Question

【題目】植物在遇到不良環(huán)境影響時，會引起系列脅迫響應(yīng)相關(guān)基因的表達改變，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）密切相關(guān)。為研究植物種子萌發(fā)過程中的脅迫響應(yīng)機制， 科研人員進行了相關(guān)研究。

（1）ABA是一種植物激素，對植物生命活動起________作用。當植物處于脅迫狀態(tài)時，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，即DNA去甲基化，從而改變?nèi)旧�質(zhì)結(jié)構(gòu)，使_________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進行處理， 統(tǒng)計種子萌發(fā)率，所得實驗結(jié)果如圖1所示。實驗結(jié)果顯示，________________________，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1．2μM ABA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_____。

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 _____，因此對ABA脅迫更加敏感。

（4）科研人員進一步選取不同擬南芥種子為材料驗證了上述推測。

①實驗處理及結(jié)果如下表所示，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g、h填入VI處。

組別	種子	ABA濃度（M）	檢測指標	萌發(fā)率
1組	I_____	IV_____	VI ___	80%
2組	II____	1．2		10%
3組	III_	V_		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NICspan>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 g．NIC基因轉(zhuǎn)錄的mRNA h．R基因轉(zhuǎn)錄的mRNA

②請解釋表中各組實驗的萌發(fā)率結(jié)果：_____

Answer 1

【答案】調(diào)節(jié) RNA聚合酶 ABA濃度為0．9、1．2μM時，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，ABA處理下萌發(fā)率低于野生型； 轉(zhuǎn)入持續(xù)表達的NIC基因，能部分回補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

【解析】

（1）ABA是一種植物激素，植物激素是植物體內(nèi)產(chǎn)生的，對植物生命活動起調(diào)節(jié)作用。當植物處于脅迫狀態(tài)時，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）啟動子是RNA聚合酶識別結(jié)合的部位，故擬南芥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，即DNA去甲基化，從而改變?nèi)旧�質(zhì)結(jié)構(gòu)，使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進行處理， 統(tǒng)計種子萌發(fā)率，分析圖1實驗結(jié)果可知，實驗結(jié)果顯示，ABA濃度為0．9、1．2μM時，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1．2μM ABA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，分析圖2結(jié)果可知：在A、D區(qū)域，圖中突變體甲基化數(shù)字顯著高于野生型，其余區(qū)域相差不大，而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，故表明突變體NIC基因啟動子的A、D區(qū)域甲基化程度顯著高于野生型。

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，導(dǎo)致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）科研人員進一步選取不同擬南芥種子為材料驗證了上述推測。

①實驗應(yīng)將野生型、R基因突變體、基因突變體中轉(zhuǎn)入含無甲基化修飾啟動子的NIC基因的種子，分組分別用相同濃度的ABA濃度處理，檢測各種子中NIC基因轉(zhuǎn)錄的mRNA的量即可。故所填內(nèi)容如下表。

組別	種子	ABA濃度（M）	檢測指標	萌發(fā)率
1組	I、a．野生型	IV、1.2	VI、 g.NIC基因轉(zhuǎn)錄的mRNA	80%
2組	II、b．R基因突變體	1．2		10%
3組	III、d．基因突變體中轉(zhuǎn)入含無甲基化修飾啟動子的NIC基因	V、1.2		65%

②分析表中各組實驗的萌發(fā)率結(jié)果可知：R基因突變體的第2組，由于R基因廣泛影響脅迫相關(guān)基因的表達，故ABA處理下萌發(fā)率低于野生型（第1組）；轉(zhuǎn)入持續(xù)表達的NIC基因（第3組），能部分回補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，故萌發(fā)率介于兩者之間。