綜合果蠅雜交實驗的構建與實踐

馬沛勤，蘇仙絨，陳 莉

(運城學院 生命科學系，山西 運城 044000)

綜合果蠅雜交實驗的構建與實踐

馬沛勤，蘇仙絨，陳 莉

(運城學院 生命科學系，山西 運城 044000)

以黑腹果蠅品系：短翅、焦剛毛、白眼、灰體果蠅和長翅、直剛毛、紅眼、黑檀體果蠅為雜交實驗親本，通過實驗設計，將遺傳學實驗中各個驗證遺傳規(guī)律的獨立果蠅雜交實驗合成一個綜合果蠅雜交實驗，并與轉基因果蠅品系eyeless-GAL4和UAS-Rasv12的雜交實驗以及分析遺傳漂變條件相結合，變原驗證型實驗為設計型+驗證型+探索型實驗，有利于培養(yǎng)學生的分析能力、探究能力、創(chuàng)新能力、獨立解決問題能力、應用知識能力。

綜合；果蠅；雜交實驗

遺傳學規(guī)律的驗證是國內(nèi)外遺傳學實驗的經(jīng)典內(nèi)容，模式動物果蠅(黑腹果蠅)以其體積小、繁殖力強、容易飼養(yǎng)、染色體少、遺傳背景清楚，一直是遺傳學、分子生物學、發(fā)育生物學等多學科和多領域最為理想而經(jīng)典的實驗材料[1，2]。果蠅綜合雜交實驗的構建與實踐是將原遺傳學實驗中各個獨立的果蠅雜交實驗，合成一個綜合果蠅雜交實驗。

1．綜合果蠅雜交實驗的構建

遺傳學實驗中獨立的果蠅雜交實驗有四個，分別用不同的果蠅突變品系為實驗材料，各自驗證不同的遺傳規(guī)律(見表1)。

表1 獨立果蠅雜交實驗

將四個雜交實驗綜合成一個實驗，與GAL4/UAS系統(tǒng)誘導ras癌基因在果蠅復眼中異位表達的雜交實驗同時進行，再與遺傳漂變基因頻率計算相結合，變驗證型實驗為設計型+驗證型+探索型實驗(見表2)。

表2 綜合果蠅雜交實驗

2．綜合果蠅雜交實驗的實踐

2.1 實驗原理

(1)一對位于同源染色體上控制相對性狀的基因在遺傳時，遵循分離規(guī)律。兩對位于不同對染色體上控制兩對相對性狀的基因在遺傳時，遵循自由組合定律。位于性染色體上的基因控制的性狀，其遺傳與性別相關聯(lián)，遵循伴性遺傳規(guī)律。位于同一染色體上的不同基因控制的性狀，其遺傳遵循連鎖與交換規(guī)律。果蠅有四對染色體，容納了果蠅全部的遺傳信息。其中第一染色體是端著絲粒的性染色體(雌性果蠅XX，雄性果蠅XY)，第二、第三染色體是中著絲粒的常染色體，第四染色體是點狀染色體。果蠅長翅與短翅是一對相對性狀，直剛毛與焦剛毛是一對相對性狀，紅眼與白眼是一對相對性狀，殘翅基因(m)、焦剛毛基因(sn)、白眼基因(w)都是果蠅第一染色體上的隱性突變基因。灰體與黑檀體是一對相對性狀，黑檀體基因(e)是果蠅第三染色體上的隱性突變基因。長翅與殘翅是一對相對性狀，殘翅基因(vg)是果蠅第二染色體上的隱性突變基因[3]。

(2)基因頻率在小群體中隨機波動。

(3)將eyeless-GAL4驅(qū)動者轉基因果蠅品系與應答者UAS-Rasv12轉基因果蠅品雜交，雜合子代體內(nèi)轉錄因子GAL蛋白與UAS序列結合，誘導下游ras基因在復眼原基細胞中表達[4]。

