遗传学教学中在细胞与分子水平上理解等位基因的显性与隐性

在孟德尔遗传学中显性与隐性描述一对等位基因在杂合体时的功能关系,把在表型上看出效果的等位基因称为显性等位基因,看不出效果的称为隐性等位基因,并由此提出分离定律和自由组合定律,开创了遗传学这一学科。这样的描述最初是逻辑推理的需要,但对于研究生命结构与功能关系的实验性科学而言,必须在细胞与大分子实体上找到显性与隐性的生物学基础。在遗传学教学中,如何用现代分子遗传学知识诠释经典的显性和隐性概念是教师经常面临的释疑问题。笔者认为要理解等位基因显性和隐性的实质,必须了解等位基因的差异及其产物RNA或蛋白质在细胞中的具体作用。不同等位基因的蛋白质或者RNA产物在细胞内的不同时间、不同地点所起的作用不同,赋予了在细胞、组织或器官水平上能够区分观测到的表型差异,即显性或者隐性。文章根据基因结构的变异、基因调控的差异、基因产物的类型与作用等在细胞与分子水平上分别举例探讨了等位基因显性与隐性的分子实质及其变化,以期在遗传学教学过程中使学生对基因的变异和功能有更全面、更具体的理解。     

棉花种质资源光子性状的遗传分析

文章利用来源于不同国家和地区的102份陆地棉材料和85份海岛棉材料分别与陆地棉遗传标准系TM-1和海岛棉毛子品种新海13号杂交,得到陆地棉和海岛棉两种F₁群体,同时从陆地棉F₁群体中随机选取呈隐性性状的材料"库光子"、"SA65"和"陆无絮"后代,配制3个F₂分离群体,用于进一步研究陆地棉和海岛棉光子性状遗传特征。结果表明:（1）同一材料种植于不同生态区,其种子短绒多少存在变化,新疆和海南要少于安阳,说明棉花短绒多少和生态环境有关系;（2）陆地棉光子材料中26份（25.49%）呈显性遗传,8份（7.84%）呈不完全显性遗传,22（21.57%）份呈隐性遗传;海岛棉光子材料中5份（5.88%）呈显性遗传,16份（18.82%）呈部分显性遗传,9份（10.59%）呈隐性遗传。其余为隐性性状或显性性状不明显材料和毛子材料;（3）库光子的光子性状由两对隐性等位基因控制,并且有互补效应;陆无絮的光子性状由两对隐性等位基因控制,基因间呈积加作用;SA65的光子性状由单隐性基因控制。大量光子材料的初步鉴定为深入研究棉花纤维发育和育种利用提供了基础材料和理论依据。     

植物开花时间: 自然变异与遗传分化

开花时间是植物的重要生活史性状。对模式植物的研究表明: 从感受内外环境信号开始到最终分化形成功能性花器官的过程涉及复杂的信号转导途径和调控网络; 开花时间受多种因子的调控, 而FT基因作为整合途径成分起到非常关键的作用。植物的花期变异在物种、群体和个体水平上具有复杂的自然变异模式, 且不同植物的花期变异随全球环境变化而具有不同的变异趋势。植物个体之间通过传粉进行的基因交流需要功能性开花时间的一致或重叠, 而花期变异会导致群体之间或群体内部亚群体之间的基因流障碍和遗传分化, 并可能导致邻域或同域的物种形成。该文分析了植物花期变异与群体遗传分化的关系, 认为决定开花时间的基因在物种分化中可能起到关键的作用, 而对开花时间自然变异模式的研究对于揭示晚近分化快速辐射物种的进化模式具有重要意义。     

