交叉互換與隱性突變率統(tǒng)計(jì)的準(zhǔn)確性分析
——《對(duì)“交叉互換”的辨析》一文的商榷

河南

某雜志2017年第Z1期第65頁(yè)刊載了魏鳳國(guó)老師《對(duì)“交叉互換”的辨析》的文章，該文從同源染色體交叉互換的角度對(duì)2014年江蘇卷第33題第（2）問(wèn)進(jìn)行了深入分析，介紹了配子形成過(guò)程的復(fù)雜性和多樣性，以及可能對(duì)隱性突變率統(tǒng)計(jì)造成的影響，頗有獨(dú)到之處。筆者對(duì)文中所述觀點(diǎn)持不同意見(jiàn)，同時(shí)嘗試對(duì)這道高考題第（2）問(wèn)進(jìn)行分析探討。

1.高考試題與答案

【試題】（2014年，江蘇卷，第33題）有一果蠅品系，其一種突變體的X染色體上存在ClB區(qū)段（用XClB表示）。B基因表現(xiàn)顯性棒眼性狀；l基因的純合子在胚胎期死亡（XClBXClB與XClBY不能存活）；ClB存在時(shí)，X染色體間非姐妹染色單體不發(fā)生交換；正常果蠅X染色體無(wú)ClB區(qū)段（用X+表示）。果蠅的長(zhǎng)翅（Vg）對(duì)殘翅（vg）為顯性，基因位于常染色體上。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：

圖1

（1）圖1是果蠅雜交實(shí)驗(yàn)示意圖。圖中F1長(zhǎng)翅與殘翅個(gè)體的比例為________ ，棒眼與正常眼的比例為________ 。如果用F1正常眼長(zhǎng)翅的雌果蠅與F1正常眼殘翅的雄果蠅雜交，預(yù)期產(chǎn)生正常眼殘翅果蠅的概率是________ ；用 F1棒眼長(zhǎng)翅的雌果蠅與F1正常眼長(zhǎng)翅的雄果蠅雜交，預(yù)期產(chǎn)生棒眼殘翅果蠅的概率是________ 。

（2）圖2是研究X射線對(duì)正常眼果蠅X染色體誘變示意圖。為了鑒定X染色體上正常眼基因是否發(fā)生隱性突變，需用正常眼雄果蠅與 F1中________ 果蠅雜交，X 染色體的誘變類型能在其雜交后代_______ 果蠅中直接顯現(xiàn)出來(lái)，且能計(jì)算出隱性突變頻率，合理的解釋是_______ ；如果用正常眼雄果蠅與 F1中________ 果蠅雜交，不能準(zhǔn)確計(jì)算出隱性突變頻率，合理的解釋是________ 。

圖2

【答案】（1）3∶1 1∶2 1/3 1/27（2）棒眼雌性 雄性 雜交后代中雄果蠅X染色體來(lái)源于親代雌（注：原答案為雄，筆者認(rèn)為“雌”）果蠅，且X染色體間未發(fā)生交換，Y染色體無(wú)對(duì)應(yīng)的等位基因正常眼雌性 X染色體間可能發(fā)生了交換

2.疑問(wèn)

問(wèn)題集中在上述高考試題第（2）問(wèn)，魏鳳國(guó)老師的文章認(rèn)為：對(duì)于F1中基因型為“X+X？”的雌蠅，在其產(chǎn)生的眾多卵細(xì)胞中，如果個(gè)別卵原細(xì)胞在減數(shù)分裂產(chǎn)生卵細(xì)胞的過(guò)程中，相關(guān)同源染色體發(fā)生交叉互換，則很有可能改變?nèi)柯鸭?xì)胞中基因型含“+”和“？”的比例關(guān)系（原為1∶1）。進(jìn)而得出結(jié)論：“交叉互換”會(huì)影響對(duì)突變個(gè)體統(tǒng)計(jì)時(shí)的準(zhǔn)確率。

理由有二：其一是卵原細(xì)胞中僅有少數(shù)細(xì)胞發(fā)生交叉互換，一個(gè)卵原細(xì)胞經(jīng)減數(shù)分裂只產(chǎn)生一個(gè)卵細(xì)胞，少數(shù)卵原細(xì)胞（例如3個(gè)）在形成卵細(xì)胞過(guò)程中的交叉互換產(chǎn)生的含“+”和含“?”的卵細(xì)胞比例有多種可能性（偏離了1∶1），與“正常途徑”（即減數(shù)分裂過(guò)程中未發(fā)生交叉互換）產(chǎn)生的卵細(xì)胞合在一起，就會(huì)導(dǎo)致全部卵細(xì)胞中“+”和“？”的數(shù)量可能不相等，因而影響突變個(gè)體統(tǒng)計(jì)的準(zhǔn)確率；其二是原高考題第（2）問(wèn)最后一空的答案為“X染色體可能發(fā)生了交叉互換”，也支持交叉互換能影響統(tǒng)計(jì)準(zhǔn)確率這一結(jié)論。

