綜合果蠅雜交實(shí)驗(yàn)的構(gòu)建與實(shí)踐

馬沛勤，蘇仙絨，陳 莉

(運(yùn)城學(xué)院 生命科學(xué)系，山西 運(yùn)城 044000)

綜合果蠅雜交實(shí)驗(yàn)的構(gòu)建與實(shí)踐

馬沛勤，蘇仙絨，陳 莉

(運(yùn)城學(xué)院 生命科學(xué)系，山西 運(yùn)城 044000)

以黑腹果蠅品系：短翅、焦剛毛、白眼、灰體果蠅和長(zhǎng)翅、直剛毛、紅眼、黑檀體果蠅為雜交實(shí)驗(yàn)親本，通過(guò)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，將遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)中各個(gè)驗(yàn)證遺傳規(guī)律的獨(dú)立果蠅雜交實(shí)驗(yàn)合成一個(gè)綜合果蠅雜交實(shí)驗(yàn)，并與轉(zhuǎn)基因果蠅品系eyeless-GAL4和UAS-Rasv12的雜交實(shí)驗(yàn)以及分析遺傳漂變條件相結(jié)合，變?cè)?yàn)證型實(shí)驗(yàn)為設(shè)計(jì)型+驗(yàn)證型+探索型實(shí)驗(yàn)，有利于培養(yǎng)學(xué)生的分析能力、探究能力、創(chuàng)新能力、獨(dú)立解決問(wèn)題能力、應(yīng)用知識(shí)能力。

綜合；果蠅；雜交實(shí)驗(yàn)

遺傳學(xué)規(guī)律的驗(yàn)證是國(guó)內(nèi)外遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)的經(jīng)典內(nèi)容，模式動(dòng)物果蠅(黑腹果蠅)以其體積小、繁殖力強(qiáng)、容易飼養(yǎng)、染色體少、遺傳背景清楚，一直是遺傳學(xué)、分子生物學(xué)、發(fā)育生物學(xué)等多學(xué)科和多領(lǐng)域最為理想而經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)材料[1，2]。果蠅綜合雜交實(shí)驗(yàn)的構(gòu)建與實(shí)踐是將原遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)中各個(gè)獨(dú)立的果蠅雜交實(shí)驗(yàn)，合成一個(gè)綜合果蠅雜交實(shí)驗(yàn)。

1．綜合果蠅雜交實(shí)驗(yàn)的構(gòu)建

遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)中獨(dú)立的果蠅雜交實(shí)驗(yàn)有四個(gè)，分別用不同的果蠅突變品系為實(shí)驗(yàn)材料，各自驗(yàn)證不同的遺傳規(guī)律(見(jiàn)表1)。

表1 獨(dú)立果蠅雜交實(shí)驗(yàn)

將四個(gè)雜交實(shí)驗(yàn)綜合成一個(gè)實(shí)驗(yàn)，與GAL4/UAS系統(tǒng)誘導(dǎo)ras癌基因在果蠅復(fù)眼中異位表達(dá)的雜交實(shí)驗(yàn)同時(shí)進(jìn)行，再與遺傳漂變基因頻率計(jì)算相結(jié)合，變驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)為設(shè)計(jì)型+驗(yàn)證型+探索型實(shí)驗(yàn)(見(jiàn)表2)。

表2 綜合果蠅雜交實(shí)驗(yàn)

