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追踪减数分裂中的基因行为


追踪减数分裂中的基因行为

生物体在有性生殖过程中,通过减数分裂产生的配子(精子和卵细胞),既 是亲代的产物,又是子代的根源,是连接亲子代的纽带。通过受精作用形成的合 子中的遗传物质, 是子代个体发育的指令和规划图。由于减数分裂形成的配子中 染色体组成具有多样性, 导致不同配子的遗传物质存在差异。 在减数分裂过程中, 染色体的行为变化是理解和掌握基因分离定律和

自由组合定律的细胞学基础。 那 么减数分裂过程中,在染色体的行为发生变化时,其上的基因行为如何呢? 一、基因在染色体上 基因是有遗传效应的 DNA 片段,在染色体上呈线性排列,染色体是基因的 主要载体。如图 1 所示,等位基因存在于同源染色体的同一位置。注意:多对等 位基因可以在多对同源染色体上,也可以在同一对同源染色体上。

二、减数分裂过程中基因的正常行为变化 在减数分裂过程中, 染色体和基因具有平行关系,因此基因会随染色体的行 为变化而出现同步变化。如图 2 所示,减数第一次分裂前,染色体复制,每条染 色体包含两条姐妹染色单体,基因也被复制(Dd→DDdd)。减数第一次分裂结 束, 同源染色体分离, 染色体数目减半, 等位基因随同源染色体的分离而分离 (D Ddd→DD、dd)。 减数第二次分裂后期,姐妹染色单体分离,其上的基因也随 之分离(DD→D、D;dd→d、d)。

注意同源染色体上相同基因的行为变化, 如图 3 所示, 复制时 (dd→dddd) , 减数第一次分裂结束时(dddd→dd、dd),减数第二次分裂结束时(dd→d、d)。

如涉及多对等位基因, 在等位基因分离的同时还存在非同源染色体上非等位 基因的自由组合,如图 4 所示。

在减数第一次分裂的四分体时期,同源染色体上的非姐妹染色单体间可能发 生交叉互换,导致配子中的基因组成发生变化(基因重组),如图 5 所示。

【典例 1】 (2011·江苏卷)如图为基因型 AABb 的某动物进行细胞分裂的 示意图。相关判断错误的

A.此细胞为次级精母细胞或次级卵母细胞 B.此细胞中基因 a 是由基因 A 经突变产生

C.此细胞可能形成两种精子或一种卵细胞 D.此动物体细胞内最多含有四个染色体组 【解析】 该细胞内的两条染色体形状、大小不同,为非同源染色体,从基

因来看,等位基因 B、b 已分离,因此该细胞是减数第二次分裂中期的细胞,为 次级精母细胞或次级卵母细胞,也可能是极体。个体的基因型为 AA,图中出现 的 a 不可能是交叉互换的结果,只能是基因突变的结果。若该细胞是次级精母细 胞,经过减数第二次分裂产生的两个精子类型不同,分别为 AB 和 aB;若该细 胞是次级卵母细胞, 则产生的卵细胞和极体的类型也不同,由于产生的卵细胞只 有一个,因此产生一种类型的卵细胞。该细胞中含有一个染色体组,正常的体细 胞中含有两个染色体组, 对应的有丝分裂后期细胞中, 含有四个染色体组。 答案: A 三、减数分裂过程中基因的异常行为变化 1.基因突变 在减数第一次分裂前的间期,在 DNA 分子复制的过程中,如复制出现差错,则 会引起基因突变,这种突变能通过配子传递给下一代,如图 6 所示。注意:突变 一般发生在同源染色体中的某一条染色体上,可以是显性突变,也可以是隐性突 变。

2.基因数量变化 在减数分裂过程中,伴随着染色体行为变化的异常,往往会引起配子中基因 数目的增减。 在分析基因数目变化时,应考虑变化与减数第一次分裂有关还是与 减数第二次分裂有关。 如图 7 表示减数第一次分裂异常、减数第二次分裂正常产 生的配子情况。

图 8 表示减数第一次分裂正常、减数第二次分裂异常产生配子的情况。

综上所述,在分析减数分裂过程中核基因的行为变化时,应抓住减数分裂过 程中染色体行为变化的三个关键点:减数第一次分裂前的间期发生染色体的复 制; 减数第一次分裂过程中同源染色体分离;减数第二次分裂过程中姐妹染色单 体分离。也可以结合基因的变化,逆向分析染色体的行为变化,加深基因在染色 体上的理解,加深对基因分离定律和自由组合定律内涵的理解,构建完整的、系 统的知识体系。 【典例 2】 (2011·山东卷)基因型为 AaXBY 的小鼠仅因为减数分裂过程 中染色体未正常分离,而产生一个不含性染色体的 AA 型配子。等位基因 A、a 位于2号染色体。下列关于染色体未分离时期的分析,正确的是 ①2 号染色体一定在减数第二次分裂时未分离 一次分裂时未分离 ②2 号染色体可能在减数第 ④性染色体

③性染色体可能在减数第二次分裂时未分离

一定在减数第一次分裂时未分离 A.①③ 【解析】 B.①④ C. ②③ D.②④

基因型为 AaXBY 的小鼠减数分裂过程中,产生了不含性染色体的

AA 型配子,AA 型配子的产生是因为减数第二次分裂异常,即姐妹染色单体分 开后,移向了同一极。配子中不含性染色体,可能是减数第一次分裂异常,也可 能是减数第二次分裂异常造成的。答案:A


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