生物學(xué)研究中的模式動(dòng)物果蠅

1、生物學(xué)研究中的模式動(dòng)物果蠅夏天，水果一旦開(kāi)始腐爛，果蠅就會(huì)尋著爛水果釋放出來(lái)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(zhǎng)一般只有23毫米，如果用放大鏡觀察，你會(huì)發(fā)現(xiàn)這些小蟲(chóng)子有點(diǎn)像Mini版的蜜蜂，不過(guò)它們那對(duì)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(huì)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(chóng)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(dòng)物的優(yōu)勢(shì)。自20世紀(jì)初，果蠅就成為遺傳學(xué)研究的最佳模式動(dòng)物。黑腹果蠅的染色體只有4對(duì)，同為

2、模式動(dòng)物的斑馬魚(yú)和小鼠染色體分別有25和20對(duì)。2000年，黑腹果蠅基因組測(cè)序完成后，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)果蠅和人類(lèi)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(duì)簡(jiǎn)單的果蠅非常適合人類(lèi)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(dòng)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(zhǎng)翅（V）對(duì)殘翅（v）為顯性。在一個(gè)由600只長(zhǎng)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(kù)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(hào)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(wú)眼和正常眼是一對(duì)相對(duì)性狀，控制這對(duì)性狀的基因位于第號(hào)染色體上，利用多對(duì)無(wú)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(wú)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(hào)染色體單體的正常眼雄蠅，將它與無(wú)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(hào)染色體三體的正常眼純合雌果蠅，將它與無(wú)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(wú)眼果蠅雜交，則下一代的表現(xiàn)型及比例為 。（4）控制無(wú)眼性狀的基因在 處完成轉(zhuǎn)錄，此過(guò)程需要 催化。答案：（1）培養(yǎng)周期短，容易飼養(yǎng)，相對(duì)性狀容易區(qū)分（2）正常眼：無(wú)眼=1：1（3）正常眼：無(wú)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(duì)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(wú)眼果蠅產(chǎn)生配子的染色體組成4條，而純合號(hào)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(hào)染色體單體的正常眼雄蠅，將它與無(wú)眼雌蠅進(jìn)行雜交，后代正常眼和無(wú)眼果蠅的比例為1：1。（3）讓無(wú)眼雄果蠅與一只第號(hào)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(wú)眼果蠅測(cè)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(wú)眼性狀的基因在染色體上，所以轉(zhuǎn)錄場(chǎng)所是細(xì)胞核；在轉(zhuǎn)錄過(guò)程中，需要RNA聚合酶催化，合成mRNA。果蠅研究美國(guó)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(kāi)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(xiàn)性排列，并提出了“基因連鎖-交換定律”。也就是說(shuō)，位于同一條染色體的基因會(huì)

6、一起遺傳給后代，也有少量基因會(huì)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?tīng)柕摹盎蚍蛛x定律”、“基因自由組合定律”，并稱(chēng)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(jiǎng)，同時(shí)他也成為因果蠅研究成果獲得諾貝爾獎(jiǎng)的第一人。1946年，赫爾曼約瑟夫穆勒因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)X射線(xiàn)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(jiǎng)，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(kāi)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(jiǎng)的第二位遺傳學(xué)家。1958年，喬治威爾斯比德?tīng)柡蛺?ài)德華勞瑞塔圖姆在對(duì)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(guò)程的調(diào)控而獲得諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。由此提出了著名的“一個(gè)基因一種酶”的學(xué)說(shuō)（見(jiàn)文章后的鏈接），不過(guò)，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(jiǎng)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(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)家理查德阿克塞爾由于在嗅覺(jué)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(jiǎng)。發(fā)現(xiàn)了識(shí)別氣味分子的受體，并且證明了嗅覺(jué)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(jiǎng)。其中，朱爾斯霍夫曼通過(guò)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(shí)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(lèi)似基因，它們同樣具有識(shí)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(guó)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(shù)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(wú)疑為傳染病、癌癥以及炎癥的防治開(kāi)辟了新