(共26张PPT)
[命题最前沿九] 基因定位
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运用假说—演绎法进行基因定位
1．确定基因位于常染色体还是性染色体上
方法(1)：表型相同的亲本杂交
若F1性状分离比在雌雄个体中均为3∶1，则基因位于常染色体上。
若F1性状分离比在雌雄个体中比例不同，则基因位于性染色体上。
方法(2)：一对相对性状的纯合亲本进行正反交实验
正反交结果一致→基因位于常染色体上或X、Y染色体的同源区段上。
正反交结果不一致→基因仅位于X染色体上。
方法(3)：显性纯合♂×隐性♀
子代全为显性性状→基因位于常染色体上或X、Y染色体的同源区段上。
子代中雌性为显性性状、雄性为隐性性状→基因仅位于X染色体上。
2．确定基因位于常染色体还是X、Y染色体的同源区段上
3．确定基因位于几号常染色体上
方法(1)：利用已知基因定位
举例，已知A与a基因位于2号染色体上
方法(2)：利用三体定位
方法(3)：利用单体定位
方法(4)：利用染色体片段缺失定位
方法(5)：利用细胞融合定位
已知人的体细胞和小鼠的体细胞(2N＝40)杂交(融合)后，杂种细胞在有丝分裂过程中，人的染色体逐渐地丢失，最后仅保留少数几条。由于人染色体的丢失是随机的，因此不同的杂种细胞会保留不同的人染色体。
4．确定基因在染色体上的相对位置
(1)方法：利用基因之间的互换概率定位。
(2)原理：两个基因之间位置越远，则互换概率越高。
(3)举例：若AB/ab×ab/ab后代出现Aabb和aaBb的概率高，则A与B的距离就远；反之A与B的距离就近。
突破训练
√
1．大豆突变株表现为白花(dd)。为进行D/d基因的染色体定位，用该突变株作父本，与不同的三体(2N＋1＝41)紫花纯合体植株杂交，选择F1中的三体与突变株白花植株杂交得F2，下表为部分研究结果。下列叙述正确的是( )
母本 F2表型及数量
白花 紫花
9-三体 21 110
10-三体 115 120
A.F1中三体的概率是1/2
B．三体紫花纯合体的基因型为DDD
C．突变株基因d位于10号染色体上
D．对d基因定位最多用到20种大豆三体纯系
解析：亲本为三体×白花(dd)，F1中三体的概率是1/2，A正确；若D/d基因位于三体的染色体上，三体紫花纯合体的基因型为DDD，若D/d基因位于非三体的染色体上，三体紫花纯合体的基因型为DD，B错误；由表可知，突变基因d位于9号染色体上，C错误；对d基因定位19种大豆三体纯系就可以，如果19种大豆三体纯系杂交的后代都没有出现5∶1，则D/d就位于第20种三体上，所以对d基因定位最多用到19种大豆三体纯系，D错误。
√
2．单体(2n－1)是指体细胞中某对同源染色体缺失一条的个体，能产生含n条染色体和(n－1)条染色体的两种配子，可用于基因定位。在野生型烟草(2n＝48)中发现一株隐性突变体，人工构建一系列缺少不同染色体的野生型单体，并分别与该突变体杂交，留种并单独种植，即可判断突变基因的染色体位置。下列说法错误的是( )
A．减数分裂过程中某对同源染色体移向细胞同一极可导致单体形成
B．需要人工构建48种野生型单体分别与隐性突变体杂交
C．若某单体后代出现突变型植株，说明突变基因位于该单体所缺少的染色体上
D．若后代野生型∶突变型为1∶1，说明单体产生的两种配子的存活率相同
解析：减数分裂过程中某对同源染色体移向细胞同一极导致形成的生殖细胞缺少该条染色体进而可导致单体的形成，A正确；野生型烟草(2n＝48)有24对同源染色体，所以需要构建24种野生型单体分别与隐性突变体杂交，B错误；在减数分裂过程中，单体植株可以产生含n条染色体和n－1条染色体的两种配子，所以杂交后如果后代全为野生型，则该基因不在这条染色体上，如果杂交后代出现了突变型植株，则该基因位于这条单体缺少的染色体上，C正确；突变体是隐性纯合子，只能产生一种含隐性基因的配子，所以若后代野生型∶突变型为1∶1，说明单体产生的两种配子存活率相等，D正确。
