果蝇杂交基础知识

第一章 果蝇杂交基础知识

在过去的一个世纪里，果蝇遗传学已发展到了相当高的水平。研究时间较长，信息得到积累固然是其快速发展的原因，但更重要的是果蝇自身独有的生物学特性，以及以次为基础建立的一系列独特的遗传学研究“工具”。最直接的，比如果蝇的交配设计就更加可靠、更加明确，因为可以有效控制减数分裂过程中的随机化和重组效应（shuffling effect ），因此定位果蝇基因在染色体上的物理位置也就相对比较容易。接下来将介绍果蝇遗传学和果蝇饲养中的基础知识，同时也包括果蝇的基本命名法（Rosetta stone ）。

果蝇的染色体

果蝇有四对染色体，通常用直线和圆圈分别表示染色体臂和着丝粒：

雌性

雄性

“L ”指染色体左臂，“R ”则代表右臂。X 和四号染色体有相对较长的左臂和很小的右臂（标准画法不画右臂）。果蝇X ，2L ，2R ，3L 和3R 染色体的大小基本相当，而四号染色体大约仅有上述染色体的五分之一大小。

果蝇的性别决定于其X 染色体与常染色体组的比例。在雄蝇中，一条X 染色体对应两套常染色体，性染色体与常染色体组的比例为0.5；而在雌蝇中这一比例为1.0。Y 染色体上只含有少量基因，除了精子的正常运动必须有Y 染色体的参与外，雄性个体的大部分发育过程不需要Y 染色体的参与。

果蝇的一个重要的遗传学特性是雄性不发生重组。通常情况下，异型配子的个体（即具有两个不同性染色体的个体，通常为雄性）重组率比较低。在黑腹果蝇（Drosophila melanogaster ）中，雄性个体的有效重组率为零。雌性个体则恰恰相反，其重组非常活跃。可以利用果蝇研究中最独特的工具：平衡染色体，来人为控制重组的发生。由于射线诱导等引发染色体发生多点裂断和重接，结果形成序列顺序混杂的染色体——平衡染色体，在减数分裂初期，平衡染色体不能和原来的具有正常顺序的同源染色体发生配对和重组。平衡染色体的存在可以很容易地通过显性标记的突变来识别，当然平衡染色体中也包含隐性标记。利用这些标记，可以清楚地追踪平衡染色体的遗传传递过程。由于平衡染色体可以有效地阻断与同源染色体的重组，我们也可以对其同源染色体的传递过程进行追踪，即使同源染色体没有显性标记，也能追踪到它的遗传传递轨迹，因为减数分裂中必然发生同源染色体分离，如果后代没有得到平衡染色体，它肯定得到了相应的同源染色体。平衡染色体是果蝇交配设计中最重要的一个规律。

染色体倒置是染色体重排中的一种很普遍的过程。平衡染色体（我们在本章的后半部分将会详细介绍）就是染色体倒置的一种特例。其他的染色体重排过程还有：染色体置换、复合染色体、染色体缺失和复制。这些都会在本书中加以讨论。主要的染色体重排类型及图示如下：

1．倒置，同一条染色体上发生两次断裂和修复，形成一个倒置片断。（断裂点用括号表示）：

2．置换，断裂发生在两条不同的染色体上，两个片断发生了交叉互换：（图中应有箭头）

3．复合染色体，两个左臂或是两个右臂被连接在同一着丝粒上（例如出现双X，双2L，双4号染色体）。

4．缺失（也称作删除），两次断裂事件都发生在同一条染色体上，修复过程却把被切除的序列排除在染色体之外：

5．复制，被切除的片断插入到另一条染色体中：

果蝇另一个重要特性是具有多线性唾液腺染色体。它们拥有独特的高分辨率的染色体带型。最初，人们利用这一点将基因定位与染色体的物理特性联系起来，以此确定染色体重排的断点。在分子研究中，人们可以利用这一特性，更容易地定位出已克隆DNA序列的物理位置。

每个主要的染色体臂都被分成二十个区，1-20对应X染色体，21-40对应2L，41-60对应2R，61-80对应3L，81-100则对应于3R。4号染色体仅被分成101-104这4个区。每个数字区，又被分成若干字母区，用A,B,C,D,E代表。每个字母区又被分成若干数字带。（数字区中字母区的数量和字母区中数字带的数量在染色体上并不是固定不变的，它由所在位置的染色体射线物象照片（topography）决定）。X，2号，3号和4号染色体的着丝粒区域分别定为20，40-41，80-81和104区。各染色体对应的端粒区分别为：1（X），21（2L），60（2R），61（3L），100（3R），和101（4）。

