Question

【题目】水稻是自花授粉作物，杂交水稻育种成功得益于对雄性不育性状的利用，育种工作者就某水稻品系中发现的雄性不育基因开展了下面的一系列研究。

（1）水稻在抽穗期，幼穗中的雄蕊进行减数分裂产生花粉，此期间水稻对温度敏感。温敏雄性不育系S2表现为高温条件下（≥25℃）雄性不育，此雄性不育性状由RNZ基因控制。为了研究高温对RNZ基因表达的影响，研究人员选取长势基本一致的S2植株，均分为两组分别在低温、高温条件下进行处理，请根据后续实验过程

①检测RNZ基因的表达情况。请依据所学知识，写出以基因转录相对数量为指标，检测S2叶片和幼穗RNZ基因表达情况的基本程序____________________________________。

②实验记录数据如图。与S2叶片中RNZ基因表达情况比较，温度变化对S2幼穗中RNZ基因表达的影响是______________________。

（2）已知RNZ基因编码的核糖核酸酶在生物体各组织细胞中广泛存在，催化tRNA的加工。依据上述实验结果，研究人员猜测，由于叶片光合速率不同于幼穗，RNZ编码产物可能也分布于叶绿体中。为验证此推测，研究人员做了如下实验：

①构建RNZ-GFP融合基因表达载体（GFP为绿色荧光蛋白基因）。此表达载体除具有融合基因、启动子、终止子外，还应具有_________________。

②将表达载体导入____________中，然后通过_________技术获得转入RNZ-GFP融合基因的水稻。

③实验者将转基因植物细胞置于适宜的波长光谱的激发下（该操作会使叶绿体会发出红色荧光），观察到____，证明RNZ蛋白定位在叶绿体中。

④本实验还应补充一组_____________作为对照，若结果为_______________能支持③的结论成立。

（3）根据以上研究成果，为了最终揭示温敏雄性不育的机制，请写出接下来可以进一步研究的问题__________________。（写出1个即可）

Answer 1

【答案】分别提取叶片或幼穗总RNA，进行反转录；根据cDNA序列设计引物，PCR扩增，从而检测RNZ其因表达情况。 无论低温和高温，S2幼穗中RNZ基因表达量均比叶片要少；高温比低温使幼穗RNZ基因表达量减少的更多 供筛选用的标记基因 水稻原生质体（水稻体细胞）或外植体 植物组织培养 红色荧光与绿色荧光重叠 将只含GFP的表达载体导入水稻幼苗原生质体（水稻体细胞）中表达 叶绿体红色荧光与荧光蛋白绿色荧光位置不重叠 RNZ蛋白是香通过影响光合速率来影响雄性不育；RNZ蛋白如何在幼穗成熟或减数分裂中发挥作用；叶绿体中温度影响RNZ蛋白的表达的机制；寻找本实验温敏不育品系中与雄性不育相关的其它基因

【解析】

基因的表达包括转录和翻译，转录的产物是RNA，所以检测转录的相对数量可通过检测相应mRNA的含量来完成。GFP为绿色荧光蛋白基因，该基因存在并表达的部位会出现绿色荧光。“将转基因植物细胞置于适宜的波长光谱的激发下（该操作会使叶绿体会发出红色荧光）”，说明目的基因存在并表达的部位在一定条件下会出现红光。所以若RNZ蛋白定位在叶绿体中，可转基因生物会观察到红色荧光与绿色荧光重叠。

（1）①题干中关键字为“以基因转录相对数量为指标”，需要先获得叶片或幼穗总RNA，通过逆转录过程获得DNA，根据cDNA序列设计引物，并进行体外PCR扩增，从而检测RNZ基因表达情况。

②实验记录数据中，根据图例对应的低温、高温；再结合横坐标中的叶片和幼穗，可得：无论低温和高温，S2幼穗中RNZ基因表达量均比叶片要少；高温比低温使幼穗RNZ基因表达量减少的更多。

（2）①基因表达载体由启动子、终止子、目的基因（融合基因）、标记基因组成，故还应具有标记基因。

②基因表达载体构建完成后，将其导入水稻原生质体（水稻体细胞）或外植体，并通过植物组织培养技术获得转入目的基因的水稻。

③GFP为绿色荧光蛋白基因，将转基因植物细胞置于适宜的波长光谱的激发下（该操作会使叶绿体发出红色荧光），若RNZ蛋白定位在叶绿体中，可观察到红色荧光与绿色荧光重叠。

④实验中还需要设置对照组，将只含有GFP的表达载体导入水稻幼苗原生质体（水稻体细胞）中表达，由于对照组未转入RNZ基因，因此叶绿体红色荧光与绿色荧光位置不重叠。

（3）题干中提到，就某水稻品系中发现的雄性不育基因开展了下面的一系列研究，说明研究过程的侧重点是雄性不育，因此可以探究的问题包括：RNZ蛋白是否通过影响光合速率来影响雄性不育；RNZ蛋白如何在幼穗成熟或减数分裂中发挥作用；叶绿体中温度影响RNZ蛋白的表达的机制；寻找本实验温敏不育品系中与雄性不育相关的其它基因等。