第六单元热考微专题(七)生物变异类型的判断及实验设计

热考微专题(七)生物变异类型的判断及实验设计【精研强思维】【典例】(染色体变异和遗传规律)某二倍体植物宽叶(M)对窄叶(m)为显性,高茎(H)对矮茎(h)为显性,红花(R)对白花(r)为显性。基因M、m与基因R、r在2号染色体上,基因H、h在4号染色体上。(1)基因M、R编码各自蛋白质前3个氨基酸的DNA序列如图,起始密码子均为AUG。若基因M的b链中箭头所指碱基C突变为A,其对应的密码子由_________变为_________。正常情况下,基因R在细胞中最多有_________个,其转录时的模板位于_______(填“a”或“b”)链中。

(2)用基因型为MMHH和mmhh的植株为亲本杂交获得F1,F1自交获得F2,F2中自交性状不分离植株所占的比例为_________,用隐性亲本与F2中宽叶高茎植株测交,后代中宽叶高茎与窄叶矮茎植株的比例为_________。

(3)基因型为Hh的植株减数分裂时,出现了一部分处于减数第二次分裂中期的Hh型细胞,最可能的原因是___________________________________。缺失一条4号染色体的高茎植株减数分裂时,偶然出现一个HH型配子,最可能的原因是_________________________________。

(4)现有一宽叶红花突变体,推测其体细胞内与该表型相对应的基因组成为图甲、图乙、图丙中的一种,其他同源染色体数目及结构正常。现只有各种缺失一条染色体的植株可供选择,请设计一步杂交实验,确定该突变体的基因组成是哪一种。(注:各型配子活力相同;控制某一性状的基因都缺失时,幼胚死亡)实验步骤:①__________________。

②观察、统计后代表型及比例。结果预测:Ⅰ.若______________________,则为图甲所示的基因组成;

Ⅱ.若______________________,则为图乙所示的基因组成;

Ⅲ.若______________________,则为图丙所示的基因组成。

▶解题过程获取关键信息:基因型为Hh的植株,减数分裂出现了一部分处于减数第二次分裂中期的Hh型细胞;缺失一条4号染色体的高茎植株减数分裂时,偶然出现一个HH型配子。解决问题(3)减数第一次分裂时互换减数第二次分裂时姐妹染色单体进入细胞同一极。

