第四单元热考微专题(四)基因定位的遗传实验设计与分析

热考微专题(四)基因定位的遗传实验设计与分析【精研强思维】【典例】(基因标记定位)(2024·河北高考)西瓜瓜形(长形、椭圆形和圆形)和瓜皮颜色(深绿、绿条纹和浅绿)均为重要育种性状。为研究两类性状的遗传规律,选用纯合体(子)P1(长形深绿)、P2(圆形浅绿)和P3(圆形绿条纹)进行杂交。为方便统计,长形和椭圆形统一记作非圆,结果见表。实验杂交组合F1表型F2表型和比例①P1×P2非圆深绿非圆深绿︰非圆浅绿︰圆形深绿︰圆形浅绿=9︰3︰3︰1②P1×P3非圆深绿非圆深绿︰非圆绿条纹︰圆形深绿︰圆形绿条纹=9︰3︰3︰1回答下列问题:(1)由实验①结果推测,瓜皮颜色遗传遵循___________定律,其中隐性性状为___________。

(2)由实验①和②结果不能判断控制绿条纹和浅绿性状基因之间的关系。若要进行判断,还需从实验①和②的亲本中选用_________进行杂交。若F1瓜皮颜色为_________,则推测两基因为非等位基因。

(3)对实验①和②的F1非圆形瓜进行调查,发现均为椭圆形,则F2中椭圆深绿瓜植株的占比应为_________。若实验①的F2植株自交,子代中圆形深绿瓜植株的占比为_______。

(4)SSR是分布于各染色体上的DNA序列,不同染色体具有各自的特异SSR。SSR1和SSR2分别位于西瓜的9号和1号染色体。在P1和P2中SSR1长度不同,SSR2长度也不同。为了对控制瓜皮颜色的基因进行染色体定位,电泳检测实验①F2中浅绿瓜植株、P1和P2的SSR1和SSR2的扩增产物,结果如图。据图推测控制瓜皮颜色的基因位于_________染色体。检测结果表明,15号植株同时含有两亲本的SSR1和SSR2序列,同时具有SSR1的根本原因是_____________________,

同时具有SSR2的根本原因是_____________________。

(5)为快速获得稳定遗传的圆形深绿瓜株系,对实验①F2中圆形深绿瓜植株控制瓜皮颜色的基因所在染色体上的SSR进行扩增、电泳检测。选择检测结果为_______________________________的植株,不考虑交换,其自交后代即为目的株系。

▶解题过程获取关键信息:SSR1和SSR2分别位于西瓜的9号和1号染色体。在P1和P2中SSR1长度不同,SSR2长度也不同。↓信息处理:(4)第1、2、3空:将SSR看成基因。P19号染色体的SSR1,P29号染色体的SSR1看成基因Ee;SSR2同理看成基因Ff。↓分析信息:分析F2浅绿个体的SSR标记。发现F2浅绿个体标记比例为ee=1、FF∶Ff∶ff=1∶2∶1。↓解决问题:控制瓜皮颜色的基因位于9号染色体上。