3．某雌雄同株的植物的花色由位于2号染色体上的一对等位基因控制，A基因控制红色，a基因控制白色。某杂合的红花植株，经射线处理后2号染色体缺失了一个片段，含有片段缺失染色体的雄配子不能正常发育，该植株自交，后代中红花∶白花＝1∶1。下列有关说法正确的是( )
A．A基因所在染色体发生了片段缺失，且A基因位于缺失的片段上
B．A基因所在染色体发生了片段缺失，且A基因不位于缺失的片段上
C．a基因所在染色体发生了片段缺失，且a基因位于缺失的片段上
D．a基因所在染色体发生了片段缺失，且a基因不位于缺失的片段上
√
解析：若A基因所在染色体发生了片段缺失，且A基因位于缺失的片段上，假设该植株的基因型为 A－a，则其产生的雌配子基因型及比例为A－∶a＝1∶1，产生的雄配子的基因型只有a，自交后代的基因型及比例为A－a∶aa＝1∶1，由于A基因所在片段缺失，故子代的表型均为白花，A错误；若A基因所在染色体发生了片段缺失，且A基因不位于缺失的片段上，则经减数分裂只能产生一种能正常发育的雄配子a，与雌配子A和a结合后，子代
中红花∶白花＝1∶1，B正确；若a基因所在染色体发生了片段缺失，且a基因位于缺失的片段上，假设该植株的基因型为Aa－，则其产生的雌配子基因型及比例为A∶a－＝1∶1，产生的雄配子的基因型只有A，自交后代的基因型及比例为AA∶Aa－＝1∶1，子代的表型均为红花，C错误；若a基因所在染色体发生了片段缺失，且a基因不位于缺失的片段上，则经减数分裂只能产生一种能正常发育的雄配子A，与雌配子A和a结合后，子代中只有红花，没有白花，D错误。
4．将一个具有两个野生型基因(A＋、B＋)的人体细胞和一个具有两个隐性突变基因(A－、B－)的小鼠细胞诱导融合，筛选得到的杂种细胞在传代培养过程中，人体细胞中的某条染色体会发生丢失现象，小鼠的染色体不丢失。最终通过检测基因产物，确定基因A＋、B＋是否位于一条染色体上。下列说法正确的是( )
A．杂种细胞传代培养需要添加激素及血清等天然成分的选择培养液
B．诱导融合后的细胞具有两种细胞的遗传物质并发生了基因重组
C．如果子细胞中只出现(A＋、B＋)和(A－、B－)所表达的基因产物，说明基因A＋、B＋在同一染色体上
D．如果子代细胞出现(A＋、B－)、(A－、B＋)、(A＋、B＋)和(A－、B－)等所表达的全部基因产物，说明A＋、B＋位于两条染色体上
√
解析：杂种细胞传代培养需要添加激素及血清等天然成分的天然培养液，A错误；诱导融合后的细胞具有两种细胞的遗传物质并发生了染色体数目变异，B错误；如果子细胞中只出现(A＋、B＋)和(A－、B－)所表达的基因产物，说明基因A＋、B＋在同一条染色体上，C正确；如果子代细胞出现(A＋、B－)、(A－、B＋)、(A＋、B＋)和(A－、B－)等所表达的全部基因产物，可能是A＋、B＋位于一条染色体上，且发生了变异，D错误。
5．某两年生植株(2n＝24)的正常株高品系(AA)中由于发生了基因突变而出现矮秆植株(aa)，为了给矮秆植株育种提供依据，科研工作者利用三体分析法进行了矮秆基因染色体定位的研究。其主要过程如下：以正常株高品系中的三体为母本，以矮秆植株(aa)为父本进行杂交，再选出F1中三体与亲代父本进行回交，依据F2中高秆和矮秆植株的分离比可确定矮秆基因所处的染色体。(实验过程中不考虑基因突变，各种配子均能存活且受精机会均等；三体在减数分裂时，配对的两条染色体彼此分离，另一条染色体随机移向细胞一极；三体和二倍体存活机会相等)。下列相关说法正确的是( )
A．就株高基因而言，用于杂交的三体母本种类有24种
B．F2中出现的分离比为1∶1或3∶1
C．F2中正常株高植株的全部基因型为AAa或Aaa
