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第二节 独立分配规律
Section 2.3 The Law of Independent Assortment
Mendel在分别研究了豌豆七对相对性状的遗传表现之后,提出了一对相对性状遗传的分离规律。但不同对相对性状从亲代遗传给子代的过程中相互关系如何呢? Mendel又做了进一步的研究,并提出了遗传学中的另一个基本规律,
即独立分配规律。
又称“自由组合规律”:两对及两以上相对性状 (等位基因 )在世代传递过程中表现出来的相互关系。
第一节
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第二节 独立分配规律
一、两对相对性状的遗传
二、独立分配现象的解释
三、独立分配规律的验证
四、多对基因的遗传
五、独立分配规律的应用
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一、两对相对性状的遗传
Mendel在研究了豌豆的一对相对性状的遗传规律以后,他又想,2对相对性状在后代中的表现会如何呢? Mendel仍用豌豆为材料,同时研究两对相对性状的遗传。
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他用黄色、圆粒种子的豌豆与绿色、皱粒种子的豌豆杂交,得到 F1种子(杂交母本植株上所结的种子)都是黄色、圆粒,表明黄色子叶、
圆粒都是显性,这与七对性状分别进行研究的结果是一致的。 F1植株自交得到 F2种子,这些种子共可分为四种类型,两种类型与双亲相同,
另两种是亲本性状的重新组合,且四种类型之间表现出一定比例( Yellow&Round)(图 4-6)。
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P 黄、圆 × 绿、皱

F1 黄、圆
↓ 自交
F2 黄圆 黄皱 绿圆 绿皱
种子数 315 108 101 32 556
比例 9/16 3/16 3/16 1/16
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如果把上述结果中的 2对性状分别考虑,
按一对性状进行统计分析,可得如下结果:
从子叶颜色看:
黄色 315 +101 = 416 74.8% 3/4
绿色 108 + 32 =140 25.2% 1/4
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从粒形看圆粒 315 + 108 = 423 76.1% 3/4
皱粒 101 + 32 = 133 23.9% 1/4
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每一对性状的分离仍然接近 3,1。说明在杂交后代中,各相对性状的分离是独立的,互不干扰,即子叶颜色的分离和种子形状的分离彼此互不影响,两对相对性状在 F2代中是自由组合的。
按照概率原理,两个独立事件同时发生的概率是他们分别发生的概率的乘积。
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黄子叶、圆粒同时出现的概率应为 3/4 × 3/4
=9/16
黄,皱 3/4 × 1/4 =3/16
绿,圆 1/4 × 3/4 =3/16
绿,皱 1/4 × 1/4 =1/16
这正是( 3/4+1/4) 2的展开。
将 Mendel试验所得的 556粒种子按上述 9,3,3:
1的理论推算,其理论值与实际结果比较,从统计学的角度分析,是完全符合的。
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黄圆 黄皱 绿圆 绿皱
实验值 315 101 108 32
(O)
理论值 312.75 104.25 104.25 34.75
( D)
O-D +2.25 -3.25 +3.75 -2.75
这就是 Mendel发现的性状自由组合现象。
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二,Mendel对性状自由组合现象的解释
Mendel是这样解释他的试验的:
豌豆的黄子叶和绿子叶这一对相对性状是由一对等位遗传因子( Gene) Y和 y控制的,圆粒和皱粒这一对相对性状是由另一对等位基因 R
和 r控制的。用纯合的黄色圆粒豌豆( YYRR)
与纯合的绿色皱粒豌豆( yyrr)杂交,亲本在形成配子时,遗传因子的数目减半,分别形成
YR 和 yr配子,受精时雌雄配子结合成 F1合子,
F1代的基因型为 YyRr,表现为黄色、圆粒。 F1
植株在形成配子时,成对的遗传因子(等位基因)彼此分离,即 Y和 y分离,R和 r分离,各自独立地分配到配子中去。
