孟德尔提出的遗传因子基因.pptx
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1、第二章孟德尔遗传第二章孟德尔遗传 1.孟德尔分离规律、验证、应用;孟德尔分离规律、验证、应用;2.显性性状的表现及与环境的关系;显性性状的表现及与环境的关系;3二对相对性状的遗传;二对相对性状的遗传;4多对相对性状的遗传;多对相对性状的遗传;5基因互作;基因互作;6基因的作用和性状的表现;基因的作用和性状的表现;一因多效、多因一效。一因多效、多因一效。孟德尔孟德尔(Gregor Johann Mendel,18221884)从从1856年起在修道院的花圆里种植豌豆,开始了他的年起在修道院的花圆里种植豌豆,开始了他的“豌豆杂豌豆杂交试验交试验”,到,到1864年共进行了年共进行了8年。年。人类人
2、类很早很早就从整体上就从整体上认识了遗传现象认识了遗传现象亲子性状相似亲子性状相似 在在直观直观上认为子代所表现的性状是父、母本性状的上认为子代所表现的性状是父、母本性状的混合混合遗传遗传,在以后的世代中不再分离。,在以后的世代中不再分离。孟德尔认为父母本性状遗传孟德尔认为父母本性状遗传不是混合,而是相对独立不是混合,而是相对独立地传给后代地传给后代 后代还会分离出父母本性状。后代还会分离出父母本性状。从而孟德尔提出从而孟德尔提出:分离规律;分离规律;独立分配规律。独立分配规律。&4.1 分离规律分离规律 一、孟德尔的豌豆杂交试验一、孟德尔的豌豆杂交试验 性状性状(character)是生物体
3、所表现的形态特征和生理特性的总称。是生物体所表现的形态特征和生理特性的总称。单位性状单位性状(unit character)植株所表现的性状总体区分为各个单位作为研究对象,植株所表现的性状总体区分为各个单位作为研究对象,这些被区分开的每一个具体性状称为这些被区分开的每一个具体性状称为单位性状单位性状。如:豌豆的。如:豌豆的花色等。花色等。1.概念相对性状相对性状 同一单位性状在不同个体间所表现出来的相对差异,称同一单位性状在不同个体间所表现出来的相对差异,称为相对性状为相对性状(contrasting character)。如:豌豆花色有。如:豌豆花色有红红花花和白花等。和白花等。例如:(图)
4、孟德尔孟德尔在前人实践的基础上,通过在前人实践的基础上,通过(1).以严格自花授粉植物以严格自花授粉植物豌豆豌豆为材料为材料(遗传纯遗传纯);(2).选择简单而选择简单而区分明显区分明显的的7对性状进行杂交试验对性状进行杂交试验(稳定性状稳定性状);(3).采用各对采用各对性状上相对不同性状上相对不同的品种为亲本的品种为亲本(相对性状相对性状);(4).进行进行系统的遗传杂交系统的遗传杂交试验试验(杂交杂交);(5).系统记载各世代中各性状个体数,并应用系统记载各世代中各性状个体数,并应用统计方法统计方法处理数据,处理数据,进而获得各种结果,否定了长期流行的混合遗传观念进而获得各种结果,否定了
5、长期流行的混合遗传观念(统计分析统计分析)。孟德尔为什么会成功?孟德尔为什么会成功?P 红花红花()白花白花()()F1 红花红花株数株数 705 224比例比例 3.15 :12.豌豆杂交试验豌豆杂交试验(1)正交F2 红花红花 白花白花(自交)注:注:P表示亲本,表示亲本,表示母本,表示母本,表示父本,表示父本,表示杂交。表示杂交。F1 红花红花图图4-1 豌豆花色的遗传豌豆花色的遗传比例比例 3 :1(1)反交F2 红花红花 白花白花(自交)P 白花白花()红花红花()()以上说明了:以上说明了:F1和和F2的性状表现不受亲本组合方式的影响。的性状表现不受亲本组合方式的影响。在杂交时,必
