另类拆解2026年湖南卷第19题

 

 来源公众号：东雅生物工作室　作者：小乜老师

19.(12分)株高是影响水稻产量的重要性状，探究株高相关基因的遗传机制对水稻育种有重要意义。回答下列问题：
(1)为阐明纯合品系甲(株高100cm)株高由几对基因控制和显隐性等遗传机制，将其与纯合野生品系(株高140cm)杂交后，F1株高均为140cm，F2中株高140cm和100cm的数量比约为3:1，推测品系甲株高的遗传机制为_______。

【第（1）题文献溯源】

🧬@命题文献出处

作者：Rutger J N, Peterson M L

标题：Inheritance of semidwarfism in Calrose 76 rice

期刊：Crop Science，1977，17(6)：978–979

类型：水稻半矮秆性状初代遗传杂交研究短文

🧬@核心内容：

1. 试验材料背景

Calrose 76是当时美国加州主推改良半矮秆水稻品种，本研究以Calrose 76与当地高秆野生/常规水稻亲本配置正反交组合，开展初代杂交遗传试验，解析其半矮秆株高的遗传控制模式。

2. 初代杂交F₁代显隐性判定

所有高秆 × Calrose 76半矮秆的正反交F₁植株全部表现高秆，明确：半矮秆性状为隐性遗传，高秆为显性性状；细胞质无明显效应，正反交表型一致，株高由核基因控制。

3. F₂代表型分离规律（初代分离群体）

多组杂交F₂群体株高表型严格分为两类：正常高秆、半矮秆；统计分离比例符合3高秆∶1半矮秆单隐性孟德尔分离比。

作者证实Calrose 76携带一对隐性半矮秆主效基因控制株高降低，不存在多基因微效修饰带来的连续梯度分离。

4. 关键结论

Calrose 76水稻的半矮秆特性受单个隐性核基因调控；高秆对半矮秆完全显性，F₂稳定呈现3:1孟德尔分离，无细胞质遗传干扰，为加州水稻矮化育种的亲本选配、后代表型筛选提供初代遗传依据。

(2)品系甲是野生型的某株高基因发生突变所致，其转录产物编码序列的第796位突变，野生型及突变型基因转录模板链的部分碱基序列如图所示。
野生型：5′-TGAAGGTGTC……CGAGGCCGCC-3′
突变型：5′-TGAAGGTGTC……CGAAGCCGCC-3′
①该突变体第____位氨基酸突变为________(部分密码子及对应氨基酸：GCU丙氨酸，CUU亮氨酸，UUC苯丙氨酸，UCG丝氨酸)。
②拟设计PCR引物扩增该株高基因片段，以检测其他水稻是否发生该突变，应选择引物____(填序号)。
Ⅰ.5’…GGCGGC-3′ Ⅱ.5’…GCTTCG-3′
Ⅲ.5’…GGTGTC-3′ Ⅳ.5’…CTGTGG-3′

【第（2）题文献溯源】

🧬@命题文献1出处：
标题：Semidwarf (sd-1), “green revolution” rice, contains a defective gibberellin 20-oxidase gene
期刊：PNAS（Proceedings of the National Academy of Sciences）
发表时间：2002-06-25，99卷13期，8822–8827
DOI：10.1073/pnas.132266399
作者：W. Spielmeyer, M. H. Ellis, P. M. Chandler
🧬@核心内容（sd1-c突变关键结论）：
物种材料：粳稻辐射突变体Calrose76（γ射线诱变Calrose获得）

1. 图位克隆证实sd1基因为赤霉素20-氧化酶OsGA20ox2，定位于水稻1号染色体；
2. 对比野生型高秆Calrose与半矮秆Calrose76的OsGA20ox2序列：
基因编码区第798位碱基C→T转换（外显子2内），密码子CTC（Leu亮氨酸）突变为TTC（Phe苯丙氨酸），对应第266位氨基酸替换，即sd1-c等位基因；
3. 蛋白保守性分析：Leu266在所有植物双加氧酶家族高度保守，该位点侧链变大的替换严重破坏催化口袋结构，大幅降低GA20氧化酶酶活；
4. GA代谢质谱验证：突变体茎秆中酶底物GA53大量积累，催化产物GA20、活性赤霉素GA1含量显著下降，内源活性GA不足导致节间缩短、半矮秆表型；
5. 区分两类sd1功能缺失等位：籼稻Doongara为280bp大片段缺失（完全无功能），Calrose76为单氨基酸点突变（酶活严重受损但未完全丧失）。

🧬@命题文献2出处：

作者：邱福林, 邵国军, Hei LEUNG, 吴建利, 程式华
题名：一种用于水稻点突变检测的PCR引物设计方法
期刊：《中国水稻科学》, 2007, 21(2): 215-219
🧬@核心内容：
适配水稻TILLING诱变群体大批量单点突变筛查，针对单碱基替换（SNP）开发简易等位特异性PCR（AS-PCR）引物设计体系，解决传统引物区分野生/突变模板特异性差、成功率低的问题。

