全球變暖引起的高溫脅迫會導(dǎo)致農(nóng)作物減產(chǎn),闡明高溫抗性分子機(jī)制對于培育抗高溫作物新品種具有重要價值。
(1)研究表明,水稻高溫抗性與T序列密切相關(guān)。欲將抗熱性更強(qiáng)的非洲稻(C品系)中T序列所在片段轉(zhuǎn)移到抗熱性相對較弱的亞洲稻(W品系)中,請通過雜交的方式寫出相關(guān)育種流程。
通過上述方法篩選得到N品系,圖1顯示,與W品系相比,N品系 單株產(chǎn)量減小單株產(chǎn)量減小。
(2)T序列上存在T1和T2兩個非等位基因,采用基因編輯技術(shù)分別獲得了T1和T2基因敲除的W突變植株,高溫處理下,T1和T2突變株的植株存活率分別顯著降低和增高。兩種突變株雜交后得F1,F(xiàn)1自交時,由于 基因重組基因重組獲得了T1和T2基因均敲除的雙突變體植株。檢測發(fā)現(xiàn)雙突變體的耐熱性與T2突變體相似。
(3)將T1和T2蛋白分別標(biāo)記上紅色、綠色熒光,常溫條件下,觀察到紅色熒光主要分布在細(xì)胞膜,綠色熒光則分布在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)和葉綠體。高溫刺激后,細(xì)胞膜上的紅色熒光強(qiáng)度減弱,細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中的紅色熒光強(qiáng)度明顯增強(qiáng),目和綠色熒光發(fā)生了位置重疊。推測高溫刺激后,T1基因的表達(dá)受到抑制,T2基因的表達(dá)受到促進(jìn),并且細(xì)胞在高溫刺激后細(xì)胞膜上的紅色熒光進(jìn)入了細(xì)胞,與細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中的綠色熒光結(jié)合,發(fā)生了位置重疊T1基因的表達(dá)受到抑制,T2基因的表達(dá)受到促進(jìn),并且細(xì)胞在高溫刺激后細(xì)胞膜上的紅色熒光進(jìn)入了細(xì)胞,與細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中的綠色熒光結(jié)合,發(fā)生了位置重疊。
(4)T2蛋白含量偏高會破壞類囊體結(jié)構(gòu),高溫條件下,N品系葉綠體中T2蛋白含量顯著低于W品系。細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的降解主要有蛋白酶體降解途徑(MG132為其阻斷劑)和液泡降解途徑(E64d為其阻斷劑),圖2結(jié)果表明 細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的降解主要是蛋白酶體降解造成了T2蛋白含量顯著低于W品系細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的降解主要是蛋白酶體降解造成了T2蛋白含量顯著低于W品系。
(5)綜上所述,補(bǔ)充圖3中A、B、C所表示的物質(zhì)或結(jié)構(gòu)以闡明非洲稻(C品系)抵抗高溫的分子機(jī)制。 A為細(xì)胞膜上的T1蛋白、B為細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)和葉綠體中的T2蛋白、C為溶酶體;高溫條件下,T1蛋白進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)基質(zhì),T2與蛋白結(jié)合,一部分T2蛋白進(jìn)入溶酶體被分解,T2蛋白數(shù)量減少,降低了對類囊體的破壞,使N植株光合能力增強(qiáng)A為細(xì)胞膜上的T1蛋白、B為細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)和葉綠體中的T2蛋白、C為溶酶體;高溫條件下,T1蛋白進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)基質(zhì),T2與蛋白結(jié)合,一部分T2蛋白進(jìn)入溶酶體被分解,T2蛋白數(shù)量減少,降低了對類囊體的破壞,使N植株光合能力增強(qiáng)。
(6)結(jié)合上述研究成果,提出一項培育抗高溫作物新品種的思路。 采用基因編輯技術(shù)分別獲得了T1和T2基因敲除的突變植株,兩種突變株雜交后得F1,F(xiàn)1自交時,選擇培育的純合體植株采用基因編輯技術(shù)分別獲得了T1和T2基因敲除的突變植株,兩種突變株雜交后得F1,F(xiàn)1自交時,選擇培育的純合體植株。