图

标记识别

识别标记突变型是解读基因型的关键。这些突变有时被用来标记你想追踪的染色体，但更多情况下，他们是用来标记丢掉的染色体。不管怎样，大量的各种各样的突变组合，如影响眼睛颜色、形状，翅脉形状，翅脉形态，刚毛颜色、形状，以及表皮色素沉着的突变——以主要的突变类型来命名（to name the major categories）——都可以作为标记，标示出不同

的染色体臂。

我们可以查询到突变表型的详细描述。喜欢查阅印刷品的可以参考Lindsley 和Zimm 的书（1992），喜欢用计算机的可登陆FlyBase（FlyBase Consortium 2003，参见附录）。你将会很容易熟悉对这些标记特点的识别。其实我们重点要注意的是对标记表达的一致性以及标记之间的相互作用。

表达的一致性反映了突变基因型有多大机率会显现为突变表型（即外显率）。即使出现了突变表型，这种表型又会在多大的范围内表达（即表现力）。在Lindsley和Zimm的书中把突变表达的一致性划分成等级，最高的等级（RK1）表示一致性最高。当对给定的标记进行正向选择时，一定程度的表达不一致是可以接受的，因为可能出现的最糟糕的情况也就是一小部分果蝇会在选择时被遗漏。更为危险的是，某种特定的突变标记会被选择所淘汰（例如，只有不含有标记的果蝇才能存活）。在这些例子中，关键是能够依靠标记的表达一致性，或是至少认识到哪些因素会影响到标记的表达密度。在你熟悉这些标记前，RK比率可以帮助你判断哪些标记是有问题的。（Much more dangerous, however, is selecting against a particular maker (i.e., saving flies based on the absence of the marker). In these cases, it is crucial to be able to rely on the marker’s consistency. The RK rating helps you to discern the ones that are problematic until you get a feel for it.）

一旦你发现你所用的两个标记共同作用于同一性状的时候，了解两个标记间的相互作用就会变得非常重要。例如，你在应用两个都会影响刚毛形状的不同的突变标记，至关重要的一点是你要知道两个突变同时存在的时候，刚毛是什么样子，能否与两个突变单独存在时的表型区别开。在Lindsley和Zimm的书或FlyBase中都很少会发现这方面的信息（某些眼色突变例外）。人们通常是依靠自己的经验进行判断。

命名法

果蝇的命名法是纸老虎。

出自非正式毛泽东语录（uncollected sayings）

果蝇遗传学符号的写法可被简化为几条简单的规则。见以下例子中的描述（也可参见FlyBase Consortium 2003）。

TM2

1．f ; cn bw;

tra

这个例子中示范了以下几项要点：

● 只有染色体存在突变或是其他变化的基因型才标注出来。染色体总是按X/Y; 2; 3; 4的顺序

排列。在本例中，f; cn bw; TM2/tra分别表示X，2号和3号染色体。如果相关突变只发生在X和3号染色体上，则跳过2号染色体，写成f; TM2/tra。

● 果蝇的基因型（如，f）作为突变或基因的名称总是用斜体字母表示。这是本书所遵循的传

统习惯。

● 突变的名称被缩写为三个或少于三个字母（尽管由于近些年有大量的突变被命名，而在事

实上已放弃了这一简化命名原则。如，突变norpA和disco）。f代表forked，是影响刚毛形态的突变；cn是朱红眼（cinnabar）的缩写，bw褐色眼（brown）的缩写，二者都是影响果蝇眼色的突变，两个突变同时存在时，将产生白眼；TM2代表平衡染色体“third multiple 2”；

tra代表transformer，一个参与性别决定过程的基因。

● 小写的缩写字母表示隐性表型，大写则表示显性；基因座位的名字取自所编码的酶或蛋白

（例如，Adh为乙醇脱氢酶的结构基因），或特定的染色体重排（如本例中的平衡染色体TM2）。

● 用分号来分隔不同染色体上的基因型符号。如本例中它们分别是X; 2; 3号染色体的基因型