Morgan的果蠅實驗—性染色體與遺傳特徵間的關係
1908年Morgan在他的實驗室裡開始用X光與radium處理純品系的果蠅,期望能找到一隻外表型發生變異個體的實驗。在努力與失望了近兩年之後,他們終於獲得了一隻具白眼的雄果蠅(野生型的果蠅具紅眼的外表型)。由於這個實驗的對象為純品系的果蠅,所以他們所獲得的外表型的改變必定是來自於遺傳物質發生了永久的變異所致。據說,Morgan在獲得了這隻白眼的果蠅後,高興的將這隻果蠅帶回家去欣賞了一整晚,第二天才將其帶回實驗室,由此可見實驗的辛苦與獲得成果之不易。這隻白眼的果蠅是生物學研究史上第一個人工誘發發生突變的生物個體。Morgan為了要知道這隻白眼果蠅的白眼外表型的基因組成及白眼基因與紅眼基因之間的關係,他們進行了下面的雜交實驗:
P 白眼的父本 × 紅眼的母本 | |
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F1 都為紅眼的子代(雄、雌果蠅) |
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令F1子代雄雌互配 F2 50% 雄果蠅為白眼 100% 雌果蠅都為紅眼 |
Morgan為了解釋他們所得的雜交結果,假設眼睛顏色的決定性基因是位在果蠅的X染色體上,以Xw表示白眼的基因,以Xw+表示果蠅紅眼的基因,並以Y表雄性果蠅的Y染色體,他們的解釋如下:
| P: XwY(白眼)× Xw+Xw+(紅眼) |
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F1 Xw+Y 為紅眼雄性果蠅的基因型 Xw+Xw 為紅眼雌果蠅的基因型 Xw+Y(紅眼)× Xw+Xw(紅眼) |
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F2 Xw+Y(紅眼):XwY(白眼): Xw+Xw+(紅眼):Xw+Xw(紅眼) 雄性的果蠅中二分之一為白眼的,雌果蠅都為紅眼的,紅眼對白眼的比為3:1 |
由上面的雜交實驗可以確定,紅眼基因與白眼基因同是眼睛顏色的決定性基因的兩種不同形式,紅眼為顯性,白眼為隱性。
Morgan他們為了要測試他們的假設是否正確,他們使用了孟德爾的測試雜交實驗(test cross),他們將第一子代的紅眼雌果蠅與具有白眼的雄果蠅雜交,來分析第一子代紅眼雌果蠅的基因型是否為Xw+Xw。下面是他們所進行的測試雜交實驗:
XwY(白眼) × Xw+Xw(紅眼) | |
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1 Xw+Y(紅眼): 1 XwY(白眼) : 1 Xw+Xw(紅眼): 1 XwXw(白眼)紅眼雄果蠅:白眼雄果蠅: 紅眼雌果蠅:白眼雌果蠅 = 1 : 1 : 1 : 1 |
由這個實驗可以看出,在他第一個雜交實驗中的第一子代紅眼的雌性個體眼睛顏色的基因組成是為異基因型的Xw+Xw,與他們的假設符合,故其假設為真。Morgan 由這個白眼的突變基因的雜交實驗結果不僅再次的確定了性染色體與性別的關係外,重要的是,他們由這個實驗證明了兩件在那時還未知的遺傳現象:一是性聯遺傳,一些遺傳性狀的表現是與性別相連的;另一是遺傳性狀的表現是隨著某些特殊的染色體存在與否而決定的。
Morgan 的實驗室在這個實驗之後,繼續的利用相同的實驗策略誘發了更多種果蠅的突變外表型,並經由與上述相同的雜交實驗確認了其中的一些外表型的決定性基因是位在X染色體上,如決定身體顏色的基因(正常身體顏色為灰色的,以y+表之,Morgan他們所誘發的體色為黃色的突變外表型,以y表之)、翅膀的大小決定性基因(正常大小翅膀的基因以m+表之,誘發的突變小型翅膀的外表型以m表之)等。在Morgan擁有這些突變的基因後,他們先育出純系的個體並利用這些純系的個體進行下圖的雜交實驗(這個實驗是屬於三種遺傳特徵的雜交實驗,trihybrid cross)。
| P 母本為純系的黃體色、小翅膀、白眼的雌果蠅 基因型為yywwmm 父本為灰體色、大翅膀、紅眼雄果蠅 基因型為y+w+m+ Y |
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F1 雌果蠅全為野生型的外觀, 基因型應為 y+yw+wm+m 雄果蠅則全為黃體色、小翅、白眼, 基因型為ywm Y
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