Question

【题目】杂交水稻生产技术是我国现代农业研究的一项重要成果，使我国的水稻产量得到大幅度提高，为我国和世界粮食安全作出了重要贡献。

（1）具有相对性状的水稻纯合子杂交，研究者根据F1、F2的表现型及比例可作出的判断包括___________，以及通过比较正、反交结果可推断控制该性状的基因是否位于细胞核中。

（2）1970年袁隆平团队在水稻（野生型）中发现了一株雄性不育植株（雄蕊异常，不能产生有功能的花粉；雌蕊正常，接受外来的正常花粉能受精结实）。通过分析下图所示的杂交实验，研究者发现该雄性不育性状是由细胞质基因和细胞核基因共同控制的。

上述杂交中子代的细胞质基因均由母本提供。用S表示细胞质不育基因，N表示细胞质可育基因。用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。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。其他类型的基因组合均为雄性可育。

通过杂交一可生产杂交种子（利用雄性不育株生产可育的F1种子，供生产使用)；通过杂交二可用来繁殖不育系（每年繁殖出基因型相同且雄性不育的植株）。请以遗传图解的形式写出杂交一和杂交二的亲本及F1的基因型（不要求写配子基因型）。__________________

（3）研究发现细胞质S基因（在线粒体DNA上）编码的蛋白质阻碍水稻花粉发育而导致雄性不育，而R基因能够消除S基因对花粉发育的不利影响。为研究其中的机制，分析了不同基因型水稻的线粒体不育基因表达情况，结果见下表：

根据表中结果，从R基因影响线粒体不育基因S表达的角度，解释R基因恢复育性可能的机制。____________________________

Answer 1

【答案】通过 F1 的性状表现可以判断性状的显隐性，通过 F2 的性状分离比，初步推测性状受几对基因控制 R1 不影响线粒体不育基因的转录, 但抑制不育蛋白的产生或积累；R2 抑制不育基因的转录，或在转录后降解不育基因的 mRNA；R1、R2 基因的共同作用抑制了不育基因的表达，使育性恢复正常。

【解析】

1、自由组合定律的实质：位于非同源染色体上的非等位基因的分离或组合是互不干扰的；在减数分裂过程中，同源染色体上的等位基因彼此分离的同时，非同源染色体上的非等位基因自由组合。

2、基因分离定律和基因自由组合定律适用于细胞核遗传。

（1）具有相对性状的水稻纯合子杂交，可以通过 F1 的性状表现判断性状的显隐性，并通过 F2 的性状分离比，初步推测性状受几对基因控制，以及通过比较正、反交结果可推断控制该性状的基因是否位于细胞核中。

（2）分析题中信息：用 S 表示细胞质不育基因，N 表示细胞质可育基因。用 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。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。综上可知，基因型为S(r1r1r2r2)的个体表现为雄性不育性状（雄蕊异常，不能产生有功能的花粉；雌蕊正常，接受外来的正常花粉能受精结实），在杂交中可用作母本；其他类型的基因组合，如：N(R1-R2-)、N(r1r1r2r2)、S(R1-R2-)等均为雄性可育。想要通过杂交一得到可生产的杂交种子，即利用雄性不育株S(r1r1r2r2)生产可育的 F1 种子，供生产使用，则应选用的杂交组合为S(r1r1r2r2)♀×N(R1R1R2R2)♂；通过杂交二用来繁殖不育系，每年繁殖出基因型相同且雄性不育的植株，即纯合的雄性不育植株S(r1r1r2r2)，应选用的杂交组合为S(r1r1r2r2)♀×N(r1r1r2r2)♂，可知杂交过程如下：

（3）分析表格中的数据可知，S(R1R1r2r2)与S(r1r1r2r2)相比，不育基因转录的mRNA含量相同，但不育基因编码的蛋白质减少，说明R1不影响线粒体不育基因的转录, 但抑制不育蛋白的产生或积累；S(r1r1R2R2) 与S(r1r1r2r2)相比，不育基因转录的mRNA含量和不育基因编码的蛋白质均减少，说明R2抑制不育基因的转录，或在转录后降解不育基因的 mRNA； S(R1R1R2R2) 与S(r1r1r2r2)相比，水稻育性恢复正常，说明R1、R2 基因的共同作用抑制了不育基因的表达，使育性恢复正常。