区分等位基因内突变和非等位基因间突变实验.docx

区分等位基因内突变和非等位基因间突变 实验一、【目的】1、熟练掌握果蝇的杂交技术。2、能通过实验区分等位基因间和非等位基因间的突变。二、【原理】 基因突变：一个基因座的内部结构发生改变，导致基因的一种等位形式变成另一等位形式，也叫做点突变。 野生型等位基因：将自然界中普遍出现或指定实验用的某一品系的性状作为“野生型”或“正常”的性状，与这种性状相关的等位基因称为野生型等位基因。 突变型等位基因：任何不同于野生型等位基因的相同座位的基因称为突变型等位基因。 正向突变：从野生型等位基因变为突变型等位基因。 恢复突变：从突变型等位基因变为野生型等位基因。 突变体的表型特征：（1）形态突变：突变导致生物体外观上可见的形态结构的改变。例如果蝇的红眼白眼突变：（2）生化突变：突变影响生物的代谢过程，导致一个特定生化功能的改变或丧失。如微生物的营养缺陷型（3）致死突变：严重影响生物体生活力，导致个体死亡的突变。可分为显性致死突变（杂合态即可致死）和隐性致死突变（纯合态才致死）（4）条件致死突变；引起生物体在某些条件下致死的突变。如噬菌体的温度敏感性突变 突变发生的时期和部位突变在生物体生长发育的任何阶段以及任何部位都可以发生，突变发生的越迟，对生物体的影响越轻，对于有性生殖的真核生物来说，体细胞发生的显性突变会影响当代的表型，而生殖细胞发生的突变有可能传递给下一代 。 突变的多方向性和复等位基因 一个基因内有很多突变位点，所以，一个基因的突变也有多方向性，从而导致一个基因可以有两个以上的等位形式复等位基因。 突变的有害性和有利性: 多数为隐性致死（recessive lethal），也有少数显性致死（dorminant lethal）。 伴性致死（sexlinked lethal）：即致死突变发生在性 染色体上。 致死突变一般不利，但也有利，如用于检测基因突变和控制个体的平衡致死品系。自发突变的原因 自然界中的辐射电离辐射和非电离辐射 温度的极端变化以及气候变化 生物体生长发育环境中的化学物质的影响 生物体本身产生的生物或化学物质的影响 错义突变：碱基改变导致密码子改变、结果引起氨基 酸序列的改变。 无义突变：编码氨基酸的密码子变为终止密码子的点 突变。 移码突变：基因编码序列中插进额外碱基引起插入点 及后面编码信息发生改变。可引起错意、 无义及终止密码子突变 同义突变（沉默突变）：由于密码子的简并性，碱基 改变， 但编码氨基酸不变。 终止密码子突变：终止密码子碱基发生改变，导致氨 基酸合成不能正常终止 果蝇突变的检出 （1）Muller-5方法检出果蝇X染色体的突变 （2）利用平衡致死系检出果蝇常染色体的突变 诱发突变辐射与诱变 （1）辐射：上下左右四面八方传递能量的过程？ 电离辐射：X射线、射线、射线、射线、中 子和质子等 非电离辐射：紫外线 a和b射线的穿透力很弱，故只能用“内照射”。实际应用时，一般不用a 射线，只用b射线。b射线常用辐射源是P32和S35，尤以P32使用较多 （2）电离辐射诱变途径：物理作用化学作用生物学作 用。（3）辐射剂量及表示方法 定义：单位质量被照射的物质所吸收的能量数值，称为辐射剂量。（4）电离辐射致变的机理 照射原发电离次级电离基因分子结构改组基因突变基因突变的频率与辐射剂量成正比，即剂量增加一倍，突变频率增加一倍，但突变率不受辐射强度的影响。 辐射强度是指单位 时间内照射的剂量数， 即剂量率，倘若照射剂 量不变，不管单位时间 内所照射是多还是少， 基因突变率总是保持一 致。 （5）非电离辐射诱变 种类：UV（紫外线 2600A0 ） 紫外线虽然能量比电离辐射低，但由于核酸的吸收峰波长在紫外线波长范围内，因而也会引起基因突变。