D．可用光学显微镜观察法初步鉴定三体水稻
√
6．(2025·陕晋宁青选择考)某芸香科植物分泌腔内的萜烯等化合物可抗虫害，纯合栽培品种(X)果实糖分含量高，叶全缘，但没有分泌腔；而野生纯合植株(甲)叶缘齿状，具有发达的分泌腔。我国科研人员发现A基因和B基因与该植物叶缘形状、分泌腔形成有关。对植株甲进行基因敲除后得到植株乙、丙、丁，其表型如下表。回答下列问题。
植株 叶缘 分泌腔
甲(野生型) 齿状 有
乙(敲除A基因) 全缘 无
丙(敲除B基因) 齿状 无
丁(敲除A基因和B基因) 全缘 无
(1)由表分析可知，控制叶缘形状的基因是____________，控制分泌腔形成的基因是________。
(2)为探究A基因和B基因之间的调控关系，在植株乙中检测到B基因的表达量显著减少，而植株丙中A基因的表达量无变化，说明_______________________________________________________。
A
A与B
A基因的表达促进B基因的表达，B基因对A基因的表达无影响
(3)为探究A基因与B基因在染色体上的位置关系，不考虑突变及其他基因的影响，选择表中的植株进行杂交，可选择的亲本组合是__________________________。F1自交得到F2，若F2的表型及比例为____________________________________________________，则A、B基因位于两对同源染色体上。在此情况下结合图中杂交结果，可推测栽培品种(X)的________(填“A”“B”或“A和B”)基因功能缺陷，可引入相应基因来提高栽培品种的抗虫品质。
甲和丁(或乙和丙)
齿状有分泌腔∶齿状无分泌腔∶全缘无分泌腔＝9∶3∶4
A(共19张PPT)
[命题最前沿八] 基因表达的调控(操纵子、RNAi、分子伴侣等)
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1．转录水平的调控——操纵子
(1)操纵子：原核生物大多数基因表达调控是通过操纵子机制实现的。操纵子通常由2个以上的编码蛋白质的结构基因与启动子、操纵基因以及其他调节基因成簇串联组成。
(2)调节过程(以乳糖操纵子为例)
图1 图2
①无诱导物存在时(见图1)，阻遏蛋白与操纵基因结合阻止了RNA聚合酶与启动子结合，使结构基因不能正常转录。
②诱导物(乳糖)存在时(见图2)，诱导物与阻遏蛋白结合，使阻遏蛋白结构改变，不能与操纵基因结合，则RNA聚合酶结合到启动子上并启动结构基因的表达。
2．翻译水平的调控——RNA干扰
(1)RNA干扰(RNAi)：RNA干扰是有效沉默或抑制目标基因表达的过程，指内源性或外源性双链RNA(dsRNA)介导的细胞内mRNA发生特异性降解，从而导致靶基因的表达沉默，产生相应的功能表型缺失的现象。RNA干扰由转运到细胞质中的双链RNA激活，沉默机制可导致由小干扰RNA(siRNA)或短发夹RNA(shRNA)诱导实现靶mRNA的降解，或者通过小RNA(miRNA)诱导特定mRNA翻译的抑制。
(2)RNAi具有的特征
①是转录后(翻译)水平的基因沉默机制。
②具有很高的特异性，只降解与之序列相应的单个内源基因的mRNA。
③RNAi抑制基因表达具有很高的效率，而且相对很少量的dsRNA分子(数量远远少于内源 mRNA的数量)就能完全抑制相应基因的表达。
④RNAi抑制基因表达的效应可以穿过细胞界限，在不同细胞间长距离传递和维持信号甚至传播至整个有机体以及可遗传等特点。
⑤dsRNA不得短于21个碱基，并且长链dsRNA也在细胞内被Dicer酶切割为21 bp左右的siRNA，并由siRNA来介导mRNA切割。
3．翻译后水平的调控——分子伴侣
(1)分子伴侣：分子伴侣是一类协助细胞内分子组装和协助蛋白质折叠的蛋白质，又称为伴侣蛋白。目前主要发现有热休克蛋白和伴侣蛋白两大类。