植物开花时间：自然变异与遗传分化

开花时间是植物的重要生活史性状。对模式植物的研究表明： 从感受内外环境信号开始到最终分化形成功能性花器官的过程涉及复杂的信号转导途径和调控网络; 开花时间受多种因子的调控, 而FT基因作为整合途径成分起到非常关键的作用。植物的花期变异在物种、群体和个体水平上具有复杂的自然变异模式, 且不同植物的花期变异随全球环境变化而具有不同的变异趋势。植物个体之间通过传粉进行的基因交流需要功能性开花时间的一致或重叠, 而花期变异会导致群体之间或群体内部亚群体之间的基因流障碍和遗传分化, 并可能导致邻域或同域的物种形成。该文分析了植物花期变异与群体遗传分化的关系, 认为决定开花时间的基因在物种分化中可能起到关键的作用, 而对开花时间自然变异模式的研究对于揭示晚近分化快速辐射物种的进化模式具有重要意义。     

PRGR基因研究进展

视网膜色素变性（ｒｅｔｉｎｉｔｉｓ ｐｉｇｍ ｅｎｔｏｓａ,ＲＰ）是一组与多个基因相关而任一单基因突变可致病的视网膜退化疾病,是造成失明的常见病因之一。患者多初起夜盲,随之发现周边视野逐渐缩小,成为管状视野,最终至完全失明。它以视网膜进行性感光细胞和色素上皮功能丧失为共同表现。临床上以眼底色素沉着和视网膜电图异常或无波为特征。不同基因所致的ＲＰ病在临床上无特征性差异。全球约有４００ 万人患有此病,我国的发病率约是１／３５００。该病的遗传方式有：常染色体隐性（Ａｕｔｏｓｏｍ ａｌＲｅｃｅｓｓｉｖｅ,ＡＲ）;常染色体显性（Ａｕｔｏｓｏｍ ａｌＤｏｍ ｉｎａｎｔ,ＡＤ）;Ｘ连锁隐性（Ｘ－ｌｉｎｋｅｄＲｅｃｅｓｓｉｖｅ,ＸＲ）和Ｘ连锁显性（Ｘ－ｌｉｎｋｅｄ Ｄｏｍ ｉｎａｎｔ,ＸＤ）;Ｙ连锁ＲＰ家系也有报道。Ｘ连锁ＲＰ发病率较低,在我国约为７．７％ （美国为６％ ）,但它发病早,进展快,病情严重,３０－ ４５ 岁就有严重视力损伤甚至失明。临床上大部为隐性,散发病例可以认为属于隐性遗传,因为无先辈病史的患者可以认为是新突变,无后代患者的不会是显性遗传,而隐性纯合体患者的配偶若不携带同一突变基因,则后代无患者,本人于是表现为散发。未成年无家史患者则难以判断。照此计算,这部分约占患者总数的８１．３％ （美国为８４％ ）;其次为常染色体显性遗传,约占１１％ （美国为１０％ ）［１,２］。已发现的ＲＰ相关基因有２７个。位于Ｘ染色体上的ＲＰ基因有５ 个。ＲＰ３ 位于Ｘ染色体短臂Ｘｐ２１．１,是一种隐性遗传ＲＰ病。ＲＰＧＲ（ｒｅｔｉｎｉｔｉｓ ｐｉｇｍ ｅｎｔｏｓａ ＧＴＰａｓｅ ｒｅｇｕｌａｔｏｒ,视网膜色素变性ＧＴＰ酶调节物）基因是ＲＰ３的致病基因,已于１９９６ 年被克隆 。     

指间区纹的遗传学研究——Ⅱ.指间欧纹的镶嵌显性遗传

101个核心家庭的指间区纹分布状况经分析发现Ⅲ、Ⅳ区,左右手控制花纹的基因都是等位的,Ⅲ、Ⅳ区是等位的不同基因的镶嵌显性遗传。一个基因同时摈啤对应区,不同基因表达的左右对称度不一。复等位基因中有6种是安全显性的,另发现一种不完全显性,这是 指区间区纹的主基因,还极少地存在着一种隐性的Ⅲ纹基因,在随机人群中计算出了这些基因的频率,这一遗传模型可有亲子鉴定佐证等应用。     