但效率比较低。由于其穿透力较弱，很少用于高等生物的诱变剂，多用于微生物、花粉或体细胞培养中的诱变剂。 作用机理：激发作用离折配对差错突变 适用：微生物、配子化学诱变 1941年Auerbach和Robson第一次发现芥子气可以诱发基因突变。 1943年Oehlkers第一次发现氨基甲酸乙酯(NH2COO2H5）可以诱发染色体结构的变异。（1）特点：比辐射诱变剂温和，较容易控制，有一定的突变 倾向性。某些化学药物的诱变作用是有特异性的， 即一定性质的药物能够诱发一定类型的变异。（2）种类：参见教材上的表10-3 烷化剂：甲基磺酸乙酯EMS，CH3SO4（OC2H5）、硫酸二乙酯DES，SO2(OC2H5)2、乙烯亚胺（EI）等。它们都有含有一个或多个不稳定的烷基（C2H5），这些烷基能移到电子密度较高的其他分子中去，这种通过烷基置换其它分子的氢原子的作用，叫做烷化作用。烷化剂就是通过这种烷化作用而改变基因的分子结构，从而造成基因突变。 碱基类似物：5-溴尿嘧啶（Bu）、5-溴脱氧尿核苷（BudR）、2-氨基嘌呤（Ap）等。前二者是胸腺嘧啶（T）的类似物，后 一种是腺嘌呤（A）的类似物。 其作用机理是它们的分子结构与基因分子的碱基相似，它们在不妨碍基因复制的情况下作为组成基因的成分参入到基因分子中去。由于它们与碱基不同，它们会在复制时发生偶然配对上的差错，从而导致基因突变。 抗生素：重氨丝氨酸、丝裂霉素C，它们具有破坏基因分子结构的能力，因而造成染色体的断裂。目前少用。非等位基因的相互作用在分离规律和独立分配规律中，Mendel都是假定一对基因控制一个单位性状的，其实基因和性状远远不是一对一的关系。有些单位性状并不是受一对基因控制的，而是受两对甚至许多对基因控制的。两对以上的非等位基因相互作用控制同一个单位性状的现象称为基因间的互作（interaction of genes）。两对基因的互作有以下几种常见形式。 1互补作用（complementary effect）两对独立遗传的基因决定同一个单位性状，当它们同时处于显性纯合或杂合状态时，决定一种性状（相对性状之一）的发育，当只有一对基因处于显性纯合或杂合状态时，或两对基因均为隐性纯合时，则表现为另一种性状。这种基因互作的类型称为互补，发生互补作用的基因称为互补基因（complementary gene）。2积加作用（additive effect）两种显性基因同时处于显性纯合或杂合状态时，表现一种性状，只有一对处于显性纯合或杂合状态时表现另一种性状，两对基因均为隐性纯合时表现为第三种性状。3上位性 epistasis两对独立遗传的基因共同对一个单位性状发生作用，其中一对基因对另一对基因的表现有遮盖作用，这种现象称为上位性（epistasis）。（1） 显性上位作用（epistatic dominance）（2） 隐性上位作用（epistatic recessiveness）4重叠作用（duplicate effect）两对独立遗传的基因决定同一单位性状，当两对基因同时处于显性纯合或杂合状态时，与它们分别处于显性纯合或杂合状态时，对表现型产生相同的作用。这种现象称为重叠作用，产生重叠作用的基因称为重叠基因（duplicate genes）。5抑制作用（inhibiting effect）在两对独立基因中，其中一对并不控制性状的表现，但当它处于显性纯合和或杂合状态时，对另一对基因的表达有抑制作用。这种基因称之为抑制基因（inhibitor）。三、【材料】黑腹果蝇（Drosophila melanogaster）的品系，灰体长翅EEVgVg 黑檀体残翅：eevgvg四、【方法】果蝇的灰体基因（E）与黑檀体基因（ e）为一对相对性状，位于R70.7位置，而长翅（Vg）与残翅（vg）为另外一对相对性状位于R67.0位置。