2.2 實驗步驟

(1)第一周，雜交親本果蠅的接種。

對于第一種情況，當功率因數(shù)為零的時候，則無功功率Q不存在為空的，因此負載只有吸收有源功率P，圖9給出了完整模型的極點圖。

a. 選取親本雌雄果蠅短翅、焦剛毛、白眼、灰體果蠅和長翅、直剛毛、紅眼、黑檀體果蠅各7～8只放入新鮮培養(yǎng)基中(25℃)標記培養(yǎng)。同時進行正交和反交。雌果蠅必須是處女果蠅。

b. 以eyeless-GAL4或者UAS-Rasv12轉基因果蠅品系為母本，另一品系為父本，挑處女果蠅和雄性果蠅各7～8只，放入新鮮培養(yǎng)基中(25℃)標記培養(yǎng)。

要求：對a接種蠅查找控制親本四對相對性狀的基因及基因所在的染色體，根據(jù)分離規(guī)律、自由組合規(guī)律、伴性遺傳規(guī)律、連鎖與交換規(guī)律(兩點測交、三點測交)的內(nèi)容，設計驗證各遺傳規(guī)律的一組雜交實驗組合。根據(jù)果蠅的生活史，擬定實驗進程。

作業(yè)：寫出各自設計的驗證各遺傳規(guī)律的每組雜交組合的依據(jù)及子一代與子二代預期的類型及比例(包括基因型和表現(xiàn)型)。寫出擬定的實驗進程和依據(jù)。

(2)第二周，去親本果蠅，繼續(xù)培養(yǎng)。

作業(yè)：根據(jù)各自設計的每雜交組合子一代與子二代預期的類型(包括基因型和表現(xiàn)型)編制子一代果蠅與子二代果蠅計數(shù)統(tǒng)計表。

(3)第三周，對a接種蠅統(tǒng)計子一代果蠅，接種子一代自交果蠅。按照各自設計的雜交組合，統(tǒng)計培養(yǎng)瓶中羽化的各種類型的子一代果蠅數(shù)。從子一代果蠅中選取10對放入一新培養(yǎng)瓶中(接種子一代自交果蠅)。

要求：將計數(shù)結果填入上周編制的表格中，檢查與預期類型是否一致。

對b接種蠅至子一代成蟲羽化(ras基因的過量表達會引起果蠅的生長延滯，因此生活周期較野生型果蠅長)，觀察子一代成蟲復眼與野生型成蟲復眼的差異。

作業(yè)：觀察F1果蠅復眼與野生型果蠅復眼的差異，并拍照說明差異的原因。

(4)第四周，去子一代自交果蠅，繼續(xù)培養(yǎng)。

(5)第五周，統(tǒng)計子二代果蠅，進行實驗結果分析。連續(xù)統(tǒng)計三天，計數(shù)結果填入表格中。

選取一對性狀，從群體中分別隨機抽取30個果蠅、20個果蠅、10個果蠅、5個果蠅，計算基因頻率與基因型頻率[5]。

作業(yè)：用X2檢驗各雜交組合子一代與子二代的實際值與理論值是否相符合，如不符，討論原因。計算三個連鎖基因之間的重組值，雙交換值，并發(fā)率和干涉，繪三個連鎖基因的連鎖圖。解釋子二代果蠅群體、30對果蠅群體、20對果蠅群體、10對果蠅群體、5對果蠅群體中基因頻率及基因型頻率變化的原因。

3. 綜合果蠅雜交實驗的優(yōu)勢

原果蠅獨立雜交實驗都是由教師提前安排好，實驗材料果蠅由實驗員老師飼養(yǎng)、分發(fā)。實驗課堂上教師進行實驗目的、實驗原理、實驗材料、實驗步驟、實驗分析、實驗檢驗諸方面的講解，學生只是按照固定的實驗程序完成實驗，以至于許多學生只是按實驗步驟機械地動手，不加思考，實驗報告如同一出，以致收效甚微。

綜合雜交實驗從實驗設計到實驗預測再到實驗結果分析最后到遺傳作圖，就相當于一個小研究項目，學生從學習知識，應用知識，學會了實驗設計、實驗預測、實驗分析和實驗結果的檢驗與討論。

