生物學(xué)研究中的模式動物果蠅

1、生物學(xué)研究中的模式動物果蠅夏天，水果一旦開始腐爛，果蠅就會尋著爛水果釋放出來的特殊氣味，成群結(jié)隊(duì)地飛到爛水果上吸食殘存的甜蜜物質(zhì)或酵母菌。它們的體長一般只有23毫米，如果用放大鏡觀察，你會發(fā)現(xiàn)這些小蟲子有點(diǎn)像Mini版的蜜蜂，不過它們那對紅色眼睛卻是獨(dú)具特色的。一旦幾天不處理這些爛水果，果蠅們很快就會在其上面繁衍后代，不到兩周時(shí)間，它們就能繁衍一代。雌性果蠅每次產(chǎn)卵約400枚，不到一天的時(shí)間，幼蟲就能破殼而出。除了生命周期短、繁殖能力強(qiáng)、易于飼養(yǎng)和便于觀察等特點(diǎn)之外，果蠅還因染色體數(shù)目少，具有適合作模式動物的優(yōu)勢。自20世紀(jì)初，果蠅就成為遺傳學(xué)研究的最佳模式動物。黑腹果蠅的染色體只有4對，同為

2、模式動物的斑馬魚和小鼠染色體分別有25和20對。2000年，黑腹果蠅基因組測序完成后，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)果蠅和人類基因組序列同源性高達(dá)60%，而且人體75%的已知致病基因與果蠅身上的相似，因此染色體相對簡單的果蠅非常適合人類遺傳學(xué)或疾病機(jī)理的研究。果蠅是生物學(xué)研究中的模式動物。果蠅的研究并不一定在遺傳學(xué)領(lǐng)域。試題解析試題1：果蠅的長翅（V）對殘翅（v）為顯性。在一個(gè)由600只長翅果蠅和400只殘翅果蠅組成的種群中，若雜合子占所有個(gè)體的40%，那么隱性基因v在該種群內(nèi)的基因頻率為（ ）A20% B40% C60% D80%解析：基因頻率是在種群基因庫中某一基因占該種群中所用等位基因的比例。由題意知vv=

3、400只，Vv=（600+400）40%=400只，VV=600-400=200只，因此v 的基因頻率=（2400+400）2000100%=60%，故答案為C。試題2：自然界生物經(jīng)常出現(xiàn)染色體數(shù)目變異的情況。黑腹果蠅第號染色體（點(diǎn)狀染色體）多一條（三體）或少一條（單體）可以生活，而且能夠繁殖。果蠅的無眼和正常眼是一對相對性狀，控制這對性狀的基因位于第號染色體上，利用多對無眼和正常眼的純合果蠅進(jìn)行雜交實(shí)驗(yàn)，子一代全為正常眼，子二代正常眼：無眼=3：1。（1）果蠅是遺傳學(xué)研究中經(jīng)常選擇的實(shí)驗(yàn)材料，是因?yàn)樗鼈兙哂?（答兩點(diǎn)）優(yōu)點(diǎn)。（2）現(xiàn)有一只第號染色體單體的正常眼雄蠅，將它與無眼雌蠅進(jìn)行雜交，子

4、一代表現(xiàn)型及比例為 。（3）偶爾在果蠅種群中又發(fā)現(xiàn)一只第號染色體三體的正常眼純合雌果蠅，將它與無眼雄蠅進(jìn)行雜交，如果把獲得的子一代中的三體果蠅與無眼果蠅雜交，則下一代的表現(xiàn)型及比例為 。（4）控制無眼性狀的基因在 處完成轉(zhuǎn)錄，此過程需要 催化。答案：（1）培養(yǎng)周期短，容易飼養(yǎng)，相對性狀容易區(qū)分（2）正常眼：無眼=1：1（3）正常眼：無眼=5：1（4）細(xì)胞核RNA聚合酶解析：（1）果蠅具有培養(yǎng)周期短，易飼養(yǎng)，成本低；染色體數(shù)少，便于觀察；某些相對性狀區(qū)分明顯等優(yōu)點(diǎn)，所以科學(xué)家選擇果蠅作為遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)研究材料。（2）由于無眼果蠅產(chǎn)生配子的染色體組成4條，而純合號染色體單體果蠅產(chǎn)生的配子的染色體數(shù)目為

