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植物在遇到不良環(huán)境影響時(shí),會引起系列脅迫響應(yīng)相關(guān)基因的表達(dá)改變,這一程稱為脅迫響應(yīng)。而脅迫相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄與其啟動子區(qū)DNA分子的甲基化修飾(DNA分子上連入甲基基團(tuán))密切相關(guān)。為研究植物種子萌發(fā)過程中的脅迫響應(yīng)機(jī)制,科研人員進(jìn)行了相關(guān)研究。
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(1)ABA是一種植物激素,對植物生命活動起
調(diào)節(jié)
調(diào)節(jié)
作用。當(dāng)植物處于脅迫狀態(tài)時(shí),體內(nèi)ABA含量會升高,ABA處理可模擬外界不良環(huán)境,使植物產(chǎn)生脅迫響應(yīng)。
(2)研究發(fā)現(xiàn),擬南芥R基因編碼的D酶能夠切除某些基因啟動子區(qū)DNA分子上的甲基基團(tuán),即DNA去甲基化,從而改變?nèi)旧|(zhì)結(jié)構(gòu),使
RNA聚合酶
RNA聚合酶
能夠與該部分啟動子結(jié)合,從而開啟相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄。
①科研人員以R基因突變體及野生型擬南芥種子為材料,用不同濃度ABA進(jìn)行處理,統(tǒng)計(jì)種子萌發(fā)率,所得實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,
ABA濃度為0.9、1.2μM時(shí),突變體種子萌發(fā)率較野生型明顯降低
ABA濃度為0.9、1.2μM時(shí),突變體種子萌發(fā)率較野生型明顯降低
,推測R基因突變體由于D酶活性喪失,種子萌發(fā)對較高濃度的ABA脅迫更加敏感,可能與脅迫響應(yīng)基因啟動子的甲基化程度有關(guān)。甲基化程度影響了植物對ABA的響應(yīng)。
②研究發(fā)現(xiàn)NIC基因是脅迫條件下種子萌發(fā)所需的關(guān)鍵基因之一??蒲腥藛T檢測了1.2μMABA處理后,擬南芥R基因突變體及野生型種子中NIC基因啟動子不同區(qū)域的DNA甲基化程度,結(jié)果如圖2所示。
(注:圖中甲基化程度用數(shù)字表示,絕對值越大,表明甲基化程度越高。DNA中一條單鏈的甲基化程度用0~1表示,另一條用-1~0表示。)
圖2結(jié)果顯示,突變體NIC基因啟動子的A、D區(qū)域
甲基化程度顯著高于野生型
甲基化程度顯著高于野生型
。
③結(jié)合上述研究,推測在種子萌發(fā)過程中,R基因突變體由于
缺失R基因,D酶活性喪失,不能去除NIC基因的啟動子區(qū)的甲基化,導(dǎo)致NIC基因不能轉(zhuǎn)錄(轉(zhuǎn)錄降低)
缺失R基因,D酶活性喪失,不能去除NIC基因的啟動子區(qū)的甲基化,導(dǎo)致NIC基因不能轉(zhuǎn)錄(轉(zhuǎn)錄降低)
,因此對ABA脅迫更加敏感。
(4)科研人員進(jìn)一步選取不同擬南芥種子為材料驗(yàn)證了上述推測。
①實(shí)驗(yàn)處理及結(jié)果如表所示,請選擇a~f中的種子填入Ⅰ~Ⅲ處,在Ⅳ、V處填寫正確的ABA處理濃度,選擇檢測指標(biāo)g、h填入Ⅵ處。
組別 種子 ABA濃度(μM) 檢測指標(biāo) 萌發(fā)率
1組
a
a
1.2
1.2
g
g
80%
2組
b
b
1.2 10%
3組
d
d
V
1.2
1.2
65%
種子類型:
a.野生型
b.R基因突變體
c.NIC基因突變體
d.基因突變體中轉(zhuǎn)入含無甲基化修飾啟動子的NIC基因
e.野生型中轉(zhuǎn)入含無甲基化修飾啟動子的NIC基因
f.NIC基因突變體中轉(zhuǎn)入含無甲基化修飾啟動子的R基因檢測指標(biāo)
g.NIC基因轉(zhuǎn)錄的mRNA
h.R基因轉(zhuǎn)錄的mRNA
②請解釋表中各組實(shí)驗(yàn)的萌發(fā)率結(jié)果:
R基因廣泛影響脅迫相關(guān)基因的表達(dá),ABA處理下萌發(fā)率低于野生型;轉(zhuǎn)入持續(xù)表達(dá)的NIC基因,能部分回補(bǔ)ABA敏感萌發(fā)表型,由于脅迫應(yīng)答相關(guān)基因很多,但仍有許多基因功能沒有得到回補(bǔ)
R基因廣泛影響脅迫相關(guān)基因的表達(dá),ABA處理下萌發(fā)率低于野生型;轉(zhuǎn)入持續(xù)表達(dá)的NIC基因,能部分回補(bǔ)ABA敏感萌發(fā)表型,由于脅迫應(yīng)答相關(guān)基因很多,但仍有許多基因功能沒有得到回補(bǔ)
。

【考點(diǎn)】植物激素間的相互作用
【答案】調(diào)節(jié);RNA聚合酶;ABA濃度為0.9、1.2μM時(shí),突變體種子萌發(fā)率較野生型明顯降低;甲基化程度顯著高于野生型;缺失R基因,D酶活性喪失,不能去除NIC基因的啟動子區(qū)的甲基化,導(dǎo)致NIC基因不能轉(zhuǎn)錄(轉(zhuǎn)錄降低);a;1.2;g;b;d;1.2;R基因廣泛影響脅迫相關(guān)基因的表達(dá),ABA處理下萌發(fā)率低于野生型;轉(zhuǎn)入持續(xù)表達(dá)的NIC基因,能部分回補(bǔ)ABA敏感萌發(fā)表型,由于脅迫應(yīng)答相關(guān)基因很多,但仍有許多基因功能沒有得到回補(bǔ)
【解答】
【點(diǎn)評】
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發(fā)布:2024/4/20 14:35:0組卷:73引用:2難度:0.5
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