(2)分子伴侣的主要作用
①参与新生肽链的折叠与装配。
②参与蛋白质运送。
③修复热变性蛋白质。
突破训练
√
1．miRNA是一类在人体内广泛分布的内源性非编码RNA，长度为19～25个核苷酸。不同miRNA在个体发育的不同阶段产生。miRNA通过与靶mRNA结合或引起靶mRNA的降解，进而特异性影响相应基因的表达。请根据材料判断下列相关说法正确的是( )
A.miRNA指导合成的肽链最多含有8个氨基酸
B．miRNA的合成不需要RNA聚合酶的参与
C．miRNA在转录阶段特异性影响基因的表达过程
D．不同miRNA在个体发育不同阶段产生，与细胞分化有关
解析：根据题意可知，miRNA是非编码RNA，故不能作为模板翻译肽链，A错误；RNA是通过转录合成的，转录过程需要RNA聚合酶的催化，故miRNA的合成需要RNA聚合酶的参与，B错误；根据题意可知，miRNA通过与靶mRNA结合或引起靶mRNA的降解，进而影响基因表达，影响的是翻译阶段，C错误；不同的miRNA在个体发育的不同阶段产生，属于基因的选择性表达，与细胞分化有关，D正确。
2．核糖开关是一段具有复杂结构的RNA序列，能感受环境因素的变化而改变自身的结构和功能，从而调控基因的表达。在枯草杆菌中，有些基因的mRNA上具有SAM感受型核糖开关，其调节机制如下图所示。据图分析，下列叙述正确的是( )
A．SAM可以通过抑制相关基因的转录来调节代谢过程
B．核糖开关与tRNA均存在碱基互补配对的区域
C．组成核糖开关的基本单位是脱氧核糖核苷酸
D．RBS的下游区域中存在启动子，是翻译的起始位置
√
解析：SAM是mRNA上的感受型核糖开关，RBS是mRNA 上的核糖体结合位点，与翻译过程有关，故SAM可以抑制相关基因的翻译来调节代谢过程，A错误；由图可知，核糖开关存在双链区域，tRNA的“三叶草”结构中也存在双链区域，故两者均存在碱基互补配对的区域，B正确；核糖开关是一段具有复杂结构的RNA序列，其基本单位是核糖核苷酸，C错误；启动子是DNA上与RNA聚合酶识别和结合的区域，而RBS为mRNA上的核糖体结合位点，不存在启动子，D错误。
3．操纵子是原核细胞基因表达调控的一种结构形式，它由启动子、结构基因(编码蛋白基因)、终止子等组成。下图表示大肠杆菌细胞中核糖体蛋白(RP)的合成及调控过程，其中序号表示相关生理过程，mRNA 上的RBS是核糖体结合位点。下列有关说法错误的是( )
A．基因进行转录时，只能以β链为模板
B．过程①中RNA聚合酶与启动子结合后相继驱动多个基因的转录
C．细胞中缺乏rRNA时，RP1与mRNA上的RBS位点结合，阻止翻译的起始
D．过程①与②的碱基配对方式不完全相同，都需要细胞中的线粒体提供能量
√
解析：不同的基因在转录时模板链并不相同，A错误；启动子是RNA聚合酶识别和结合的部位，过程①转录中RNA聚合酶与启动子结合后相继驱动多个基因(基因1、基因2等)的转录，B正确；由题图分析可知，rRNA能与RP1、RP2和其他核糖体蛋白结合形成核糖体，mRNA上的RBS是核糖体结合位点，当细胞中缺乏rRNA分子时，RP1与mRNA上的RBS位点结合，导致核糖体不能与mRNA结合，进而阻止翻译的起始，C正确；过程①是转录，②是翻译，二者的碱基互补配对的方式不完全相同，二者需要的能量主要来自线粒体，D正确。
4．大肠杆菌乳糖操纵子包括4类基因，其中结构基因能通过转录、翻译使细胞产生一定的酶系统和结构蛋白。乳糖操纵子包含3个结构基因：LacZ、LacY、LacA，分别产生图2中相对应的酶，而结构基因的上游有3个对结构基因起调控作用的基因，其中基因P启动转录、基因O起着“开关”的作用，调控结构基因表达，基因I能够调节操纵基因状态，从而对“开关”起着控制作用。在只含葡萄糖或乳糖条件下基因表达如下图所示，下列说法正确的是( )
