《區(qū)分等位基因內(nèi)突變和非等位基因間突變實驗.docx》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《區(qū)分等位基因內(nèi)突變和非等位基因間突變實驗.docx（13頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

區(qū)分等位基因內(nèi)突變和非等位基因間突變 實驗 一、【目的】 1、熟練掌握果蠅的雜交技術(shù)。 2、能通過實驗區(qū)分等位基因間和非等位基因間的突變。 二、【原理】 基因突變：一個基因座的內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，導致基因的一種等位形式變成另一等位形式，也叫做點突變。 野生型等位基因：將自然界中普遍出現(xiàn)或指定實驗用的某一品系的性狀作為“野生型”或“正?！钡男誀睿c這種性狀相關(guān)的等位基因稱為野生型等位基因。 突變型等位基因：任何不同于野生型等位基因的相同座位的基因稱為突變型等位基因。 正向突變：從野生型等位基因變?yōu)橥蛔冃偷任换颉? 恢復突變：從突變型等位基因變?yōu)橐吧偷任换颉? 突變體的表型特征： （1）形態(tài)突變：突變導致生物體外觀上可見的形態(tài)結(jié)構(gòu)的改變。例如果蠅的紅眼→白眼突變： （2）生化突變：突變影響生物的代謝過程，導致一個特定生化功能的改變或喪失。如微生物的營養(yǎng)缺陷型 （3）致死突變：嚴重影響生物體生活力，導致個體死亡的突變?？煞譃轱@性致死突變（雜合態(tài)即可致死）和隱性致死突變（純合態(tài)才致死） （4）條件致死突變；引起生物體在某些條件下致死的突變。如噬菌體的溫度敏感性突變 突變發(fā)生的時期和部位 突變在生物體生長發(fā)育的任何階段以及任何部位都可以發(fā)生，突變發(fā)生的越遲，對生物體的影響越輕，對于有性生殖的真核生物來說，體細胞發(fā)生的顯性突變會影響當代的表型，而生殖細胞發(fā)生的突變有可能傳遞給下一代 。 突變的多方向性和復等位基因 一個基因內(nèi)有很多突變位點，所以，一個基因的突變也有多方向性，從而導致一個基因可以有兩個以上的等位形式——復等位基因。 突變的有害性和有利性: 多數(shù)為隱性致死（recessive lethal），也有少數(shù)顯性致死（dorminant lethal）。 伴性致死（sexlinked lethal）：即致死突變發(fā)生在性 染色體上。 致死突變一般不利，但也有利，如用于檢測基因突變和控制♀♂個體的平衡致死品系。 自發(fā)突變的原因 自然界中的輻射—電離輻射和非電離輻射 溫度的極端變化以及氣候變化 生物體生長發(fā)育環(huán)境中的化學物質(zhì)的影響 生物體本身產(chǎn)生的生物或化學物質(zhì)的影響 錯義突變：堿基改變導致密碼子改變、結(jié)果引起氨基 酸序列的改變。 無義突變：編碼氨基酸的密碼子變?yōu)榻K止密碼子的點 突變。 移碼突變：基因編碼序列中插進額外堿基引起插入點 及后面編碼信息發(fā)生改變。可引起錯意、 無義及終止密碼子突變 同義突變（沉默突變）：由于密碼子的簡并性，堿基 改變， 但編碼氨基酸不變。 終止密碼子突變：終止密碼子堿基發(fā)生改變，導致氨 基酸合成不能正常終止 果蠅突變的檢出 （1）Muller-5方法檢出果蠅X染色體的突變 （2）利用平衡致死系檢出果蠅常染色體的突變 誘發(fā)突變 輻射與誘變 （1）輻射：上下左右四面八方傳遞能量的過程？ 