遗传学探究基因位置的实验设计 基因遗传学

遗传学探究基因位置的实验设计

《遗传与进化》是高中生物学课程内容的必修模块二，不仅从微观层 面上阐述生命的延续性，而且立足于整个生物界及其生物多样性，从宏观层面上 阐述生命的发展过程、原因和结果。历届高考中，关于生物某对基因位置的判断 是一个高频考点，对学生来说又是比较棘手的难点。为了突破这一个重难点，笔 者对于 “探究基因位置”的实验设计思路进行了总结。首先要通过正交和反交来 判断该对基因是位于细胞质中还是细胞核中，再依次判断是位于常染色体还是性 染色体，最后判断位于性染色体的哪一区段。模式如下：
一、判断某对基因位于细胞质中还是细胞核中 判断某对相对性状是细胞核遗传还是细胞质遗传，适合做正交实验和 反交实验。因为如果属于细胞质遗传，子代的性状都由母本决定，所以正交与反 交的结果，子代的性状就应当都与母本一致;如果属于细胞核遗传，则正交与反 交的结果，子代性状表现不是都与母本一致。

问题1：有人发现某种花卉有红花和白花两种表现型。请你设计一个 实验，探究花色的遗传是细胞质遗传还是细胞核遗传。用图解和简洁语言问答。

该杂交实验可设计为：正反交法：
1.若正交与反交结果不同，且子代性状都与相应母本性状相同，则控 制花色的基因位于细胞质中。

2.若两组杂交结果子代表现型不与母本一致，则该对基因位于细胞核 内。

二、判断某对基因位于常染色体上还是位于性染色体上 1.若已知某对基因的显隐性，就应当选用隐性雌性个体与显性雄性个 体进行交配，即可确定基因位于常染色体还是性染色体上。问题2：已知果蝇的红眼和白眼是一对相对性状(红眼A、白眼a)，且 雌雄果蝇均有红眼和白眼类型。现有若干红眼和白眼的雌雄果蝇，若用一次交配 实验证明这对基因位于常染色体上还是位于X染色体上，请选择交配亲本表现 型：
。

实验预期及相应结论为：
。

该题已知基因的显隐性，所以应选用隐性雌性个体与显性雄性个体进 行交配，即可确定基因位于常染色体还是性染色体上。如果后代的性状和性别明 显相关，则是位于X染色体上;如果后代性状与性别无关，则是常染色体的遗传。

该题参考答案：选择隐性雌性个体(白眼雌蝇)与显性雄性个体(红眼雄 蝇)进行交配。

假设这对基因位于X染色体上：
P XaXa × XAY 白眼雌蝇 红眼雄蝇 ↓ ↓ F1 XAXa XaY 红眼雌蝇 白眼雄蝇 假设这对基因位于常染色体上：
P aa × AA P aa × Aa 白眼 红眼 白眼 红眼 ↓ ↓ F1 Aa F1 Aa aa 红眼 红眼 白眼 实验预期及相应结论：若子代中雌果蝇全部红眼，雄果蝇全部白眼， 则这对基因位于X染色体上。若子代中雌、雄果蝇全部为红眼或者雌、雄果蝇均既有红眼又有白眼，且比例接近1：1，则这对基因位于常染色体上。

2.若不知该对基因的显隐性，就应当进行正交和反交实验：若该等位 基因位于常染色体上，则正、反交后代性状表现一致;若该等位基因位于性染色 体上，则正、反交后代性状表现不一致。

问题3：己知果蝇的直毛与非直毛是一对等位基因。若实验室有纯合 的直毛和非直毛雌、雄果蝇亲本，你能否通过一代杂交实验确定这对等位基因是 位于常染色体上还是性染色体上请说明结果和结论。

答案：能。取直毛雌雄果蝇与非直毛雌雄果蝇，进行正交和反交实验 (即直毛雌×非直毛雄，非直毛雌×直毛雄)。

假设直毛是显性，非直毛是隐性，这对等位基因位于性染色体上：
假设直毛是显性，非直毛是隐性，这对等位基因位于常染色体上：
正交：
反交：
P 直毛♀×♂非直毛 P 非直毛♀×直毛♂ AA aa aa AA ↓ ↓ F1 Aa F1 Aa 直毛 直毛 结果预测及结论：
A. 若正、反交后代性状表现不同，且子代性状的表现与性别有关， 则该基因位于细胞核内的性染色体上。

B. 若正、反交后代性状表现一致，则该基因位于细胞核内的常染色 体上。

三、判断某对基因是仅位于Y染色体上、仅位于X染色体上、还是位于XY 的同源区段对于位于性染色体X、Y上的基因又有三种情况，如右图所示：
I片 段即X和Y染色体的同源区段，非同源的Ⅱ-l片段即Y染色体上的特有区段，非同 源的Ⅱ-2片段即X染色体上的特有区段。下面就这三种情况进行分析。

首先，如果某对基因只位于Y染色体上即Ⅱ-l片段，那么这对基因控 制的性状只能表现在雄性个体，雌性个体没有该性状，这种情况很容易判断，一 般题目中很少出现这种情况。而对于另外两种情况，则可以通过隐性雌性个体× 显性雄性个体的杂交试验方案来确定是位于X和Y染色体的同源区段还是X染色 体上的特有区段。

问题4：研究黑腹果蝇发现，刚毛基因(B)对截刚毛基因(b)为完全显性。

若这对基因位于X、Y染色体上的同源区段，则刚毛雄果蝇可表示为 XBYB、 XBYb、XbYB;若仅位于X染色体上，则只能表示为XBY。现有各种纯种果蝇若 干，请利用一次杂交实验来推断这对等位基因是位于X、Y染色体上的同源区段 还是仅位于X染色体上，写出遗传图解，简要说明推断过程。

实验设计：用纯种截刚毛雌果蝇与纯种刚毛雄果蝇杂交。遗传图解：
P 截刚毛雌 × 刚毛雄 P 截刚毛雌 × 刚毛雄 XbXb XBYB XbXb XBY ↓ ↓ F1 XBXb XbYB F1 XBXb XbY 刚毛雌 刚毛雄 刚毛雌 截刚毛雄 若子一代雌、雄果蝇均为刚毛，则这对基因位于X、Y染色体的同源 区段;
若子一代雄果蝇全为截刚毛，雌果蝇全为刚毛，则这对基因仅位于X 染色体。

通过以上题型可以看出，关于生物某对基因位置的判断比较常用的实 验方法是利用正反交和“隐雌×显雄”，再依据子代表现型及杂交后代性状分离比 作出判断，作答时具体问题具体分析，灵活运用。一般的方法步骤：如果某对性 状只在雄性中出现，则在Y染色体上→其他情况，据题意确定杂交亲本组合→作 出假设，草稿上书写简要图解，找到区别→若正交与反交结果不同，且子代性状都与相应母本性状相同，则控制花色的基因位于细胞质中;如果性状的遗传与性 别无关，则在常染色体上;如果性状的遗传与性别有关，则在性染色体上。学生 在遇到类似问题的时候，按照这样的解题思路，就会更有针对性，有信心去解决 高考生物中的遗传难题。

作者：兰琳 来源：教育实践与研究·中学版 2013年8期