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基因伴隨染色體傳遞

橫向比較一下減數(shù)分裂過(guò)程中染色體的行為,以及孟德?tīng)栠z傳定律中基因的傳遞規(guī)律,不難發(fā)現(xiàn):同源染色體彼此分離可以對(duì)應(yīng)著等位基因彼此分離,非同源染色體的自由組合可以對(duì)應(yīng)著非等位基因的自由組合。上述染色體的行為與基因的行為步調(diào)如此統(tǒng)一,這是一種巧合嗎?許多科學(xué)家也對(duì)這些現(xiàn)象有著極大興趣,他們是如何探索出孟德?tīng)栠z傳定律的細(xì)胞學(xué)基礎(chǔ)的?基因的行為染色體的行為形態(tài)獨(dú)立性和完整性在細(xì)胞分裂各期保持一定的形態(tài)特征存在形式體細(xì)胞中_________存在__________存在配子中只有成對(duì)基因中_______只有同源染色體中的_______體細(xì)胞中的來(lái)源成對(duì)的基因一個(gè)來(lái)自______一個(gè)來(lái)自______成對(duì)的同源染色體一條來(lái)自______一條來(lái)自______形成配子時(shí)組合方式非等位基因___________非同源染色體:___________成對(duì)成對(duì)一個(gè)一條母方自由組合自由組合

1903年,美國(guó)遺傳學(xué)家薩頓在研究蝗蟲(chóng)精子和卵細(xì)胞形成的過(guò)程中發(fā)現(xiàn),基因分離和自由組合的行為與減數(shù)分裂中染色體的行為之間存在著平行的關(guān)系。基因位于染色體上父方父方母方DdDdDDddDd基因位于染色體上看不見(jiàn)假說(shuō):基因在染色體上看得見(jiàn)類比推理平行關(guān)系DdDd摩爾根是首位利用實(shí)驗(yàn)的方法獲得基因在染色體上相關(guān)證據(jù)的科學(xué)家。摩爾根所設(shè)計(jì)的雜交實(shí)驗(yàn)與孟德?tīng)柕膶?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路有異曲同工之妙。我們將通過(guò)分析摩爾根的果蠅眼色遺傳實(shí)驗(yàn),體會(huì)遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思路,獲得基因與染色體關(guān)系的證據(jù)。分析摩爾根的果蠅眼色遺傳實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊螅?/p>

分析摩爾根的果蠅眼色遺傳實(shí)驗(yàn),體會(huì)遺傳雜交實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思路,獲得基因在染色體上的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。活動(dòng)提示1.閱讀資料,總結(jié)出摩爾根選用果蠅作為遺傳實(shí)驗(yàn)材料的依據(jù)。2.關(guān)注摩爾根遺傳雜交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的流程。3.思考摩爾根通過(guò)觀察怎樣的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,得到“紅、白眼基因在X染色體上”的推測(cè)。分析摩爾根的果蠅眼色遺傳實(shí)驗(yàn)果蠅是昆蟲(chóng)綱雙翅目的一種小型蠅類,體長(zhǎng)3~4mm,在制醋和有水果的地方經(jīng)??梢钥吹?。摩爾根為什么要選用果蠅作為遺傳實(shí)驗(yàn)的材料呢?果蠅的特點(diǎn):1.易飼養(yǎng)2.繁殖快、后代多(25℃時(shí)約12天即可繁殖一代)3.有易于區(qū)分的性狀4.染色體數(shù)少模式生物第一個(gè)是1933年,頒給了果蠅的開(kāi)山祖師摩爾根;第二個(gè)是1946年,頒給了摩爾根的學(xué)生赫爾曼·穆勒,他發(fā)現(xiàn)了X射線對(duì)果蠅的突變效應(yīng);第三個(gè)是1995年,頒給了三位果蠅發(fā)育基因的研究者;第四個(gè)是2011年,頒給了果蠅免疫系統(tǒng)的Toll相關(guān)基因;第五個(gè)是2017年,醫(yī)學(xué)或生理學(xué)獎(jiǎng)的果蠅生物鐘。果蠅與諾貝爾獎(jiǎng)果蠅的“過(guò)人之處”雌性體長(zhǎng)約2.5mm,雄性稍短。卵幼蟲(chóng)蛹成蟲(chóng)