这两对基因是没有连锁关系的，位于不同染色体上的非等位基因。1：配置培养基，以45个人为一组，根据本实验的需要配制培养基（群体规模越大越好配置培养基的方法如下（每300ml的配方） A 葡萄糖 23.5 g 琼脂：2.45 g 蒸馏水：150 ml B 玉米粉 30.9375 g 水 ：150ml 加水搅拌均匀后加入酵母粉：2.625 g将A和B混合后加热成糊状，加 1.875 ml丙酸，即可分装到培养瓶中2：收集雌果蝇的处女蝇 3：装备好培养基，把已麻醉的的残翅果蝇和黑檀体果蝇果蝇，按正反交方式放入不同的培养基内，进行杂交，贴好标签，标签形式如下VgVg+ +ee 日期姓名+ ee vgvg+ 日期姓名 4：67天后，见到有F1幼虫出现，可除去亲本（除干净）5：再过34天，检查F1成蝇的性状，应该是灰体长翅（正反交相同）。若性状不符，表明实验有差错，不能再进行下去。发生差错的原因可能是亲本雌果蝇不是处女蝇，F1幼虫出现后亲本未倒干净，杂交时雄果蝇选择有误：以及亲本原种不纯等等6：按原来的正反交各选56对F1成蝇（ ），换新的培养基，继续饲养（此时不需要处女蝇）7:7天后，除去F1代亲本8：再过4天，F2代成蝇出现，麻醉以后（可深度麻醉），倒在白瓷板上，进行统计，每隔两天统计一次，连续统计8天（在F3代出现前统计完）非同源染色体上的 非等位基因自由组合 Ab和aB AB和ab 同源染色体的非姐妹染色单体之间的局部交换五、【结果与分析】F1代正交统计结果登记表 观察日期正交：灰体长翅 （） 黑檀体残翅（）灰体长翅数灰体残翅数黑檀体长翅数黑檀体残翅数 合计 F1代反交统计结果登记表观察 日期反交：黑檀体残翅（） 灰体长翅（）灰体长翅灰体残翅黑檀体长翅黑檀体残翅合计F2代正交统计结果登记表 观察日期正交：灰体长翅 （） 黑檀体残翅（）灰体长翅数灰体残翅数黑檀体长翅数黑檀体残翅数 合计 F2代反交统计结果登记表观察 日期反交：黑檀体残翅（） 灰体长翅（）灰体长翅灰体残翅黑檀体长翅黑檀体残翅合计六、【讨论与结论】1 、简述该实验中 F1 不要处女蝇的原因和亲本要处女蝇的原因，以及处女蝇的选取。 答：（ 1 ） F1 中不要处女蝇的原因：此次实验做的一般是黑腹果蝇的突变品种杂交实验。黑檀体突变型和残翅突变型为亲本这时雌雄果蝇必须是处女蝇。因为 F1 幼虫出现时要把亲本果蝇倒干净， F1 本身就需要自交产生性状分离比为 9:3:3:1 的 F2 代。那么就不要求 F1 是处女蝇了。 （ 2 ）亲本果蝇要求是处女蝇的原因：因为只有双亲是处女蝇才能保证实验得到的遗传性状比符合遗传定律，雌果蝇的生殖器（储精囊）里可以保存大量的精子，如果不是处女蝇，则可能使果蝇后代不是所有的雄蝇交配的来的。实验统计结果可能不是预期的，和预期的必然出现差异。 （ 3 ）处女蝇选取：雌果蝇自羽化开始 10 小时之内尚未成熟而无交配能力。选择处女蝇时，先把培养瓶中的老果蝇全部除去，收集 10 小时内新羽化出来的新果蝇。麻醉后在白瓷板上将果蝇雌雄分开，这是得到的雌果蝇应该全部为处女蝇。如果要验证选取的处女蝇是否正确，先不要放入雄蝇，单独培养雌果蝇 3 天，看有没有卵细胞，如果产卵就不是处女蝇，反之则一定是处女蝇。 2 、基因间发生自由组合的前提是什么？ 答：基因间发生自由组合的前提是：在于不同对的同源染色体上两对或两对以上的等位基因所控制的形状遗传。非同源染色体的自由组合，也是非同源染色体上非等位基因的自由组合，而不是非等位基因的自由组合，所以自由组合的前提是不同染色体上的非等位基因。 具有两队或更多的相对性状的亲本进行杂交，在 F1 产生配子时，在等位基因分离的同时，非同源染色体上的非等位基因自由组合。