分離定律和顯性定律

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引言

格雷戈爾·約翰·孟德爾 (1822-1884) 為我們今天所知的遺傳學發展奠定了基礎。他利用豌豆植物的七種不同的定性性狀進行了多次**單基因雜交和雙基因雜交**實驗。他對豌豆植物進行的嚴格實驗觀察，幫助他推匯出遺傳定律，這是有性繁殖二倍體生物遺傳的基礎。

實驗

孟德爾對豌豆植物（ *豌豆* ）進行了嚴格的**雜交實驗 (1856-1863)**，他將不同品種的豌豆植物相互雜交。孟德爾選擇研究以下性狀：

性狀	顯性	隱性
莖長	高	矮
種子形狀	圓形	皺縮
種子顏色	黃色	綠色
花色	紫色	白色
花的位置	腋生	頂生
豆莢形狀	飽滿	收縮
豆莢顏色	綠色	黃色

單基因雜交

單基因雜交涉及在特定性狀上具有相反性狀的兩個個體之間的育種。

• 孟德爾雜交了兩種豌豆植物（**P代**），它們在特定性狀上具有相反的性狀。例如，他將一種產生黃色種子的豌豆植物與一種產生綠色種子的豌豆植物雜交。

• 產生的後代稱為**F1代**。F1自交產生**F2代**，F2代產生了兩種親本性狀。

根據孟德爾的說法，**後代繼承兩個離散的“因子”，每個親本各一個，但只表達兩個因子中更顯性的因子。**表達的性狀被稱為**顯性性狀**（用大寫字母表示），而在F1中未出現的另一種性狀則被稱為隱性性狀（用小寫字母表示）。

雙基因雜交

具有相反性狀的兩個個體的育種稱為雙基因雜交。

• 孟德爾將純種豌豆植物（對兩種相反性狀為純合子）相互雜交。

  *例如* - 孟德爾將一種產生皺縮綠色種子的豌豆植物與一種產生圓形黃色種子的豌豆植物雜交。

• F1代自交後產生的F2代產生了所有兩種親本性狀的組合。

  *例如* - 圓形黃色、皺縮黃色、皺縮綠色和圓形綠色種子。

他還用其他所有性狀重複了這些雜交實驗。孟德爾仔細記錄了F1代和F2代中可觀察到的表型及其出現的頻率。

結果

單基因雜交

• F1代的基因型比例和表型比例為1，即**所有植物**都一致地只表達一種性狀。

• 在F2代中，基因型比例為1:2:1；(AA) : (Aa) : (aa)。

• **F2代的表型比例為3:1（顯性性狀:隱性性狀）。**

圖片即將推出

雙基因雜交

• F1代產生的基因型和表型比例為1

• F2代產生的**基因型比例為1:2:2:4:1:2:1:2:1。**

• **該雜交的表型比例為9:3:3:1**（圓形黃色：皺縮黃色：圓形綠色：皺縮綠色）。

圖片即將推出1

圖片即將推出2

孟德爾的遺傳定律

在對各種豌豆植物進行長達七年的嚴格實驗後，孟德爾觀察到一些特定的**遺傳模式**，這些模式被提出為**孟德爾的遺傳定律**。

顯性定律

• 孟德爾從他的單基因雜交中觀察到，**後代中只有來自父母雙方的其中一種性狀在表型上（即可觀察到）表達。**

• 孟德爾提出，**二倍體生物攜帶特定性狀的兩個版本（等位基因）**。這些版本（或複製）可以相同（**純合子**）或相反（**雜合子**）。

根據孟德爾的顯性定律：

在雜合生物中，由於存在另一個被稱為“顯性等位基因”的等位基因，一個等位基因的表達總是被抑制。

分離定律

當F2代產生兩種親本性狀時，孟德爾從他的單基因雜交中推匯出了以下定律。

在二倍體生物形成配子期間，決定特定性狀的兩個等位基因中的每一個都被分離到單個配子中。每個配子只接收一個等位基因。

獨立分配定律

考慮到在他雙基因雜交的F2代中產生的不同於親本表型的性狀的新組合，孟德爾提出了以下定律：

在二倍體生物中，編碼一個性狀的等位基因的分離不受編碼另一個性狀的等位基因的存在的影響（即等位基因的分離是完全獨立的）。

孟德爾理論的重新發現

• 孟德爾的作品在他第一次發表時幾乎沒有得到任何認可。

• 這種情況在1900年隨著雨果·德弗里斯、卡爾·科倫斯和埃裡希·馮·切爾馬克重新發現他的作品而改變。

• 著名的英國生物學家威廉·貝特森是孟德爾作品的強烈支持者。他研究了孟德爾的實驗，並創造了“遺傳學”、“等位基因”、“純合子”和“雜合子”等術語，以解釋並賦予孟德爾的工作以當前的科學意義。

• 對重新發現貢獻最大的是威廉·約翰森，他於1909年為孟德爾的因子/性狀創造了“基因”、“表型”和“基因型”等術語。

• 孟德爾的作品於1901年在《 *Flora* 》雜誌上重新發表。

• 孟德爾作品的意義深遠，最終得到認可後，他被譽為**遺傳學之父**。

意義

• 孟德爾的因子現在被稱為基因，是**遺傳的基本單位**。

• 他認為二倍體生物攜帶一個因子的兩個複製的觀點現在已轉化為**等位基因**，它是特定基因的不同形式。

• 孟德爾定律使**遺傳性疾病模式的研究**更容易。透過進行**家系分析**，這三條定律也已被應用於家族史的研究。

孟德爾定律的一般偏差

孟德爾定律並非普遍適用。在共顯性、不完全顯性、連鎖基因、非等位基因相互作用、多等位基因和性連鎖性狀的情況下，這些定律都失效。

結論

孟德爾用豌豆植物進行的雜交實驗幫助推匯出了三條遺傳定律，這些定律涉及顯性、等位基因分離以及它們獨立分配到生殖細胞中的原理。然而，他的同時代人未能認識到他的實驗的重要性。1900年，孟德爾最終獲得了認可，並最終被譽為**遺傳學之父**。

這些定律的意義和應用是深遠的。然而，也有一些例外情況，這些定律不適用，例如不完全顯性、共顯性、性連鎖遺傳等情況。

常見問題

Q1. 為什麼孟德爾選擇用 *豌豆* 進行研究？

A1. 豌豆植物具有多種優勢，例如易於栽培、生命週期短、在一個季節內即可快速生長、主要進行自花授粉、易於雜交以及具有大量品種，可以對植物進行各種性狀的測試。

Q2. 等位基因的顯性是否會對基因的遺傳產生任何影響？

A2. 不會。在雜合狀態下，顯性和隱性等位基因都將被遺傳。等位基因的顯性只決定個體的表型。

Q3. “不完全顯性”一詞意味著什麼？

A3. 這是一種情況，其中雜合子表現出的表型介於親本表型之間，即表型並不完全類似於任何一個親本。

Q4. 如何進行測交？

A4. 測交是在F1代（基因型未知，表型顯性）和具有純合隱性基因型的生物之間進行的。

Q5. 在什麼條件下隱性性狀會表達？

答：隱性性狀只有在純合條件下才會表達，即aa。