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非选择题-解答题 较难0.4 引用2 组卷64
袁隆平利用水稻(两性花)培育出了“三系”杂交水稻。“三系”是指雄性不育系(雌蕊正常可育)、恢复系(该品系与雄性不育系杂交,后代全部可育)和保持系(该品系与雄性不育系杂交,后代全部表现为雄性不育)。水稻花粉育性受细胞质基因(S、N)和细胞核基因共同控制。S、N分别表示细胞质不育基因和可育基因,A、B表示细胞核中可育基因,其等位基因(a、b)控制细胞核的雄性不育,A对a为显性,B对b为显性,其中,细胞核可育基因(A、B)能够抑制细胞质不育基因(S)的表达,只有当细胞质与细胞核中基因全为不育基因时,植株才表现出雄性不育,即S(aabb)为雄性不育。(注:受精卵中的细胞质几乎全部来自卵细胞。)据此回答以下问题:
(1)水稻杂交育种时,选用雄性不育植株的优点是_________。三系法中为了延续雄性不育系水稻,应当使用基因型为________的植株与雄性不育系交配。
(2)利用水稻雄性不育株与纯种恢复系为亲本进行杂交实验获取雄性可育F1,若雄性可育F1自交发现F2中雄性可育性状能稳定遗传的个体所占比例约为7/16,则亲本中恢复系的基因型为________
(3)CRISPR/Cas9基因编辑系统也被用于水稻分子育种,该系统主要包含单链向导RNA(sgRNA)和Cas9蛋白两个部分(如图1),sgRNA能特异性识别并结合特定的DNA序列,引导Cas9蛋白到相应位置剪切DNA,实现对靶基因序列的编辑。为了获得某水稻不育系,研究人员利用CRISPR/Cas9系统对该水稻品种的TMS5基因进行编辑,基因编辑过程如图2。

①Cas9蛋白对TMS5基因剪切后(a),断裂后的DNA分子自动修复过程中在b所示位点插入碱基A,之后两个片段在_______酶作用下得到编辑成功的TMS5基因,此过程导致的变异属于________。插入碱基A,会导致翻译提前终止,最终导致水稻花粉不育。事实上,利用基因编辑技术针对TMSS基因上游的启动子进行相应的编辑,导致其启动子区被破坏,也能得到花粉不育的水稻,其原理是_______
②CRISRP/Cas9基因编辑技术中常用的sgRNA长度一般为20bp左右,有人建议用更短的RNA序列做向导,但遭到专家反对,反对的原因是________(答出1点即可)。
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知识点:基因自由组合定律的实质和应用基因突变杂交育种基因表达载体的构建 答案解析 【答案】很抱歉,登录后才可免费查看答案和解析!
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水稻的花为两性花,且很小。袁隆平院士利用雄性不育系水稻,培育出的杂交水稻为解决粮食问题作出了巨大贡献。现在,越来越多的新技术用于作物改良,如获2020年诺贝尔化学奖的CRISPR/Cas9基因编辑系统。该系统主要包含向导RNA(sgRNA)和Cas9蛋白两部分:sgRNA能特异性识别特定的DNA序列,能引导Cas9蛋白到相应位置切割DNA,最终实现对靶基因序列定点编辑。
(1)科研人员发现一株温敏雄性不育突变株甲(基因型为tms5 tms5),在温度高于25℃时表现为雄性不育。水稻雄性育性与TMS5、Ub基因有关。TMS5基因编码的核酸酶X能降解Ub mRNA.高温会诱导花粉母细胞中的Ub基因过量表达,若Ub蛋白大量积累将导致花粉败育(如图)。

①当温度高于25℃时,基因型为TMS5tms5的水稻表现型为_____(填“雄性可育”或“雄性不育”),结合以上信息说明原因_____
②现有另一株温敏雄性不育植株乙,其雄性不育的起点温度为21℃。考虑到大田中环境温度会有波动,制备水稻杂交种子时,选用植株乙作母本进行杂交更合适,理由是_____
(2)为了培育不受温度影响的雄性不育株,研究人员将CRISPR/Cas9体系对水稻相关基因进行编辑,Cas9蛋白对TMS5基因剪切后,断裂的DNA分子会自动修复,在中断点处插入碱基A后,两个片段在_____酶的作用下重新连接,得到编辑成功的基因。CRISPRCas9基因编辑技术有时存在编辑对象出错而造成“脱靶”,sgRNA的识别序列越短,基因编辑的脱靶率越高。请分析原因:_____
(3)科学家利用CRISPR/Cas9基因编辑系统,将纯合野生稻(2n)甲中的冷敏型基因g改造为耐冷型基因G,筛选得到纯合耐冷突变体丁。同时利用转基因技术将抗虫基因转入不抗虫野生稻中,培育得到纯合抗虫水稻乙和丙,外源的抗虫基因可以插入到不同的染色体上。科研人员进行实验如下表:
实验亲本F1表现型F2表现型及数量
A甲×丁耐冷型耐冷型280,冷敏型200
B乙×丙全抗虫抗虫1502,不抗虫99
①实验A的F2中耐冷型植株与冷敏型植株的数量比是7:5,有人提出假设:F1产生的雌配子育性正常,但带有G基因的花粉成活率很低(假设其花粉成活率保持不变)。请设计杂交实验,检验上述假设,并写出支持该假设的子代表现型及比例。
实验方案及结果:_____
②实验B的F2出现该性状分离比的原因是_____
水稻是我国主要的粮食作物之一,提高水稻产量的一个重要途径是杂交育种,但是水稻的花非常小,人工去雄困难。由袁隆平院士领衔的团队利用雄性不育系水稻培育出的杂交水稻,为解决全球的粮食问题作出了巨大的贡献。请回答下列问题:

(1)杂交水稻具有杂种优势,但自交后代不一定都是高产类型,会有多种其它类型,这种现象称为__________。在培育杂交水稻过程中,利用雄性不育株进行杂交操作的优势是__________
(2)水稻花粉是否可育受细胞质基因(S、N)和细胞核基因R(R1、R2)共同控制。S、N分别表示不育基因和可育基因,是成单存在的;R(R1、R2)表示细胞核中可恢复育性的基因,其等位基因r(r1、r2)无此功能,通常基因型可表示为“细胞质基因(细胞核基因型)”。只有当细胞质中含有S基因、细胞核中r基因纯合时,植株才表现出雄性不育性状。利用水稻雄性不育株与纯种恢复系为亲本进行图1中杂交一的实验,其中恢复系的基因型有__________,F2中出现部分花粉可育类型是__________结果,F2中雄性可育性状能稳定遗传的个体所占比例约为__________
(3)利用杂交一中的雄性不育株可生产杂交水稻种子,但雄性不育性状需每年利用保持系通过图1中杂交二的方式维持。据此推测保持系的基因型为__________
(4)有科研人员发现,某些水稻的雄性不育与T和Ub基因有关。T基因编码的核酸酶Rnase,能特异性识别并降解Ub基因转录的mRNA,T基因的突变会导致该酶失活。Ub基因编码的Ub蛋白含量过多会造成雄性不育,机理如图2所示。

①据图推测,水稻的该种雄性不育的原因可能是__________
②该种雄性不育株的获取与图1方法相比,其优势是__________

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