水稻是我國主要的糧食作物之一,它是自花傳粉的植物。提高水稻產(chǎn)量的一個重要途徑是利用雜交種(F1)的雜種優(yōu)勢,即F1的性狀優(yōu)于雙親的現(xiàn)象。
(1)雜交種雖具有雜種優(yōu)勢卻只能種植一代,原因是
F1自交后代會發(fā)生性狀分離現(xiàn)象
F1自交后代會發(fā)生性狀分離現(xiàn)象
,進而影響產(chǎn)量。水稻的花非常小,人工雜交難以實現(xiàn)。因此雄性不育(雄蕊不能產(chǎn)生可育花粉)的水稻植株常用于水稻雜交育種。
(2)不育系的產(chǎn)生是基因突變的結(jié)果,在細胞核和細胞質(zhì)中都含有決定雄蕊是否可育的基因(如圖)。其中細胞核中的不育基因用r表示,可育基因用R表示,且R對r顯性;細胞質(zhì)中的不育基因用S表示,可育基因用N表示。上述細胞質(zhì)與細胞核可組成6
6
種基因型的細胞。四種基因的關(guān)系中,R能夠抑制S的表達,即基因型為S(RR)的水稻表現(xiàn)為雄性可育
雄性可育
;當細胞質(zhì)基因為N時,無論紙胞核中含有可育基因還是不育基因,植株都表現(xiàn)為雄性可育,所以雄性不育系的基因型為S(rr)
S(rr)
。
(3)現(xiàn)有與育性有關(guān)的四個品系水稻:N(RR)、S(RR)、N(rr)和S(rr)。由于雄性不育系不能通過自交來延續(xù),無法用于之后的雜交育種。請選出相應的親本即父本N(rr)
N(rr)
,母本S(rr)
S(rr)
,制備雄性不育系。
(4)研究人員還發(fā)現(xiàn)了光溫敏感型雄性不育系,相關(guān)控制基因為核基因pms3,該基因并不編碼蛋白質(zhì)。為研究pms3基因表達量和花粉育性的關(guān)系,得到如下結(jié)果(用花粉可染率代表花粉的可育性)。
不同光溫條件下花粉可染率(%)
短日低溫 |
短日高溫 |
長日低溫 |
長日高溫 |
41.9 |
30.2 |
5.1 |
0 |
該基因的表達量指的是
RNA
RNA
的合成量。根據(jù)實驗結(jié)果可知,pms3基因的表達量和花粉育性的關(guān)系是
花粉育性變化與pms3基因的表達量呈正相關(guān)
花粉育性變化與pms3基因的表達量呈正相關(guān)
。由此可見雄性的育性可隨光溫條件而發(fā)生轉(zhuǎn)換,
長日高溫
長日高溫
條件下的水稻常作為母本用于生產(chǎn)雜交種。