1. Taq酶3’末端错配敏感机制
DNA聚合酶仅在引物3’末端碱基与模板完全互补时才能启动链延伸；若3’最后一个碱基存在单碱基错配，延伸反应被强烈抑制，无PCR扩增条带。利用该特性区分野生型、突变型等位基因。
2. 引物配对标准模式
一组扩增体系包含两类引物：
– 通用保守引物：结合突变位点上下游无差异保守序列（无SNP，如题干引物Ⅲ）；
– 突变特异性引物：将突变差异碱基置于引物3’最末端，仅与突变模板互补、仅突变材料可扩增出条带（如题干引物Ⅱ）。

(3)某纯合品系乙(株高75cm)与纯合品系甲(株高100cm)杂交后，F1株高均为100cm，F2中株高100cm的347株，株高75cm的114株，用(2)中的引物和方法检测品系乙的该株高基因：
①若发现与品系甲有相同突变，推测乙的基因型为________(用A、a；B、b；C、c……表示基因)。将品系乙与纯合野生品系(株高140cm)杂交，其F1表现为株高140cm，F2中株高140cm、100cm和75cm三种表型的数量比约为9:6:1，推测所涉及基因的位置关系是________________。
②若发现与品系甲无相同突变，则品系乙形成的原因是___________________。

【第（3）题文献溯源】

🧬@命题文献出处：

菊池文, 布津原勇. 形态性状的遗传：半矮秆遗传[M]//松尾孝岭, 星川清亲. Science of the Rice Plant: 第3卷. 东京: 食品农业政策研究中心, 1997:309-317.

🧬@核心内容：

综述水稻半矮秆性状遗传规律，核心围绕等位性测验（allelism test） 原理与实操判定标准展开：

1. 同一基因座等位突变（如两份矮源均为sd1位点突变）

– 杂交F₁：杂合突变基因型，表型为半矮秆；

– F₂分离：仅双突变纯合个体株高显著更矮，整体性状分离比符合单隐性基因 3正常高秆:1半矮/超矮。

2. 非等位矮秆基因互作（如sd1 × sd-g 两个独立矮化位点）

存在两类典型上位/修饰分离模式：

– 重叠基因效应：9高秆:6中等半矮:1双基因超矮（9:6:1）；

– 隐性上位效应：9高秆:3单基因半矮:4双基因矮化（9:3:4）。

第19题答案与解析

(1)试题：纯合矮甲(100cm)×纯合野生高秆(140cm)，F1全140cm，F2高∶矮≈3:1，推测遗传机制

参考答案：株高由一对等位基因控制，高秆（140cm）为显性性状，矮秆（100cm）为隐性性状

考查目标：本题考查一对等位基因分离定律、显隐性判断，考查科学思维（演绎与推理）。

试题分析：杂合子自交后代性状分离比3:1是单基因孟德尔分离定律典型特征；F1全部表现高秆，说明高秆为显性，矮秆为隐性纯合。

(2)①参考答案：266；苯丙氨酸

考查目标：本题考查转录模板链与mRNA密码子的碱基互补关系、碱基替换突变、密码子与氨基酸对应关系，综合考查分子遗传计算与辨析能力。
试题分析：编码序列第796位碱基发生替换，3个相邻碱基编码1个氨基酸，796÷3≈266；模板链突变位点： CGA GGC突变为CGAAGC，模板链碱基G→A。模板链与mRNA反向互补，突变前后密码子发生改变，编码的氨基酸变为苯丙氨酸。

②参考答案：Ⅱ、Ⅲ

考查目标：本题考查PCR引物设计核心原则，引物需分别结合目的基因两条链的3’端，定向扩增包含突变位点的完整片段，考查科学探究（分子实验设计）素养。
试题分析：突变位点位于序列中间区域，引物Ⅱ结合突变基因模板链3’端，引物Ⅲ结合突变基因编码链3’端，上下游引物配对可完整扩增携带突变位点的基因片段；引物Ⅰ、Ⅳ结合位置无法覆盖突变区域，不能用于检测该位点突变。

(3) ①参考答案：aabb；两对等位基因分别位于两对同源染色体上，遵循自由组合定律

考查目标：本题考查9:6:1自由组合变式比例、多基因显隐性叠加遗传，考查遗传规律综合应用。

试题分析：9:6:1是9:3:3:1经典变式，代表双显性（140cm）、单显性（100cm）、双隐性（75cm）；品系乙无甲的显性高秆基因，为双隐性纯合aabb；两对基因独立遗传（非同源染色体）才能出现该分离比。

②参考答案：甲乙突变可能形成复等位基因，且甲突变的结果对乙是显性的

考查目标：本题考查多个等位基因控制同一性状的遗传机制，区分等位、非等位基因突变。

试题分析：若品系甲和乙没有相同突变基因,纯合甲与纯合乙杂交，F,出现3:1的表型比，说明两者存在的株高基因可能属于复等位基因，且甲突变的结果对乙的是显性的。

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