自然界野生果蠅的眼色是紅色的,1910年摩爾根偶然發(fā)現(xiàn)了一只白眼雄果蠅,于是他就用這只白眼雄果蠅與紅眼雌果蠅交配,結(jié)果F1不論雌雄都是紅眼。他再讓F1的雌、雄果蠅互相交配得到F2,在F2中紅眼果蠅與白眼果蠅的數(shù)目比例是3:1,并且雌果蠅全是紅眼的,雄果蠅則有一半是紅眼的,一半是白眼的。摩爾根還注意到,只有雄果蠅有白眼性狀,雌果蠅沒(méi)有此性狀。分析摩爾根的果蠅眼色遺傳實(shí)驗(yàn)31P×白眼(雄)紅眼(雌)F1紅眼(雌、雄)F2白眼(雄)紅眼(雌、雄)雌、雄交配符合分離定律分析摩爾根的果蠅眼色遺傳實(shí)驗(yàn)紅眼是顯性性狀為什么白眼性狀的表現(xiàn)總是與性別相關(guān)聯(lián)?如何解釋F2中的雌、雄果蠅表現(xiàn)出不一樣的現(xiàn)象呢?

人們通過(guò)顯微鏡能夠觀察到果蠅細(xì)胞中有4對(duì)同源染色體,其中有1對(duì)同源染色體與果蠅的性別相關(guān),稱為性染色體。

雌果蠅具有兩條同型的性染色體,記為XX;雄果蠅具有兩條異型的性染色體,記為XY。3對(duì)常染色體+XX3對(duì)常染色體+XY果蠅體細(xì)胞染色體圖解3對(duì)常染色體+3對(duì)常染色體+XXXY染色體的類型常染色體:雌雄個(gè)體細(xì)胞中相同,與性別決定無(wú)關(guān)的染色體。性染色體:雌雄個(gè)體細(xì)胞中不同,與性別決定有關(guān)的染色體,如X、Y染色體。注:雌雄同株的植物沒(méi)有常染色體和性染色體之分。XXXXYXXXYXP:配子F1:比例

1:1XY與生活的聯(lián)系1.正常情況下人群中男女比例是多少?2.生男生女由誰(shuí)決定?1:12021年5月11日公布的第七次全國(guó)人口普查結(jié)果顯示:男性:72334萬(wàn),占51.24%女性:68844萬(wàn),占48.76%男性多3490萬(wàn)人(4.8%)父親XY型性別決定圖解

摩爾根提出假說(shuō):白眼基因(w)是隱性基因,它位于X染色體上,而Y染色體上沒(méi)有它的等位基因。雌果蠅為XX型,必須在兩條X染色體上都帶有白眼基因(w)才會(huì)表現(xiàn)為白眼,而雄果蠅為XY型,只要這一X染色體上有白眼基因(w)即可表現(xiàn)為白眼。再用“+”表示紅眼顯性基因,親本中白眼雄果蠅的基因型為XwY,紅眼雌果蠅的基因型為X+X+。根據(jù)這個(gè)假說(shuō),摩爾根成功地解釋了F2中雌、雄果蠅的性狀表現(xiàn)。分析摩爾根的果蠅眼色遺傳實(shí)驗(yàn)?zāi)柛墓夒s交實(shí)驗(yàn)討論1.F2中紅眼果蠅與白眼果蠅的數(shù)目比例是3:1,這是否符合孟德?tīng)栠z傳定律?2.根據(jù)摩爾根的假說(shuō),你能解釋F2中雌、雄果蠅的不同性狀表現(xiàn)嗎?分析摩爾根的果蠅眼色遺傳實(shí)驗(yàn)XWY紅眼雄果蠅XwXw白眼雌果蠅×XWXw紅眼雌XwY白眼雄雌果蠅均為紅色雄果蠅均為白色子代測(cè)交親本XwY白眼雄果蠅XWXw紅眼雌果蠅×測(cè)交子代XWXw紅眼雌XwXw白眼雌XWY紅眼雄XwY白眼雄紅:白=1:1雌:雄=1:1用F1的紅眼雌果蠅與白眼雄果蠅進(jìn)行測(cè)交實(shí)驗(yàn);再選其中的白眼雌果蠅與紅眼雄果蠅交配。3.請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)測(cè)交實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證摩爾根的假說(shuō),并預(yù)期測(cè)交實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。

摩爾根的測(cè)交實(shí)驗(yàn)結(jié)果與他的理論預(yù)期結(jié)果完全相符,這表明果蠅的白眼性狀遺傳確實(shí)與性別有關(guān),而且控制該性狀的基因確實(shí)位于性染色體上。摩爾根對(duì)果蠅伴性遺傳的研究,又一次證實(shí)了孟德?tīng)柖傻恼_性,同時(shí)他也是人類歷史上第一個(gè)將一個(gè)特定基因——白眼基因(w),定位在一條特定染色體——X染色體上的科學(xué)家。摩爾根為發(fā)展遺傳的染色體學(xué)說(shuō)做出了卓越的貢獻(xiàn)。分析摩爾根的果蠅眼色遺傳實(shí)驗(yàn)演繹推理:測(cè)交實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證:基因在染色體上控制白眼基因(w)在X染色體上,而Y染色體上不含有它的等位基因。F2白眼性狀為什么總是與性別相聯(lián)系?提出問(wèn)題:作出假說(shuō):【思考】摩爾根在驗(yàn)證基因位于染色體上時(shí)用了什么研究方法?假說(shuō)演繹法得出的結(jié)論是否正確?假說(shuō)-演繹法

