逍遥右脑 2014-06-20 10:19
例析隐性突变基因的检测方法
学习了遗传学的两大定律──基因分离定律和基因自由组合定律以及可遗传变异后，结合着教学过程中经常出现的“致死突变”这种题型，觉得有必要作为一个小专题，给学生总结一下有关隐性突变基因检测这部分的有关知识，以帮助学生归纳知识，提升分析问题的能力。
1 让突变基因表现出相应的表现型
基因突变是由于DNA分子中发生碱基对的增添、缺失或改变，而引起的基因结构的改变。它是分子水平的变化，在光学显微镜下是观察不到的，但是基因突变会产生新的基因，形成新的基因型，从而可能出现新的表现型，那么我们就可以从表现型的角度来推测是不是发生了隐性突变。
例1：经EMS诱变处理后表现型优良的水稻植株也可能携带有害基因，为了确定是否携带有害基因，除基因工程方法外，可采用的方法还有哪些？
分析：水稻是二倍体，表现优良的植株可能携带有害基因，推测若有突变发生的话，应该是隐性突变，为确定该基因是否有害要先让其表达出来，所以可用自交的方法，让突变的有害基因纯合，表现出有害性状；也可以用单倍体育种的方法来让隐性基因表达出来，即花药离体培养形成单倍体、秋水仙素诱导加倍形成二倍体，这样，也可以出现含有隐性基因的纯合子。
以上事例，是设法使待检个体中的隐性基因表现出隐性性状来，从而达到检测的目的。这种方法在检测个体是纯合子还是杂合子方面也有着非常重要的应用，例如要检测某高茎豌豆的基因型是DD还是Dd，我们可以让其自交，如果，后代植株全部是高茎，说明亲本是纯合子DD；如果后代中既有高茎，又有矮茎，说明亲本是杂合子Dd。
2 利用突变基因的纯合致死效应检测
二倍体生物的一对同源染色体上如果只存在一个隐性基因是不能表现出隐性性状的，我们可以通过自交的方式使基因纯合，表现出隐性性状，来确定隐性基因的存在。在诸多材料中，我们会接触到隐性纯合致死这样的信息，这样就可以通过后代的显隐性性状的比例来推断亲代的基因型，从而判断隐性基因的存在于否。
2．1 检测X染色体上的突变情况
例2：假设某隐性致死突变基因有纯合致死效应（胚胎致死），无其他性状效应。根据隐性纯合体的死亡率，隐性致死突变分为完全致死突变和不完全致死突变。有一只雄果蝇偶然受到了X射线辐射，为了探究这只果蝇X染色体上是否发生了上述隐性致死突变，请设计杂交实验并预测最终实验结果。
实验步骤：①______________；②________________；③________________。
结果预测：I如果________________，则X染色体上发生了完全致死突变；
II如果_______________，则X染色体上发生了不完全致死突变；
III如果_______________，则X染色体上没有发生隐性致死突变。
分析：因为题中已经交代了该突变基因位于X染色体上，假设隐性基因是a,那么XaY是纯合致死的（注意充分把握题干信息──是胚胎致死，也就是说这只果蝇即便此时突变了，也不会死亡），现在的问题已经转化为检测雄果蝇的基因型是XaY还是XAY，此时最容易想到的方法是进行测交，即让待检个体与隐性纯合雌果蝇杂交，但是题目中没有所需个体。因此，只能利用题目中提供的野生型果蝇，可以选择该果蝇与正常雌果蝇杂交，得F1，再用F1互交（或F1雌蝇与正常雄蝇杂交），最后F2中雄蝇所占比例（或统计F2中雌雄果蝇所占比例）。根据具体情况做出结果预测。图解如下：
若没有发生隐性致死突变，即X—Y没有死亡，则F2中雌雄比例为1：1；若发生完全致死突变，即X—Y全部在胚胎时期死亡，则F2中雌：雄=2：1；若发生不完全致死突变，即X—Y部分部在胚胎时期死亡，则F2中雌：雄在1：1～2：1之间。
