遺傳學探究基因位置的實驗設計

摘 要：“探究基因位置”的實驗設計，比較常用的實驗方法是利用正反交和“隱性雌性×顯性雄性”，再依據子代表現型及雜交后代性狀分離比作出判斷。一般的方法步驟：如果某對性狀只在雄性中出現，則在Y染色體上→其他情況，據題意確定雜交親本組合→作出假設，草稿上書寫簡要圖解。

關鍵詞：高中生物；基因位置的判斷；正交；反交

中圖分類號：G633.91 文獻標識碼：A 文章編號：1009-010X（2013）08-0068-02

《遺傳與進化》是高中生物學課程內容的必修模塊二，不僅從微觀層面上闡述生命的延續性，而且立足于整個生物界及其生物多樣性，從宏觀層面上闡述生命的發展過程、原因和結果。歷屆高考中，關于生物某對基因位置的判斷是一個高頻考點，對學生來說又是比較棘手的難點。為了突破這一個重難點，筆者對于“探究基因位置”的實驗設計思路進行了總結。首先要通過正交和反交來判斷該對基因是位于細胞質中還是細胞核中，再依次判斷是位于常染色體還是性染色體，最后判斷位于性染色體的哪一區段。模式如下：

一、判斷某對基因位于細胞質中還是細胞核中

判斷某對相對性狀是細胞核遺傳還是細胞質遺傳，適合做正交實驗和反交實驗。因為如果屬于細胞質遺傳，子代的性狀都由母本決定，所以正交與反交的結果，子代的性狀就應當都與母本一致；如果屬于細胞核遺傳，則正交與反交的結果，子代性狀表現不是都與母本一致。

問題1：有人發現某種花卉有紅花和白花兩種表現型。請你設計一個實驗，探究花色的遺傳是細胞質遺傳還是細胞核遺傳。用圖解和簡潔語言問答。

該雜交實驗可設計為：正反交法：

1.若正交與反交結果不同，且子代性狀都與相應母本性狀相同，則控制花色的基因位于細胞質中。

2.若兩組雜交結果子代表現型不與母本一致，則該對基因位于細胞核內。

二、判斷某對基因位于常染色體上還是位于性染色體上

1.若已知某對基因的顯隱性，就應當選用隱性雌性個體與顯性雄性個體進行交配，即可確定基因位于常染色體還是性染色體上。

問題2：已知果蠅的紅眼和白眼是一對相對性狀（紅眼A、白眼a），且雌雄果蠅均有紅眼和白眼類型。現有若干紅眼和白眼的雌雄果蠅，若用一次交配實驗證明這對基因位于常染色體上還是位于X染色體上，請選擇交配親本表現型： 。

實驗預期及相應結論為： 。

該題已知基因的顯隱性，所以應選用隱性雌性個體與顯性雄性個體進行交配，即可確定基因位于常染色體還是性染色體上。如果后代的性狀和性別明顯相關，則是位于X染色體上；如果后代性狀與性別無關，則是常染色體的遺傳。

該題參考答案：選擇隱性雌性個體（白眼雌蠅）與顯性雄性個體（紅眼雄蠅）進行交配。

假設這對基因位于X染色體上：

P XaXa × XAY

白眼雌蠅 紅眼雄蠅

↓ ↓

F1 XAXa XaY

紅眼雌蠅 白眼雄蠅

假設這對基因位于常染色體上：

P aa × AA P aa × Aa

白眼 紅眼 白眼 紅眼

↓ ↓

F1 Aa F1 Aa aa

紅眼 紅眼 白眼

實驗預期及相應結論：若子代中雌果蠅全部紅眼，雄果蠅全部白眼，則這對基因位于X染色體上。若子代中雌、雄果蠅全部為紅眼或者雌、雄果蠅均既有紅眼又有白眼，且比例接近1：1，則這對基因位于常染色體上。

2.若不知該對基因的顯隱性，就應當進行正交和反交實驗：若該等位基因位于常染色體上，則正、反交后代性狀表現一致；若該等位基因位于性染色體上，則正、反交后代性狀表現不一致。

問題3：己知果蠅的直毛與非直毛是一對等位基因。若實驗室有純合的直毛和非直毛雌、雄果蠅親本，你能否通過一代雜交實驗確定這對等位基因是位于常染色體上還是性染色體上？請說明結果和結論。

答案：能。取直毛雌雄果蠅與非直毛雌雄果蠅，進行正交和反交實驗 （即直毛雌×非直毛雄，非直毛雌×直毛雄）。

假設直毛是顯性，非直毛是隱性，這對等位基因位于性染色體上：

假設直毛是顯性，非直毛是隱性，這對等位基因位于常染色體上：

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

結果預測及結論：

A. 若正、反交后代性狀表現不同，且子代性狀的表現與性別有關，則該基因位于細胞核內的性染色體上。

B. 若正、反交后代性狀表現一致，則該基因位于細胞核內的常染色體上。

三、判斷某對基因是僅位于Y染色體上、僅位于X染色體上、還是位于XY的同源區段

對于位于性染色體X、Y上的基因又有三種情況，如右圖所示： I片段即X和Y染色體的同源區段，非同源的Ⅱ-l片段即Y染色體上的特有區段，非同源的Ⅱ-2片段即X染色體上的特有區段。下面就這三種情況進行分析。

首先，如果某對基因只位于Y染色體上即Ⅱ-l片段，那么這對基因控制的性狀只能表現在雄性個體，雌性個體沒有該性狀，這種情況很容易判斷，一般題目中很少出現這種情況。而對于另外兩種情況，則可以通過隱性雌性個體×顯性雄性個體的雜交試驗方案來確定是位于X和Y染色體的同源區段還是X染色體上的特有區段。

問題4：研究黑腹果蠅發現，剛毛基因（B）對截剛毛基因（b）為完全顯性。若這對基因位于X、Y染色體上的同源區段，則剛毛雄果蠅可表示為XBYB、XBYb、XbYB；若僅位于X染色體上，則只能表示為XBY。現有各種純種果蠅若干，請利用一次雜交實驗來推斷這對等位基因是位于X、Y染色體上的同源區段還是僅位于X染色體上，寫出遺傳圖解，簡要說明推斷過程。

實驗設計：用純種截剛毛雌果蠅與純種剛毛雄果蠅雜交。遺傳圖解：

P 截剛毛雌 × 剛毛雄 P 截剛毛雌 × 剛毛雄

XbXb XBYB XbXb XBY

↓ ↓

F1 XBXb XbYB F1 XBXb XbY

剛毛雌 剛毛雄 剛毛雌 截剛毛雄

若子一代雌、雄果蠅均為剛毛，則這對基因位于X、Y染色體的同源區段；

若子一代雄果蠅全為截剛毛，雌果蠅全為剛毛，則這對基因僅位于X染色體。

通過以上題型可以看出，關于生物某對基因位置的判斷比較常用的實驗方法是利用正反交和“隱雌×顯雄”，再依據子代表現型及雜交后代性狀分離比作出判斷，作答時具體問題具體分析，靈活運用。一般的方法步驟：如果某對性狀只在雄性中出現，則在Y染色體上→其他情況，據題意確定雜交親本組合→作出假設，草稿上書寫簡要圖解，找到區別→若正交與反交結果不同，且子代性狀都與相應母本性狀相同，則控制花色的基因位于細胞質中；如果性狀的遺傳與性別無關，則在常染色體上；如果性狀的遺傳與性別有關，則在性染色體上。學生在遇到類似問題的時候，按照這樣的解題思路，就會更有針對性，有信心去解決高考生物中的遺傳難題。