3.分析與商榷

對(duì)于理由一，不妨對(duì)多個(gè)攜帶突變基因的卵原細(xì)胞（為了與試題匹配，把基因型記為“X+X-”）進(jìn)行分析：對(duì)于其中的任意一個(gè)細(xì)胞，如果它在減數(shù)分裂過(guò)程中有關(guān)染色體未發(fā)生交叉互換，產(chǎn)生的卵細(xì)胞基因型有“X+”或“X-”兩種可能性，二者出現(xiàn)的概率相等，各占1/2；如果發(fā)生了交叉互換，根據(jù)遺傳學(xué)分析或原文圖示，產(chǎn)生“X+”或“X-”類型卵細(xì)胞的概率仍然相等，各占1/2。可見(jiàn)，對(duì)于一對(duì)基因而言，無(wú)論減數(shù)分裂過(guò)程中是否發(fā)生交叉互換，產(chǎn)生的卵細(xì)胞種類和出現(xiàn)概率并未發(fā)生改變。所以，從統(tǒng)計(jì)學(xué)意義上考慮，大量待測(cè)卵原細(xì)胞產(chǎn)生的卵細(xì)胞種類和比例并未因部分細(xì)胞發(fā)生交叉互換而改變，因而也不可能影響突變率的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。

對(duì)于理由二，筆者認(rèn)為原高考試題第（2）問(wèn)及其答案均是存在疑問(wèn)的（具體分析見(jiàn)下文），原文章在未證實(shí)原試題和答案是否確切可靠的情況下，以此作為依據(jù)是缺少說(shuō)服力的。

4.隱性突變率的統(tǒng)計(jì)方法

在對(duì)隱性突變率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)之前，首先需對(duì)該試題第（2）問(wèn)中所涉及的親本雄蠅和F1雌蠅進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。經(jīng)X射線處理的親本雄蠅基因型為X？Y，如圖2所示雜交所得F1雌蠅則包含X+X？和X？XClB兩種類型。親本雄蠅經(jīng)X射線處理后，體內(nèi)的一部分精原細(xì)胞發(fā)生了隱性突變（記為X-Y），另一部分精原細(xì)胞未發(fā)生突變，仍為正常細(xì)胞（記為X+Y），因此對(duì)于該親本雄蠅的精原細(xì)胞而言，X？Y并不是某一種特定的基因型，它包含X-Y和X+Y兩種類型，這些精原細(xì)胞經(jīng)減數(shù)分裂就能夠同時(shí)產(chǎn)生X+、X-和Y三種類型的精子。同理，雜交所得的F1雌蠅中的X+X？和X？XClB也都不是某種特定的基因型。在親代雄蠅X+、X-和Y三種類型的精子同時(shí)參與受精的情況下，F(xiàn)1中基因型為X+X？雌蠅實(shí)際則包含X+X-和X+X+兩類個(gè)體，基因型為X？XClB的雌蠅則包含X+XClB和X-XClB兩類個(gè)體，如表1所示。

表1 待測(cè)親代雄蠅（X？Y）與棒眼雌蠅（X+XClB）雜交產(chǎn)生F1

統(tǒng)計(jì)親本雄蠅（X？Y）的隱性突變率，就是要設(shè)法統(tǒng)計(jì)出親本雄蠅體內(nèi)全部精原細(xì)胞中X-Y所占的比例，這可以通過(guò)計(jì)算參與受精的含X精子中X-所占比例來(lái)實(shí)現(xiàn)。它在數(shù)值上等于F1中X+X-個(gè)體在X+X？雌蠅群體中所占比例，或者X-XClB個(gè)體在X？XClB群體中所占比例。根據(jù)這兩種途徑可以設(shè)計(jì)兩種實(shí)驗(yàn)方案。