5、4條或3條，所以一只第號染色體單體的正常眼雄蠅，將它與無眼雌蠅進(jìn)行雜交，后代正常眼和無眼果蠅的比例為1：1。（3）讓無眼雄果蠅與一只第號染色體三體的正常眼純合雌果蠅交配，子一代全為正常型；讓子一代三體果蠅再與無眼果蠅測交，由于三體的配子為1AA：2A：2Aa：1a，所以下一代的表現(xiàn)型及比例為5：1。（4）控制無眼性狀的基因在染色體上，所以轉(zhuǎn)錄場所是細(xì)胞核；在轉(zhuǎn)錄過程中，需要RNA聚合酶催化，合成mRNA。果蠅研究美國生物學(xué)家托馬斯亨特摩爾根，利用一只偶爾得到的白眼果蠅開展了一系列雜交實(shí)驗(yàn)。證明染色體是基因的載體，基因呈線性排列，并提出了“基因連鎖-交換定律”。也就是說，位于同一條染色體的基因會

6、一起遺傳給后代，也有少量基因會與另一條同源的染色體上的等位基因發(fā)生交換。這一定律與孟德爾的“基因分離定律”、“基因自由組合定律”，并稱為“遺傳學(xué)三大定律”。1933年，摩爾根因?yàn)樵谶z傳學(xué)方面的巨大成就，獲得了諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎，同時(shí)他也成為因果蠅研究成果獲得諾貝爾獎的第一人。1946年，赫爾曼約瑟夫穆勒因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)X射線誘導(dǎo)可以產(chǎn)生突變而獲得諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎，這一發(fā)現(xiàn)也讓輻射技術(shù)成為遺傳學(xué)研究的一項(xiàng)重要技術(shù)，開創(chuàng)了輻射遺傳學(xué)，大大加快了遺傳學(xué)研究的步伐。成為繼摩爾根之后獲得諾貝爾獎的第二位遺傳學(xué)家。1958年，喬治威爾斯比德爾和愛德華勞瑞塔圖姆在對玉米、果蠅和真菌的研究中發(fā)現(xiàn)了基因受到特定化

7、學(xué)過程的調(diào)控而獲得諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎。由此提出了著名的“一個(gè)基因一種酶”的學(xué)說（見文章后的鏈接），不過，他們的關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)材料是粉色面包霉菌。他們所接受到的科學(xué)訓(xùn)練和獲得的研究靈感都與果蠅有關(guān)。1995年，諾貝爾醫(yī)學(xué)或生理學(xué)獎授予了三位果蠅發(fā)育基因的研究者，他們發(fā)現(xiàn)了控制早期胚胎發(fā)育的重要遺傳機(jī)理，并利用果蠅作為實(shí)驗(yàn)材料，發(fā)現(xiàn)了同樣適用于高等有機(jī)體（包括人）的遺傳機(jī)理。揭示了胚胎是如何有一個(gè)細(xì)胞發(fā)育成特化器官的秘密。2004年，美國醫(yī)學(xué)科學(xué)家理查德阿克塞爾由于在嗅覺方面的卓越研究與琳達(dá)巴克一起獲得諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎。發(fā)現(xiàn)了識別氣味分子的受體，并且證明了嗅覺系統(tǒng)的組織方式，生物是如何感受氣味的。2011年，朱爾斯霍夫曼和布魯斯博伊特勒因發(fā)現(xiàn)如何激活先天免疫而獲得諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎。其中，朱爾斯霍夫曼通過研究具有突變的果蠅，證明了Toll基因在果蠅的免疫防御中發(fā)揮重要作用。并發(fā)現(xiàn)該基因所表達(dá)的蛋白質(zhì)作為受體，能特異識別某些入侵的細(xì)菌或真菌，從而激活機(jī)體的先天免疫反應(yīng)。隨后不久，博伊特勒博士和同事在人體內(nèi)也發(fā)現(xiàn)了類似基因，它們同樣具有識別病原微生物并激活先天免疫反應(yīng)的功能，是人體免疫應(yīng)答的第一步。而美國洛克菲勒大學(xué)的斯坦曼教授則發(fā)現(xiàn)了免疫系統(tǒng)中的樹突狀細(xì)胞，這種免疫細(xì)胞能激活并控制獲得性免疫，將微生物清除出體內(nèi)?；舴蚵热说难芯砍晒麩o疑為傳染病、癌癥以及炎癥的防治開辟了新