電離輻射：X射線、α射線、β射線、γ射線、中 子和質(zhì)子等 非電離輻射：紫外線 a和b射線的穿透力很弱，故只能用“內(nèi)照射”。實際應用時，一般不用a 射線，只用b射線。b射線常用輻射源是P32和S35，尤以P32使用較多 （2）電離輻射誘變途徑：物理作用→化學作用→生物學作 用。 （3）輻射劑量及表示方法 定義：單位質(zhì)量被照射的物質(zhì)所吸收的能量數(shù)值，稱為輻射劑量。 （4）電離輻射致變的機理 照射→原發(fā)電離→次級電離→基因分子結(jié)構(gòu)改組→基因突變 基因突變的頻率與輻射劑量成正比，即劑量增加一倍，突變頻率增加一倍，但突變率不受輻射強度的影響。 輻射強度是指單位 時間內(nèi)照射的劑量數(shù)， 即劑量率，倘若照射劑 量不變，不管單位時間 內(nèi)所照射是多還是少， 基因突變率總是保持一 致。 （5）非電離輻射誘變 ① 種類：UV（紫外線 2600A0 ） 紫外線雖然能量比電離輻射低，但由于核酸的吸收峰波長在紫外線波長范圍內(nèi)，因而也會引起基因突變。但效率比較低。由于其穿透力較弱，很少用于高等生物的誘變劑，多用于微生物、花粉或體細胞培養(yǎng)中的誘變劑。 ② 作用機理：激發(fā)作用→離折→配對差錯→突變 ③ 適用：微生物、配子 化學誘變 1941年Auerbach和Robson第一次發(fā)現(xiàn)芥子氣可以誘發(fā)基因突變。 1943年Oehlkers第一次發(fā)現(xiàn)氨基甲酸乙酯(NH2COO2H5）可以誘發(fā)染色體結(jié)構(gòu)的變異。 （1）特點：比輻射誘變劑溫和，較容易控制，有一定的突變 傾向性。某些化學藥物的誘變作用是有特異性的， 即一定性質(zhì)的藥物能夠誘發(fā)一定類型的變異。 （2）種類：參見教材上的表10-3 ①烷化劑：甲基磺酸乙酯[EMS，CH3SO4（OC2H5）]、硫酸二乙酯[DES，SO2(OC2H5)2]、乙烯亞胺（EI）等。它們都有含有一個或多個不穩(wěn)定的烷基（C2H5），這些烷基能移到電子密度較高的其他分子中去，這種通過烷基置換其它分子的氫原子的作用，叫做烷化作用。烷化劑就是通過這種烷化作用而改變基因的分子結(jié)構(gòu)，從而造成基因突變。 ②堿基類似物：5-溴尿嘧啶（Bu）、5-溴脫氧尿核苷（BudR）、2-氨基嘌呤（Ap）等。前二者是胸腺嘧啶（T）的類似物，后 一種是腺嘌呤（A）的類似物。 其作用機理是它們的分子結(jié)構(gòu)與基因分子的堿基相似，它們在不妨礙基因復制的情況下作為組成基因的成分參入到基因分子中去。由于它們與堿基不同，它們會在復制時發(fā)生偶然配對上的差錯，從而導致基因突變。 ③抗生素：重氨絲氨酸、絲裂霉素C，它們具有破壞基因分子結(jié)構(gòu)的能力，因而造成染色體的斷裂。目前少用。 非等位基因的相互作用 在分離規(guī)律和獨立分配規(guī)律中，Mendel都是假定一對基因控制一個單位性狀的，其實基因和性狀遠遠不是一對一的關(guān)系。有些單位性狀并不是受一對基因控制的，而是受兩對甚至許多對基因控制的。兩對以上的非等位基因相互作用控制同一個單位性狀的現(xiàn)象稱為基因間的互作（interaction of genes）。 兩對基因的互作有以下幾種常見形式。 1．互補作用（complementary effect） 兩對獨立遺傳的基因決定同一個單位性狀，當它們同時處于顯性純合或雜合狀態(tài)時，決定一種性狀（相對性狀之一）的發(fā)育，當只有一對基因處于顯性純合或雜合狀態(tài)時，或兩對基因均為隱性純合時，則表現(xiàn)為另一種性狀。