方案一：取多只F1的雌蠅（X+X？）與正常雄蠅（X+Y）雜交，每對(duì)雜交組合相互隔離單獨(dú)觀察，統(tǒng)計(jì)各自子代（F2）雄蠅是否出現(xiàn)性狀分離，發(fā)生性狀分離的雜交組合占全部組合的比例就是F1中X+X-在基因型為X+X？的雌蠅群體中所占比例，即親代（P）雄蠅的隱性突變率，如表2所示。同時(shí)對(duì)于出現(xiàn)性狀分離的雜交組合，其子代雄蠅的性狀分離比是否接近1∶1，則是無(wú)關(guān)緊要的。原文作者考慮交叉互換可能會(huì)產(chǎn)生影響的，也僅是這一性狀分離比（根據(jù)前文分析，實(shí)際并未產(chǎn)生影響）。

表2 F1的雌蠅（X+X?）與正常雄蠅（X+Y）雜交產(chǎn)生F2

方案二：取多只F1的雌蠅（X？XClB）與正常雄蠅（X+Y）雜交，方法與方案一大致相同但略有差異，也需逐對(duì)隔離并單獨(dú)觀察統(tǒng)計(jì)F2雄蠅是否出現(xiàn)性狀分離，因?yàn)樽哟‵2）中基因型為XClBY的雄蠅全部致死，在逐對(duì)隔離雜交的條件下，雌蠅基因型為X+XClB的雜交組合的F2雄蠅全部表現(xiàn)為顯性性狀，雌蠅基因型為X-XClB的雜交組合，F(xiàn)2雄蠅全部表現(xiàn)為隱性性狀，此時(shí)只需計(jì)算出全部雜交組合中F2雄蠅表現(xiàn)型為隱性的組合所占比例即可，如表3所示。

表3 F1的X？XClB雌蠅與正常雄蠅（X+Y）雜交產(chǎn)生F2

在實(shí)際檢測(cè)中，為了操作和統(tǒng)計(jì)的方便，可以采取比較簡(jiǎn)易的方法：取多只F1中基因型為X+X？的雌蠅或基因型為X？XClB雌蠅與正常雄蠅進(jìn)行群體混合雜交（即不采取隔離雜交的辦法）。若采用基因型為X？XClB的雌蠅做母本，由表3可知，F(xiàn)2中的X-Y雄蠅在全部雄蠅中的比例，即為F1的X-XClB雌蠅在全體雌蠅中所占比例，即親代雄蠅隱性突變率。進(jìn)行這樣操作的前提是F2中X-Y雄蠅的存活率與正常雄蠅比較接近。如果實(shí)際情況為隱性突變體的存活率明顯下降，該方案會(huì)因誤差過(guò)大而難以實(shí)施。在真實(shí)實(shí)驗(yàn)中存活率降低的可能性較大，對(duì)于這道高考題而言，則無(wú)需過(guò)多考慮。當(dāng)然，在上述前提下，方案一還可以采用F1的X+X？雌蠅做母本進(jìn)行混合雜交，由表2可知，X+X-產(chǎn)生的后代雄蠅僅有一半表現(xiàn)為隱性性狀，另一半表現(xiàn)為顯性性狀，X+X+產(chǎn)生的后代雄蠅則全表現(xiàn)為顯性性狀，此時(shí)統(tǒng)計(jì)出的后代雄蠅中隱性個(gè)體所占比例僅為F1的X+X-在全體雌蠅中所占比例的1/2，需要對(duì)統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)行2倍處理后才轉(zhuǎn)化為親代（P）雄蠅的隱性突變率。

從理論上講，上述兩種方案在準(zhǔn)確性上并無(wú)差異，但實(shí)際操作中往往采用前者而不采用后者，這是因?yàn)殡[性突變率通常是個(gè)較小的數(shù)值，這意味著在有限數(shù)量的F2雄蠅群體中隱性個(gè)體數(shù)不可能很多，而為了統(tǒng)計(jì)的準(zhǔn)確，又必須得到足夠數(shù)量的隱性個(gè)體，在獲取相同數(shù)量的隱性雄蠅的情況下，前者需要統(tǒng)計(jì)的雄蠅總數(shù)僅為后者的一半，這樣就明顯減輕了統(tǒng)計(jì)工作量。

5.結(jié)論

綜上分析，筆者認(rèn)為，從統(tǒng)計(jì)學(xué)意義上考慮，發(fā)生交叉互換并不會(huì)影響突變率的統(tǒng)計(jì)結(jié)果：上述經(jīng)誘變處理的雄蠅精原細(xì)胞隱性突變率，在數(shù)值上等于F1的X+X-在X+X？群體中所占比例，或X-XClB在X？XClB群體中所占比例。因此可利用后代雄果蠅中直接顯現(xiàn)出的隱性個(gè)體的比例計(jì)算出隱性突變頻率，理由就是雄果蠅的X染色體源于其親代雌果蠅。