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真核生物基因定位的遗传实验设计

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摘要:生物的性状是由基因控制的,基因位置的判断是高中生物的教学难点,也是高考的常考点。但是,如何判断基因的位置,书中并未涉及,有些资料归纳较为繁琐,不便记忆与应用。经过多年的教学实践,对这一考点教学颇有心得,撰文小结如下,以探讨出解决此类问题的最佳途径。

关键词:核基因;质基因;同源区段;非同源区段

生物的性状是由基因控制的,对于真核生物来说,基因主要位于细胞核染色体上,但也有少量基因位于细胞质(线粒体、叶绿体)中。细胞核染色体分为性染色体和常染色体,性染色体又分为Y染色体和X染色体。仅由Y染色体基因控制的性状呈现出明显的雄性传雄性的特征,但控制性状的细胞核基因是位于X染色体上还是在常染色体上?是仅位于X染色体上还是位于X、Y染色体同源区?这些问题,本文将通过例题结合分析予以解决。

一、控制性状的基因是在细胞质还是在细胞核内

【实验设计】研究方法:正交和反交实验(注:正交、反交实验中的父本与母本互换),观察子代的性状(表现型)。结果分析:如果正反交两次实验呈现出子代所有个体的性状(表现型)相同,则控制性状的基因在细胞核内;如果正反交两次实验呈现出子代表现型不相同,而且有明显的特征:子代呈现出母系遗传,即表现型与母本性状相同,则可以确定性状是由细胞质基因所控制。

二、控制性状的基因是仅位于X染色体上还是在常染色体上

【实验设计】1.如果未知研究性状的显隐性研究方法:采用正交和反交实验,观察子代的性状(表现型)。结果分析:如果下一代雌性与雄性表现出的性状不相同,则控制性状的基因位于X染色体上;如果下一代雄雌表现型一致,则性状是由常染色体基因所控制。2.如果已知研究性状的显隐性研究方法:采用显雄与隐雌杂交实验(雄性显性个体与雌性隐性个体),观察子代的性状(表现型)。结果分析:如果下一代雌性全部表现为显性性状,而雄性全部表现为隐性性状,则控制性状的相关基因位于X染色体上;如果下一代雌雄果蝇表现型相同(全部为显性性状或均有显性和隐性性状)性状,则控制性状的相关基因位于常染色体上。例1:果蝇的长翅基因(V)对残翅基因(v)为显性。现有足够多的长翅与残翅果蝇,该如何确定性状是由常染色体还是X染色体上基因控制,应选择什么类型的亲本果蝇交配(只允许一次杂交实验)?请根据子代表现出的性状作出相应的判断。(解题步骤略)

三、控制性状的基因是仅位于X染色体上还是位于X、Y染色体的同源区段上

【实验设计】适用条件:已知性状的显隐性及控制性状的基因位于性染色体上研究方法:显雄(纯种)与隐雌杂交(注:显性雄性个体采用的是纯种,题干中一般有各种纯种供选择),观察子代的性状(表现型)。结果分析:若子代雄性均表现为隐性性状,则控制性状的基因仅位于X染色体上;若子代雄性均表现为显性性状,则控制性状的基因位于X、Y染色体的同源区段上。例2:研究发现果蝇的红眼基因(R)对白眼基因(r)为显性。控制这对相对性状的基因可能仅位于X染色体上,也可能存在于X、Y染色体上的同源区段上。现有足够多的纯种红、白眼果蝇,如何采用合理的方法判断控制这对性状的基因是仅位于X染色体上还是位于X、Y染色体上的同源区段上?(注:只允许一次交配实验,解题步骤略)

四、控制性状的基因是位于常染色体上还是位于X、Y染色体的同源区段上

【实验设计】研究方法:显雄(纯种)与隐雌杂交,观察子代的性状(表现型)。结果分析:如果子一代全部表现为显性性状,那么将子一代中的雌雄果蝇交配以获得子二代,观察子二代的性状。如果子二代中所有个体都表现出显性、隐性性状,则性状是由常染色体上的基因所控制;如果子二代中雌性个体表现出显性和隐性性状,而雄性个体只表现出显性,那么控制性状的基因则位于X、Y染色体的同源区段上。例3:果蝇是科学实验经常用到的材料,其细胞核染色体有常染色体和性染色体之分,且性染色体X和Y有同源区和非同源区之分。直毛(D)对分叉毛(d)为显性,现有足够多的纯种雄、雌分叉毛果蝇和纯种雄、雌直毛果蝇,该如何判断控制这对性状的基因是位于常染色体上还是位于X、Y染色体的同源区段上,请写出遗传图解并做简要说明?

通过以上归纳可知,基因位置判断的关键在于对亲本(父本、母本)的选择上,通常采用的亲本杂交组合是雄性显性个体与雌性隐性个体杂交(口诀:显雄隐雌)。当然,因题而异,教师要正确指导学生根据题干中的条件及要求进行实验方法的选择,真正做到融会贯通。

作者:倪同亮 单位:江苏省南京市天印高级中学

真核生物基因定位的遗传实验设计责任编辑:张雨    阅读:人次
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