6、须先将母本花蕾的雄蕊完全摘除,这称为在杂交时,必须先将母本花蕾的雄蕊完全摘除,这称为去雄去雄,然后将父本的花粉授到已去雄的母本柱头上,这称为,然后将父本的花粉授到已去雄的母本柱头上,这称为人工授粉人工授粉。去了雄和授了粉的母本花朵还必须套袋隔离,防。去了雄和授了粉的母本花朵还必须套袋隔离,防止其它花粉授粉。止其它花粉授粉。但必须注意但必须注意孟德尔在豌豆的其它孟德尔在豌豆的其它6对相对性状的杂交试验中,都对相对性状的杂交试验中,都获得同样的试验结果。现将他的豌豆杂交试验资料汇总列获得同样的试验结果。现将他的豌豆杂交试验资料汇总列于表于表41。3.特点:特点:(1).F1性状表现一致性状表现一致
7、,只表现一个亲本性状,另一个亲本,只表现一个亲本性状,另一个亲本性状隐藏。性状隐藏。显性性状:显性性状:具有相对性状的两个亲本杂交具有相对性状的两个亲本杂交,F1表现出来的性状。表现出来的性状。隐性性状:隐性性状:具有相对性状的两个亲本杂交具有相对性状的两个亲本杂交,F1未未表现,而在表现,而在F2 重新出现的性状。重新出现的性状。(2).F2分离分离:一部分植株表现这一亲本性状,另一部分植:一部分植株表现这一亲本性状,另一部分植株表现为另一亲本性状,株表现为另一亲本性状,说明隐性性状未消失。说明隐性性状未消失。(3).以上以上F2群体中显隐性群体中显隐性分离比例大致总为分离比例大致总为3:1
8、。二、二、分离现象的解释分离现象的解释这这7对相对性状在对相对性状在F2为什么都出现为什么都出现3:1的分离比呢?的分离比呢?孟德尔提出以下孟德尔提出以下假说假说:在生殖细胞中存在着与相对性状对应的在生殖细胞中存在着与相对性状对应的遗传因子遗传因子 控制着性状发育;控制着性状发育;遗传因子在体细胞内遗传因子在体细胞内成对成对:如:如F1植株内存在一个控植株内存在一个控制红花显性性状和一个控制白花隐性性状的遗传因子;制红花显性性状和一个控制白花隐性性状的遗传因子;每对遗传因子在形成配子时每对遗传因子在形成配子时可均等地分配可均等地分配到配子中到配子中 每一配子(花粉或卵细胞)中只含其中一个;每一
9、配子(花粉或卵细胞)中只含其中一个;遗传因子在受精过程中能保持其遗传因子在受精过程中能保持其独立性独立性 表现为表现为随随机性。机性。现以豌豆红花现以豌豆红花白花的杂交试验为例,加以具体说明:白花的杂交试验为例,加以具体说明:以遗传因子解释以遗传因子解释三、表现型和基因型三、表现型和基因型1.基因型基因型(genotype):个体的基因组合基因组合即遗传组成;如花色基因型CC、Cc、cc2.表现型表现型(phenotype):生物体所表现的性状性状,是可以观测的。如红花红花,白花在基础环境环境内、外在表现基因型基因型-表现型表现型(根据表现型决定根据表现型决定)3.基因型、表现型与环境的关系:
10、基因型+环境环境 表现型。孟德尔提出的遗传因子孟德尔提出的遗传因子 基因基因(gene)4.基因型类型:基因型类型:(1).纯合基因型纯合基因型(homozygous genotype):):成对的基因型相同。如成对的基因型相同。如CC、cc 或称纯合体,纯质结合。或称纯合体,纯质结合。(2).杂合基因型杂合基因型(heterozygous genotype):):成对的基因不同。如成对的基因不同。如Cc 或称杂合体,为杂质结合。或称杂合体,为杂质结合。虽然虽然Cc与与CC的表现型一致,但其遗传行为不同。的表现型一致,但其遗传行为不同。可用自交鉴定:可用自交鉴定:CC纯合体纯合体稳定遗传;稳定
