Question

【題目】植物衰老問題的研究對于提高景觀植物的觀賞價值和作物的產量品質有重要意義，對保護瀕危物種和有文物價值的名木古樹也有一定的影響。衰老植物的細胞結構、物質含量發生改變，其代謝水平會發生一系列變化，因此可以以一些生理指標作為篩選衰老相關突變體的依據。

（1）經EMS化學試劑處理野生型（WT）擬南芥種子，發現葉綠素熒光參數明顯改變的植株E61，即為變異性狀，通過以下雜交實驗，對其親子代熒光參數統計如下。

	親本		F1	F2
	WT（野生型）	E61（變異植株）
熒光參數平均值	0.72	0.64	0.70	0.71	0.64

表1：WT與E61雜交子代表現型統計

（注：熒光參數：Fv/Fm；Fo：最小熒光量；Fm：最大熒光量，這是暗適應下潛在的最大熒光產量；Fv：可變熒光，Fv=Fm-Fo。）

表2：F2代性狀分離統計

	野生型表現型	突變體表現型
統計結果	762	242
預期結果	753	251

由此分析該變異性狀可能是由____________對基因控制的_______性狀。

（2）科學家將該突變定位在1號染色體基因E上，分別提取WT和E61的基因，序列比對結果如圖1所示：

所以E61中基因E發生了由______導致的基因突變。

（3）為了驗證E基因突變導致了植株熒光參數下降，獲取野生型E基因，將其分別轉入E61突變體和WT野生型植株中，分別檢測其熒光參數發現_____說明E基因突變導致熒光參數下降，由此推測E基因與葉綠體或葉綠素有關。

（4）已知GUS基因可編碼β-葡萄糖苷酸酶，該酶可在其表達位置將外源底物水解，出現肉眼可見的顏色變化（藍色）。為確定E基因的組織表達定位，請設計實驗步驟：__________

將植株與外源底物共培養，現象如圖2，說明E基因主要在_________中表達。

（5）為了檢測E基因突變對植株的生理特征的影響，實驗者分別做了以下實驗：

①對野生型和E61突變體葉綠素含量檢測，結果如圖3所示，推測E基因可以______。

②在外源ABA（脫落酸）處理條件下，對WT野生型及E61突變體萌發情況進行統計，結果如圖4，發現E61對ABA_____。綜上所述，推測基因E可能通過哪些途徑影響植物衰老____

Answer 1

【答案】單 隱性 堿基對替換 轉入E61突變體的植株熒光參數值恢復到野生型水平，轉入WT野生型的植株熒光參數值高于野生型植株 （用相同的限制酶及DNA連接酶處理E基因及GUS基因）將E基因啟動子與GUS基因連接轉入野生型植株中 幼嫩葉片 減少葉綠素含量/降解葉綠素 有一定耐受/不敏感 通過減少葉綠素含量；增強植株對ABA敏感性，進而加速衰老

【解析】

根據F2代中野生型：突變型=3:1，可知野生型是顯性性狀，即發生的是隱性突變。

由圖1可知，突變體和野生型的E基因只有一個堿基對的不同，故推測是發生了堿基對的特換。

由圖2可知，10天和20天的幼苗的葉片中出現藍色，說明GUS基因和E基因表達的部位是幼嫩的葉片。

由圖3可知，突變型葉綠素a與b的含量均升高。

由圖4可知，不加ABA時，野生型和突變型萌發率差別不大，加入ABA后，野生型的萌發率下降的更明顯。

（1）根據表格中F2代中野生型：突變型=3:1，可知該性狀受一對等位基因控制，且突變性狀為隱性性狀。

（2）分別提取WT和E61的基因，發現基因E與e只有一位堿基A→G不同，故推測是堿基對替換引起的基因突變。

（3）若E基因突變導致了植株熒光參數下降，獲取野生型E基因，將其分別轉入E61突變體和WT野生型植株中，分別檢測其熒光參數發現：轉入E61突變體的植株熒光參數值恢復到野生型水平，轉入WT野生型的植株熒光參數值高于野生型植株。

（4）為確定E基因的組織表達定位，可以將E基因啟動子與GUS基因連接轉入野生型植株中，在其表達部位會出現藍色，結合圖2可知，E基因主要在幼嫩的葉片中表達。

（5）①檢測野生型和E61突變體葉綠素含量結果如圖3，由圖可知，突變體中葉綠素含量有所提高，故推測野生型的E基因可以減少葉綠素含量。

②由圖4可知，加入ABA后，野生型的萌發率下降的更明顯，即野生型對ABA更敏感，E61突變體對ABA相對不明顯。推測基因E可能通過通過減少葉綠素含量；增強植株對ABA敏感性，進而加速衰老。