶，用來切割目的基因和質粒載體，因此需在PCR擴增時在引物的兩端加上酶切位點，故在兩種引物的一端分別加上了GAATTC和GGATCC序列，以便于后續(xù)的剪切和連接。
（2）過程②所構建的基因表達載體中未標注出的必需元件還有復制原點，過程③中需先用Ca2+處理農桿菌以便將基因表達載體導入細胞。
（3）將干擾素的治療作用與人參的滋補作用相結合，能在抗病毒、抗腫瘤和免疫調節(jié)等方面發(fā)揮協同作用，因此將轉干擾素基因的人參愈傷組織加工成的藥物比單純干擾素的療效要好。
（4）①要利用胎兒游離的DNA片段擴增出相應的基因，關鍵是引物的設計。
②從上述表格看，正常人與21三體患者的比值有差異，其主要原因是正常人的DSCR3基因數量比三體患者少。
③A、21三體綜合征是由染色體數目變異引起的，A錯誤；
B、21三體綜合征（21號染色體有3條）是由減數分裂發(fā)生異常引起的，B正確；
C、通過動物細胞培養(yǎng)技術對脫落在羊水中的胎兒的某些細胞進行培養(yǎng)，以擴大這些細胞的數量，C正確；
D、選擇有絲分裂中期的細胞進行染色體核型分析，判斷胎兒細胞的染色體數目是否正常，D正確。
故選BCD。