获取关键信息:获得稳定遗传的圆形深绿瓜株系。↓分析数据:浅绿全为ee,说明深绿基因与E关联。↓解决问题:纯合深绿对应EE,也就是电泳检测结果两个条带均与P1的SSR1相一致的个体,为纯合深绿植株。【解析】本题考查基因的自由组合定律、基因位置判断相关知识。(1)由实验①结果可知,只考虑瓜皮颜色,F1为深绿,F2中深绿︰浅绿=3︰1,说明该性状的遗传遵循基因的分离定律,且浅绿为隐性性状。(2)由实验②可知,F2中深绿︰绿条纹=3︰1,也遵循基因的分离定律,结合①,不能判断控制绿条纹和浅绿性状基因之间的关系。若要进行判断,还需从实验①和②的亲本中选用P2和P3进行杂交,控制绿条纹和浅绿性状基因有两种可能性,可能性一:两基因为同一基因不同方向的隐性突变,设P2为a1a1,P3为a2a2,则杂交后代瓜皮颜色为浅绿或者绿条纹。可能性二:两基因为非等位基因。根据题意,可设P2为aaBB,P3为AAbb,则F1为AaBb,表现为深绿。(3)结合调查结果,由实验①可知西瓜瓜形是由一对等位基因控制的不完全显性遗传,若以C/c表示其等位基因,则长形基因型为CC,椭圆形为Cc,圆形为cc,则F2非圆瓜中有1/3为长形,2/3为椭圆形,故椭圆形深绿瓜植株占比为9/16×2/3=3/8。由题意得实验①中三对等位基因位于非同源染色体上,P1基因型为AABBCC,P2基因型为aaBBcc,F1为AaBBCc,因B基因纯合,仅考虑基因A与C即可,实验①的F2自交,两对等位基因分开分析,F2中CC︰Cc︰cc=1︰2︰1,自交子代中圆形(cc)的占比=1/4+1/2×1/4=3/8;F2中AA︰Aa︰aa=1︰2︰1,自交子代中深绿(A_)的占比=1/4+1/2×3/4=5/8,则子代中圆形深绿瓜植株占比为3/8×5/8=15/64。(4)电泳检测实验①F2中浅绿瓜植株、P1和P2的SSR1和SSR2的扩增产物,由电泳图谱可知,F2浅绿瓜植株中都含有P2亲本的SSR1,而SSR1和SSR2分别位于西瓜的9号和1号染色体上,故推测控制瓜皮颜色的基因位于9号染色体上。由电泳图谱可知,F2浅绿瓜植株中只有15号植株含有亲本P1的SSR1,推测根本原因是F1在减数分裂Ⅰ前期发生染色体片段互换,产生了同时含P1、P2的SSR1的配子,而包括15号植株在内的半数植株同时含有两亲本的SSR2,根本原因是F1减数分裂时同源染色体分离,非同源染色体自由组合,随后F1产生的具有来自P11号染色体的配子与具有来自P21号染色体的配子受精。(5)为快速获得稳定遗传的深绿瓜株系,对实验①F2中深绿瓜植株控制瓜皮颜色的基因所在染色体上的SSR进行扩增、电泳检测。稳定遗传的深绿瓜株系应是纯合子,其深绿基因最终来源于亲本P1,故应选择SSR1的扩增产物条带与P1亲本相同的植株。答案:(1)分离浅绿(2)P2、P3深绿(3)3/815/64(4)9号F1在减数分裂Ⅰ前期发生染色体片段互换,产生了同时含P1、P2的SSR1的配子F1产生的具有来自P11号染色体的配子与具有来自P21号染色体的配子受精(5)SSR1的扩增产物条带与P1亲本相同【思维拓展】一对等位基因位置的判断1.在细胞核中还是在细胞质中:做正反交实验。2.在常染色体上还是X染色体上:3.在X染色体上还是X、Y染色体同源区段上:4.在常染色体上还是X、Y染色体同源区段上5.在第几号常染色体上:(1)单体杂交法(某二倍体含有n对染色体):让隐性纯合子分别与1号、2号……n号显性纯合单体杂交,观察子代表型,若子代均为显性性状,则该基因不在该号染色体上;若子代显性∶隐性=1∶1,则说明该基因在该号染色体上。