指间区纹的遗传学研究Ⅱ.指间区纹的镶嵌显性遗传

10 1个核心家庭的指间区纹分布状况经分析发现Ⅲ、Ⅳ区 ,左右手控制花纹的基因都是等位的。Ⅲ、Ⅳ区是等位的不同基因的镶嵌显性遗传。一个基因同时控制左右手对应区 ,不同基因表达的左右对称度不一。复等位基因中有 6种是完全显性的 ,另发现一种不完全显性。这是指区间区纹的主基因 ,还极少地存在着一种隐性的Ⅲ区纹基因。在随机人群中计算出了这些基因的频率。这一遗传模型可有亲子鉴定佐证等应用。     

一个辣椒功能性雄性不育系的花器形态及遗传研究

本报道了一个新型辣椒功能性雄性不育系的花器形态和遗传规律。研究表明,新发现的辣椒雄性不育花冠退化,大部分雄蕊萎缩,没有花丝、具发育不完整的花药;虽然花内１～２枚发育正常的雄蕊有少量可育花粉,但由于花萼畸长紧闭,不能开花。雌蕊发育正常,人工辅助自花或异花杂交可正常结果并产生种子。遗传杂交分析表明,该功能性雄性不育遗传上受一对隐性核基因控制,用基因的符号ｆｍｓ表示。     

拟南芥成花关键基因调控网络研究进展

开花是植物从营养生长转变为生殖生长的重要时期,而开花调控成为近年来植物分子生物学研究的热点。在目前已有的研究中,调控拟南芥开花的基因网络已经发展成一个包含串扰(Crosstalk)、反馈(Feedback)和冗余(Redundancy)的复杂网络,这个网络通过开花整合子来与其他发育过程紧密结合。以调节开花的遗传途径作为基础,重点讨论了顶端分生组织中的信号积累、花发育的时空调节、开花相关基因在拟南芥开花时间或花发育过程以外的其他过程中的功能,并对开花调控网络的深入研究进行了展望。     

大豆品种北农103早花性状的遗传解析

为明确大豆品种北农103的早花性状的遗传特性,以北农103为父本和晚花品种海系13为母本,构建了F_2分离群体和F_5重组自交系群体。通过F_2分离群体研究其早花性状的遗传方式,利用极端性状混池重测序结合分子标记加密方法定位早花性状基因,并对候选基因进行序列分析。结果显示,北农103的早花性状主要由1对隐性基因控制。该基因位于6号染色体(C2)上,在Satt557和XH2_11标记之间,遗传距离均为1.0 c M。基因序列分析表明,该基因为已知的E1的等位隐性基因el,DNA序列中第218位碱基由E1中的G变为C,导致核苷酸由精氨酸(AGG)变为苏氨酸(ACG),由于北农103的e1基因中单个碱基变异导致光周期的敏感性发生了改变,产生早开花现象。经系谱分析推测,北农103中的e1基因来源于美国品种Century,可在改良大豆品种的成熟期和株高方面发挥作用。     

植物开花时间的遗传调控通路研究进展

开花时间对植物的繁殖成功至关重要。广泛分布的物种经常发生开花时间的分化, 从而能够更好地适应不同的环境条件。为了探索植物开花行为发生适应性分化的分子机制, 首先要明确调控开花行为的遗传通路。本文梳理了植物各类群调控开花时间的遗传通路, 以期为开花时间适应性分化的分子机制研究提供依据。 植物从营养生长向繁殖转变时, 其开花行为主要受到光照、温度、水分等外界环境因子和赤霉素等内在因素的影响。通过对模式植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)和其他类群的研究, 总结出了调控植物开花时间的6条通路, 包括日照长度和光质影响开花的光依赖通路, 长时间冷暴露后促进植物开花的春化通路, 高温或低温环境影响开花的温度通路, 以及赤霉素通路、年龄通路和自主通路3条内部调节过程。植物开花时间调控的6条上游通路信号传递到下游的开花整合基因FT(FLOWERING LOCUS T)和SOC1(SUPPRESSOR OF OVEREXPRESSION OF CONSTANS 1), 整合基因将这些复杂的调节因子整合后进一步传递到下游花分生组织, 从而启动开花。此外, 非编码RNA、转座子对开花时间的调控也具有重要作用。部分遗传通路被证实在植物适应环境的过程中起到了重要作用。目前对植物开花调控的研究已经有一百多年历史, 理论相对成熟。然而, 仍然存在许多具有争议和未解决的问题, 如开花基因的表达方式、开花行为的特殊调控机制、开花时间变异的适应性意义等等, 需要更进一步的研究。     

