黃瓜為雌雄同株異花植物,同一植株上既有雌花也有雄花,雌花率影響黃瓜產(chǎn)量。研究人員利用黃瓜純合雌雄同株品系甲培育出全雌株(只有雌花)品系乙。為確定全雌性狀形成的分子機(jī)制,研究人員進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)。
(1)品系甲與品系乙雜交,獲得的F1表現(xiàn)為全雌,說(shuō)明全雌為
顯性
顯性
性狀。將F1與品系甲雜交,獲得的子代表現(xiàn)型及比例為全雌株:雌雄同株=1:1
全雌株:雌雄同株=1:1
,表明該相對(duì)性狀由一對(duì)等位基因控制。研究人員發(fā)現(xiàn)給品系甲施加乙烯,也可以增加雌花的比例。以上事實(shí)說(shuō)明性狀是基因與環(huán)境共同作用
基因與環(huán)境共同作用
的結(jié)果。
(2)進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)控制全雌性狀的基因位于3號(hào)染色體上,品系甲、乙3號(hào)染色體上部分基因情況如圖1所示,同時(shí)發(fā)現(xiàn)品系乙花蕾細(xì)胞中ASC基因的mRNA和MYB1基因的mRNA含量顯著高于品系甲,而B(niǎo)CAT基因的mRNA無(wú)顯著差異。
由上述結(jié)果推測(cè),品系乙可能由于ASC或MYB1基因數(shù)量更多,表達(dá)相應(yīng)的蛋白質(zhì)量更多
ASC或MYB1基因數(shù)量更多,表達(dá)相應(yīng)的蛋白質(zhì)量更多
,從而促進(jìn)了雌花的發(fā)育。
(3)為進(jìn)一步確定控制全雌性狀的基因,研究人員利用CRISPR-Cas9 系統(tǒng)對(duì)相關(guān)基因進(jìn)行編輯。該系統(tǒng)的核心組成包括gRNA和Cas9.gRNA可以識(shí)別并結(jié)合靶基因,引導(dǎo)Cas9蛋白對(duì)靶基因進(jìn)行剪切,進(jìn)而破壞靶基因結(jié)構(gòu)。
由于品系乙難以被直接編輯,研究人員以品系甲為背景選育了轉(zhuǎn)基因植株丙和?。▓D2),分別與品系乙進(jìn)行雜交,結(jié)果見(jiàn)表。
F1親本 |
全雌株 |
雌雄同株 |
植株丙品系乙 |
15 |
18 |
植株丁品系乙 |
? |
? |
①圖2中轉(zhuǎn)入的基因可隨配子傳遞給子代,表達(dá)的CRISPR-Cas9系統(tǒng)可在受精卵中發(fā)揮基因編輯作用。請(qǐng)解釋植株丙與品系乙雜交結(jié)果產(chǎn)生的原因
植株丙為轉(zhuǎn)基因雜合子,減數(shù)分裂后產(chǎn)生含有與不含有轉(zhuǎn)入基因的配子的比例為1:1。含有轉(zhuǎn)入基因的配子形成受精卵后,細(xì)胞中的ASCa基因和ASCb基因結(jié)構(gòu)均被破壞,表現(xiàn)為雌雄同株。不含有轉(zhuǎn)入基因的配子形成受精卵后,細(xì)胞中仍含有ASCa和ASCb基因,表現(xiàn)為全雌株,因此子代雌雄同株和全雌株的比例為1:1
植株丙為轉(zhuǎn)基因雜合子,減數(shù)分裂后產(chǎn)生含有與不含有轉(zhuǎn)入基因的配子的比例為1:1。含有轉(zhuǎn)入基因的配子形成受精卵后,細(xì)胞中的ASCa基因和ASCb基因結(jié)構(gòu)均被破壞,表現(xiàn)為雌雄同株。不含有轉(zhuǎn)入基因的配子形成受精卵后,細(xì)胞中仍含有ASCa和ASCb基因,表現(xiàn)為全雌株,因此子代雌雄同株和全雌株的比例為1:1
。
②植株丁與品系乙雜交結(jié)果為
F1均表現(xiàn)為全雌株
F1均表現(xiàn)為全雌株
,說(shuō)明MYB1基因不是控制全雌性狀的基因。
(4)研究人員對(duì)(1)中品系甲、乙雜交得到的黃瓜種子進(jìn)行誘變處理,篩選得到2種表現(xiàn)型仍為全雌的外顯子突變體:突變體1(ASCa基因突變)和突變體2(ASCb基因突變)。分別提取2種突變體花蕾細(xì)胞中的RNA,逆轉(zhuǎn)錄后再進(jìn)行測(cè)序。發(fā)現(xiàn)突變體1組的287個(gè)測(cè)序結(jié)果均與野生型ASCa基因序列一致;突變體2組的411個(gè)測(cè)序結(jié)果中408個(gè)與突變型ASCb基因序列一致。綜合上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明
B
B
。
A.黃瓜的全雌性狀主要由ASCa基因控制
B.黃瓜的全雌性狀主要由ASCb基因控制
C.黃瓜的全雌性狀由ASCa基因和ASCb基因共同控制且2個(gè)基因發(fā)揮同等作用