(2)三体测交法:将正常隐性个体与某号染色体三体显性纯合子杂交,再选F1中三体测交,若F2中表型比为1∶1,则此基因不在该号染色体上,若为5∶1,则在该号染色体上。另外,还可选择F1所有个体进行自交或自由交配,通过F2表型比判断此基因是否位于该号染色体上。6.是否在染色体缺失片段上:隐性个体×染色体片段缺失的显性纯合子,若F1显性∶隐性=1∶1,则此基因位于染色体缺失片段上,若不出现隐性性状,则不位于缺失片段上。7.用遗传标记进行一对基因的定位:(1)概念:DNA分子、染色体结构中存在某些特异性的片段、特定蛋白等,由于其特异性以及多态性,常作为标记用于育种和临床等研究,常见的标记包括特定序列标记(如SSR、SNP等)、特定基因(如SRY等)、细胞水平分析等。(2)方法:若所研究基因和某一特定特征的标记基因连锁,通过实验或结合电泳PCR等技术手段,检测子代不同染色体上特定标记基因的来源,据此可判断基因在哪条染色体上。【精练提能力】1.(用遗传标记进行基因定位)SSR是DNA分子中的简单重复序列,非同源染色体上的SSR重复单位不同,不同品种的同源染色体的SSR重复次数不同,常用于染色体特异性标记。研究人员利用X射线诱导野生型拟南芥品系(2n=10)培育出单基因隐性突变品系,让其与野生型杂交获得F1,F1自交获得F2。提取F2突变体中的15株个体的DNA,利用2号、5号染色体上SSR进行PCR扩增,结果如下图所示。据图分析错误的是()A.由图可知,上述隐性突变基因位于2号染色体上B.8号个体的产生可能与F1减数分裂时四分体中非姐妹染色单体交换片段有关C.若对F2全部突变体的2号染色体SSR进行扩增,结果有3种且比例为1∶2∶1D.图中1号个体与F1杂交,子代5号染色体SSR扩增结果有2种且比例为1∶1【解析】选A。据图可知,F2突变体的5号染色体SSR扩增结果与突变型亲本5号染色体SSR扩增结果基本相同,所以突变基因位于5号染色体上,A错误;8号个体存在野生型和突变型的两种SSR,其产生可能与F1减数分裂时,四分体中非姐妹染色单体片段交换有关,B正确;设2号染色体上相关SSR用A1(突变型亲本)/A2(野生型亲本)表示,由于F1个体的2号染色体一条来自父方、一条来自母方,则F1是A1A2,F2中突变体A1∶A1A2∶A2=4∶7∶4≈1∶2∶1,故若对F2全部突变体的2号染色体SSR进行扩增,结果有3种且比例约为1∶2∶1,C正确;用B1、B2分别表示突变型和野生型5号染色体上的SSR,则F1为B1B2,1号个体为B1B1,则1号个体与F1杂交,结果为B1B1∶B1B2=1∶1,D正确。2.(用已知基因进行基因定位)(2023·山东高考节选)单个精子的DNA提取技术可解决人类遗传学研究中因家系规模小而难以收集足够数据的问题。为研究4对等位基因在染色体上的相对位置关系,以某志愿者的若干精子为材料,用以上4对等位基因的引物,以单个精子的DNA为模板进行PCR后,检测产物中的相关基因,检测结果如表所示。已知表中该志愿者12个精子的基因组成种类和比例与该志愿者理论上产生的配子的基因组成种类和比例相同;本研究中不存在致死现象,所有配子的染色体均正常,各种配子活力相同。等位基因AaBbDdEe单个精子编号1+++2++++3+++4++++5+++6++++7+++8++++9+++10++++11+++12++++注“+”表示有;空白表示没有(1)表中等位基因A、a和B、b的遗传___________(填“遵循”或“不遵循”)自由组合定律,依据是_____________________。