植物MADS-box基因的研究进展

MADS-box基因是一类重要的转录调控因子,在动物、植物、真菌中都有分布。在植物中从根、茎、叶到花的发育,果实的成熟MADS-box基因都起作用,尤其是在开花植物中花的发育,开花时间的控制等方面起着重要的作用。综述了MADS-box基因的分类、进化、结构、以及MADS-box基因在植物花器官发育,开花时间的控制,果实的成熟等方面的作用。     

基于F-2群体的藏鸡羽色、胫色性状的遗传分析

采用白来航、寿光鸡分别与藏鸡进行正反交交配,F1代进行自群交配产生F2群体,观察F1和F2代中羽色、胫色的表现和分离比例。结果表明,白来航鸡的白羽和寿光鸡的黑羽对藏鸡麻羽的遗传方式是完全显性遗传;麻羽是由两个或两个以上的等位基因决定的,只有同时存在这两个或两个以上的等位基因,才可能表现出麻羽来;决定胫色性状的Id/id基因为伴性遗传,隐性基因id在纯合子时有个逐步表达的过程;本研究证实了所用白来航公鸡胫色性状的基因型为显性纯合子。     

大学校园植物物候格局及其气候驱动因子研究——以海南大学为例

植物的物候格局通常随时间而变化,展叶、开花和结实的出现时间和数量因年而异,或因事件而异,然而,热带地区的物候格局在很大程度上仍然是未知的。该研究利用海南岛海口市海南大学校园3年的物候监测数据,分析植物的展叶、开花、结实物候格局。对物候期与环境变量进行多重回归分析影响热带地区植物物候的主要气候因子。结果表明, 热带地区植物物候格局具有明显的季节性,展叶、开花和结实分别集中在4月—6月、4月—8月、5月—11月;影响展叶和开花物候格局的气候因子均为月均日照时长,每月结实物种数与气温相关,尤其是每月果实成熟物种数与月最低气温呈显著相关。不同功能群之间物候期存在差异,灌木展叶早于草本和乔木,风媒植物展叶早于虫媒植物,肉质果型植物展叶和果实成熟时间早于非肉质果型植物。乔木开花比草本和灌木早,非肉质果型植物开花时间比肉质果型植物早,风媒植物果实成熟早于虫媒植物。这些对将来预测热带物候事件具有重要意义。     

同源四倍体水稻糯性基因的遗传分析

许多学者研究了二倍体水稻糯性胚乳的遗传。他们指出糯性胚乳是单基因隐性遗传的。二倍体杂种Wx。的自交后代有3种基因型,显隐性比例为3:1。同源四倍体糯稻在。二位点上有4个等位基因,它与非糯稻的杂种后代的基因型种类和表现型比例要比二倍体复杂得多。以双显性WxWxwxwx为例,它的自交后代有,种基因型,其显隐性比例将依染色体、染色单体随机分离和完全均衡分离分别表现为35：1, 20.8:1和19.3:1,而3显性Wxwxwx.wx和单显性Wxwxw二,x杂合体也会依3种分离方式而产生相应的表现型比例。虽然过去对同源四倍体水稻的形态学和细胞学有过一些研究,但同源四倍体水稻单基因遗传的报道尚未见过。为了探索同源四倍体水稻的性状遗传规律,我们先从质量性状人手,对糯性胚乳进行了初步研究,现将观察分析结果报道如下。     