這種基因互作的類型稱為互補，發(fā)生互補作用的基因稱為互補基因（complementary gene）。 2．積加作用（additive effect） 兩種顯性基因同時處于顯性純合或雜合狀態(tài)時，表現(xiàn)一種性狀，只有一對處于顯性純合或雜合狀態(tài)時表現(xiàn)另一種性狀，兩對基因均為隱性純合時表現(xiàn)為第三種性狀。 3．上位性 epistasis 兩對獨立遺傳的基因共同對一個單位性狀發(fā)生作用，其中一對基因?qū)α硪粚虻谋憩F(xiàn)有遮蓋作用，這種現(xiàn)象稱為上位性（epistasis）。 （1） 顯性上位作用（epistatic dominance） （2） 隱性上位作用（epistatic recessiveness） 4．重疊作用（duplicate effect） 兩對獨立遺傳的基因決定同一單位性狀，當兩對基因同時處于顯性純合或雜合狀態(tài)時，與它們分別處于顯性純合或雜合狀態(tài)時，對表現(xiàn)型產(chǎn)生相同的作用。這種現(xiàn)象稱為重疊作用，產(chǎn)生重疊作用的基因稱為重疊基因（duplicate genes）。 5．抑制作用（inhibiting effect） 在兩對獨立基因中，其中一對并不控制性狀的表現(xiàn)，但當它處于顯性純合和或雜合狀態(tài)時，對另一對基因的表達有抑制作用。這種基因稱之為抑制基因（inhibitor）。 三、【材料】 黑腹果蠅（Drosophila melanogaster）的品系，灰體長翅EEVgVg 黑檀體殘翅：eevgvg 四、【方法】 果蠅的灰體基因（E）與黑檀體基因（ e）為一對相對性狀，位于ⅢR70.7位置，而長翅（Vg）與殘翅（vg）為另外一對相對性狀位于ⅡR67.0位置。這兩對基因是沒有連鎖關(guān)系的，位于不同染色體上的非等位基因。 1：配置培養(yǎng)基，以4——5個人為一組，根據(jù)本實驗的需要配制培養(yǎng)基（群體規(guī)模越大越好配置培養(yǎng)基的方法如下（每300ml的配方） A 葡萄糖 23.5 g 瓊脂：2.45 g 蒸餾水：150 ml B 玉米粉 30.9375 g 水 ：150ml 加水攪拌均勻后加入酵母粉：2.625 g 將A和B混合后加熱成糊狀，加 1.875 ml丙酸，即可分裝到培養(yǎng)瓶中 2：收集雌果蠅的處女蠅 3：裝備好培養(yǎng)基，把已麻醉的的殘翅♀♂果蠅和黑檀體果蠅♀♂果蠅，按正反交方式放入不同的培養(yǎng)基內(nèi)，進行雜交，貼好標簽，標簽形式如下 VgVg++ ++ee ♀ ♂ 日期 姓名 ++ ee vgvg++ ♀ ♂ 日期 姓名 4：6——7天后，見到有F1幼蟲出現(xiàn)，可除去親本（除干凈） 5：再過3——4天，檢查F1成蠅的性狀，應該是灰體長翅（正反交相同）。若性狀不符，表明實驗有差錯，不能再進行下去。發(fā)生差錯的原因可能是親本雌果蠅不是處女蠅，F(xiàn)1幼蟲出現(xiàn)后親本未倒干凈，雜交時雄果蠅選擇有誤：以及親本原種不純等等 6：按原來的正反交各選5——6對F1成蠅（♀ ♂），換新的培養(yǎng)基，繼續(xù)飼養(yǎng)（此時不需要處女蠅） 7:7天后，除去F1代親本 8：再過4天，F(xiàn)2代成蠅出現(xiàn)，麻醉以后（可深度麻醉），倒在白瓷板上，進行統(tǒng)計，每隔兩天統(tǒng)計一次，連續(xù)統(tǒng)計8天（在F3代出現(xiàn)前統(tǒng)計完） 非同源染色體上的 非等位基因自由組合 Ab和aB AB和ab 同源染色體的非姐妹染色單體之間的局部交換 五、【結(jié)果與分析】 