水稻是自花傳粉作物,雜交水稻育種成功得益于對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RNZ基因表達(dá)的影響,研究人員選取長勢基本一致的S2植株,均分為兩組分別在低溫、高溫條件下進(jìn)行處理,請根據(jù)后續(xù)實(shí)驗過程分析:
①檢測RNZ基因的表達(dá)情況。請依據(jù)所學(xué)知識,寫出以基因轉(zhuǎn)錄相對數(shù)量為指標(biāo),檢測S2葉片和幼穗RNZ基因表達(dá)情況的基本程序。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)計引物,PCR擴(kuò)增,從而檢測RNZ其因表達(dá)情況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)計引物,PCR擴(kuò)增,從而檢測RNZ其因表達(dá)情況。
②實(shí)驗記錄數(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S2幼穗中RNZ基因表達(dá)的影響是無論低溫和高溫,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)量減少的更多無論低溫和高溫,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)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)驗結(jié)果,研究人員猜測,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。為驗證此推測,研究人員做了如下實(shí)驗:
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、啟動子、終止子外,還應(yīng)具有供篩選用的標(biāo)記基因供篩選用的標(biāo)記基因。
②將表達(dá)載體導(dǎo)入水稻原生質(zhì)體(水稻體細(xì)胞)或外植體水稻原生質(zhì)體(水稻體細(xì)胞)或外植體中,然后通過植物組織培養(yǎng)植物組織培養(yǎng)技術(shù)獲得轉(zhuǎn)入RNZ-GFP融合基因 的水稻。
③實(shí)驗者將轉(zhuǎn)基因植物細(xì)胞置于適宜的波長光譜的激發(fā)下(該操作會使葉綠體會發(fā)出紅色熒光),觀察到紅色熒光與綠色熒光重疊紅色熒光與綠色熒光重疊,證明RNZ蛋白定位在葉綠體中。
④本實(shí)驗還應(yīng)補(bǔ)充一組將只含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)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)作為對照,若結(jié)果為葉綠體紅色熒光與熒光蛋白綠色熒光位置不重疊葉綠體紅色熒光與熒光蛋白綠色熒光位置不重疊能支持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,請寫出接下來可以進(jìn)一步研究的問題。(寫出1個即可)RNZ蛋白是通過影響光合速率來影響雄性不育;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)驗溫敏不育品系中與雄性不育相關(guān)的其它基因RNZ蛋白是通過影響光合速率來影響雄性不育;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)驗溫敏不育品系中與雄性不育相關(guān)的其它基因。
【考點(diǎn)】遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯;生物變異的類型綜合.
【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)計引物,PCR擴(kuò)增,從而檢測RNZ其因表達(dá)情況;無論低溫和高溫,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蛋白是通過影響光合速率來影響雄性不育;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)驗溫敏不育品系中與雄性不育相關(guān)的其它基因
【解答】
【點(diǎn)評】
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