2．2 检测常染色体上的突变情况
利用平衡致死系进行检测。平衡致死系统也称永久杂种，在平衡致死系统中，一对同源染色体的两个成员分别带有一个座位不同的隐性致死基因，这两个致死基因始终处在个别的染色体上，从而以杂合状态保存不发生分离。
例题3：将果蝇进行诱变处理后，其染色体上可能发生隐性突变、隐性致死突变或者不发生突变三种情况。怎样检测出其染色体上是否发生了隐性突变或隐性致死突变呢？遗传学家设计了巧妙的办法：利用一种“平衡致死系”可以检出2号染色体上是否发生了隐性突变或隐性致死突变。 “翻翅平衡致死系”个体的体细胞中一条2号染色体上有一显性基因Cy（翻翅），这是纯合致死的；另一条2号染色体上有另一显性基因S（星状眼），也是纯合致死的。利用上述材料，完成以下题目：
1．⑴“翻翅平衡致死系”雌雄个体相互交配，其遗传图解如下，请补充完善：
⑵由上述遗传图解，可以得出的结论是： 。
2．现有一批经诱变处理的雄果蝇，遗传学家用翻翅作标志性状，利用上述平衡致死系设计了如下的杂交实验，通过三代杂交实验，就可以判断出这批雄果蝇2号染色体的其他位置上是否带有隐性突变或隐性致死突变基因，用m和n表示要鉴定的野生型果蝇的两条2号染色体，如下：
⑴将诱变处理后的雄果蝇与“翻翅平衡致死系”的雌蝇交配，得F1，F1有_____种类型的个体（不考虑雌雄差异）；
⑵在F1中选取翻翅雄蝇，再与“翻翅平衡致死系”的雌蝇单对交配，分别饲养，得到F2，F2有_____种类型的个体（不考虑雌雄差异）；
⑶在F2中选取翻翅雌雄个体相互交配，得到F3。预期结果和结论：
①若F3中有1/3左右的野生型果蝇，则说明_________________。
②若F3中只有翻翅果蝇，则说明__________________________。
③若F3中除翻翅果蝇外，还有1/3左右的突变型，则说明___________________。
分析：亲本杂交过程中，非同源染色体自由组合，产生的子一代理论上会出现三种组合方式，即：
其中CyCy纯合致死，ＳＳ纯合致死，剩余的基因型为Cy+//+Cy，全部为翻翅星状眼，即翻翅性状眼这个性状是能够稳定遗传的。
将诱变处理后的雄果蝇和翻翅平衡致死系的雌果蝇交配，得到子一代的组合有Cy和m，Cy和n，S和m以及S和n四种类型，选取F1的翻翅雄果蝇再和翻翅平衡致死系的雌果蝇单对交配，分别饲养，得到F2，其组合方式有Cy和m，Cy和n，Cy和S ，Cy和Cy（此种组合方式致死），三种类型的个体存活。将F2的雌雄翻翅杂合子相互交配，得到F3。F3中染色体组成理论上为Cy和Cy，Cy和m，其比例为1：2：1，分析可知：如果发生隐性突变，则F3中出现1/3的突变型m和m；如果没有发生隐性突变，则F3中出现1/3的野生型m和m；如果发生隐性致死突变，则F3中只有翻翅果蝇Cy和m。
画龙点睛：本题的F1的翻翅杂合子，即使在Cy和S之外的其他部位发生了隐性突变，也不会表现出相应的突变性状，因为只含有一个隐性基因，因此做了F2翻翅杂合子杂交的实验，目的是“锁定”两条相同的染色体，即F3的染色体均是来自F2个体──m或n，这样，一旦有隐性突变，在F3代中就可以变现出来。
反思提升：如果该隐性突变发生在X染色体上，位于X与Y的非同源区段上，则采用上述的方案，应在F2代，就可得到结果。
3 基因诊断
基因检测是通过血液、其他体液或细胞对DNA进行检测的技术。其基本原理是DNA分子杂交，检测的时候，先把受检者的基因从血液或其他细胞中提取出来，并利用现代生物技术手段进行扩增，然后用有特殊标记物的突变基因探针方法、酶切方法、基因序列检测方法等判断这部分基因是否存在突变。