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也就是说等位的遗传因子(等位基因,
alleles)彼此分离,而不同对的等位基因自由组合,产生四种配子,YR,Yr、
yR和 yr,这四种配子的比例相等。 F1植株自花授粉,这四种雌配子和四种雄配子随机结合,共有 4× 4=16种组合方式
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YYRR × yyrr

YR yr
YyRr YR Yr Yr yr
YR YYRR YYRr YyRR YyRr
Yr YYRr Yyrr YyRr Yyrr
yR YyRR YyRr yyRr yyRr
Yr YyRr Yyrr yyRr yyrr
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这十六种组合方式中,有 9种基因型,4种表现型。
YYRR 1
YyRR 2 9
Y R 黄圆 YYRr 2
YyRr 4
Y rr 黄皱 YYrr 1
Yyrr 2 3
yyRR 1 3
YyR 绿圆 YyRr 2
Yyrr 绿皱 yyrr 1 1
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科学家们早就证明了 Mendel对独立分配规律的解释,并已证明,基因的独立分配与染色体的独立分配是完全平行的。
在遗传的细胞学基础一章中,已经介绍过,在减数分裂的后期 I,同源染色体自由分离,分别进入细胞的一极,非同源染色体随机组合进入二分子。
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在 Mendel的上述实验中,黄子叶和绿子叶( Y&y)是一对等位基因,位于同一对同源染色体的相对座位上,圆粒 R和皱粒 r是另一对等位基因,位于另一对同源染色体的相对座位上
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杂种 F1的基因型是 YyRr,当 F1的孢母细胞进行减数分裂形成配子时,这两对基因随着两对同源染色体在后期 I的分离,Y与 y进入不同的二分体,R与 r也一定分别进入不同的二分体,而在同一个孢母细胞内,可能是 YR组合进入同一个二分子,而 y和 r进入另一个二分子,形成 2
个 YR配子和 yr配子,而在另一个孢母细胞内,
可能是 Yr进入一极,yR进入另一极,形成 2个
Yr配子和 2个 yR配子。
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每一个孢母细胞发生这两种分离和组合的机会是均等的,所以四种类型的配子数目相等,成 1,1,1,1的比例。雌雄配子都是这样,在受精时,雌雄配子又随机组合,在表现型上呈现 9,3,3,1
的比例
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两对相对性状独立分配的实质
控制两对相对性状的两对等位基因,分别位于非同源的两对染色体上。杂合体
F1在减数分裂形成配子时,同源染色体上的等位基因发生分离进入不同的配子,
而位于非同源染色体上的基因自由组合进入同一个配子,这样形成四类配子,
且比例相等。在受精过程中四类雄配子和四类雌配子随机结合。
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注:
Y,y位于豌豆第
1染色体上;
R,r位于豌豆第
7染色体上。
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三,独立分配规律的验证
1.测交法
2.自交法
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1.测交法
用 F1与双隐性亲本测交。当 F1形成配子时,不论雌配子还是雄配子,都有四种类型,即 YR,Yr,yR和 yr,而且比例相等,即 1,1,1,1。双隐性亲本只产生一种 yr配子,因此测交子代( Ft)种子的比例和类型,应该符合 1,1,1,1
的比例。 Mendel所得到的实际结果与理论推断是完全一致的。
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F1 黄圆 YyRr × yyrr 绿皱
YR Yr Yr yr ↓ yr
基因型 YyRr Yyrr yyRr yyrr
表现型 黄圆 黄皱 绿圆 绿皱比 例 1,1,1,1
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Mendel实得种子数
F1(雌) 31 26 27 26
F1(雄) 24 25 22 27
比例 1,1,1,!
