浅析摩尔根果蝇杂交实验.docx
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浅析摩尔根果蝇杂交实验
浅析摩尔根果蝇杂交实验
从1909年开始,摩尔根开始潜心研究果蝇的遗传行为。
一天,他偶然在一群红眼果蝇中发现了一只白眼的雄果蝇,这只例外的白眼雄果蝇特别引起了他的重视,白眼性状是如何遗传的?
因此摩尔根用它作了一系列的实验。
P 红眼(雌) × 白眼(雄)
↓
F1 红眼(雌、雄)
↓F1雌雄交配
F2 红眼(雌、雄) 白眼(雄)
3/4 1/4
图1
实验一:
用红眼雌果蝇和白眼雄果蝇杂交,所得F1无论雌雄均为红眼,F1雌雄个体间杂交,F2中红眼果蝇有雌性也有雄性,白眼果蝇只有雄性。
遗传图解如图1。
从实验结果不难看出子一代(F1)中,全为红眼,说明红眼对白眼为显性,而子二代(F2)中红眼与白眼果蝇的数量比为3:
1,这样的遗传表现符合孟德尔的分离定律,表明果蝇的红眼和白眼是受一对等位基因控制的。
所不同的是白眼性状总和性别相联系。
如何解释这一现象呢?
摩尔根认为,既然果蝇的眼色遗传与性别相关联,说明控制红眼和白眼的基因在性染色体上。
在20世纪初期,生物学家对于果蝇的性染色体有了一定的了解,果蝇是XY型性别决定的生物(在雌果蝇中,这对性染色体是同型的,用XX表示;在雄果蝇中,这对性染色体是异型的,用XY表示,如图2)
,果蝇的Y染色体比X染色体长一些。
X染色体和Y染色体上的片段可以分为三个区段:
X染色体上的非同源区段Ⅰ、Y染色体上的非同源区段Ⅲ和X、Y染色体上的同源区段Ⅱ(如图3)。
那控制果蝇眼色的基因到底在哪呢?
即是在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个区段中的哪个区段上呢?
教材中,摩尔根及其同事设想了,若果蝇控制白眼性状的基因(用w表示)在X染色体上,而Y染色体上不含有白眼基因的等位基因,即控制果蝇眼色的基因在Ⅰ区段(X染色体的非同源区段)上。
摩尔根用这个设想合理的解释了他所得到的实验现象即实验一,后来通过测交实验进行了验证。
但是难免会让人产生疑问:
摩尔根怎么如此“草率”地认为控制眼色的基因在Ⅰ区段上?
基因不可能在Ⅱ、Ⅲ区段上吗?
然而事实并非如此,摩尔根关于果蝇的实验设计是很严谨的,他除了做了实验一,还做了实验二和实验三。
实验一:
用红眼雌果蝇和白眼雄果蝇杂交,所得F1无论雌雄均为红眼,F1雌雄个体间杂交,F2中红眼果蝇有雌也有雄,白眼果蝇只有雄性。
P XWXW×XwY
(红眼、雌)(白眼、雄)
↓
F1 XWXw XWY
(红眼、雌)(红眼、雄)
↓
F2XWXWXWXwXWYXwY
(红眼)(红眼)(红眼)(白眼)
3/4 1/4
图5
P XX×XYw
(红眼、雌)(红、雄)
↓
F1 XX XYw
(红眼、雌)(白眼、雄)
↓F1雌雄交配
F2XX XYw
(红眼、雌)(白眼、雄)
图4
假设一:
基因在Ⅲ区段,即仅位于Y染色体的非同源区段,X染色体上不存在它的等位基因,红眼雌果蝇用XX表示、白眼雄果蝇则表示为XYw。
实验遗传图解如图4。
此假设实验结果与摩尔根实验中的F1无白眼雄果蝇实验结果不相符合,因此假设一不成立。
假设二:
基因在Ⅰ区段,即仅位于X染色体上的非同源区段,Y染色体上不存在它的等位基因,红眼雌果蝇表示为XWXW、用XwY表示白眼雄果蝇。
实验遗传图解如图5。
此假设实验结果与摩尔根实验结果相符。
P XWXW×XwYw
(红眼、雌)(白眼、雄)
↓
F1 XWXw XWYw
(红眼、雌)(红眼、雄)
↓
F2XWXWXWXwXWYwXwYw
(红眼)(红眼)(红眼)(白眼)
3/4 1/4
图6
假设三:
基因在Ⅱ区段,即位于XY的同源区段,红眼雌果蝇用XWXW、用XwYw表示白眼雄果蝇。
实验遗传图解如图6。
此假设推得的实验结果与摩尔根的实验结论相符。
实验结论推出,假设二、三均可以解释实验一,那摩尔根又是如何抉择的呢?
