2013年9月5日 星期四

用現代遺傳學說明孟德爾的實驗

探索生命《生物學》109
Margaret Howell Man - London Fashion Week Spring/Summer 2014
1.        孟德爾的豌豆實驗,用2種花朵顏色的基因交配,一種基因使豌豆開紅花,另一種基因使豌豆開白花。
2.        當指揮同一種性狀特徵的基因,有超過一種以上的基因形式,這些不同形式的基因,稱為對偶基因alleles2個對偶基因,分別位於2條同源染色體的相同位置locus
3.        編寫豌豆花顏色的對偶基因中,紅色的對偶基因是顯性,白色的對偶基因是隱性。
4.        習慣上我們用字母代表基因,大寫字母是顯性基因,小寫字母是隱性基因,所以我們可用C代表豌豆開紅花的對偶基因c代表豌豆開白花的對偶基因
5.        雙倍體細胞有2份基因,這2份基因分別來自於父母,它們可能是相同的對偶基因,也可能是不同的對偶基因。
6.        豌豆植物的細胞內的2個對偶基因,可能都是開紅花的基因,也可能都是開白花的基因,也可能是1個對偶基因是開紅花的,另1個對偶基因是開白花的。
7.        細胞的2個對偶基因都相同C/Cc/c,稱為同型合子homozygous2個對偶基因不同C/c,稱為異型合子heterozygous
8.        特別留意,我們沒有辦法光靠觀察外型,去判斷一株表現出顯性特徵的豌豆植物,是因為細胞核內是顯性對偶基因的同型合子C/C所造成的,還是異型合子C/c所造成的。因為這2種基因組成出來的植物,看起來是一樣的。
9.        換句話說,當其中1個基因是顯性時,顯性基因會壓倒性地勝過隱性基因異型合子的有機體,其身上的性狀特徵,是由顯性基因決定的。一個顯性對偶基因對有機體性狀的作用,與2個顯性對偶基因對有機體性狀的作用,是一樣的。
10.     這意味著,有機體可能的基因組合「基因型genotypes」與「表現型phenotypes」之間,無法一對一直接連結。以豌豆花朵的顏色為例,共有3種基因型C/CC/cc/c,這3種基因型中有2種基因型會開出紅花。
11.     孟德爾的豌豆配種實驗結果,基因變化如下:
P(父母代)     C/C × c/c
F1(第一代)    C/c × C/c
F2(第二代)C/C(紅花) C/c(紅花) c/C(紅花) c/c(白花)
上面的矩陣說明了第三代豌豆植物的基因型和表現型結果。
12.     孟德爾,用顯性基因型同型合子豌豆植物(開紅花),與隱性基因型同型合子豌豆植物(開白花)交配,繁衍出來的第一代植物F1的表現型都是開紅花。
13.     第一代F1豌豆的基因都是異型合子,其中一個基因來自於同型合子的顯性植物,身上開紅花對偶基因(C),另一個來自於同型合子的隱性植物,身上開白花的對偶基因(c)。
14.     當第一代F1個體彼此自由交配,他們產下的後代F23基因型2表現型,其中1/4是顯性同型合子,表現出開紅花的性狀,2/4是異型合子,表現出開紅花的性狀,1/4是隱性同型合子,表現出開白花的性狀。
15.     第二代基因型C/CC/cc/c的比例是121,表現型紅花:白花的比例是31
16.     我們怎麼清楚判斷出第二代可能的基因組合呢?如果是單基因雜交monohybrid cross(針對單一種性狀特徵交配),問題就比較簡單。
17.     單基因雜交的第一代都是異型合子heterozygousc/c),第一代分別是從父母身上各獲得1個對偶基因,2個對偶基因分別位於2條同源染色體對上。
18.     依據孟德爾的分離率,這2個對偶基因在形成配子期間將分離,分別進入到2個配子裡,這意味著由異型合子個體產生的配子,有一半是由1個顯性對偶基因C1個隱性對偶基因c組成,當這些個體兩兩交配,將產生4種可能的配子基因組合:
來自父親的顯性基因C,來自母親的顯性基因CC/C=紅色花朵
來自父親的顯性基因C,來自母親的隱性基因cC/c=紅色花朵
來自父親的隱性基因c,來自母親的顯性基因Cc/C=紅色花朵
來自父親的隱性基因c,來自母親的隱性基因cc/c=白色花朵
19.     因為這4種組合出現的機率都是一樣,如果第一代豌豆植物繁衍的第二代豌豆數量夠大,那麼應該會得到很接近基因型(C/CC/cc/c)比例為121和表現型(紅花:白花)比例為31的結果。
20.     有一種簡單的方法,可以判斷出第二代豌豆F2可能的基因型數量比例,稱為Punnett square方塊棋盤法,這個名稱是為了紀念遺傳學家R.C. Punnett
21.     Punnett square方塊棋盤法,在上方水平線,寫出父親配子的對偶基因;在左側垂直軸上,寫出母親配子的對偶基因,然後在畫出預備填入所有可能基因組合的方塊:
22.     接著,先將母親配子的基因填入,然後再填入父親配子的基因。這樣每格方塊內,將有每一種可能的接合子(受精卵)的基因組合。
23.     下圖是Punnett square方塊棋盤法顯示的結果,用基因型為C/c的第一代豌豆F1雜交獲得的第二代豌豆F2,基因型(C/CC/cc/c)比例為121,而表現型(紅花:白花)比例為31
24.     數千名科學家對形形色色的植物與動物的研究成果,印證了孟德爾從單基因雜交實驗獲得的結論,並且孟德爾關於遺傳方面的解釋也不限於豌豆而已,而是一個通用於生物界的真理。
25.     只要是二個相反的同型合子個體交配(例如2個顯性基因C/C2個隱性基因c/c),這種單基因雜交產生的第二代F2基因型比例是121。並且因為顯性基因會表現出來的關係,表現型(顯性性狀:隱性性狀)的比例是31
26.     如果研究人員使用大量的樣本雜交後,沒有得到上述的結果,那一定是特殊案例,有其他複雜的客觀條件導致這樣的結果。

n   翻譯編寫 Carol H. McFadden and William T. Keeton Biology》;圖片來源/aisbiology.pbworks.com維基百科Biobook.nerinxhs.org

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