由此证明,Mendel对独立分配(自由组合)现象的解释是完全正确的。这就是遗传学中的第二规律 —— 独立分配规律。
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2.自交法
按照分离和独立分配规律的理论推断,
由纯合的 F2植株自交产生的 F3种子不会出现性状的分离,如 YYRR,YYrr、
yyRR,yyrr植株,这类植株在 F2中应各占 1/16,由一对基因杂合植株( YyRR、
YRr,yyRr,Yyrr)自交产生的 F3种子,
其中一对性状是稳定的,不会发生分离,
另一对性状将分离为 3,1,这类植株应各占 F2群体的 2/16。
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由两对基因都杂合的植株( YyRr)自交产生的 F3种子,将与 F2种子一样,分离为 9,3,3,1的比例。这类植株应占 F2
群体的 4/16。 Mendel所作的试验结果,
完全符合他的推论。摘列如下:
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38株( YYRR 1/16) 全部为黄圆,无分离
35株( yyRR 1/16) 全部为绿圆,无分离
28株( YYrr 1/16) 全部为黄皱,无分离
30株( yyrr 1/16) 全部为绿皱,无分离
65株( YyRR 2/16) 全部为圆粒,子叶 3黄,1绿
68株( Yyrr 2/16) 全部为皱粒,子叶 3黄,1绿
60株( YYRr 2/16) 全部为黄子叶,粒形 3圆,1皱
67株( yyRr 2/16) 全部为绿子叶,粒形 3圆,1皱
138株( YyRr 4/16) 分离为 9,3,3,1
计 469株。
用自交法对 F2群体基因型的鉴定,也证明了独立分配规律的正确性。
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3.测交与回交的关系
假如用黄子叶、皱粒亲本与绿子叶,圆粒亲本杂交,其 F1和 F2的表现型也与黄、
圆与绿、皱亲本杂交相似。
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黄、皱 Yyrr × yyRR绿、圆

YyRr 黄圆
↓ 自交
Y-R- Y-rr yyR- yyrr
9,3,3,1
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为什么这两种杂交组合方式的结果一样呢?请大家课后思考。
在这个组合中,没有双隐性性状的亲本,假如要用测交法验证独立分配规律,
或者说检测 F1植株的基因型,怎么做呢?
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我们可以另外找一个绿子叶、皱粒的豌豆来和 F1植株杂交。
F1 黄 圆 YyRr × yyrr 绿 皱

YyRr Yyrr yyRr yyrr
1,1,1,1
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可见,测交可以是回交,但不一定是回交。测交所用的双隐性绿、皱豌豆可以不是 F1的亲本。
当被测个体也不一定是 F1。
现在我们可以给测交下一个比较正确的定义:
用纯合隐性的材料(植株,可以是一对隐性性状,也可以是两对或两对以上的隐性性状)
与待测个体杂交的组合方式就叫做测交。测交的目的是检测被测个体的基因型。前面所讲的测交,都是特例。
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F1的三对杂合基因分别位于三对染色体上,减数分裂过程中,这三对染色体有 23=8种可能的分离方式,产生 8种基因型的配子,YRC,Yrc、
Yrc,yRC,yRc,yrc,yrC和 YrC,并且各种配子的比例相等。雌配子是 8种,雄配子也是 8种,
受精时,8种雌配子和 8种雄配子都可以随机组合,8× 8=64,可用棋盘格( Punnetl square)
法表示。 64种组合,27种基因型,8种表现型。
F2代的表现型种类总是与 F1产生的配子种类数目相等
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四,多对相对性状的遗传
当具有三对相对性状差异的植株杂交时,只要决定这三对相对性状的基因是分别位于三对非同源染色体上的,也就是说他们是独立遗传的,
仍然受独立分配规的支配。
如果一黄色、圆粒、红花植株和绿色、皱粒、白花植株杂交,F1全部为黄色、圆粒、红花。
P YYRRCC × yyrrcc

F1 YyRrCc
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F1的三对杂合基因分别位于三对染色体上,减数分裂过程中,这三对染色体有 23=8种可能的分离方式,产生 8种基因型的配子,YRC,Yrc、
Yrc,yRC,yRc,yrc,yrC和 YrC,并且各种配子的比例相等。雌配子是 8种,雄配子也是 8种,
受精时,8种雌配子和 8种雄配子都可以随机组合,8× 8=64,可用棋盘格( Punnetl square)
法表示。 64种组合,27种基因型,8种表现型。