A．mRNAⅠ和mRNAⅡ合成后由核孔进入细胞质与核糖体结合
B．在只含葡萄糖条件下，阻遏蛋白会在翻译水平上抑制结构基因表达
C．在只含乳糖条件下，乳糖被分解后可导致结构基因不表达
D．每个结构基因的首、尾端都存在起始密码子和终止密码子
√
解析：题图是大肠杆菌相关基因表达示意图，大肠杆菌是原核生物，没有核孔，A错误；由图1可知，在只含葡萄糖条件下，阻遏蛋白会与操纵基因结合，阻碍RNA聚合酶与基因P结合，在转录水平上抑制结构基因的表达，B错误；乳糖被分解后，阻遏蛋白会与操纵基因结合，从而导致结构基因不表达，C正确；起始密码子和终止密码子均位于mRNA上，而结构基因是DNA片段，其首、尾端不存在起始密码子和终止密码子，D错误。(共17张PPT)
[命题最前沿十] 雄性不育及三系法杂交水稻
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三系杂交水稻是我国研究应用最早的杂交水稻，由不育系、保持系、恢复系三个品种培育而成。不育系的花粉不育，这种雄性不育由细胞质基因(ms)控制，不育系为生产大量杂交种子提供了可能性。保持系能保持不育系的细胞质雄性不育性，其细胞质基因(Ms)正常可育，能够自交结实，借助保持系来繁殖不育系。恢复系(代号R)含有能恢复细胞质雄性不育性的核基因——恢复基因(Rf)，与不育系杂交产生的三系杂交稻正常可育且具有杂种优势，即用恢复系给不育系授粉来生产雄性恢复且有优势的杂交稻。
突破训练
1．(2024·广东选择考)雄性不育对遗传育种有重要价值。为获得以茎的颜色或叶片形状为标记的雄性不育番茄材料，研究者用基因型为AaCcFf的番茄植株自交，所得子代的部分结果见图。其中，控制紫茎(A)与绿茎(a)、缺刻叶(C)与马铃薯叶(c)的两对基因独立遗传，雄性可育(F)与雄性不育(f)为另一对相对性状，3对性状均为完全显隐性关系。下列分析正确的是( )
A．育种实践中缺刻叶可以作为雄性不育材料筛选的标记
B．子代的雄性可育株中，缺刻叶与马铃薯叶的比例约为1∶1
C．子代中紫茎雄性可育株与绿茎雄性不育株的比例约为3∶1
D．出现等量绿茎可育株与紫茎不育株是基因突变的结果
√
解析：根据绿茎株中绝大多数雄性不育，紫茎株中绝大多数雄性可育，可推测绿茎基因a和雄性不育基因f位于同一条染色体上，紫茎基因A和雄性可育基因F位于同一条染色体上，由子代雄性不育株中缺刻叶∶马铃薯叶≈3∶1可知，缺刻叶基因(C)与马铃薯叶基因(c)位于另一对同源染色体上。因此绿茎可以作为雄性不育材料筛选的标记，A错误；控制缺刻叶(C)、马铃薯叶(c)与控制雄性可育(F)、雄性不育(f)的两对基因位于两对同源染色体上，因此，子代雄性可育株中，缺刻叶与马铃薯叶的比例约为3∶1，B错误；由于基因A和基因F位于同一条染色体上，基因a和基因f位于同一条染色体上，子代中紫茎雄性可育株与绿茎雄性不育株的比例约为3∶1，C正确；出现等量绿茎可育株与紫茎不育株是减数分裂Ⅰ前期同源染色体非姐妹染色单体间互换的结果，D错误。
2．水稻(2n＝24)是一种热带起源的禾本科作物，开两性花，为雌雄同株。三系杂交水稻是我国研究应用最早的杂交水稻，具有高产的优良性状。三系杂交水稻由不育系、保持系、恢复系三种水稻培育而成：雄性不育系(花粉败育，但雌蕊正常)的基因型为S(rr)，其中S为细胞质基因，r为细胞核基因；保持系基因型为N(rr)，与雄性不育系杂交后代仍为S(rr)；恢复系基因型为 N(RR)，与雄性不育系杂交可以使后代恢复为雄性可育。回答下列问题：
(1)水稻基因组计划需测定________条染色体上的DNA序列。水稻根尖细胞有丝分裂后期，细胞中的染色体组数为________，同源染色体对数为________。
12
4
24