拟南芥花分生组织决定基因AGL24对花发育的影响

AGAMOUS-LIKE 24(AGL24)基因编码MADS蛋白,在植物花发育的不同时期发挥着重要的作用。综述了AGL24如何通过和其他花分生组织决定基因的相互作用来影响拟南芥花的发育,调节开花时间,这将有助于人们对开花基因调控网络有更进一步的认识,能够在生产上有效的调控开花时间,从而为植物育种提供借鉴。     

特早花甘蓝型油菜的开花特征及特早花候选基因鉴定

开花是植物从营养生长进入生殖生长的重要阶段.油菜早花早熟,可有效解决油菜与其他夏季作物的茬口矛盾.挖掘不同的早花油菜资源,研究油菜早花性状形成的分子机理,可促进利用分子技术快速选育早熟油菜的育种进程.本研究以1个新发现的稳定遗传的特早花油菜迎春一号为研究对象,在覆盖全年9个月的时间中设计了15个不同的播种期,调查其开花...     

拟南芥SUA41基因的表达和功能分析

植物的开花受多条途径的控制, 其中包括光周期途径、春化途径、赤霉素途径、自主途径和温敏途径。SUA41(SUMO substrate in Arabidopsis 41)是本实验室筛选到的、SUMO(Small ubiquitin modifier)的潜在底物, 并且前人的研究发现它参与自主途径的开花调节, 但其对开花时间的调节机制没有详细报道。文章对SUA41基因的表达、sua41突变体对不同环境条件的反应以及SUA41对开花时间调节的可能机制进行初步分析。结果显示, 与野生型相比, sua41突变体在常温或低温、长日或者短日条件下均为早花, 并且在低温和常温下的开花时间没有太大差别。过表达SUA41能够恢复sua41突变体的早花表型。SUA41基因在拟南芥的幼苗、根、茎、叶和花以及各个植物发育阶段都有表达, 说明SUA41基因是一个组成型表达基因。SUA41基因的表达与GA处理无关, 长日低温条件能够诱导SUA41基因的表达, 且在温敏途径突变体fve和fca中SUA41基因的表达量减少。与野生型比较, sua41突变体中CO基因的mRNA表达量没有明显变化, FT和SOC1基因表达量增加且FT增加幅度更大, FLC的mRNA表达量减少。结果表明SUA41基因虽然在自主途径中起作用, 但主要在温敏途径中参与拟南芥开花时间调节。     

高等植物开花时程的调控与光受体Ⅰ.开花时程的基因与光受体调控

系统评述了高等植物开花时程的调控与植物光受体的联系.重点说明了控制开花时程的遗传途径以及光周期途径的有关基因的研究进展.影响高等植物开花的最重要的因子之一便是光周期,光周期对高等植物开花的调控是通过相关基因间的相互作用来实现的,这些基因包括参与花启动发育控制基因,昼夜节律时间钟调控基因及光受体信号转导基因.近5年左右的时间通过对拟南芥及其一系列突变体的研究为我们展示了这一热门领域的广阔的前景.     

植物CO基因研究进展

CO(constans)是植物开花时间光周期调控途径中的一个重要基因.目前从拟南芥、水稻、油菜、马铃薯等多个物种中都已经克隆到CO同源基因.CO基因在不同物种中具有保守的锌指结构和核定位区域,但是不同植物中的作用机理并不完全相同.序列分析表明该基因在被子植物与裸子植物之间、双子叶植物与单子叶植物之间以及不同科、属的植物之间均有明显分化,说明CO基因可能在植物进化中起到了重要作用.本文综述了近年来有关植物CO基因的研究进展,并对其在物种中的进化进行分析,为CO基因进一步研究提供参考.