依据孟德尔的验证实验所用的测交方法:
即用F1所得的红眼雌果蝇与白眼雄果蝇杂交,这就是实验二相关内容。
P 红眼 × 白眼
(雌)(雄)
↓
后代红眼 白眼
(雌、雄)(雌、雄)
图7
实验二:
将实验一中所得的F1中的红眼雌蝇和白眼雄蝇进行杂交,遗传图解如图7。
实验结果,红眼:
白眼约为1:
1、雌性:
雄性约为1:
1。
子一代的红眼雌果蝇为杂合子,测交结果预计应出现四种表现型,分别为红眼雌果蝇、白眼雌果蝇、红眼雄果蝇、白眼雄果蝇,其比例约为1:
1:
1:
1。
P XWXw×XwY
(红眼、雌)(白眼、雄)
↓
后代 XWXwXwXw XWYXwY
(红、雌)(白、雌)(红、雄)(白、雄)
1:
1:
1:
1
图8
假设一:
基因在Ⅰ区段,即仅位于X染色体上的非同源区段,Y染色体上不存在它的等位基因,红眼雌果蝇表示为XWXw、用XwY表示白眼雄果蝇。
实验遗传图解如图8。
此假设所得结论与摩尔根的实验结果相符。
P XWXw×XwYw
(红、雌)(白、雄)
↓
后代 XWXwXwXw XWYwXwYw
(红、雌)(白、雌)(红、雄)(白、雄)
1:
1:
1:
1
图9
假设二:
基因在Ⅱ区段,即位于XY的同源区段,红眼雌果蝇用XWXW、用XwYw表示白眼雄果蝇。
实验遗传图解如图9.
此假设所得结论与摩尔根的实验结果相符。
P 白眼(雌) × 红眼(雄)
↓
后代 红眼(雌) 白眼(雄)
图10
实验二两种假设情况均可,因此摩尔根又作了一个关键性的实验,用实验二所得的后代白眼雌蝇与红眼雄蝇杂交,即实验三。
实验三:
摩尔根将实验二所得白眼雌蝇和红眼雄蝇进行杂交,实验遗传图解如图10。
P XwXw×XWY
(白眼、雌)(红眼、雄)
↓
后代 XWXwXwY
(红眼、雌)(白眼、雄)
图11
假设一:
基因在Ⅰ区段即仅位于X染色体上的非同源区段,Y染色体上不存在它的等位基因,白眼雌果蝇表示为XwXw、用XWY表示红眼雄果蝇。
实验遗传图解如图11。
此假设所得的结论与摩尔根所得的实验结果相符。
P XwXw×XWYW
(白眼、雌)(红眼、雄)
↓
后代 XWXwXwYW
(红眼、雌)(?
、雄)
图12
假设二:
基因在Ⅱ区段,即位于XY的同源区段,白眼雌果蝇用XwXw、用XWYW表示红眼雄果蝇。
实验遗传图解如图12。
此假设所得的结果XwYW与摩尔根所得的实验结果(红眼都是雌果蝇,白眼都是雄果蝇)相矛盾,不相符合。
果蝇种群中红眼雄果蝇的基因型有三种,分别是XWYW、XwYW、XWYw,杂交组合相应的也有三组,只要其中一个杂交组合与实验结果不符就足以证明基因在Ⅱ区段上,不能解释实验三。
综上所述,控制眼色的基因位于Y染色体的非同源区段,X染色体上不存在它的等位基因不能解释摩尔根实验一;基因位于X染色体上的非同源区段,Y染色体上不存在它的等位基因与基因在Ⅱ区段,即位于XY的同源区段,均可解释摩尔根实验一与二;基因在Ⅱ区段,即位于XY的同源区段,不能解释摩尔根实验三。
因此,控制果蝇红眼和白眼的基因在X染色体的非同源区段上,Y染色体上并没有它的等位基因。
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