果蠅白眼基因與小翅基因遺傳距離的測定*

李國泰

(通化師范學院 生命科學學院，吉林 通化 134002)

果蠅(Drosophilamelanogaster)是昆蟲綱雙翅目果蠅科果蠅屬昆蟲.果蠅是遺傳學研究中重要的實驗材料，果蠅有飼養方便，來源非常廣泛，生活周期短，繁殖率高，性狀容易觀察等優點，果蠅現在已經成為遺傳學研究中的模式生物.果蠅是完全變態昆蟲，完成一個生活周期要經歷四個階段：卵、幼蟲、蛹、成蟲.果蠅生活最適溫度是20～25℃，在最適溫度完成一個生活周期需要12～15d，果蠅的生活史與溫度有關，溫度超過30℃，會使雌果蠅的繁殖率下降或者不育，也有可能引起果蠅死亡，如果把溫度降到10℃果蠅的生活周期將要延長到50d左右.

目前對于果蠅的研究在各個領域取得了不同程度的進展，如：黑腹果蠅基因組已在2000年就完成了測序，為昆蟲靶標性的研究奠定了堅實的基礎.美國康奈爾大學研究人員發現，果蠅在飛行時僅需要保證肌肉機械運動的同時改變翅膀傾斜的角度即可，該研究將有利于開發出體積更小，機動性更好的微型飛行器；摩爾根也是通過果蠅的研究發現了許多遺傳學規律，發現的這些遺傳規律，對其它動物、對人類也同樣適用.另外科學家不僅用果蠅證實了孟德爾定律而且還發現了果蠅白眼突變的性連鎖遺傳，提出了基因在染色體上直線排列以及連鎖交換定律[1]. 通過對白眼基因與小翅基因遺傳距離的研究可以為果蠅X染色體上基因定位提供理論依據，也可以為果蠅基因的研究提供數據參考．

1 實驗材料

野生型的果蠅眼睛為紅色，翅膀正常為長翅，剛毛為直剛毛；白眼果蠅為突變型，眼睛為白色，翅膀為小翅.

2 實驗方法及處理過程

2.1 果蠅飼養

果蠅經常在果園和水果上見到所以得名，腐爛的水果上常滋生酵母菌，果蠅以酵母菌做為食物，大多數能做為酵母菌發酵的基質都可以作為果蠅培養基.

(1)果蠅培養基的配制．目前常用的果蠅培養基配方如表1所示.

表1 果蠅培養基的成分(100ml)

配制時將水分成兩份每份40ml，其中一份用于加熱溶解瓊脂及紅糖，另一份用來煮葡萄汁，將兩份分別溶解煮好，然后再將兩份合到一起煮沸，關掉火后再加少量丙酸，此時培養基很粘稠，要充分攪拌，然后再分裝培養瓶.等到培養基冷卻之后，在培養基表面撒上一層干酵母粉，然后塞上棉賽，為防止污染[2].

(2)滅菌.經常用來培養果蠅用的是廣口瓶和指管.通常根據實驗的特點和所需要果蠅的數量來決定采用哪種規格的培養瓶.本實驗用的是80ml廣口瓶做培養瓶.培養瓶在使用之前要進行滅菌.培養瓶滅菌前要先把手進行消毒，用酒精擦拭手，然后用鑷子夾著酒精棉擦拭培養瓶，一般要求要消毒兩遍，擦完后要等待干燥了再用.

(3)原種的飼養．實驗前飼養白眼小翅果蠅，一般要培養9～12d，溫度為26℃，溫度不能太高，也不能太低，溫度太低果蠅不易羽化，等到化蛹之后，去掉培養瓶中的果蠅，從新羽化的果蠅中選擇處女蠅作雜交親本[3].

2.2 選擇處女蠅

從去掉培養瓶中的果蠅到選擇處女蠅通常需要9h左右，先把培養瓶中的果蠅全部去除，大約9h左右收集新羽化的果蠅，區分雌雄，通常雄蠅個體較小，腹部條紋大多為三條，腹部末端呈圓形，有性梳，而雌果蠅個體較大，腹部條紋多為五條，腹部末端尖，沒有性梳，從新羽化的果蠅中挑選出的雌蠅就是處女蠅，在選擇處女蠅應特別注意要在雌果蠅從羽化開始10h之內選擇，因為在10h之內新羽化的雌果蠅還沒達到性成熟，不具備交配能力，如果超過10h雌果蠅有可能已經不再是處女蠅，對實驗結果有影響，所以雌性果蠅必須是處女蠅，以保證實驗結果的可靠性[4].

2.3 親本雜交

把選好的處女蠅(白眼小翅)和做為父本的雄蠅放入同一個培養瓶內培養，貼上標簽，注明雜交的親本類型，雜交的時間和實驗者的姓名，把培養瓶放在溫箱中培養，溫度一般為26℃，培養過程中要在2～4d內觀察親本生活的狀況，如果出現了問題，可以及時補救，以防影響實驗的正常進行，親本一般需要培養9～12d左右，培養到9d時，要隨時觀察果蠅的生長.

2.4 去除親本

果蠅雜交以后，在培養瓶中開始有幼蟲和蛹出現，要隨時觀察蛹的情況，等到蛹的外殼開始變黑，這時果蠅就要羽化出來了，等到蛹即將羽化時，要把親本放掉，以免與新羽化的果蠅進行雜交，新羽化的和原來的親本相混，去親本時，一定要去除干凈，以免影響實驗結果[5].

