高中生物學(xué)教學(xué)中如何進(jìn)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(jìn)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(xì)胞雜交定位法對基因座位進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(xì)胞雜交定位法

體細(xì)胞雜交定位法是對雜交細(xì)胞進(jìn)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(jìn)行基因定位。在確定基因座位位于常染色體上后，利用體細(xì)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(xì)胞雜交形成的雜種細(xì)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(xì)胞與小鼠細(xì)胞進(jìn)行融合得到的人鼠雜種細(xì)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(xì)胞。鑒別雜種細(xì)胞中保留了人的哪些染色體，再測定雜種細(xì)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(xì)胞雜交法進(jìn)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(xì)胞與正常人體細(xì)胞雜交獲得人鼠雜種細(xì)胞，經(jīng)多次分裂，選出一些保留人的個別染色體的細(xì)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(xì)胞株的酶都具有活性，而這些雜種細(xì)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(xì)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(xì)胞株，A、 C酶都具有活性；而無2號染色體的細(xì)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(xì)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(jìn)行雜交實驗定位 單體是進(jìn)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(jìn)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(jìn)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。