2．綜合果蠅雜交實(shí)驗(yàn)的實(shí)踐

2.1 實(shí)驗(yàn)原理

(1)一對(duì)位于同源染色體上控制相對(duì)性狀的基因在遺傳時(shí)，遵循分離規(guī)律。兩對(duì)位于不同對(duì)染色體上控制兩對(duì)相對(duì)性狀的基因在遺傳時(shí)，遵循自由組合定律。位于性染色體上的基因控制的性狀，其遺傳與性別相關(guān)聯(lián)，遵循伴性遺傳規(guī)律。位于同一染色體上的不同基因控制的性狀，其遺傳遵循連鎖與交換規(guī)律。果蠅有四對(duì)染色體，容納了果蠅全部的遺傳信息。其中第一染色體是端著絲粒的性染色體(雌性果蠅XX，雄性果蠅XY)，第二、第三染色體是中著絲粒的常染色體，第四染色體是點(diǎn)狀染色體。果蠅長(zhǎng)翅與短翅是一對(duì)相對(duì)性狀，直剛毛與焦剛毛是一對(duì)相對(duì)性狀，紅眼與白眼是一對(duì)相對(duì)性狀，殘翅基因(m)、焦剛毛基因(sn)、白眼基因(w)都是果蠅第一染色體上的隱性突變基因。灰體與黑檀體是一對(duì)相對(duì)性狀，黑檀體基因(e)是果蠅第三染色體上的隱性突變基因。長(zhǎng)翅與殘翅是一對(duì)相對(duì)性狀，殘翅基因(vg)是果蠅第二染色體上的隱性突變基因[3]。

(2)基因頻率在小群體中隨機(jī)波動(dòng)。

(3)將eyeless-GAL4驅(qū)動(dòng)者轉(zhuǎn)基因果蠅品系與應(yīng)答者UAS-Rasv12轉(zhuǎn)基因果蠅品雜交，雜合子代體內(nèi)轉(zhuǎn)錄因子GAL蛋白與UAS序列結(jié)合，誘導(dǎo)下游ras基因在復(fù)眼原基細(xì)胞中表達(dá)[4]。

2.2 實(shí)驗(yàn)步驟

(1)第一周，雜交親本果蠅的接種。

對(duì)于第一種情況，當(dāng)功率因數(shù)為零的時(shí)候，則無(wú)功功率Q不存在為空的，因此負(fù)載只有吸收有源功率P，圖9給出了完整模型的極點(diǎn)圖。

a. 選取親本雌雄果蠅短翅、焦剛毛、白眼、灰體果蠅和長(zhǎng)翅、直剛毛、紅眼、黑檀體果蠅各7～8只放入新鮮培養(yǎng)基中(25℃)標(biāo)記培養(yǎng)。同時(shí)進(jìn)行正交和反交。雌果蠅必須是處女果蠅。

b. 以eyeless-GAL4或者UAS-Rasv12轉(zhuǎn)基因果蠅品系為母本，另一品系為父本，挑處女果蠅和雄性果蠅各7～8只，放入新鮮培養(yǎng)基中(25℃)標(biāo)記培養(yǎng)。

要求：對(duì)a接種蠅查找控制親本四對(duì)相對(duì)性狀的基因及基因所在的染色體，根據(jù)分離規(guī)律、自由組合規(guī)律、伴性遺傳規(guī)律、連鎖與交換規(guī)律(兩點(diǎn)測(cè)交、三點(diǎn)測(cè)交)的內(nèi)容，設(shè)計(jì)驗(yàn)證各遺傳規(guī)律的一組雜交實(shí)驗(yàn)組合。根據(jù)果蠅的生活史，擬定實(shí)驗(yàn)進(jìn)程。

作業(yè)：寫(xiě)出各自設(shè)計(jì)的驗(yàn)證各遺傳規(guī)律的每組雜交組合的依據(jù)及子一代與子二代預(yù)期的類(lèi)型及比例(包括基因型和表現(xiàn)型)。寫(xiě)出擬定的實(shí)驗(yàn)進(jìn)程和依據(jù)。

(2)第二周，去親本果蠅，繼續(xù)培養(yǎng)。

作業(yè)：根據(jù)各自設(shè)計(jì)的每雜交組合子一代與子二代預(yù)期的類(lèi)型(包括基因型和表現(xiàn)型)編制子一代果蠅與子二代果蠅計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)表。

(3)第三周，對(duì)a接種蠅統(tǒng)計(jì)子一代果蠅，接種子一代自交果蠅。按照各自設(shè)計(jì)的雜交組合，統(tǒng)計(jì)培養(yǎng)瓶中羽化的各種類(lèi)型的子一代果蠅數(shù)。從子一代果蠅中選取10對(duì)放入一新培養(yǎng)瓶中(接種子一代自交果蠅)。