这一规律就叫做基因的自由组合定律，也叫做独立分配定律。具有（ 1 ）同时性：同源染色体上等位基因的分离与非同源染色体的非等位基因间的自由组合同时进行。在杂合子减数分裂产生配子的过程中。（ 2 ）独立性：同源染色体上等位基因间的相互分离与非同源染色体上的非等位基因间的自由组合，互不干扰，各自独立分配到配子中去。 自由组合定律的内容：在配子形成过程中，不同对等位基因之间的组合是随机的。在受精过程中雌雄不同类型的两性配子的结合也是随机的，自由的。 基因间发生自由组合具有的重要理论意义是：生物体在进行有性生殖的过程中，控制不同形状的基因可以重新组合（即基因重组），从而导致后代发生变异。这是生物种类多样性的原因之一。 在实践上也具有重要的作用，在杂交育种的工作中，人们有目的的用具有不同优良形状的两个亲本进行杂交，使两亲本的优良性状结合在一起，就能产生所需要的优良品种。 基因自由组合定律的实质：同源染色体上的等位基因彼此分离，非同源染色体上的非等位基因自由组合。 3 、有限群体中的特定组合后代表型分布的预测。 答：对于经典遗传学定律来说，其理论比例是在大群体，大群体条件下的统计结果，在小样本的有限群体中，后代各种类型出现的比例会与理论比例有所偏差，而事实上，我们在现实的生产和生活中大量遇到的有限群体，所以在有限群体中讨论各种杂交后代可能出现的各种性状组合的概率是很有现实意义的。另外很多的遗传学问题并不单单是有关某一事件出现的概率，有时也会牵扯到某种事件组合出现的概率。例如在孟德尔的豌豆杂交试验中，红花 Aa 百花 aa 这一杂交组合得到两株后代植株，要知道这两株植物具有某种遗传组成的概率，就是要推算两株植株都是 Aa ，或者两株都是 aa ，或其中一株是 Aa ，另一株是 aa 的概率。类似的，由豌豆的黄色圆粒 YyRr 绿色皱粒 yyrr 这一杂交组合也得到两株后代植株，那么要知道这两株植株具有某种遗传组成概率，就是要推算两株植株都是 YyRr 或 Yyrr 或 yyRr 或 yyrr 以及其中一株是上述四种遗传组成之一，而另一株则是两外三种遗传组成之一的概率。 七、【作业与文献】1 、何谓测交、回交、正交、反交？ 答：测交：定义为测定杂合个体的基因型而进行的未知基因型杂合个体与有关隐性纯合个体之间的交配。 杂交产生的子一代个体再与其隐性(或双隐性)亲本的交配方式，用以测验子代个体基因型的一种回交。 但有时候即使已知某个个体是杂合子，该杂合子与隐性纯合子的交配也叫测交。进一步引申，未知基因型的显性个体和隐性纯合体亲本交配用以测定显性个体的基因类型.遗传学上常用此法测定个体的基因类型. 在实践中，测交往往用来鉴定某一显性个体的基因型和它形成的配子类型及其比例。在子代个体数量足够多的前提下，若所有子代均为显性个体，则F1是纯合子，若子代显性个体和隐性个体的数量接近1:1，则F1是杂合子。其原理是亲本中隐性纯合子只产生一种仅含隐性基因的配子，子代的性状种类和数量关系实际上体现了F1(显性亲本)所产生配子的种类和数量关系。例如，假设豌豆的高茎相对于矮茎是显性，现有一未知基因型的高茎豌豆，如何确定其基因型呢？可以用矮茎与之交配。如果后代全是高茎，则其为纯合体；如果后代既有高茎，又有矮茎，且两者比例接近1：1，则其为杂合体，且其产生数目相等的两种配子。 回交： 子一代和两个亲本的任一个进行杂交的方法叫做回交。在育种工作中，常利用回交的方法来加强杂种个体中某一亲本的性状表现。用回交方法所产生的后代称为回交杂种。被用来回交的亲本称为轮回亲本，未被用来回交的亲本称为非轮回亲本。 回交对于性状遗传的研究具有重要意义，特别是用隐性亲本进行回交，是检验子一代基因型的重要方法（实为测交）。 