11、遗传;Cc杂合体杂合体不稳定遗传;不稳定遗传;cc纯合体纯合体 稳定遗传。稳定遗传。四、分离规律的验证四、分离规律的验证 分离规律是完全建立在一种假设的基础上的,这个分离规律是完全建立在一种假设的基础上的,这个假假设的实质就是成对的基因设的实质就是成对的基因(等位基因等位基因)在配子形成过程中彼在配子形成过程中彼此分离,互不干扰,因而配子中只具有成对基因的一个。此分离,互不干扰,因而配子中只具有成对基因的一个。为了证明这一假设的真实性,可以采用以下几种方法进行为了证明这一假设的真实性,可以采用以下几种方法进行验证。验证。(一)、测交法(一)、测交法 测交法测交法(test cross):也称回
12、交法也称回交法,即把被测验的个,即把被测验的个体与体与隐性纯合基因隐性纯合基因的亲本杂交,根据测交子代(的亲本杂交,根据测交子代(Ft)出现)出现的表现型和比例来的表现型和比例来测知测知该个体的基因型。该个体的基因型。供测个体供测个体隐性纯合亲本隐性纯合亲本 Ft 测交子代。测交子代。P红花红花 白花白花CC ccF1 红花红花Cc (自交自交)F2红花红花 红花红花 白花白花 CC Cc cc F3 红花红花 分离分离 白花白花 1:2:1(二)、自交法(二)、自交法 F2植株个体通过植株个体通过自交自交生成生成F3株系,根据株系,根据F3株系的性状表现,株系的性状表现,推论推论F2个体的基
13、因型。个体的基因型。豌豆试验结果:豌豆试验结果:7对相对性状的试验结果相同对相对性状的试验结果相同(三三)、F1花粉鉴定法花粉鉴定法 F1花粉鉴定法的原理:花粉鉴定法的原理:杂种细胞杂种细胞进行减数分裂形成配子时,由于各对同源染进行减数分裂形成配子时,由于各对同源染色体分别分配到两个配子中,位于同源染色体上的色体分别分配到两个配子中,位于同源染色体上的等等位基因位基因也随之分离也随之分离分配到不同的配子之中。分配到不同的配子之中。这种现象在水稻、小麦、玉米、高粱、谷子等植这种现象在水稻、小麦、玉米、高粱、谷子等植物中可以通过物中可以通过花粉粒鉴定花粉粒鉴定进行观察进行观察。糯性糯性非糯非糯wx
14、wxWxWxF1Wxwx观察花粉颜色(观察花粉颜色(稀碘液稀碘液)红棕色红棕色(wx):兰黑色兰黑色(Wx)1:1例如:玉米、水稻等的子粒有糯性、非糯两种。例如:玉米、水稻等的子粒有糯性、非糯两种。糯性的为支链淀粉,非糯性的为直链淀粉;以稀碘液处理糯性的为支链淀粉,非糯性的为直链淀粉;以稀碘液处理糯性糯性的花粉或籽粒的的花粉或籽粒的胚乳,呈胚乳,呈红棕色反应红棕色反应;以稀碘液处理;以稀碘液处理非糯性非糯性的花粉或籽粒,则呈的花粉或籽粒,则呈蓝黑色蓝黑色反应。反应。五、分离比例实现的条件五、分离比例实现的条件根据分离规律,由具有一对相对性状的个体杂交产生的根据分离规律,由具有一对相对性状的个体
15、杂交产生的F1,其,其自交自交后代分离比为后代分离比为3:1,测交后代分离比为,测交后代分离比为1:1。但是这些分离比的出现必须满足以下的条件:但是这些分离比的出现必须满足以下的条件:1研究的生物体是二倍体。研究的生物体是二倍体。2F1个体形成的两种配子的数目是相等的或接近相等的,个体形成的两种配子的数目是相等的或接近相等的,并且两种配子的生活力是一样的;受精时各雌雄配子都能以并且两种配子的生活力是一样的;受精时各雌雄配子都能以均等的机会相互自由结合。均等的机会相互自由结合。3不同基因型的合子及由合子发育的个体具有同样或大致不同基因型的合子及由合子发育的个体具有同样或大致同样的存活率。同样的存