要求：將計(jì)數(shù)結(jié)果填入上周編制的表格中，檢查與預(yù)期類(lèi)型是否一致。

對(duì)b接種蠅至子一代成蟲(chóng)羽化(ras基因的過(guò)量表達(dá)會(huì)引起果蠅的生長(zhǎng)延滯，因此生活周期較野生型果蠅長(zhǎng))，觀察子一代成蟲(chóng)復(fù)眼與野生型成蟲(chóng)復(fù)眼的差異。

作業(yè)：觀察F1果蠅復(fù)眼與野生型果蠅復(fù)眼的差異，并拍照說(shuō)明差異的原因。

(4)第四周，去子一代自交果蠅，繼續(xù)培養(yǎng)。

(5)第五周，統(tǒng)計(jì)子二代果蠅，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析。連續(xù)統(tǒng)計(jì)三天，計(jì)數(shù)結(jié)果填入表格中。

選取一對(duì)性狀，從群體中分別隨機(jī)抽取30個(gè)果蠅、20個(gè)果蠅、10個(gè)果蠅、5個(gè)果蠅，計(jì)算基因頻率與基因型頻率[5]。

作業(yè)：用X2檢驗(yàn)各雜交組合子一代與子二代的實(shí)際值與理論值是否相符合，如不符，討論原因。計(jì)算三個(gè)連鎖基因之間的重組值，雙交換值，并發(fā)率和干涉，繪三個(gè)連鎖基因的連鎖圖。解釋子二代果蠅群體、30對(duì)果蠅群體、20對(duì)果蠅群體、10對(duì)果蠅群體、5對(duì)果蠅群體中基因頻率及基因型頻率變化的原因。

3. 綜合果蠅雜交實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)

原果蠅獨(dú)立雜交實(shí)驗(yàn)都是由教師提前安排好，實(shí)驗(yàn)材料果蠅由實(shí)驗(yàn)員老師飼養(yǎng)、分發(fā)。實(shí)驗(yàn)課堂上教師進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)材料、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)分析、實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)諸方面的講解，學(xué)生只是按照固定的實(shí)驗(yàn)程序完成實(shí)驗(yàn)，以至于許多學(xué)生只是按實(shí)驗(yàn)步驟機(jī)械地動(dòng)手，不加思考，實(shí)驗(yàn)報(bào)告如同一出，以致收效甚微。

綜合雜交實(shí)驗(yàn)從實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)到實(shí)驗(yàn)預(yù)測(cè)再到實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析最后到遺傳作圖，就相當(dāng)于一個(gè)小研究項(xiàng)目，學(xué)生從學(xué)習(xí)知識(shí)，應(yīng)用知識(shí)，學(xué)會(huì)了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)預(yù)測(cè)、實(shí)驗(yàn)分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的檢驗(yàn)與討論。

綜合雜交實(shí)驗(yàn)沒(méi)有固定的模式，提高了學(xué)生獨(dú)立解決問(wèn)題的能力。每個(gè)同學(xué)從第一次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)開(kāi)始與其他同學(xué)就有了不同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，學(xué)生只能是自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)自己動(dòng)手完成。驗(yàn)證分離規(guī)律可設(shè)計(jì)的雜交組合有一種，驗(yàn)證自由組合規(guī)律可設(shè)計(jì)的雜交組合有三種，驗(yàn)證伴性遺傳可設(shè)計(jì)的雜交組合有三種，驗(yàn)證連鎖與交換規(guī)律可設(shè)計(jì)的雜交組合有三種兩點(diǎn)測(cè)交和一種三點(diǎn)測(cè)交，共計(jì)有27種組合，理論上，每個(gè)實(shí)驗(yàn)組內(nèi)每人的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)都有所不同。

綜合雜交實(shí)驗(yàn)是一個(gè)連續(xù)的綜合實(shí)驗(yàn)，鍛煉了學(xué)生認(rèn)真、求實(shí)的實(shí)驗(yàn)作風(fēng)。綜合雜交實(shí)驗(yàn)包含了遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)將近50%內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)持續(xù)時(shí)間五周，一次實(shí)驗(yàn)失誤都會(huì)使下次實(shí)驗(yàn)無(wú)法進(jìn)行，整個(gè)實(shí)驗(yàn)失敗，也即實(shí)驗(yàn)成績(jī)不及格。因此學(xué)生必須認(rèn)真地、實(shí)事求是地對(duì)待每一次實(shí)驗(yàn)。