正交和反交： 基因型不同的两种个体甲和乙杂交，如果将甲作父本，乙作母本定为正交，那么以乙作父本，甲作母本为反交；反之，若乙作父本，甲作母本为正交，则甲作父本，乙作母本为反交。 在实践中，正反交常用于判断某性状的遗传方式是细胞核遗传还是细胞质遗传，在细胞核遗传中，也可利用正反交判断是常染色体遗传还是伴性遗传。具有相对性状的两个亲本杂交，若正交和反交的子代性状表现相同，则该性状属于细胞核遗传，由常染色体上的等位基因控制，例如高茎豌豆和矮茎豌豆杂交，正交和反交 F1 均为高茎；若正交和反交的结果不同，子代性状在雌雄性中的比例并不都是 1:1 ，表现出交叉遗传的特点则该性状属于细胞核遗传，由 X 染色体上的等位基因控制，例如红眼果蝇和白眼果蝇正反交；若正交和反交的子代性状表现不相同，且子代总表现出母本性状，则该性状属于细胞质遗传，例如紫茉莉的正反交实验遗传。为了保证实验结果的可靠性，应该选择多对符合要求的亲本进行正反交 2 、为什么果蝇还有其他许多性状，不用来作为遗传学研究的材料呢？ 答：果蝇的生活史短，繁殖能力强，容易饲养，同时具备足够的遗传标记因子。这些是其成为动物遗传学研究材料的基本条件。另外，在果蝇饲养过程中，他还能自发的不断的出现大量的变异，从而为遗传学研究提供丰富的素材，同时，他的细胞染色体数目仅为 8 条，而且 4 对染色体的形态、大小及着丝点位置均易于区别，特别是幼虫唾液腺细胞的多线染色体，其体积不仅比一般细胞染色体大百余倍，而且其长度上又有大小深浅不同的横纹斑，从而可把染色体的不同区域方便的给以标记。鉴于果蝇的这些优点，随着生物遗传学的发展，果蝇一跃成为令人瞩目的研究对象，并成为遗传学研究的功臣。 我们在遗传学实验研究中，一般针对眼色（一般为红眼），他的突变体有褐色眼，腥红眼，白眼等。体色（一般为灰色），突变体有黑檀体，黄体等。翅形（一般为长翅），突变体有匙形翅，残翅，翻翅，短翅等。我们在双因子实验过程中，选取的是体色（灰体和黑檀体）和翅形（长翅和残翅），两对相对性状分别位于不同染色体上，用他们来进行双因子杂交实验验证自由组合定律。而不是选择翻翅，短翅，等突变性状来研究，是因为短翅翅向上翻卷，纯和致死，翅膀短小，不超过身体。实验过程中若出现大量短翅，纯和致死，在统计过程中表型及个体数难以统计，给实验造成误差。另外，我们选用的许多性状，大部分都是极易获得实验材料，有些突变体，在自然界突变率小，而想获得足够量大的种蝇有困难。我们选用来作为材料的都是极易观察，极易辨别，易得到来作为研究对象。 常用的遗传学材料是黑腹果蝇。黑腹果蝇是一直那个原产于热带或亚热带的蝇种，它和人类一样分布于全世界，并且在人类的居室内过冬。雌性体长 2.5mm ，雄性较之还要小。雄性有深色后肢，可以此来和雌性区别。黑腹果蝇（ Drosophila ）是双翅目昆虫，生活史短，易饲养，繁殖快，染色体少，个体小，是一种很好的模式生物。摩尔根用果蝇做出了重要的遗传学发现。从一只白眼果蝇开始，发现了伴性遗传。白眼基因存在于性染色体上，它的遗传规律与性别有关，这就叫做伴性遗传。人色盲的遗传，血友病的遗传这些现象人们过去一只迷惑不解，伴性遗传的概念的提出使人明白了其中的奥妙。在证明白眼突变基因是存在于果蝇的 X 染色体上之后，摩尔根又发现了残翅突变，朱色眼突变，黄身突变等也是伴性遗传，表明它们的基因也是存在于 X 染色体上的。 果蝇身上突变基因多，而这些突变又大多表现在外部形态上，易于观察。如：眼色，体色，翅形，刚毛卷曲等。选取那些性状作为遗传学研究的材料，应根据实验需要而定，实验操作难以而定，实验准确性而定。 参考文献 ; 1 、普通遗传学 杨业华 主编 高等教育出版社 2 、遗传学实验 刘祖洞，江绍慧 主编 高等教育出版社 3 、现代遗传学 张建明 主编 中国广播电视出版社