16、活率。4研究的相对性状差异明显,显性表现是完全的。研究的相对性状差异明显,显性表现是完全的。5杂种后代都处于相对一致的条件下,而且试验分析的群杂种后代都处于相对一致的条件下,而且试验分析的群体比较大。体比较大。这些条件在一般情况下是具备的,所以大量试验结果都这些条件在一般情况下是具备的,所以大量试验结果都能符合这个基本遗传规律。能符合这个基本遗传规律。六、分离规律的应用六、分离规律的应用 分离规律分离规律是遗传学中基本的一个规律,这一规律是遗传学中基本的一个规律,这一规律从理论上说明了从理论上说明了生物由于杂交和分离所出现的变异的普遍性。生物由于杂交和分离所出现的变异的普遍性。1.根据分离规律
17、,必须重视表现型之间的联系和区别。根据分离规律,必须重视表现型之间的联系和区别。例如:选用纯合基因型的两个亲本,例如:选用纯合基因型的两个亲本,F2才会出现分离。才会出现分离。(图图)如果双亲不是纯合体,如果双亲不是纯合体,F1即可能出现分离现象。即可能出现分离现象。(图图 2.通过性状遗传研究,可以通过性状遗传研究,可以预期后代分离的类型和频率预期后代分离的类型和频率,进行有计划种植,以提高育种效果,加速育种进程。进行有计划种植,以提高育种效果,加速育种进程。如如水稻抗稻瘟病水稻抗稻瘟病F2抗性分离抗性分离一些抗病株在一些抗病株在F3还会分离还会分离3.根据分离规律的启示,杂种产生的配子在基
18、因型上是纯粹的,根据分离规律的启示,杂种产生的配子在基因型上是纯粹的,良种生产中要良种生产中要防止天然杂交防止天然杂交而发生分离退化,去杂去劣及适当隔而发生分离退化,去杂去劣及适当隔离繁殖。离繁殖。4.利用花粉利用花粉培育纯合体培育纯合体杂种(2n)配子(n)加倍加倍纯合二倍体植株(2n)品种4.2独立分配规律独立分配规律 孟德尔以豌豆为材料,选用具有两对相对性状孟德尔以豌豆为材料,选用具有两对相对性状差异的纯合亲本进行杂交,研究两对相对性状的遗差异的纯合亲本进行杂交,研究两对相对性状的遗传后提出传后提出:独立分配规律独立分配规律(自由组合规律自由组合规律)。一、两对相对性状的遗传一、两对相对
19、性状的遗传、试验结果:、试验结果:P 黄色子叶、圆粒黄色子叶、圆粒 绿色子叶、皱粒绿色子叶、皱粒 F1 黄色子叶、圆粒黄色子叶、圆粒 15株自交结株自交结556粒种子粒种子 F2 种子种子 黄、圆黄、圆 黄、皱黄、皱 绿、圆绿、圆 绿、皱绿、皱 总数总数实得粒数实得粒数 315 101 108 32 556理论比例理论比例 9 :3:3:1 16理论粒数理论粒数 312.75 104.25 104.25 34.75 556在两对相对性状遗传时:在两对相对性状遗传时:F1出现显性性状;出现显性性状;F2会出现会出现4种表型:种表型:2 种亲本型种亲本型 2 种新的重组型(两者成一定比例)。种新的
20、重组型(两者成一定比例)。、结果分析、结果分析:先先按一对相对性状按一对相对性状杂交的试验结果分析:杂交的试验结果分析:黄黄 绿绿=(315+101)(108+32)=416 140=2.97 13 1 圆圆 皱皱=(315+108)(101+32)=423 133=3.18 13 1 两对性状是两对性状是独立独立互不干扰地遗传给子代互不干扰地遗传给子代,每对性状的每对性状的F2分离符合分离符合3 1比例;比例;F2出现两种重组型个体出现两种重组型个体:说明控制两对性状的基因在从说明控制两对性状的基因在从F1遗传给遗传给F2时,是时,是自由组合自由组合的。的。按概率定律,按概率定律,两个独立事