获取关键信息:基因M、m与基因R、r在2号染色体上,图甲宽叶红花R突变为r,图乙含R的染色体片段缺失,图丙缺失一条2号染色体。且各型配子活力相同;控制某一性状的基因都缺失时,幼胚死亡。解决问题(4):用该突变体与缺失一条2号染色体的窄叶白花植株杂交Ⅰ.宽叶红花与宽叶白花植株的比例为1∶1Ⅱ.宽叶红花与宽叶白花植株的比例为2∶1Ⅲ.宽叶红花与窄叶白花植株的比例为2∶1。获取关键信息:现只有各种缺失一条染色体的植株可供选择。【解析】本题考查可遗传变异与遗传规律。(1)由起始密码子(mRNA上)为AUG可知,基因M和基因R转录的模板分别为b链和a链。对基因M来说,箭头处C突变为A,对应的mRNA上的G变成U,所以密码子由GUC变成UUC;正常情况下,基因成对出现,若此植株的基因为RR,则DNA复制后,R基因最多可以有4个。(2)F1基因型为MmHh,这两对基因位于非同源染色体上,所以符合自由组合定律,F2中自交后性状不分离的是纯合子,共4种:MMHH、mmhh、MMhh、mmHH,各占F2中的1/16,4种纯合子所占F2的比例为(1/16)×4=1/4;F2中宽叶高茎植株有4种基因型MMHH∶MmHH∶MMHh∶MmHh=1∶2∶2∶4,它们分别与mmhh测交,其中1/9MMHH×mmhh后代全为宽叶高茎,2/9MmHH×mmhh后代中出现宽叶高茎占后代的1/9,2/9MMHh×mmhh后代中宽叶高茎占后代的1/9,4/9MmHh×mmhh后代中宽叶高茎占后代的1/9、窄叶矮茎占后代的1/9,累计后代宽叶高茎∶窄叶矮茎=4∶1。(3)减数第二次分裂应是姐妹染色单体的分离,而现在出现了Hh,说明最可能的原因是基因型为Hh的个体减数分裂过程联会时同源染色体的非姐妹染色单体间发生了互换,形成了基因型为Hh的次级性母细胞。若缺失一条4号染色体的高茎植株进行减数分裂,正常情况下配子中只含一个H基因,若形成HH,则说明在减数第二次分裂时姐妹染色单体分开后移向细胞同一极,使该细胞中存在两条4号染色体,即含有HH。(4)让缺失一条2号染色体的窄叶白花植株(mr)与该宽叶红花突变体杂交。由于m、r位于同一条染色体上,分离时连锁,产生的配子一种为mr,另一种不含相应基因,又由于控制某一性状的基因都缺失时,幼胚死亡,后代无该性状的个体,分别分析它们的后代表型。若该突变体为甲时,子代中宽叶红花与宽叶白花植株比例为1∶1;该突变体为乙时,子代中宽叶红花与宽叶白花植株的比例为2∶1;该突变体为丙时,子代中宽叶红花与窄叶白花植株的比例为2∶1。答案:(1)GUCUUC4a(2)1/44∶1(3)减数第一次分裂时互换减数第二次分裂时姐妹染色单体移向同一极(4)用该突变体与缺失一条2号染色体的窄叶白花植株杂交宽叶红花与宽叶白花植株的比例为1∶1宽叶红花与宽叶白花植株的比例为2∶1宽叶红花与窄叶白花植株的比例为2∶1【思维拓展】减数分裂与生物变异1.等位基因出现的原因:(1)图甲细胞分裂方式为有丝分裂,其A、a出现的原因一定为基因突变。(2)图乙细胞的分裂方式为减数分裂:①若该生物基因型为AA,则该变异发生在DNA复制时,变异类型为基因突变。②若该生物的基因型为Aa,则该变异最可能发生在减数分裂Ⅰ,变异类型为基因重组。2.不同基因出现的原因:(1)图中同一染色体上出现等位基因A和a的原因为基因突变或基因重组。(2)若A、a与B、b两对基因独立遗传,则图中一条染色体上同时含有A(a)和b的原因是该细胞发生了染色体结构变异(易位)。3.基因重组的类型:(1)非同源染色体上非等位基因自由组合:(2)同源染色体非姐妹染色单体间片段的互换导致基因重组:4.个别染色体数目增加或减少的原因:(1)减数分裂Ⅰ一对同源染色体不分离:(2)减数分裂Ⅱ一对姐妹染色单体不分离:5.三体产生的配子类型及比例:(1)常染色体三体产生的配子类型及比例:①若为纯合子,如基因型为BBB,则产生的配子依然是两种,BB与B,比例是1∶1。②若是杂合子,如基因型为BBb,则能产生四种配子,其比例为B∶b∶Bb∶BB=2∶1∶2∶1。(2)性染色体三体产生配子的类型及比例(以XXY的雄性果蝇为例):若三条性染色体任意两条联会概率相等,则XXY个体会产生的配子类型及比例是X∶Y∶XY∶XX=2∶1∶2∶1。【精练提能力】1.(基因突变)(2022·湖南高考)中国是传统的水稻种植大国,有一半以上人口以稻米为主食。在培育水稻优良品种的过程中,发现某野生型水稻叶片绿色由基因C控制。回答下列问题:(1)突变型1叶片为黄色,由基因C突变为C1所致,基因C1纯合幼苗期致死。突变型1连续自交3代,F3成年植株中黄色叶植株占___________。