F2代的表现型种类总是与 F1产生的配子种类数目相等
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我们在研究两对以上相对性状的遗传时,
后代的表现型实质上是各相对性状的表现型的组合。
为方便起见,也可以先将各对基因杂种的分离比例分解开,而后按积事件的机率进行综合。
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例如 3对相对性状杂交的 F1自交,可以看成是 3对杂合基因型的个体间的杂交,即
YyRrCc × YyRrCc亦可以看成是 3个单基因杂种之间的杂交,即
( Yy × Yy) (Rr × Rr) (Cc× Cc)
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每一单基因杂种的 F2按 3,1的比例分离,
3对独立基因杂种的 F2表现型的比例为
( 3,1)( 3,1)( 3,1) =( 3,1) 3
的展开。
即 27,9,9,9,3,3,3,1。亦可用下述方法表示:
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圆 3/4 红 3/4=黄圆红( Y-R-C-)
3/4× 3/4× 3/4=27/64
白 1/4=黄圆白( Y-R-cc)
3/4× 3/4× 1/4=9/64
黄 3/4
皱 1/4 红 3/4=黄皱红( Y-rrC-)
3/4× 1/4× 3/4=9/64
白 1/4=黄皱白( Y-rrcc)
3/4× 1/4× 1/4=3/64
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圆 3/4 红 3/4=绿圆红( yyR-C-)
1/4× 3/4× 3/4=9/64
白 1/4=绿圆白( yyR-cc)
1/4× 3/4× 1/4=3/64
绿 1/4 皱 1/4 红 3/4=绿皱红( yyrrC-)
1/4× 1/4× 3/4=3/64
白 1/4=绿皱白( yyrrcc)
1/4× 1/4× 1/4=1/64
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只要各对基因都是独立遗传的,其杂种
F1后代的分离就有一定的规律可循。
杂种杂合 F2表现型 F1形成的 F2基因型
F1雌雄配 F2纯合基 F2杂合基因 F2表现型基因对数 种类 配子种类 种类 子组合数 因型种类 型种类 分离比例
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类 分离比例
1 2 2 3 4 2 1 ( 3,1) 1
2 4 4 9 16 4 5 ( 3,1) 2
3 8 8 27 64 8 19 ( 3,1) 3
4 16 16 81 256 16 65 ( 3,1) 4
5 32 32 243 1024 32 211 ( 3,1) 5
:,
:,
:,
n 2n 2n 3n 4n 2n 3n-2n (3:1)n
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四、独立分配规律的应用
独立分配规律为解释生物的遗传多样性提供了理论基础。生物变异的原因很多,
基因之间的自由组合是生物性状多样性的重要原因之一。
按照独立分配规律,在显性作用完全的条件下,亲本间有两对基因差异,F2
有 22=4种表现型,32=9种基因型。
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4对基因差异,24=16种表现型,34=81种基因型
8对基因差异,28=256种表现型,
38=6561种基因型
20对基因差异,F2有 220=1048576种表现型,320=3486784401( 34亿多)种基因型
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这说明,杂交造成基因的重新组合,是生物界多样性的重要来源。生物有了丰富的变异类型,可以广泛适应于各种不同的自然条件,有利于生物的的进化。
这是独立分配规律的理论意义。
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在实践上,掌握独立分配规律,可以大大增强育种工作的计划性和预见性,指导动植物育种工作。
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例如,若两个番茄品种,一个是抗病的黄果肉
( ssrr),双隐性,另一个是感病的红果肉
( SSRR),双显性。要想得到一个抗病的、
红果肉的纯合品种( ssRR),根据独立分配规律,在 F1中不会有抗病红果肉植株出现,F2中抗病红果肉的表现型比例为 3/16,在这 3/16中,
只有 1/3是 ssRR纯合体,2/3是 ssRr杂合体,在表现型上无法区分,只有分别种植 F3代再来选择,纯合体 ssRR在 F3不分离,杂合体 ssRr在 F3
则继续分离,要想在 F3中得到 10个稳定的抗病红果肉的纯合株系个体,那么 F3至少应种植 30
个株系,也就是说至少要在 F2代中选择 30株抗病红果肉的植株,供 F3株系鉴定。要种植多少株 F2才能选到 30 株呢?