以孟德?tīng)柕碾s交實(shí)驗(yàn)為例,先分析分離定律。按照遺傳的染色體學(xué)說(shuō),假設(shè)控制一對(duì)相對(duì)性狀的等位基因位于一對(duì)同源染色體上,例如,控制種子形狀的一對(duì)等位基因R和r在某對(duì)同源染色體上?;蛐蜑镽R的圓形親本經(jīng)減數(shù)分裂產(chǎn)生的配子只含該對(duì)同源染色體中的一條,所有配子在這條染色體上都帶有R基因。同樣,基因型為rr的皺形親本所產(chǎn)生的配子都帶有r基因。所以,F(xiàn)1植株細(xì)胞內(nèi)有一對(duì)分別來(lái)自父母的同源染色體,一條帶有R基因,另一條帶有r基因。遺傳的染色體學(xué)說(shuō)可以解釋孟德?tīng)柖蓤A形種子皺型種子p配子F1MⅠ中期MⅡ中期配子

基因型為Rr的F1植株的初級(jí)性母細(xì)胞在減數(shù)分裂時(shí),同源染色體分離,使位于同源染色體上的等位基因也發(fā)生分離,于是形成一個(gè)帶有R基因的次級(jí)性母細(xì)胞,由它產(chǎn)生的兩個(gè)配子也帶有R基因;另一個(gè)次級(jí)性母細(xì)胞帶有r基因,它產(chǎn)生的兩個(gè)配子也帶有r基因。圓形種子皺型種子p配子F1MⅠ中期MⅡ中期配子遺傳的染色體學(xué)說(shuō)可以解釋孟德?tīng)柖?/p>

因此,F(xiàn)1植株的每個(gè)初級(jí)性母細(xì)胞所產(chǎn)生的四個(gè)配子中,兩個(gè)帶R基因,兩個(gè)帶r基因,兩類配子的比例為1:1。F1的雌、雄配子隨機(jī)結(jié)合,產(chǎn)生的F2有兩種表型,其表型的數(shù)目比為3:1,即產(chǎn)生性狀分離現(xiàn)象。遺傳的染色體學(xué)說(shuō)可以解釋孟德?tīng)柖蓤A形種子皺型種子p配子F1MⅠ中期MⅡ中期配子AaBb位于同源染色體上,同一位置控制一對(duì)相對(duì)性狀的基因。ccDd思考討論1.圖中有哪些等位基因?2.圖中有哪些非等位基因?3.非等位基因一定位于分同源染色體上嗎?等位基因AaaA一對(duì)同源染色體上的等位基因隨同源染色體的分開(kāi)而分離。分離定律的實(shí)質(zhì)間期復(fù)制同源染色體分離等位基因分離減數(shù)第一次分裂減數(shù)第二次分裂染色單體分開(kāi)相同基因分開(kāi)自由組合定律的實(shí)質(zhì)AaBbAbaBBAab非同源染色體上的非等位基因隨非同源染色體的自由組合而組合。所有的非等位基因,都能自由組合嗎?不是。同源染色體上的非等位基因連鎖,不能發(fā)生自由組合。

假設(shè)控制一對(duì)相對(duì)性狀的等位基因位于一對(duì)同源染色體上,控制另一對(duì)相對(duì)性狀的等位基因位于另一對(duì)同源染色體上。在減數(shù)分裂過(guò)程中,同源染色體分離,非同源染色體自由組合,因此處于非同源染色體上的非等位基因也自由組合,從而實(shí)現(xiàn)性狀的自由組合。遺傳的染色體學(xué)說(shuō)可以解釋孟德?tīng)柖勺杂山M合定律的染色體基礎(chǔ)

右圖能比較直觀地說(shuō)明自由組合的整個(gè)過(guò)程。圖中分別用長(zhǎng)橢圓形和點(diǎn)狀表示兩對(duì)同源染色體,兩個(gè)親本的染色體則分別用淺藍(lán)色和深藍(lán)色表示。假設(shè)決定豌豆種子圓形與皺形的等位基因R和r與決定子葉黃色與綠色的等位基因Y和y,分別位于長(zhǎng)橢圓形同源染色體和點(diǎn)狀同源染色體上。遺傳的染色體學(xué)說(shuō)可以解釋孟德?tīng)柖?/p>