(2)测序结果表明,突变基因C1转录产物编码序列第727位碱基改变,由5'-GAGAG-3'变为5'-GACAG-3',导致第_________位氨基酸突变为_______________,从基因控制性状的角度解释突变体叶片变黄的机理:_______________________________________________。(部分密码子及对应氨基酸:GAG谷氨酸;AGA精氨酸;GAC天冬氨酸;ACA苏氨酸;CAG谷氨酰胺)

(3)由C突变为C1产生了一个限制酶酶切位点。从突变型1叶片细胞中获取控制叶片颜色的基因片段,用限制酶处理后进行电泳(电泳条带表示特定长度的DNA片段),其结果为图中_______(填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”)。

(4)突变型2叶片为黄色,由基因C的另一突变基因C2所致。用突变型2与突变型1杂交,子代中黄色叶植株与绿色叶植株各占50%。能否确定C2是显性突变还是隐性突变?_______(填“能”或“否”),用文字说明理由:___________________。

【解析】本题主要考查基因突变、基因表达及分离定律的应用。(1)基因C1纯合幼苗期致死,说明突变型1应为杂合子,且C1对C为显性,突变型1自交,F1中基因型为1/3CC、2/3C1C,F2中3/5CC、2/5C1C,F3成年植株中黄色叶植株占2/9。(2)突变基因C1转录产物编码序列(即编码氨基酸的mRNA序列)第727位碱基改变,由5'-GAGAG-3'变为5'-GACAG-3',突变位点前对应氨基酸数为726/3=242,则会导致第243位氨基酸由谷氨酸(密码子为GAG)突变为谷氨酰胺(密码子为CAG);叶片变黄是叶绿体中色素含量变化的结果,而色素不是蛋白质,因此从基因控制性状的角度推测叶片变黄的机理是基因突变影响了与色素形成有关的酶的合成,从而导致叶片变黄。(3)突变型1为杂合子(C1C),根据“由C突变为C1产生了一个限制酶酶切位点”可知,Ⅰ应为C基因酶切电泳结果,Ⅱ应为C1基因酶切电泳结果。从突变型1叶片细胞中获取控制叶片颜色的基因片段,用限制酶处理后进行电泳,其结果应包括三个DNA片段,为图中Ⅲ。(4)若C2是隐性突变,则突变型2为纯合子(C2C2),用突变型2(C2C2)与突变型1(C1C)杂交,子代中黄色叶植株与绿色叶植株各占50%,符合题意;若突变型2为显性突变(C2C),突变型2(C2C)与突变型1(C1C)杂交,子代表现型及比例应为黄色叶∶绿色叶=3∶1,与题意不符,故C2是隐性突变。答案:(1)2/9(2)243谷氨酰胺基因突变影响与色素形成有关酶的合成,导致叶片变黄(3)Ⅲ(4)能若C2是隐性突变,则突变型2为纯合子,则子代CC2表现为绿色,C1C2表现为黄色,子代中黄色叶植株与绿色叶植株各占50%。若突变型2为显性突变,突变型2(C2C)与突变型1(C1C)杂交,子代表现型及比例应为黄色叶∶绿色叶=3∶1,与题意不符借题发挥基因突变的类型与判断方法1.类型显性突变2.判断方法:选取突变体与其他已知未突变体(即野生型)杂交,根据子代性状表现判断。(1)若后代全表现野生型性状,则突变体由隐性突变产生。(2)若后代全表现突变型性状,则突变体由显性突变产生。(3)若后代既有突变型又有野生型性状,则突变体由显性突变产生。【加固训练】(染色体变异)(2025·内蒙古模拟)雄性不育(简称不育)甘蓝型油菜LY31AB为高茎,具有高产、抗菌核病的优点。为研究LY31AB的育性和茎高的遗传,研究人员进行了下列相关实验。图中甲为LY31AB,乙、丙、丁均为高秆可育。回答下列问题:(1)根据杂交实验1和杂交实验2的结果分析,不育为_________(填“显性”或“隐性”)性状。

