連鎖與重組

---

引言

大多數生物體內的遺傳物質以 DNA 的形式存在。它體積龐大，包含大量排列成長鏈的核苷酸。為了適應微小的細胞，遺傳物質被緊密地纏繞在一起。原核生物中的 DNA 是環狀的，而真核生物中的 DNA 則是長臂的染色體。DNA 的一小段編碼特定的性狀，稱為基因。基因是遺傳單位，攜帶來自親代的資訊傳遞給子代。基因位於染色體臂上的特定位置，稱為基因座。連鎖和重組解釋了生物體中基因的遺傳。

摩根的實驗

1910 年，人們對染色體、基因和遺傳的瞭解還非常有限。當時，人們已經知道遺傳是透過某些稱為基因的因子進行的，這是由孟德爾發現的。此外，一些研究也表明細胞中存在染色體。然而，基因位於染色體上的聯絡是由托馬斯·亨特·摩根在果蠅（學名：Drosophila melanogaster），俗稱“果蠅”上的實驗提供的。

• 摩根對果蠅進行了育種實驗。野生型果蠅的眼睛是紅色的，而摩根觀察到的一些突變體果蠅的眼睛是白色的。摩根觀察到的第一隻白眼果蠅是一隻雄性果蠅，他將其與一隻紅眼雌性果蠅雜交，以瞭解白眼性狀的遺傳方式。得到的 F1 後代都是紅眼果蠅。這些結果表明，白眼性狀是隱性的。

• 他進一步重複了 F1 果蠅之間的雜交以及回交。摩根發現了令人驚訝的結果。一些後代由一些紅眼果蠅和一些白眼果蠅組成。白眼性狀僅在雄性果蠅中發現。在果蠅物種中，雄性果蠅具有 XY 性染色體，而雌性果蠅具有 XX 性染色體。

• 根據獲得的結果，很明顯，白眼性狀的遺傳與 Y 染色體的遺傳有關，而 X 染色體與此無關。

• 摩根進一步得出結論，負責白眼性狀遺傳的基因位於 Y 染色體上，由於雄性果蠅具有 XY 性染色體，因此它們有機會遺傳和表達白眼突變。

圖片即將推出

連鎖

假設兩個編碼不同性狀的基因序列緊密地位於同一染色體上，並且它們發生重組或交換的可能性較小。它們更有可能一起遺傳到後代。

在這種情況下，這兩個基因一起遺傳，稱為連鎖基因，這種現象稱為連鎖。

• 連鎖現象最早由貝特森和龐尼特在他們對甜豌豆植物的實驗中提出，當時他們觀察到某些性狀一起遺傳。然而，他們的觀察結果是透過說明甜豌豆只有有限數量的染色體，並且每個染色體都承載了許多基因序列來解釋的。

• 連鎖的證據是由T.H. 摩根的育種實驗提供的。

• 連鎖背後的物理因素是基因之間的距離。

• 緊密排列在染色體上的兩個基因在細胞分裂的減數分裂過程中發生交換或重組的可能性較小。因此它們一起遺傳。

• 而那些在染色體上距離較遠的基因發生重組或交換的可能性更大，一起遺傳的可能性較小。

• 基因之間的物理距離由釐摩根 (cM)定義。

• 連鎖基因的遺傳不遵循孟德爾的獨立分配定律。孟德爾的定律指出不同基因的等位基因彼此獨立遺傳。

連鎖分為兩種型別

• 完全連鎖是指基因一起遺傳，一個基因的遺傳保證了另一個基因的遺傳。它們之間的距離非常小，以至於它們在減數分裂中發生重組的可能性非常小。

• 不完全連鎖是指兩個基因一起遺傳的可能性較小。它們在配子形成過程中減數分裂期間被交換分離的可能性存在。

重組

真核生物透過減數分裂產生配子進行有性繁殖。雌性配子是卵子，而雄性配子是精子。

• 在減數分裂的第一階段，同源染色體的染色單體臂重疊並暫時融合形成交換。

• 生物體中的同源染色體是兩條長度相同、著絲粒位置相同且基因對應於相同基因座的染色體，成對存在。每對同源染色體中有一條來自母親，另一條來自父親。

• 因此，交換導致兩條染色體之間遺傳物質的交換，從而導致重組。

重組型別如下

• 同源重組 - 它是發生在減數分裂期間同源染色體之間的一種自然型別。

• 非同源重組 - 發生在非同源（不同）染色體之間。

• 位點特異性重組 - 它是發生在特定短核苷酸序列上的遺傳交換。它需要位點特異性酶的作用。

• 複製重組 - 它是導致新 DNA 片段複製的遺傳交換。它主要在轉座因子中觀察到。

圖片即將推出

連鎖和重組的意義

• 連鎖基因遺傳發生交換的可能性最小。這保留了親本基因組合，而不允許在群體中產生新的組合。

• 連鎖使得育種者難以在一個植物中培育出所有所需的性狀。

• 重組導致變異的產生，從而導致新性狀的形成，這些新性狀經過幾代最終導致新物種的形成。

結論

連鎖和重組描述了生物體中的遺傳。連鎖是指兩個獨立基因一起遺傳。正是基因之間的距離決定了它們是完全連鎖還是不完全連鎖。摩根在果蠅上的實驗為基因的連鎖提供了清晰的概念。二倍體生物體透過減數分裂形成單倍體配子。同源染色體在減數分裂期間發生交換。這使得母本和父本染色體之間可以交換遺傳物質或重組，從而導致變異。變異是生物多樣性的原因。

常見問題

Q1. 摩根為什麼選擇果蠅進行他的實驗？

A1. 果蠅生命週期短，易於在實驗室中培養。它們表現出高度的性二態性，並在單個繁殖週期中產生大量後代。所有這些原因使得果蠅成為摩根研究的首選生物。

Q2. 基因圖譜是什麼意思？

A2. 基因圖譜是找到所有基因的基因座以及它們之間距離的過程。在先進的分子生物學工具開發之前，連鎖分析是用於繪製基因圖譜的方法。

Q3. 重組頻率是什麼？

A3. 重組頻率測量位於染色體上的兩個基因之間的遺傳連鎖。它用於構建連鎖圖。

Q4. 重組頻率得出什麼結論？

A4. 重組頻率直接反映了所研究基因之間的物理距離。重組頻率越高，兩個基因的距離越遠，而重組頻率越低，兩個基因的距離越近。

Q5. 誰提出了染色體理論？

A5. 染色體遺傳理論是由博韋裡和薩頓提出的，他們認為基因位於染色體上。