綜合雜交實驗沒有固定的模式，提高了學生獨立解決問題的能力。每個同學從第一次實驗設計開始與其他同學就有了不同的實驗結果，學生只能是自己設計實驗自己動手完成。驗證分離規(guī)律可設計的雜交組合有一種，驗證自由組合規(guī)律可設計的雜交組合有三種，驗證伴性遺傳可設計的雜交組合有三種，驗證連鎖與交換規(guī)律可設計的雜交組合有三種兩點測交和一種三點測交，共計有27種組合，理論上，每個實驗組內(nèi)每人的實驗設計都有所不同。

綜合雜交實驗是一個連續(xù)的綜合實驗，鍛煉了學生認真、求實的實驗作風。綜合雜交實驗包含了遺傳學實驗將近50%內(nèi)容，實驗持續(xù)時間五周，一次實驗失誤都會使下次實驗無法進行，整個實驗失敗，也即實驗成績不及格。因此學生必須認真地、實事求是地對待每一次實驗。

綜合雜交實驗較獨立雜交實驗復雜，培養(yǎng)了學生的分析能力和創(chuàng)新能力。學生通過分析雜交親本各對相對性狀，將實驗設計成同時驗證分離規(guī)律、自由組合規(guī)律、伴性遺傳規(guī)律、連鎖與交換規(guī)律的實驗。綜合雜交實驗將驗證遺傳規(guī)律實驗與分析遺傳漂變的條件相結合，并與GAL4/UAS系統(tǒng)誘導ras癌基因在果蠅復眼中異位表達實驗一起進行，學生的探究意識和創(chuàng)新意識得到提升。

綜合雜交實驗實現(xiàn)了新的教育理念的轉變。在綜合雜交實驗中，教師由知識的傳遞者變?yōu)閷W生探求知識的引導者，由知識的移植者變?yōu)閷W生學習方法的給予者，由知識的灌輸者變?yōu)閷W生科學素養(yǎng)的培養(yǎng)者，由知識的授予者變?yōu)榕c學生探索共同問題的合作者。由學生學習的領導者變?yōu)閷W生學習的組織者，由課程開發(fā)的執(zhí)行者變?yōu)榻虒W行動的研究者。

[1] 張文霞.中國遺傳學會第九次全國會員代表大會暨學術研討會論文摘要匯編[C].北京:2013.

[2] 張文霞，戴灼華.《遺傳學實驗指導》[M].北京:高等教育出版社，2007.

[3]戴灼華，王亞馥，粟翼玟《遺傳學》(第二版)[M].北京:高等教育出版社，2008.

[4] 李春峰，夏慶友，周澤揚.GAL4/UAS系統(tǒng)在轉基因技術中的應用研究進展[J].生物技術，2006(1).

[5] 李強.果蠅遺傳漂變的研究[D]，運城學院生命科學系，2007.

【責任編輯 馬太來】

Construction and Practice of Comprehensive Hybrid Experiment of Drosophila Melanogaster

MA Pei-qin，SU Xian-rong，Chen Li

(DepartmentofLifeScience,YunChengUniversity,Yuncheng044000,China)

Using drosophila melanogaster as hybrid experiment parents, the independent hybridization of drosophila melanogaster of genetic experiments were transformed into a comprehensive hybridization experiment, and combined with transgenic fly lines(eyeless-GAL4), hybrid experiments of UAS-Ras v12 and the analysis of genetic drift conditions, the verification experiments were changed into design, verification and exploration experiments. Which can help to enhance students’ analysis ability, research ability, innovation ability, independent problem solving skills and knowledge application skills.

Comprehensive；Drosophila melanogaster；Hybrid experiments

2015-03-11

山西省高等學校教學改革項目(J2013095)；運城學院院級科研項目(JG-201313)

馬沛勤(1960-)女，山西運城人，運城學院生命科學副教授，研究方向為遺傳進化。

Q32

A

1008-8008(2015)03-0021-03