F1代正交統(tǒng)計結(jié)果登記表 觀察 日期 正交：灰體長翅 （♀） 黑檀體殘翅（♂） 灰體長翅數(shù) 灰體殘翅數(shù) 黑檀體長翅數(shù) 黑檀體殘翅數(shù) 合計 F1代反交統(tǒng)計結(jié)果登記表 觀察 日期 反交：黑檀體殘翅（♀） 灰體長翅（♂） 灰體長翅 灰體殘翅 黑檀體長翅 黑檀體殘翅 合計 F2代正交統(tǒng)計結(jié)果登記表 觀察 日期 正交：灰體長翅 （♀） 黑檀體殘翅（♂） 灰體長翅數(shù) 灰體殘翅數(shù) 黑檀體長翅數(shù) 黑檀體殘翅數(shù) 合計 F2代反交統(tǒng)計結(jié)果登記表 觀察 日期 反交：黑檀體殘翅（♀） 灰體長翅（♂） 灰體長翅 灰體殘翅 黑檀體長翅 黑檀體殘翅 合計 六、【討論與結(jié)論】 1 、簡述該實驗中 F1 不要處女蠅的原因和親本要處女蠅的原因，以及處女蠅的選取。 答：（ 1 ） F1 中不要處女蠅的原因：此次實驗做的一般是黑腹果蠅的突變品種雜交實驗。黑檀體突變型和殘翅突變型為親本——這時雌雄果蠅必須是處女蠅。因為 F1 幼蟲出現(xiàn)時要把親本果蠅倒干凈， F1 本身就需要自交產(chǎn)生性狀分離比為 9:3:3:1 的 F2 代。那么就不要求 F1 是處女蠅了。 （ 2 ）親本果蠅要求是處女蠅的原因：因為只有雙親是處女蠅才能保證實驗得到的遺傳性狀比符合遺傳定律，雌果蠅的生殖器（儲精囊）里可以保存大量的精子，如果不是處女蠅，則可能使果蠅后代不是所有的雄蠅交配的來的。實驗統(tǒng)計結(jié)果可能不是預期的，和預期的必然出現(xiàn)差異。 （ 3 ）處女蠅選?。捍乒壸杂鸹_始 10 小時之內(nèi)尚未成熟而無交配能力。選擇處女蠅時，先把培養(yǎng)瓶中的老果蠅全部除去，收集 10 小時內(nèi)新羽化出來的新果蠅。麻醉后在白瓷板上將果蠅雌雄分開，這是得到的雌果蠅應該全部為處女蠅。如果要驗證選取的處女蠅是否正確，先不要放入雄蠅，單獨培養(yǎng)雌果蠅 3 天，看有沒有卵細胞，如果產(chǎn)卵就不是處女蠅，反之則一定是處女蠅。 2 、基因間發(fā)生自由組合的前提是什么？ 答：基因間發(fā)生自由組合的前提是：在于不同對的同源染色體上兩對或兩對以上的等位基因所控制的形狀遺傳。非同源染色體的自由組合，也是非同源染色體上非等位基因的自由組合，而不是非等位基因的自由組合，所以自由組合的前提是不同染色體上的非等位基因。 具有兩隊或更多的相對性狀的親本進行雜交，在 F1 產(chǎn)生配子時，在等位基因分離的同時，非同源染色體上的非等位基因自由組合。這一規(guī)律就叫做基因的自由組合定律，也叫做獨立分配定律。具有（ 1 ）同時性：同源染色體上等位基因的分離與非同源染色體的非等位基因間的自由組合同時進行。在雜合子減數(shù)分裂產(chǎn)生配子的過程中。（ 2 ）獨立性：同源染色體上等位基因間的相互分離與非同源染色體上的非等位基因間的自由組合，互不干擾，各自獨立分配到配子中去。 自由組合定律的內(nèi)容：在配子形成過程中，不同對等位基因之間的組合是隨機的。在受精過程中雌雄不同類型的兩性配子的結(jié)合也是隨機的，自由的。 基因間發(fā)生自由組合具有的重要理論意義是：生物體在進行有性生殖的過程中，控制不同形狀的基因可以重新組合（即基因重組），從而導致后代發(fā)生變異。這是生物種類多樣性的原因之一。 在實踐上也具有重要的作用，在雜交育種的工作中，人們有目的的用具有不同優(yōu)良形狀的兩個親本進行雜交，使兩親本的優(yōu)良性狀結(jié)合在一起，就能產(chǎn)生所需要的優(yōu)良品種。 