(2)植物育性有的受母本(卵细胞)细胞质基因控制,其特点为子代表型总是和亲代母本一致。杂交实验1中,可排除甘蓝型油菜的育性由细胞质基因控制,证据是_________________________________________________。

(3)若育性相关基因用A/a、B/b表示,请写出甲、乙的基因型:_________________________________;杂交实验2中,F2可育个体中纯合子所占比例为_______________。

(4)已知该油菜高秆为隐性,由7号染色体上的r基因控制(育性相关基因都不在7号染色体上)。现将杂交实验1中的F2高秆不育幼苗诱变处理,获得矮秆(抗倒伏)植株。检测染色体发现,此类矮秆植株只有1条7号染色体(称为7号单体)。这说明在诱变过程中此类植株发生的变异是________________________________。现欲以杂交实验1的F2作为亲本之一获得可稳定遗传的矮秆可育品种,请写出实验方案:__________________。

【解析】(1)杂交实验1和杂交实验2中,F1可育植株自交后代出现了不育植株,说明不育为隐性性状,可育为显性性状。(2)若甘蓝型油菜的育性由细胞质基因控制,则子代表型总是和亲代母本一致,而杂交实验1中,甲(母本)为不育,F1既有不育植株又有可育植株,F2中出现固定分离比,故可排除甘蓝型油菜的育性由细胞质基因控制。(3)若育性相关基因用A/a、B/b表示,根据杂交实验2中F2可育∶不育=15∶1可知,杂交实验2中F1可育植株的基因型为AaBb,不育植株的基因型为aabb,其他基因型的植株则为可育,因此甲的基因型为aabb。根据杂交实验1中F2可育∶不育=3∶1可知,杂交实验1中F1可育植株的基因型为Aabb或aaBb,因此乙的基因型为Aabb或aaBb。杂交实验2中,F2可育个体中,AaBb∶AaBB∶AABB∶AABb∶aaBB∶aaBb∶Aabb∶AAbb=4∶2∶1∶2∶1∶2∶2∶1,故纯合子所占比例为1/5。(4)将杂交实验1中的F2高秆不育幼苗诱变处理,获得矮秆(抗倒伏)植株,该过程可能发生基因突变,此外检测染色体发现,此类矮秆植株只有1条7号染色体(称为7号单体),这说明在诱变过程中此类植株发生的变异是染色体数目变异(染色体变异);现欲以杂交实验1的F2作为亲本之一获得可稳定遗传的矮秆可育品种,即纯合的矮秆可育品种,可让以该矮秆植株作母本,F2中可育植株作为父本进行杂交获得子代,从子代中选择矮秆可育的植株连续自交,将不再出现高秆植株后代的子代留种。答案:(1)隐性(2)F2中出现固定分离比(3)甲:aabb、乙:Aabb或aaBb1/5(或20%)(4)基因突变、染色体(数目)变异以该矮秆植株作母本,F2中可育植株作为父本进行杂交获得子代,从子代中选择矮秆可育的植株连续自交,将不再出现高秆植株后代的子代留种2.(变异类型判定)袁隆平团队培育的进行自花传粉的“超级稻”亩产136公斤,创下了我国双季稻产量新高。Ⅰ.研究发现水稻的7号染色体上的一对等位基因D/d与水稻的产量相关,D基因控制高产性状,d基因控制低产性状。水稻至少有一条正常的7号染色体才能存活。研究人员发现两株染色体异常稻(体细胞染色体如图所示),请据图分析回答:(1)植株甲的可遗传变异类型具体为_________________________________________________,请简要写出区分该变异类型与基因突变最简单的鉴别方法:_________________________________。

(2)已知植株甲的基因型为Dd,若要确定D基因位于正常还是异常的7号染色体上,请试用最简单的方法设计实验证明D基因的位置(请写出杂交组合预期结果及结论):①__________________________