据表分析,_______(填“能”或“不能”)排除等位基因A、a位于X、Y染色体同源区段上。

(2)本研究中,另有一个精子的检测结果是:基因A、a,B、b和D、d都能检测到。已知在该精子形成过程中,未发生非姐妹染色单体互换和染色体结构变异。从配子形成过程分析,导致该精子中同时含有上述6个基因的原因是______________。

(3)据表推断,该志愿者的基因e位于___________染色体上。现有男、女志愿者的精子和卵细胞各一个可供选用,请用本研究的实验方法及基因E和e的引物,设计实验探究你的推断。

①应选用的配子为_____________;②实验过程:略;③预期结果及结论:_____________________。

【解析】(1)题干信息显示,表中该志愿者12个精子的基因组成种类和比例与该志愿者理论上产生的配子的基因组成种类和比例相同。结合表中信息可以看出,该志愿者的精子关于A、a和B、b的基因型为aB∶Ab=1∶1,因而可推测,等位基因A、a和B、b位于一对同源染色体上,其遗传不遵循自由组合定律;表中显示,含有e的配子和不含e的配子的比例为1∶1,因而可推测e基因位于X或Y染色体上。根据表中精子类型和比例可以看出,A、a与E、e这两对等位基因表现为自由组合,因而能排除等位基因A、a位于X、Y染色体同源区段上。(2)根据表中的精子种类和比例可知,等位基因A/a、B/b和D/d为连锁关系,而异常精子的形成过程中,未发生非姐妹染色单体互换和染色体结构变异。则从配子形成过程分析,导致该精子中同时含有上述6个基因的原因是形成该精子的减数分裂过程中,减数分裂Ⅰ后期这三对等位基因所在的同源染色体没有正常分离,而是进入同一个次级精母细胞中,此后该次级精母细胞进行正常的减数分裂Ⅱ。(3)根据题(1)分析,该志愿者的基因e位于X或Y染色体上。现有男、女志愿者的精子和卵细胞各一个可供选用,由于要用本研究的实验方法,选用男性的精子无法确定等位基因E、e位于X染色体还是Y染色体,因此应该选择女志愿者的卵细胞进行实验;用E和e的引物,以卵细胞的DNA为模板进行PCR后,检测产物中的相关基因。若检测的卵细胞中有E或e基因,则可得出基因E/e位于X染色体上;若检测的卵细胞中无E或e基因,则可得出基因E/e位于Y染色体上。答案:(1)不遵循结合表中信息可以看出,只有Ab和aB两种配子,因而可推测,等位基因A、a和B、b位于一对同源染色体上能(2)形成该精子的减数分裂Ⅰ后期,这三对等位基因所在的同源染色体没有正常分离,而是进入同一个次级精母细胞中,此后该次级精母细胞进行正常的减数分裂Ⅱ(3)X或Y卵细胞若检测的卵细胞中有E或e基因,则可得出基因E、e位于X染色体上;若检测的卵细胞中无E或e基因,则可得出基因E、e位于Y染色体上借题发挥两对等位基因位置的判断两对等位基因位于一对同源染色体上(连锁),或者位于两对同源染色体上(自由组合),两对等位基因分别用A/a和B/b表示。(1)验证方法:①自交法:若自交后代性状分离比是3∶1或1∶2∶1,则两对等位基因位于一对同源染色体上,分别对应左图和中图。若自交后代性状分离比为9∶3∶3∶1(或其变式),则两对等位基因的遗传遵循自由组合定律,如右图所示。②测交法:若测交后代AaBb∶aabb=1∶1或Aabb∶aaBb=1∶1,则两对等位基因位于一对同源染色体上,分别对应左图和中图。若测交后代性状分离比为1∶1∶1∶1(或其变式),则两对等位基因的遗传遵循自由组合定律,如右图所示。(2)连锁与互换的分析:生物在减数分裂形成配子时,位于同一条染色体上的不同基因通常连锁在一起进入配子,同时具有连锁关系的基因有时又会随着同源染色体上的非姐妹染色单体之间的交换而产生重组类型。如基因型为AaBb(如左图)的性母细胞在减数分裂过程中,产生的配子多数为AB和ab,少数重组型配子为Ab和aB,配子中AB∶ab=1∶1,Ab∶aB=1∶1。3.(三对等位基因的位置判断)(2024·山东高考改编)某二倍体两性花植物的花色、茎高和籽粒颜色3种性状的遗传只涉及2对等位基因,且每种性状只由1对等位基因控制,其中控制籽粒颜色的等位基因为D、d;叶边缘的光滑形和锯齿形是由2对等位基因A、a和B、b控制的1对相对性状,且只要有1对基因隐性纯合,叶边缘就表现为锯齿形。为研究上述性状的遗传特性,进行了如表所示的杂交实验。另外,用乙组F1自交获得F2,并对F2进行了基因测序,结果显示所有锯齿叶绿粒植株的基因型为AAbbdd。各相对性状呈完全显隐性关系,不考虑突变和染色体互换。组别亲本杂交组合F1的表型及比例甲紫花矮茎黄粒×红花高茎绿粒紫花高茎黄粒∶红花高茎绿粒∶紫花矮茎黄粒∶红花矮茎绿粒=1∶1∶1∶1乙锯齿叶黄粒×锯齿叶绿粒全部为光滑叶黄粒(1)据表分析,由同一对等位基因控制的2种性状是______________________,判断依据是________________________。

(2)乙组中锯齿叶黄粒亲本的基因型为________________,

请画出F1中三对等位基因可能存在的情况。(3)要想最终确定控制叶边缘形状和籽粒颜色的等位基因在染色体上的相对位置关系,需辅以对F2进行调查。已知调查时正值F2的花期,调查思路为:____________________________________________________________;