現(xiàn)在同時(shí)考慮兩個(gè)性狀,圖中F1的基因型為RrYy,在減數(shù)分裂中期Ⅰ,非同源染色體有兩種組合方式,于是所形成的雌、雄配子都各有RY、ry、rY、Ry型,它們的比例為1∶1∶1∶1。配子隨機(jī)自由組合,產(chǎn)生的F2有4種表型,其表型的數(shù)量比為9∶3∶3∶1,即表現(xiàn)為性狀的自由組合現(xiàn)象。

遺傳的染色體學(xué)說(shuō)可以解釋孟德?tīng)柖?/p>

20世紀(jì)初,美國(guó)著名的遺傳學(xué)家摩爾根及其同事通過(guò)果蠅的雜交實(shí)驗(yàn),確立了基因在染色體上的連鎖和互換定律,被后人稱為遺傳學(xué)第三定律。

野生果蠅有兩種體色,灰色為顯性性狀(G),黑色為隱性性狀(g);果蠅的另一對(duì)相對(duì)性狀為翅型,長(zhǎng)翅為顯性性狀(L),殘翅為隱性性狀(l)?!琳n外讀·連鎖和互換定律P灰身長(zhǎng)翅的雄果蠅(GGLL)黑身殘翅的雌果蠅(ggll)F1

灰身長(zhǎng)翅(GgLl)

4種表型,但大部分是與親代性狀完全相同的兩類果蠅,即灰身長(zhǎng)翅和黑身殘翅兩種親本類型,并且它們的比例為1∶1。

摩爾根推斷,灰身基因(G)與長(zhǎng)翅基因(L)在染色體上連鎖在一起,黑身基因(g)與殘翅基因(l)連鎖在一起。F1在形成配子時(shí),這兩對(duì)基因不能自由組合,兩個(gè)位于同一染色體上的基因只能一起遺傳而不能被拆開(kāi)。

F1雌果蠅(GgLl)

雙隱性黑身殘翅雄果蠅(ggll)自由組合定律

灰身長(zhǎng)翅:灰身殘翅:黑身長(zhǎng)翅:黑身殘翅=1∶1∶1∶1×課外讀·連鎖和互換定律

基因的連鎖,很好地解釋了灰身長(zhǎng)翅和黑身殘翅兩親本性狀占測(cè)交后代的大多數(shù)(41.5%+41.5%)且比例為1:1的現(xiàn)象。但對(duì)于占少數(shù)的重組類型,即黑身長(zhǎng)翅和灰身殘翅性狀又如何解釋呢?摩爾根提出了染色體上的連鎖基因還可以發(fā)生交換的假說(shuō)。灰身和長(zhǎng)翅基因(G和L)雖然在同一染色體上,但在少數(shù)雌配子形成過(guò)程中,同源染色體配對(duì)時(shí)會(huì)發(fā)生同源染色體片段之間的相互交換,使得同源染色體上的基因發(fā)生重組,導(dǎo)致新類型的產(chǎn)生。課外讀·連鎖和互換定律灰身長(zhǎng)翅(F1雙雜合體)黑身殘翅(雙隱性純合體)染色體復(fù)制染色體復(fù)制測(cè)交的親本減數(shù)第一次分裂減數(shù)第二次分裂卵細(xì)胞精子減數(shù)第一次和第二次分裂果蠅連鎖的兩對(duì)基因的測(cè)交實(shí)驗(yàn)一、選擇題1.某生物有兩對(duì)同源染色體,假設(shè)每一對(duì)同源染色體上各有一對(duì)等位基因。根據(jù)遺傳的染色體學(xué)說(shuō),從基因組成看,這種生物產(chǎn)生的配子有多少種類型(

)A.4

B.8

C.16

D.32A思考與練習(xí)思考與練習(xí)2.摩爾根通過(guò)實(shí)驗(yàn)將基因定位在染色體上,基因能在親、子代間進(jìn)行傳遞。下列關(guān)于基因的敘述,正確的是(

)有性生殖時(shí)基因隨配子遺傳給后代

B.染色體上的基因都有分離和自由組合的現(xiàn)象C.配子生成時(shí),非等位基因一定自由組合D.非等位基因就是位于非同源染色體上的基因A3.摩爾根研究果蠅眼色遺傳的實(shí)驗(yàn)過(guò)程如圖所示。下列敘述錯(cuò)誤的是(

)A.果蠅的眼色遺傳遵循基因的分離定律B.摩爾根和孟德?tīng)栆粯?,都采用了假說(shuō)-演繹法C.讓F2中的雌果蠅與雄果蠅雜交,可得到白眼雌果蠅D.若用紅眼雄果蠅和白眼雌果蠅作親本

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