Question

【題目】種子萌發(fā)是一個非常復(fù)雜的過程，受到多種因素的影響。為研究水稻中的PLA3基因在參與脫落酸（ABA）調(diào)控水稻種子萌發(fā)中的作用，研究人員進(jìn)行了系列實驗。

（1）圖1顯示水稻種子在不同處理培養(yǎng)16h后的萌發(fā)情況，結(jié)果表明ABA作為一種植物激素能夠______種子萌發(fā)，它與赤霉素（GA）對種子萌發(fā)的作用存在______關(guān)系。

（2）在水稻突變體pla3中，PLA3基因由于編碼區(qū)缺失一個堿基對而發(fā)生了__________的改變，導(dǎo)致其通過轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的mRNA上_________________，使得翻譯出的PLA3蛋白所含氨基酸數(shù)目多于野生型水稻（WT）中的PLA3蛋白。這種“加長”的PLA3蛋白沒有生物活性。

（3）研究人員以野生型水稻（WT）種子和pla3種子為材料，研究PLA3基因在參與ABA調(diào)控水稻種子萌發(fā)中的作用。

①將兩種種子分別置于無ABA和含一定濃度ABA的環(huán)境中培養(yǎng)，觀察并統(tǒng)計種子的萌發(fā)率（如圖2）。由結(jié)果可知，在WT種子中，PLA3基因的作用是________種子萌發(fā)。圖中種子萌發(fā)后________萌發(fā)率的差值可反映出ABA處理對pla3種子的作用。綜合圖中四組實驗結(jié)果，可推知PLA3基因功能喪失使得________。

②研究發(fā)現(xiàn)，pla3種子中的ABA含量顯著低于WT種子。研究人員對種子中相應(yīng)基因的表達(dá)量進(jìn)行檢測，結(jié)果如圖3。

圖3綜合相關(guān)信息分析，在野生型水稻種子中，PLA3基因在參與ABA調(diào)控種子萌發(fā)中的作用是___________。

Answer 1

【答案】抑制 拮抗 基因結(jié)構(gòu)（基因堿基序列） 終止密碼子延后出現(xiàn)（終止密碼子后移） 抑制 第3組與第4組 種子對ABA的敏感性降低 通過抑制ABA的分解來提高ABA含量；通過抑制ABA的信號抑制因子的表達(dá)來增強ABA的信號傳遞，進(jìn)而抑制水稻種子的萌發(fā)

【解析】

1、基因突變是基因中堿基對的增添、缺失或替換而引起的基因結(jié)構(gòu)的改變。由于基因突變使轉(zhuǎn)錄形成的mRNA上的密碼子發(fā)生改變，可能會引起翻譯過程形成的肽鏈中氨基酸種類、數(shù)量、排序發(fā)生改變。

2、分析圖2：培養(yǎng)時間一定時種子的萌發(fā)率：第3組（pla3種子，無ABA）＞第1組（WT種子，無ABA）；第4組（pla3種子，與ABA）＞第2組（WT種子，有ABA）。

3、分析圖3：pla3種子中ABA合成途徑基因表達(dá)量不變，ABA降解途徑基因表達(dá)量上調(diào),，ABA信號途徑的負(fù)調(diào)控基因表達(dá)量也上調(diào)。

（1）圖1中水稻種子用ABA處理16小時后，與不用ABA處理的對照種子相比，結(jié)果是對照組種子的萌發(fā)，用ABA處理的組不萌發(fā)，說明ABA能夠抑制種子的萌發(fā)；赤霉素（GA）的主要作用是促進(jìn)細(xì)胞生長，促進(jìn)種子萌發(fā)和果實發(fā)育，因此在調(diào)節(jié)植物種子萌發(fā)過程中兩者表現(xiàn)為拮抗關(guān)系。

（2）基因突變是指DNA分子中發(fā)生堿基對的替換、增添和缺失，而引起的基因結(jié)構(gòu)改變，在水稻突變體pla3中，PLA3基因由于編碼區(qū)缺失一個堿基對而導(dǎo)致基因突變。PLA3蛋白所含氨基酸數(shù)目多于野生型水稻（WT）中的PLA3蛋白，說明PLA3基因突變后轉(zhuǎn)錄形成的mRNA的終止密碼子后移，導(dǎo)致合成的肽鏈延長，獲得了沒有生物活性的“加長”的PLA3蛋白。

（3）①該實驗的自變量是有無ABA 、種子的類型，因變量是種子的萌發(fā)率。用WT種子做實驗材料的第1組和第2組相比，圖2結(jié)果顯示，第1組種子的萌發(fā)率大于第2組，說明ABA對種子的萌發(fā)起抑制作用。無ABA處理的第1組和第3組對比，在一定的培養(yǎng)時間內(nèi)，pla3種子的萌發(fā)率大于WT種子的萌發(fā)率，說明在WT種子中PLA3基因的作用是抑制種子的萌發(fā)。用pla3種子做實驗材料的第3組和第4組，無ABA處理的第3組種子萌發(fā)率大于有ABA處理的第4組，兩組種子萌發(fā)率的差值可以反映出ABA處理對pla3種子的作用。有ABA處理的第2組與第4組對照，pla3種子的萌發(fā)率大于WT種子的萌發(fā)率。由圖中四組實驗結(jié)果可推知PLA3基因功能喪失使得種子對ABA的敏感性降低，促進(jìn)了水稻種子的萌發(fā)。

②圖3顯示，pla3種子中基因1的相對表達(dá)量與WT種子相當(dāng)，相對表達(dá)量都處于較低水平，基因2的相對表達(dá)量高于WT種子，基因3的相對表達(dá)量也遠(yuǎn)大于WT種子，說明PLA3基因不僅通過抑制ABA分解途徑的關(guān)鍵酶的合成，來抑制ABA的分解以提高ABA含量；而且還通過抑制ABA的信號抑制因子的表達(dá)來增強ABA的信號傳遞，進(jìn)而抑制水稻種子的萌發(fā)。