2.5 觀察子一代果蠅的性狀

經過4～5d左右，子一代果蠅羽化出來觀察果蠅與理論是否相符，本實驗中子一代果蠅雌性全部是白眼小翅，觀察結果與理論相符合，繼續進行實驗.

2.6 測交

用子一代中雌性果蠅和雄性果蠅進行雜交，通常選6對果蠅放入一個新培養瓶中，貼好標簽，做好標注，放入溫箱中進行培養，溫度一般為26℃.

2.7 去除親本

果蠅培養到7～8d以后，這時如果培養瓶中有足夠的幼蟲和蛹的時候再放掉親本，等到蛹殼變黑的時候，說明果蠅即將羽化出來，所以在去除親本的時候，一定要密切觀察蛹的變化，以免與親本相混，影響實驗結果[6].

2.8 測交后代的果蠅的觀察和統計

待測交后代果蠅羽化完成時，麻醉果蠅觀察性狀，麻醉果蠅要把果蠅轉移到麻醉瓶中，轉移時先將瓶口對接，輕敲培養瓶壁，使果蠅進入麻醉瓶，然后迅速塞上含有乙醚的瓶塞，因為本實驗要觀察果蠅的形狀，所以麻醉果蠅是要進行深度麻醉，以免在觀察果蠅時果蠅蘇醒過來.觀察測交后代果蠅性狀為紅眼長翅果蠅，白眼小翅果蠅，白眼長翅果蠅和紅眼小翅果蠅四種，其中前兩種為親本型，后兩種為重組型，用顯微鏡及放大鏡觀察果蠅性狀并統計出四種類型的數量[7].

3 結果與分析

實驗所得數據如表2所示．

表2 果蠅的類型及數量統計

在實驗中親本組合果蠅是白眼小翅果蠅和紅眼長翅果蠅，共374只+395只=769只；重組合是白眼長翅果蠅和紅眼小翅果蠅，共140只+107只=247只.所以果蠅的白眼基因與小翅基因的重組頻率=重組合/(重組合+親組合)[8]=247/(247+769)=24%，重組值是24，因此這兩個基因間的遺傳距離為24cM，如圖1所示.

圖1 白眼基因與小翅基因的遺傳距離

4 討論

4.1 數據與分析

根據實驗所得數據可以計算小翅基因和白眼基因間的重組率.我們知道重組是交換的結果，所以重組率通常也稱為交換率，若兩個基因座位在染色體上分開較遠，那么在雜交時，這兩個基因間可能發生雙交換或四交換等更高數目的偶數交換，但形成的配子仍是非重組型的，如圖2所示.這時如果簡單的把重組率看作交換率，則交換率要被低估了，而基因是以1%交換率作為圖距單位的，若交換率低估了，圖距自然也隨之縮小了，所以重組率大致代表交換率，但往往小于交換率，綜上所述，實驗所得數據應小于小翅基因和白眼基因之間的實際距離.

圖2 白眼基因與小翅基因的連鎖與交換

4.2 正交和反交的比較

本實驗中采用白眼小翅果蠅作為母本，野生型作為父本，進行雜交實驗，我們把這種雜交形式看作正交，那么反交即是用白眼小翅果蠅作為父本，野生型作為母本，進行雜交.正交與反交可以得到同樣的實驗結果，但反交時F1代中雌蠅為雜合體，雄蠅為野生型，必須讓F1代雌蠅與隱性親本進行雜交才是測交，這就涉及到處女蠅選擇的問題.而正交時F1代中雌蠅也為雜合體但雄蠅是白眼小翅果蠅，這樣F1代果蠅進行自交即為測交，無需選擇處女蠅.這種雜交方式既節省時間又避免選處女蠅的麻煩同時也減少因選擇的果蠅不是處女蠅而給實驗結果帶來的誤差，綜上所述認為本課題采取的正交方式是比較合理的.如圖3、圖4所示.

圖3 正交

圖4 反交

5 前景展望

目前對于果蠅的研究有很大的進展，在各個領域都有所建樹，果蠅作為一種很好的模式生物，為科研做出了很大的貢獻. 霍華德休斯醫學院的研究人員通過研究果蠅DNA，提出了一個新證據，在研究中，研究人員第一次將果蠅的77個品種組成果蠅族譜，并與他的祖先做比較，用來確認哪些品種的果蠅得到或失去翅膀的斑點.這項研究顯示了演化的奧秘.目前，美國科學家最新研究顯示，果蠅用RNA干擾機制抗擊病毒，這是第一次在動物體內發現這種現象. 此外，英國科學家在一項相關研究中也發現，為了應對病毒的迅速變異，果蠅體內執行RNA干擾任務的基因也在迅速變化.這些發現可能為研制新的抗病毒藥物和療法提供線索. 中國科學院網2006年2月8日報道 2月2日，國際著名學術期刊Nature以“Article”的形式發表了題為《果蠅腦對兩種視覺參數的記憶》的研究論文，這一最新發現表明：果蠅的個體很小，大腦卻相當復雜，它的視覺記憶功能需要腦中特定神經元形成回路來完成.Nature同期發表的評論文章認為這項工作清晰地表明，通過遺傳學手段使果蠅成為研究神經結構及其功能的較好模型.事實上，在定位記憶方面可能是最好的模型.這一研究成果首次證明了果蠅中心腦內—扇形體結構，參與了視覺圖形識別過程.自然界中，果蠅可以根據塔門圖形本身所具有的一些參數，來完成一些對相應視覺圖形的識別并形成記憶.