基因自由組合定律的實質(zhì)：同源染色體上的等位基因彼此分離，非同源染色體上的非等位基因自由組合。 3 、有限群體中的特定組合后代表型分布的預測。 答：對于經(jīng)典遺傳學定律來說，其理論比例是在大群體，大群體條件下的統(tǒng)計結(jié)果，在小樣本的有限群體中，后代各種類型出現(xiàn)的比例會與理論比例有所偏差，而事實上，我們在現(xiàn)實的生產(chǎn)和生活中大量遇到的有限群體，所以在有限群體中討論各種雜交后代可能出現(xiàn)的各種性狀組合的概率是很有現(xiàn)實意義的。另外很多的遺傳學問題并不單單是有關(guān)某一事件出現(xiàn)的概率，有時也會牽扯到某種事件組合出現(xiàn)的概率。例如在孟德爾的豌豆雜交試驗中，紅花 Aa 百花 aa 這一雜交組合得到兩株后代植株，要知道這兩株植物具有某種遺傳組成的概率，就是要推算兩株植株都是 Aa ，或者兩株都是 aa ，或其中一株是 Aa ，另一株是 aa 的概率。類似的，由豌豆的黃色圓粒 YyRr 綠色皺粒 yyrr 這一雜交組合也得到兩株后代植株，那么要知道這兩株植株具有某種遺傳組成概率，就是要推算兩株植株都是 YyRr 或 Yyrr 或 yyRr 或 yyrr 以及其中一株是上述四種遺傳組成之一，而另一株則是兩外三種遺傳組成之一的概率。 七、【作業(yè)與文獻】 1 、何謂測交、回交、正交、反交？ 答：測交：定義為測定雜合個體的基因型而進行的未知基因型雜合個體與有關(guān)隱性純合個體之間的交配。 雜交產(chǎn)生的子一代個體再與其隱性(或雙隱性)親本的交配方式，用以測驗子代個體基因型的一種回交。 　 但有時候即使已知某個個體是雜合子，該雜合子與隱性純合子的交配也叫測交。進一步引申，未知基因型的顯性個體和隱性純合體親本交配用以測定顯性個體的基因類型.遺傳學上常用此法測定個體的基因類型. 在實踐中，測交往往用來鑒定某一顯性個體的基因型和它形成的配子類型及其比例。在子代個體數(shù)量足夠多的前提下，若所有子代均為顯性個體，則F1是純合子，若子代顯性個體和隱性個體的數(shù)量接近1:1，則F1是雜合子。其原理是親本中隱性純合子只產(chǎn)生一種僅含隱性基因的配子，子代的性狀種類和數(shù)量關(guān)系實際上體現(xiàn)了F1(顯性親本)所產(chǎn)生配子的種類和數(shù)量關(guān)系。例如，假設(shè)豌豆的高莖相對于矮莖是顯性，現(xiàn)有一未知基因型的高莖豌豆，如何確定其基因型呢？可以用矮莖與之交配。如果后代全是高莖，則其為純合體；如果后代既有高莖，又有矮莖，且兩者比例接近1：1，則其為雜合體，且其產(chǎn)生數(shù)目相等的兩種配子。 回交： 　子一代和兩個親本的任一個進行雜交的方法叫做回交。在育種工作中，常利用回交的方法來加強雜種個體中某一親本的性狀表現(xiàn)。用回交方法所產(chǎn)生的后代稱為回交雜種。被用來回交的親本稱為輪回親本，未被用來回交的親本稱為非輪回親本。 　　回交對于性狀遺傳的研究具有重要意義，特別是用隱性親本進行回交，是檢驗子一代基因型的重要方法（實為測交）。 正交和反交： 基因型不同的兩種個體甲和乙雜交，如果將甲作父本，乙作母本定為正交，那么以乙作父本，甲作母本為反交；反之，若乙作父本，甲作母本為正交，則甲作父本，乙作母本為反交。 在實踐中，正反交常用于判斷某性狀的遺傳方式是細胞核遺傳還是細胞質(zhì)遺傳，在細胞核遺傳中，也可利用正反交判斷是常染色體遺傳還是伴性遺傳。