预期调查结果并得出结论:____________________________________。

(要求:仅根据表型预期调查结果,并简要描述结论)【解析】(1)根据表格中甲组的杂交子代中,紫花的籽粒全是黄粒,红花的籽粒全是绿粒,结合题干信息“花色、茎高和籽粒颜色3种性状的遗传只涉及2对等位基因”可知,花色和籽粒颜色是由一对等位基因控制的。(2)由题干“叶边缘的光滑形和锯齿形是由2对等位基因A、a和B、b控制的1对相对性状,且只要有1对基因隐性纯合,叶边缘就表现为锯齿形”可知,光滑形为A_B_,锯齿形为A_bb、aaB_、aabb。由乙组交配结果可推测:亲本为aaBBDD和AAbbdd或AAbbDD和aaBBdd,F1为AaBbDd,但因F2锯齿叶绿粒中只出现了AAbbdd,说明A/a、D/d位于一对同源染色体上,因为若两者自由组合,F2一定会出现aabbdd锯齿叶绿粒。另外,a和d不可能位于一条染色体上,若a和d位于一条染色体上,则F2一定会出现aabbdd锯齿叶绿粒。所以,在F1中只能是A和d位于一条染色体上,a和D位于同源的另一条染色体上。无论B/b与A/a、D/d是否在一对同源染色体上,均可产生AAbbdd个体。所以,三对等位基因的位置关系分两种情况,情况一:三对基因位于一对染色体上,则在F1中Adb位于一条染色体上,aBD位于同源的另一条染色体上,若abD在一条染色体上,ABd在一条染色体上,则F2中一定不会出现AAbbdd锯齿叶绿粒,所以F1锯齿叶绿粒基因位置关系如图:;情况二:三对基因位于两对同源染色体上,且F2中锯齿叶绿粒基因型为AAbbdd,则在F1中Ad和aD分别位于一对同源染色体的两条染色体上,B/b位于另一对同源染色体上,如图,亲本锯齿叶黄粒的基因型为aaBBDD。(3)因F1可能为或,且调查时正值F2的花期,此时能看到花的颜色而看不到籽粒的颜色,又因为花色和籽粒颜色是由一对等位基因控制的,所以要确定三对基因的位置关系,可以①统计F2红花个体的叶边缘形状,若F2红花个体的叶边缘均为锯齿形,则三对基因位于一对同源染色体上;若F2红花个体的叶边缘既有锯齿形,也有光滑形,则A/a、D/d位于一对同源染色体上,B/b位于另一对染色体上。或者②统计F2所有个体的表型和比例,若三对基因位于一对同源染色体上,则子代中锯齿叶紫花(aaBBDD)∶光滑叶紫花(AaBbDd)∶锯齿叶红花(AAbbdd)=1∶2∶1;若A/a、D/d位于一对同源染色体上,B/b位于另一对染色体上,则子代中光滑叶紫花(6AaB_Dd)∶光滑叶红花(3AAB_dd)∶锯齿叶紫花(3aaB_DD、1aabbDD、2AabbDd)∶锯齿叶红花(1AAbbdd)=6∶3∶6∶1。答案:(1)花色和籽粒颜色甲组子代中紫花的籽粒全是黄粒,红花的籽粒全是绿粒(2)aaBBDD或(3)统计F2红花个体的叶边缘形状若F2红花个体的叶边缘均为锯齿形,则三对基因位于一对同源染色体上;若F2红花个体的叶边缘既有锯齿形,也有光滑形,则A/a、D/d位于一对同源染色体上,B/b位于另一对染色体上(或者若F2中锯齿叶紫花∶光滑叶紫花∶锯齿叶红花=1∶2∶1,则A、a,B、b,D、d三对等位基因位于同一对同源染色体上;若F2中光滑叶紫花(6AaB_Dd)∶光滑叶红花(3AAB_dd)∶锯齿叶紫花(3aaB_DD、1aabbDD、2AabbDd)∶锯齿叶红花(1AAbbdd)=6∶3∶6∶1,则A/a、D/d位于同一对同源染色体上,B/b位于另一对同源染色体上)借题发挥三对等位基因位置的判断(1)位于三对同源染色体上:(2)位于两对同源染色体上(两种情况)情况一情况二4.(不定项)(基因插入类基因定位)若利用根瘤农杆菌转基因技术将抗虫基因A和抗除草剂基因B转入大豆,获得若干转基因植物(T0),从中选择抗虫抗除草剂的单株S1、S2和S3分别进行自交获得T1,T1性状表现如图所示。已知目的基因能1次或多次插入并整合到受体细胞染色体上。下列叙述正确的是()A.抗虫对不抗虫表现为完全显性,抗除草剂对不抗除草剂表现为不完全显性B.若给S1后代T1植株喷施适量的除草剂,让存活植株自交,得到的自交一代群体中不抗虫抗除草剂的基因型频率为1/2C.根瘤农杆菌Ti质粒携带的抗虫和抗除草剂基因分别插入了S2的2条非同源染色体上,并正常表达D.S3中的抗虫基因和抗除草剂基因分别插入两条非同源染色体上了【解析】选B、D。设抗虫与不抗虫分别由A和a基因控制,抗除草剂与不抗除草剂由B和b基因控制。由题图可知,S3自交所得T1中,抗虫抗除草剂∶抗虫不抗除草剂∶不抗虫抗除草剂∶不抗虫不抗除草剂≈9∶3∶3∶1,符合基因的自由组合定律,说明一个抗虫基因和一个抗除草剂基因分别插入了S3的两条非同源染色体上(如图1),T1中抗虫∶不抗虫≈3∶1,抗除草剂∶不抗除草剂≈3∶1,说明抗虫对不抗虫表现为完全显性,抗除草剂对不抗除草剂表现为完全显性,A错误,D正确。S1自交所得T1中,抗虫抗除草剂∶抗虫不抗除草剂∶不抗虫抗除草剂≈2∶1∶1,不符合基因的自由组合定