【題目】科研人員將潮霉素抗性基因(H基因,答題涉及“潮霉素抗性基因”一律用字母H表示)轉(zhuǎn)入至擬南芥(2n=10)中,獲得不同株系的擬南芥。

(1)將目的基因?qū)霐M南芥常用的方法是______________,具體方法為:將目的基因插入到________________上,此結(jié)構(gòu)具有可轉(zhuǎn)移至受體細(xì)胞并整合到受體細(xì)胞染色體上的特點。

(2)為確定不同擬南芥株系導(dǎo)入的基因在染色體上的相對位置,科研人員篩選并通過自交獲得轉(zhuǎn)基因成功的4個純合株系:1、2、3、4,做了如下雜交實驗。

①4個純合株系植株分別與非轉(zhuǎn)基因植株正、反交得F1,F(xiàn)1自交獲得F2。F2中抗潮霉素性狀與不抗潮霉素性狀的植株比例為_______,表明每個株系的H基因均位于一對同源染色體上的同一位點,但不能確定4個株系的H基因是否位于同一對同源染色體上。

②將上述4個純合株系植株間進(jìn)行配組形成6個雜交組合(1×2、1×3、1×4、2×3、2×4、3×4),每個組合得F1,F(xiàn)1自交獲得F2。

a.除2×4組合外,其它雜交組合F2中抗潮霉素性狀與不抗潮霉素性狀的植株比例均為15:1,表明1、2、3三個株系相比較,它們的H基因位于________________(同源染色體/非同源染色體)上,F(xiàn)2中不抗潮霉素性狀的植株比例為1/16的原因是___________________________(請從F1中與此比例直接相關(guān)的配子類型和比例的角度作答)。

b.2×4組合F2植株全表現(xiàn)抗潮霉素性狀。假設(shè)株系1中H基因在染色體上的位置如圖1(豎線代表染色體,橫線代表基因的位置)所示,請推測株系2中H基因的位置和株系4中H基因的兩種可能的位置(參照圖1的模式在答題卡中的圖2中標(biāo)注)。___

c.根據(jù)上述實驗推測,利用上述方法導(dǎo)入到擬南芥中的基因的插入位置是_____(隨機(jī)/固定)的。

【答案】農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法 Ti質(zhì)粒的T-DNA 3:1 非同源染色體 F1的雌雄配子中不含H基因的配子皆為1/4 隨機(jī)

【解析】

1、基因工程技術(shù)的基本步驟:
(1)目的基因的獲取方法:從基因文庫中獲取、利用PCR技術(shù)擴(kuò)增和人工合成。
(2)基因表達(dá)載體的構(gòu)建:是基因工程的核心步驟,基因表達(dá)載體包括目的基因、啟動子、終止子和標(biāo)記基因等。

(3)將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞:根據(jù)受體細(xì)胞不同,導(dǎo)入的方法也不一樣。將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞的方法有農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法、基因槍法和花粉管通道法;將目的基因?qū)雱游锛?xì)胞最有效的方法是顯微注射法;將目的基因?qū)胛⑸锛?xì)胞的方法是感受態(tài)細(xì)胞法。
(4)目的基因的檢測與鑒定:分子水平上的檢測:①檢測轉(zhuǎn)基因生物染色體的DNA是否插入目的基因常用DNA分子雜交技術(shù);②檢測目的基因是否轉(zhuǎn)錄出了mRNA,常用分子雜交技術(shù);③檢測目的基因是否翻譯成蛋白質(zhì),常用抗原-抗體雜交技術(shù)。個體水平上的鑒定:抗蟲鑒定、抗病鑒定、活性鑒定等。
2、基因分離定律的實質(zhì):在雜合子的細(xì)胞中,位于一對同源染色體上的等位基因,具有一定的獨(dú)立性;生物體在進(jìn)行減數(shù)分裂形成配子時,等位基因會隨著同源染色體的分開而分離,分別進(jìn)入到兩個配子中,獨(dú)立地隨配子遺傳給后代。
3、基因自由組合定律的實質(zhì)是:位于非同源染色體上的非等位基因的分離或自由組合是互不干擾的;在減數(shù)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。

(1)根據(jù)分析可知,將目的基因?qū)霐M南芥常用的方法是農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法,農(nóng)桿菌中的Ti質(zhì)粒上的T-DNA可轉(zhuǎn)移至受體細(xì)胞,并且整合到受體細(xì)胞染色體的DNA上。根據(jù)農(nóng)桿菌的這一特點,如果將目的基因插入到Ti質(zhì)粒的T-DNA上,通過農(nóng)桿菌的轉(zhuǎn)化作用,就可以把目的基因整合到植物細(xì)胞中染色體的DNA上。

(2)①每個株系的H基因均位于一對同源染色體上的同一位點,則4個純合株系植株分別與非轉(zhuǎn)基因植株正、反交得到的F1均為雜合子, F1自交獲得F2,根據(jù)基因分離定律,F(xiàn)2中抗潮霉素性狀與不抗潮霉素性狀的植株比例為3:1。

②a.除2×4組合外,其它雜交組合F2中抗潮霉素性狀與不抗潮霉素性狀的植株比例均為15:1,這是“9:3:3:1”的變式,這表明1、2、3三個株系相比較,它們的H基因位于非同源染色體上,遵循基因自由組合定律。由于F1的雌雄配子中不含H基因的配子皆為1/4,故F2中不抗潮霉素性狀的植株比例為1/16。
b.2×4組合F2植株全表現(xiàn)抗潮霉素性狀,結(jié)合a中的結(jié)果和圖1中H基因所在位置可推測,株系2中的H基因應(yīng)在與圖1中H基因所在染色體的非同源染色體上,符合自由組合定律。株系4中的H基因所在染色體應(yīng)該與株系2的H基因所在染色體是同一對染色體,因此株系2中H基因的位置和株系4中H基因的兩種可能的位置如圖:

c.根據(jù)上述實驗推測,利用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法導(dǎo)入到擬南芥中的基因的插入位置是隨機(jī)的。

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