Question

【題目】雜交子代在生長、成活、繁殖能力等方面優(yōu)于雙親的現(xiàn)象稱為雜種優(yōu)勢。研究者以兩性花植物一大豆為材料進行實驗，探究其雜種優(yōu)勢的分子機理。

（1）以甲、乙兩品系作為親本進行雜交實驗獲得F1，分別測定親代和F1代莖粗、一株粒重、脂肪、蛋白質(zhì)的含量，結果如下表1。

表1：親代及F1代相關數(shù)據(jù)

指標 品系	甲	乙	甲♂×乙♀ F1	甲♀×乙♂ F1
莖粗（mm）	7.9	7.4	12.5	13.5
一株粒重（g）	19.1	13.4	50.2	58.4
脂肪（%）	19.4	21.9	20.6	20.8
蛋白質(zhì)（%）	36.5	34.5	36.8	37.0

結果表明，雜交子代F1在___________等方面表現(xiàn)出了雜種優(yōu)勢。相同兩種品系的大豆正反交所得子代相關性狀不一致，推測可能與___________中的遺傳物質(zhì)調(diào)控有關。

（2）進一步研究大豆雜種優(yōu)勢的分子機理，發(fā)現(xiàn)在大豆基因組DNA上存在著很多的 5′-CCGG-3′位點，其中的胞嘧啶在DNA甲基轉(zhuǎn)移酶的催化下發(fā)生甲基化后轉(zhuǎn)變成5-甲基胞嘧啶。細胞中存在兩種甲基化模式，如下圖所示。

大豆某些基因啟動子上存在的5′-CCGG-3′位點被甲基化，會引起基因與___________酶相互作用方式的改變，通過影響轉(zhuǎn)錄過程而影響生物的___________（填“基因型”或“性狀”），去甲基化則誘導了基因的重新活化。

（3）基因甲基化模式可采用限制酶切割和電泳技術檢測。限制酶HpaⅡ和MspⅠ作用特性如下表2。

表2: HpaⅡ和MspⅠ的作用特性

5′-CCGG-3′甲基化糢式	HpaⅡ	MspⅠ
未甲基化	+	+
半甲基化	+	-
全甲基化	-	+

備注：（“+”能切割 “-”不能切割）

①相同序列的DNA同一位點經(jīng)過HpaⅡ和MspⅠ兩種酶的識別切割，切割出的片段___________（填“相同”或“不同”或“不一定相同”）。通過比較兩種酶對DNA的切割結果進而可以初步判斷______________。

②用兩種酶分別對甲、乙兩親本及F1代基因組DNA進行酶切，設計特定的___________，利用PCR技術對酶切產(chǎn)物進行擴增，分析擴增產(chǎn)物特異性條帶，統(tǒng)計5′-CCGG-3′位點的甲基化情況，結果如下表3。

表3:親代及F1代5′-CCGG-3′位點的甲基化統(tǒng)計結果

品系	總甲基化位點數(shù)（%）	半甲基化位點數(shù)（%）	全甲基化位點數(shù)（%）
甲	769（56.92%）	330（24.43%）	439（32.49%）
乙	722（58.89%）	281（22.92%）	441（35.97%）
甲♂×乙♀ F1	603（48.86%）	255（20.66%）	348（28.20%）
甲♀×乙♂ F1	611（48.23%）	264（20.84%）	347（27.39%）

表3中所列數(shù)據(jù)說明正反交的雜種F1代均出現(xiàn)了___________的現(xiàn)象，從而使相關基因的活性________，使F1出現(xiàn)雜種優(yōu)勢。

Answer 1

【答案】莖粗、一株粒重 細胞質(zhì)（線粒體、葉綠體） RNA聚合酶 性狀 不一定相同 是否甲基化及甲基化模式（甲基化模式） 引物 總（半+全）甲基化水平較雙親降低 增強

【解析】

試題根據(jù)表格分析，與親本相比，雜種一代的莖桿更粗、粒重增加很多，二脂肪含量和蛋白質(zhì)含量變化不大；正反交的結果表明，甲為母本、乙為父本，莖粗和粒重增加的更多一些。

（1）根據(jù)以上分析已知，雜交子代F1在莖粗、一株粒重等方面表現(xiàn)出了雜種優(yōu)勢；根據(jù)表格數(shù)據(jù)分析，正反交的結果不同，可能與母本細胞質(zhì)基因的調(diào)控有關。

（2）基因啟動子上具有RNA聚合酶的識別和結合位點，若啟動子上存在的5′-CCGG-3′位點被甲基化，會引起基因與RNA聚合酶相互作用方式的改變，從而影響轉(zhuǎn)錄過程，最終影響生物的性狀。

（3）①根據(jù)表格中中兩種限制酶對不同甲基化模式的DNA的切割情況判斷，相同序列的DNA同一位點經(jīng)過HpaⅡ和MspⅠ兩種酶的識別切割，切割出的片段不一定相同；通過比較兩種酶對DNA的切割結果進而可以初步判斷是否甲基化及甲基化模式（甲基化模式）。

②利用PCR技術對酶切產(chǎn)物進行擴增時，需要設計特定的引物。根據(jù)表3數(shù)據(jù)分析，正反交的雜種F1代均出現(xiàn)了總（半+全）甲基化水平較雙親降低的現(xiàn)象，從而使相關基因的活性增強，使F1出現(xiàn)雜種優(yōu)勢。