【答案】單株產(chǎn)量減??;基因重組;T1基因的表達(dá)受到抑制,T2基因的表達(dá)受到促進(jìn),并且細(xì)胞在高溫刺激后細(xì)胞膜上的紅色熒光進(jìn)入了細(xì)胞,與細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中的綠色熒光結(jié)合,發(fā)生了位置重疊;細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的降解主要是蛋白酶體降解造成了T2蛋白含量顯著低于W品系;A為細(xì)胞膜上的T1蛋白、B為細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)和葉綠體中的T2蛋白、C為溶酶體;高溫條件下,T1蛋白進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)基質(zhì),T2與蛋白結(jié)合,一部分T2蛋白進(jìn)入溶酶體被分解,T2蛋白數(shù)量減少,降低了對類囊體的破壞,使N植株光合能力增強(qiáng);采用基因編輯技術(shù)分別獲得了T1和T2基因敲除的突變植株,兩種突變株雜交后得F1,F(xiàn)1自交時,選擇培育的純合體植株
【解答】
【點評】
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發(fā)布:2024/5/10 8:0:9組卷:31引用:1難度:0.4
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2.學(xué)習(xí)以下材料,回答(1)~(4)題。
利用抑制性tRNA進(jìn)行無義突變遺傳病的治療
無義突變是由于某個堿基的改變使代表某種氨基酸的密碼子突變?yōu)榻K止密碼子(UAA、UAG或UGA),從而使肽鏈合成提前終止,造成蛋白質(zhì)的功能改變,引發(fā)相關(guān)疾病。約有10%~15%的人類基因相關(guān)遺傳疾病是由無義突變引發(fā)的。常規(guī)的基因治療是將正?;虻腸DNA序列或是有治療價值的基因(如CRISPR-Cas9相關(guān)的基因編輯工具)通過一定的方式導(dǎo)入人體靶細(xì)胞內(nèi),達(dá)到替代或修復(fù)缺陷基因、治療疾病的目的。導(dǎo)入基因插入位置不當(dāng)、過高或過低表達(dá),都可能會導(dǎo)致副作用。盡管基因編輯可以實現(xiàn)生理水平的基因表達(dá),但基因編輯工具引入外源蛋白可能引發(fā)強(qiáng)烈的免疫反應(yīng)仍然是巨大的挑戰(zhàn)。
抑制性tRNA(sup-tRNA)由天然tRNA改造而來,它的反密碼子通過堿基配對原則可以識別無義突變的終止密碼子,使得mRNA在翻譯至無義突變位點時不啟動翻譯終止而是繼續(xù)向后進(jìn)行翻譯,獲得有功能的全長蛋白。
I型黏多糖貯積癥的病因,是相關(guān)基因發(fā)生無義突變,產(chǎn)生終止密碼子UAG。研究者構(gòu)建小鼠該突變基因mldua和Flag基因融合的載體(圖1),以及針對該無義突變設(shè)計的sup-tRNA表達(dá)載體(產(chǎn)生的sup-tRNA能夠識別UAG并攜帶酪氨酸Tyr,簡寫作sup-tRNATyr),將其導(dǎo)入細(xì)胞進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)與具有相似作用的化合物G418比較,sup--tRNA的作用更加顯著(圖2);進(jìn)一步利用重組腺相關(guān)病毒作為載體將sup-tRNA導(dǎo)入患病小鼠模型中,實驗顯示能夠降低黏多糖過度積存,實現(xiàn)對該病癥的有效治療,其療效可以持續(xù)半年以上。
從整體來看,G418在促進(jìn)跨越無義突變位點繼續(xù)翻譯時引入的氨基酸較為隨機(jī),而sup-tRNA引入的氨基酸較為單一,且不會影響內(nèi)源tRNA穩(wěn)態(tài),所以sup-tRNA在個體治療中具有很高的安全性,因而在未來基因突變引起的疾病相關(guān)治療中具有非常大的應(yīng)用前景。
(1)侵染時,作為載體的重組腺相關(guān)病毒與靶細(xì)胞膜上的
(2)除了引入的氨基酸較為單一,不影響內(nèi)源tRNA穩(wěn)態(tài),我們還可推斷,用于治療的sup-tRNA在正常終止密碼子處
(3)研究者構(gòu)建mldua突變基因和Flag基因融合的載體,目的是通過檢測
(4)有文獻(xiàn)報道,已在近1000個不同的人類基因中發(fā)現(xiàn)了7500多個無義突變。常規(guī)的基因治療需要為每種疾病設(shè)計獨特的治療策略,這將是一項耗費驚人的項目。據(jù)此說明sup-tRNA的應(yīng)用價值。發(fā)布:2025/1/3 8:0:1組卷:27引用:1難度:0.6 -
3.幾丁質(zhì)是許多真菌細(xì)胞壁的重要成分,自然界有些植物能產(chǎn)生幾丁質(zhì)酶催化幾丁質(zhì)水解從而抵抗真菌感染。通過基因工程將幾丁質(zhì)酶基因轉(zhuǎn)入沒有抗性的植物體內(nèi),可增強(qiáng)其抗真菌的能力。如圖表示為獲取幾丁質(zhì)酶基因而建立cDNA文庫的過程。
(1)圖示以mRNA為材料通過
(2)與選用老葉相比,選用嫩葉更容易提取到mRNA,原因是
(3)將從cDNA文庫中獲得的幾丁質(zhì)酶基因和質(zhì)粒載體用發(fā)布:2025/1/5 8:0:1組卷:5引用:1難度:0.7
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