綜合雜交實(shí)驗(yàn)較獨(dú)立雜交實(shí)驗(yàn)復(fù)雜，培養(yǎng)了學(xué)生的分析能力和創(chuàng)新能力。學(xué)生通過(guò)分析雜交親本各對(duì)相對(duì)性狀，將實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)成同時(shí)驗(yàn)證分離規(guī)律、自由組合規(guī)律、伴性遺傳規(guī)律、連鎖與交換規(guī)律的實(shí)驗(yàn)。綜合雜交實(shí)驗(yàn)將驗(yàn)證遺傳規(guī)律實(shí)驗(yàn)與分析遺傳漂變的條件相結(jié)合，并與GAL4/UAS系統(tǒng)誘導(dǎo)ras癌基因在果蠅復(fù)眼中異位表達(dá)實(shí)驗(yàn)一起進(jìn)行，學(xué)生的探究意識(shí)和創(chuàng)新意識(shí)得到提升。

綜合雜交實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了新的教育理念的轉(zhuǎn)變。在綜合雜交實(shí)驗(yàn)中，教師由知識(shí)的傳遞者變?yōu)閷W(xué)生探求知識(shí)的引導(dǎo)者，由知識(shí)的移植者變?yōu)閷W(xué)生學(xué)習(xí)方法的給予者，由知識(shí)的灌輸者變?yōu)閷W(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)者，由知識(shí)的授予者變?yōu)榕c學(xué)生探索共同問(wèn)題的合作者。由學(xué)生學(xué)習(xí)的領(lǐng)導(dǎo)者變?yōu)閷W(xué)生學(xué)習(xí)的組織者，由課程開(kāi)發(fā)的執(zhí)行者變?yōu)榻虒W(xué)行動(dòng)的研究者。

[1] 張文霞.中國(guó)遺傳學(xué)會(huì)第九次全國(guó)會(huì)員代表大會(huì)暨學(xué)術(shù)研討會(huì)論文摘要匯編[C].北京:2013.

[2] 張文霞，戴灼華.《遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)》[M].北京:高等教育出版社，2007.

[3]戴灼華，王亞馥，粟翼玟《遺傳學(xué)》(第二版)[M].北京:高等教育出版社，2008.

[4] 李春峰，夏慶友，周澤揚(yáng).GAL4/UAS系統(tǒng)在轉(zhuǎn)基因技術(shù)中的應(yīng)用研究進(jìn)展[J].生物技術(shù)，2006(1).

[5] 李強(qiáng).果蠅遺傳漂變的研究[D]，運(yùn)城學(xué)院生命科學(xué)系，2007.

【責(zé)任編輯 馬太來(lái)】

Construction and Practice of Comprehensive Hybrid Experiment of Drosophila Melanogaster

MA Pei-qin，SU Xian-rong，Chen Li

(DepartmentofLifeScience,YunChengUniversity,Yuncheng044000,China)

Using drosophila melanogaster as hybrid experiment parents, the independent hybridization of drosophila melanogaster of genetic experiments were transformed into a comprehensive hybridization experiment, and combined with transgenic fly lines(eyeless-GAL4), hybrid experiments of UAS-Ras v12 and the analysis of genetic drift conditions, the verification experiments were changed into design, verification and exploration experiments. Which can help to enhance students’ analysis ability, research ability, innovation ability, independent problem solving skills and knowledge application skills.

Comprehensive；Drosophila melanogaster；Hybrid experiments

2015-03-11

山西省高等學(xué)校教學(xué)改革項(xiàng)目(J2013095)；運(yùn)城學(xué)院院級(jí)科研項(xiàng)目(JG-201313)

馬沛勤(1960-)女，山西運(yùn)城人，運(yùn)城學(xué)院生命科學(xué)副教授，研究方向?yàn)檫z傳進(jìn)化。

Q32

A

1008-8008(2015)03-0021-03