高中生物學(xué)教學(xué)中如何進行基因座位的判斷

陳衛(wèi)良

(浙江省紹興市高級中學(xué) 312000)

基因在染色體上的位置稱為基因座位。進行基因座位的判斷，是遺傳學(xué)研究的基本方法之一，有助于了解基因的功能。在高中生物學(xué)教學(xué)中，可利用雜交實驗定位法或體細胞雜交定位法對基因座位進行判斷。具體類似于植物檢索表的檢索過程，基于對后代特征的比較分析，依次判斷一個特定的基因是在常染色體上還是在性染色體上，以及其大體的位置。通過層層深入，最后確定基因座位。

1 常規(guī)雜交實驗定位法

常規(guī)雜交實驗定位法是指通過常規(guī)的生物雜交實驗分析后代的性狀表現(xiàn)情況，最終確定基因座位的方法。

1.1 確定基因座位位于常染色體上還是位于性染色體上 根據(jù)一對相對性狀顯隱性未知和已知的情況分別設(shè)計實驗。

1.1.1 相對性狀顯隱性未知 在一對相對性狀顯隱性未知的情況下，進行正交和反交實驗。

例題： 果蠅的灰身和黑身是一對相對性狀，現(xiàn)有一個果蠅種群，在雌雄個體中均存在灰身和黑身，請設(shè)計實驗方案，探究這對相對性狀是常染色體遺傳還是伴性遺傳。

解析： 讓灰身果蠅和黑身果蠅進行正交和反交，觀察記錄子代雌雄果蠅的顏色。如果正交和反交結(jié)果一樣，即子代雌雄果蠅都是灰身(或雌雄果蠅中均有灰身和黑身)，則是常染色體遺傳；如果正交和反交結(jié)果不一樣，即正交(或反交)的子代雌雄果蠅都是灰身，反交(或正交)的子代果蠅中雌性都是灰身，雄性都是黑身，則是伴性遺傳。

1.1.2 相對性狀顯隱性已知 在一對相對性狀顯隱性已知的情況下，利用隱性雌性個體與顯性雄性個體雜交。

例題： 一只雌鼠的一條染色體上的某基因發(fā)生了突變，使野生型性狀變?yōu)橥蛔冃托誀睢Ｔ摯剖笈c野生型雄鼠雜交，雌雄個體均既有野生型，又有突變型。上述雜交實驗?zāi)芊翊_定突變基因在X染色體上,還是在常染色體？若不能，請設(shè)計實驗，用一次雜交實驗鑒別突變基因在X染色體還是在常染色體上。

解析：“突變型雌鼠與野生型雄鼠雜交，雌雄個體均既有野生型，又有突變型。”從后代的性狀描述可以看出，該性狀與性別無關(guān)，常染色體遺傳也會出現(xiàn)如此情況。所以，該雜交實驗不能判斷突變基因是在X染色體上,還是在常染色體。想要通過一次雜交實驗就能鑒別突變基因在X染色體還是在常染色體上，就必須先判斷相對性狀的顯隱性。由題干分析，只有顯性突變aa→Aa或XaXa→XAXa才符合條件，可知野生型是隱性性狀，突變型是顯性性狀。則只要讓野生型雌鼠與突變型雄鼠交配，分析子代雌雄鼠的性狀。若雌雄個體既有野生型，又有突變型，則突變基因在常染色體上；若雌性個體只有突變型，雄性個體只有野生型，則突變基因在X染色體上。

1.2 確定基因位于XY的同源區(qū)段還是僅位于X染色體上 若已確定基因座位位于X染色體上，則需進一步確定該基因在XY的同源區(qū)段還是僅位于X染色體上，可利用隱性雌性個體與顯性雄性個體雜交，對結(jié)果分析后可以確定基因座位。

例題： 科學(xué)家研究黑腹果蠅時發(fā)現(xiàn)，剛毛基因(B)對截剛毛基因(b)為完全顯性。現(xiàn)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染色體的同源區(qū)段還是僅位于X染色體上。

解析： 用純種截剛毛雌果蠅與純種剛毛雄果蠅雜交。若子代雌雄果蠅全為剛毛，則這對等位基因位于X、Y染色體上的同源區(qū)段；若子代雄果蠅全為截剛毛，雌果蠅全為剛毛，則這對等位基因僅位于X染色體上。

2 體細胞雜交定位法

體細胞雜交定位法是對雜交細胞進行檢測，根據(jù)其特定染色體丟失與特定基因產(chǎn)物(蛋白質(zhì))減少的對應(yīng)關(guān)系來進行基因定位。在確定基因座位位于常染色體上后，利用體細胞雜交定位法可確定該基因位于哪一條常染色體上。其機理是： 不同物種的細胞雜交形成的雜種細胞，在培養(yǎng)過程中會出現(xiàn)保留一方染色體、另一方染色體逐漸被丟失的現(xiàn)象。例如，將人細胞與小鼠細胞進行融合得到的人鼠雜種細胞在有絲分裂過程中，人的染色體會被排斥、丟失，最終可保留1條或幾條染色體。由于人染色體的丟失是隨機的，這樣就可以得到一系列穩(wěn)定的、含1條或少數(shù)幾條人染色體的雜種細胞。鑒別雜種細胞中保留了人的哪些染色體，再測定雜種細胞產(chǎn)生了哪些基因產(chǎn)物，就可將基因定位在具體的染色體上。

1968年—1971年，Miller運用體細胞雜交法進行了首例基因座位的定位，即人胸苷激酶基因定位。用胸苷激酶缺乏的小鼠的體細胞與正常人體細胞雜交獲得人鼠雜種細胞，經(jīng)多次分裂，選出一些保留人的個別染色體的細胞株，測定其胸苷激酶的活性(表1，表中+、-分別表示有、無胸苷激酶活性)[1]。由表1可知，第2、3、6號雜種細胞株的酶都具有活性，而這些雜種細胞株共有的是人17號染色體；相反，若無17號染色體，則酶不具有活性。因此，可以確定人胸苷激酶基因位于17號染色體上。

表1 各細胞株中人染色體分布與單一酶活性情況

這種方法也可以同時確定幾個基因(表2)。從表2分析可知，凡保留2號染色體的細胞株，A、 C酶都具有活性；而無2號染色體的細胞株，A、 C酶都不具有活性。由此確定A、 C基因位于2號染色體上。同理，基因B位于1號染色體上，基因D不是位于1、2、3號染色體上。

表2 各細胞株中人染色體分布與多種酶活性情況

3 其他基因定位方法

3.1 利用單體進行雜交實驗定位 單體是進行遺傳研究的有用材料，利用單體可把某一基因定位在特定的染色體上。方法是讓隱性純合體與缺少不同染色體的野生型單體逐一雜交(aa×AO→1Aa∶1aO=顯性性狀∶隱性性狀=1∶1)，如果發(fā)現(xiàn)后代顯性性狀與隱性性狀的比例為1∶1，則說明該基因正好在缺少了的這條染色體上。

3.2 利用三體進行雜交實驗定位 將隱性純合體與三體(并在該號染色體上帶有雜合基因)的個體進行測交(aa×AAa→1AAa、 2Aaa、 2Aa、 1aa=顯性性狀∶隱性性狀=5∶1)，若在所得的后代中，表現(xiàn)型的比例是5∶1，則可判斷該基因位于多余的這條染色體上；如果表現(xiàn)型比例是1∶1，則可判斷該基因不在這條多余的染色體上。