具有相對性狀的兩個親本雜交，若正交和反交的子代性狀表現(xiàn)相同，則該性狀屬于細胞核遺傳，由常染色體上的等位基因控制，例如高莖豌豆和矮莖豌豆雜交，正交和反交 F1 均為高莖；若正交和反交的結(jié)果不同，子代性狀在雌雄性中的比例并不都是 1:1 ，表現(xiàn)出交叉遺傳的特點則該性狀屬于細胞核遺傳，由 X 染色體上的等位基因控制，例如紅眼果蠅和白眼果蠅正反交；若正交和反交的子代性狀表現(xiàn)不相同，且子代總表現(xiàn)出母本性狀，則該性狀屬于細胞質(zhì)遺傳，例如紫茉莉的正反交實驗遺傳。為了保證實驗結(jié)果的可靠性，應該選擇多對符合要求的親本進行正反交 2 、為什么果蠅還有其他許多性狀，不用來作為遺傳學研究的材料呢？ 答：果蠅的生活史短，繁殖能力強，容易飼養(yǎng)，同時具備足夠的遺傳標記因子。這些是其成為動物遺傳學研究材料的基本條件。另外，在果蠅飼養(yǎng)過程中，他還能自發(fā)的不斷的出現(xiàn)大量的變異，從而為遺傳學研究提供豐富的素材，同時，他的細胞染色體數(shù)目僅為 8 條，而且 4 對染色體的形態(tài)、大小及著絲點位置均易于區(qū)別，特別是幼蟲唾液腺細胞的多線染色體，其體積不僅比一般細胞染色體大百余倍，而且其長度上又有大小深淺不同的橫紋斑，從而可把染色體的不同區(qū)域方便的給以標記。鑒于果蠅的這些優(yōu)點，隨著生物遺傳學的發(fā)展，果蠅一躍成為令人矚目的研究對象，并成為遺傳學研究的功臣。 我們在遺傳學實驗研究中，一般針對眼色（一般為紅眼），他的突變體有褐色眼，腥紅眼，白眼等。體色（一般為灰色），突變體有黑檀體，黃體等。翅形（一般為長翅），突變體有匙形翅，殘翅，翻翅，短翅等。我們在雙因子實驗過程中，選取的是體色（灰體和黑檀體）和翅形（長翅和殘翅），兩對相對性狀分別位于不同染色體上，用他們來進行雙因子雜交實驗驗證自由組合定律。而不是選擇翻翅，短翅，等突變性狀來研究，是因為短翅翅向上翻卷，純和致死，翅膀短小，不超過身體。實驗過程中若出現(xiàn)大量短翅，純和致死，在統(tǒng)計過程中表型及個體數(shù)難以統(tǒng)計，給實驗造成誤差。另外，我們選用的許多性狀，大部分都是極易獲得實驗材料，有些突變體，在自然界突變率小，而想獲得足夠量大的種蠅有困難。我們選用來作為材料的都是極易觀察，極易辨別，易得到來作為研究對象。 常用的遺傳學材料是黑腹果蠅。黑腹果蠅是一直那個原產(chǎn)于熱帶或亞熱帶的蠅種，它和人類一樣分布于全世界，并且在人類的居室內(nèi)過冬。雌性體長 2.5mm ，雄性較之還要小。雄性有深色后肢，可以此來和雌性區(qū)別。黑腹果蠅（ Drosophila ）是雙翅目昆蟲，生活史短，易飼養(yǎng)，繁殖快，染色體少，個體小，是一種很好的模式生物。摩爾根用果蠅做出了重要的遺傳學發(fā)現(xiàn)。從一只白眼果蠅開始，發(fā)現(xiàn)了伴性遺傳。白眼基因存在于性染色體上，它的遺傳規(guī)律與性別有關(guān)，這就叫做伴性遺傳。人色盲的遺傳，血友病的遺傳這些現(xiàn)象人們過去一只迷惑不解，伴性遺傳的概念的提出使人明白了其中的奧妙。在證明白眼突變基因是存在于果蠅的 X 染色體上之后，摩爾根又發(fā)現(xiàn)了殘翅突變，朱色眼突變，黃身突變等也是伴性遺傳，表明它們的基因也是存在于 X 染色體上的。 果蠅身上突變基因多，而這些突變又大多表現(xiàn)在外部形態(tài)上，易于觀察。如：眼色，體色，翅形，剛毛卷曲等。選取那些性狀作為遺傳學研究的材料，應根據(jù)實驗需要而定，實驗操作難以而定，實驗準確性而定。 參考文獻 ; 1 、《普通遺傳學》 楊業(yè)華 主編 高等教育出版社 2 、《遺傳學實驗》 劉祖洞，江紹慧 主編 高等教育出版社 3 、《現(xiàn)代遺傳學》 張建明 主編 中國廣播電視出版社