21、件同时出现的概率是分别两个独立事件同时出现的概率是分别出现概率的乘积:出现概率的乘积:黄、圆黄、圆3/43/4=9/16黄、皱黄、皱3/41/4=3/16绿、圆绿、圆1/43/4=3/16绿、皱绿、皱1/41/4=1/16(3 1)2=9 3 3 1 黄、圆黄、圆 黄、皱黄、皱 绿、圆绿、圆 绿、皱绿、皱 总数总数实得数实得数(O)315 101 108 32 556按理论比例粒数按理论比例粒数(E)312.75 104.25 104.25 34.75 556差数差数(O-E)2.25 -3.75 3.75 -2.25Df=k-1=4-1=3 差异不显著,即差异不显著,即符合符合9 3 3 1
22、理论比例。理论比例。n自由度:在各项预期值决定后,实得数中能自由变动的项数。在各项预期值决定后,实得数中能自由变动的项数。n df=n-1(分离组数(分离组数-1)表Pdf12345100.990.95 0.500.100.050.020.010.000160.02010.1150.2970.5542.5580.00390.1030.3520.7111.1453.9400.151.392.373.364.359.342.714.616.257.789.2415.993.845.997.829.4911.0718.315.417.829.8411.6713.3921.166.649.2111.3
23、513.2815.0923.21统计的标准nP 0.05,结果与理论数无显著差异,实得值符合理论值;n P 0.05,结果与理论数有显著差异,实得值不符合理论值;nP 0.01,结果与理论数有极显著差异,实得值非常不符合理论值。独立分配规律的基本要点:独立分配规律的基本要点:二、独立分配现象的解释二、独立分配现象的解释 控制两对不同性状两对不同性状的两对等位基因两对等位基因在配子形成过程中,这一对等位基因与另一对等位基因的分离和组分离和组合互不干扰合互不干扰,各自独立分配各自独立分配到配子中去。Rule of Segregation(Mendels second law)两对基因在杂合状态时,
24、保持其独立性,互不污染。形成配子时,同一对基因各自独立分离,不同对基因则自由组合。以基因符号表示以基因符号表示(从遗传角度考虑):从遗传角度考虑):F2 群体共有群体共有9种基因型种基因型,其中:,其中:4种基因型为种基因型为纯合纯合体;体;1种基因型的种基因型的两对基因均为杂合体两对基因均为杂合体,与,与F1一样;一样;4种基因型中的种基因型中的一对基因纯合一对基因纯合,另一对基因杂合。,另一对基因杂合。F2 群体中有群体中有4种表现型种表现型,因为,因为Y对对y显性,显性,R对对r显性。显性。可按上图把可按上图把F2 基因型和表现型归类:基因型和表现型归类:表现型表现型基因型基因型基因型比
25、例基因型比例表现型比例表现型比例Y_R_黄、圆黄、圆YYRRYyRRYYRrYyRr12249Y_rr黄、皱黄、皱YYrrYyrr123yyR_绿、圆绿、圆yyRRyyRr123yyrr绿、皱绿、皱yyrr11细胞学基础:细胞学基础:Y-y是一对等位基因,位于这一对同源染色体上;是一对等位基因,位于这一对同源染色体上;R-r是一对等位基因,位于另一对同源染色体上。是一对等位基因,位于另一对同源染色体上。F1的基因型必然是的基因型必然是YyRr,在孢母细胞进行分裂时,在孢母细胞进行分裂时,可以形成可以形成4种孢子:种孢子:YR Yr yR yr配子比例配子比例1:1:1:1表型比例表型比例9:3
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