(2)不育系的产生是基因突变的结果，细胞核和细胞质都含有决定雄蕊是否可育的基因，其中细胞核的可育基因用R表示，不育基因用r表示，细胞质中的可育基因用N表示，不育基因用S表示，则水稻细胞中与育性相关的基因型有____种，R能够抑制S的表达，则S(Rr)的表型为______________。
6
雄性可育
(3)科研人员发现非温敏雄性不育系(不育性不会随日照的长短而发生变化)ee品系，科研人员将连锁的三个基因M、P和H(P基因是与花粉代谢有关的基因，H基因为红色荧光蛋白基因)与Ti质粒连接，构建____________________，转入雄性不育水稻植株细胞中，获得转基因植株，自交后代中红色荧光植株占一半，据此推测M、P、H基因在育种过程中的功能为__________________________________________________________
__________________________________________________。
基因表达载体
M基因可使非温敏雄性不育植株可育，P基因使花粉不育，含有H基因的植株可发红色荧光
解析：(1)水稻体细胞中有24条染色体，没有性染色体之分，因此水稻基因组计划应测定12条染色体上的DNA序列。水稻根尖细胞有丝分裂后期，染色体的着丝粒分裂，染色体数目加倍，由24条变成48条，同源染色体数目也加倍，每种同源染色体变成4条，所以细胞中的染色体组数也由2个变成4个，同源染色体对数也由12对变成24对。(2)水稻细胞中与育性相关的基因型有3×2＝6(种)，即 N(RR)、N(Rr)、N(rr)、S(RR)、S(Rr)、S(rr)。其中R和N为可育基因，r和S为不育基因；R能够抑制S的表达，故只有S(rr)表现
为雄性不育，其他均为可育，则S(Rr)的表型为雄性可育。(3)科研人员将连锁的三个基因M、P和H与Ti质粒连接，构建基因表达载体，转入雄性不育水稻植株细胞中，获得转基因植株，自交后代中红色荧光植株占一半，说明转基因植株是雄性可育，且后代含H基因的个体占一半，据此推测，转入的基因使ee品系恢复育性。所以结合题意可推测M、P、H基因在育种过程中的功能分别是M基因可使非温敏雄性不育植株可育，P基因使花粉不育，含有H基因的植株可发红色荧光。
3．(2025·深圳高三一模)玉米是雌雄同株异花作物，利用雄性不育系开展玉米杂交育种能提高玉米产量。科研人员对玉米雄性不育系进行研究，回答下列问题：
(1)科研人员获得了玉米核雄性不育系7024，其性状由单基因控制，其与野生型杂交的F1群体均可育，再将F1自交、F1与亲本7024进行杂交，结果如下表所示，据表分析，该不育系的不育性状为________(填“显性”或“隐性”)性状，F1的基因型为________(相关基因用M/m表示)。
群体 总株数 可育株数 不育株数
F1自交 964 717 247
F1×7024 218 116 102
隐性
Mm
(2)科研人员通过培育筛选获得温敏核雄性不育系zm/zm，该不育系表现出高温不育、低温可育的特性，当处于低温环境时，其基因型为_________(相关基因用ZM/zm表示)。与7024核雄性不育系相比，温敏核雄性不育系的缺点主要表现在_________________________________。
zm/zm
容易受到环境温度的影响
(3)科研人员采用玉米隐性核雄性不育系ms7/ms7创建了多控不育(MCS)技术体系，将育性恢复基因(Ms7)、花粉失活基因以及荧光标记基因组成串联表达框(pMCS)，通过转基因技术获得转基因保持系，过程如下图所示。
①转基因保持系与核雄性不育系杂交，子代不育系的比例为____________。
②pMCS中的荧光标记基因表达的荧光蛋白能使玉米呈现红色，野生型玉米为黄色，则转基因保持系自交获得F1种子的颜色及比例是________________。
100%
黄色∶红色＝1∶1
