1、微专题(三)与基因定位相关的实验设计1.探究基因位于常染色体上还是X染色体上(1)已知性状的显隐性(2)未知性状的显隐性【典例1】果蝇具有繁殖速度快、培养周期短、相对性状明显等优点。在遗传学研究中果蝇是一种理想的实验材料。现有以下两只果蝇的遗传学实验。实验一:两只红眼果蝇杂交,子代果蝇中红眼白眼=31。实验二:一只红眼果蝇与一只白眼果蝇杂交,子代红眼雄果蝇白眼雄果蝇红眼雌果蝇白眼雌果蝇=1111。请回答下列问题。(1)从实验一中可知为显性性状。(2)为了判断控制果蝇眼色的基因是位于X染色体上还是常染色体上,有以下两种方案。在实验一的基础上,观察子代,如果子代,则控制果蝇眼色的基因位于X染色体上
2、。从实验二的子代中选取进行杂交,如果后代,则控制果蝇眼色的基因位于X染色体上。审题指导(1)实验一中:两只红眼果蝇杂交,子代果蝇中红眼白眼=31,则红眼对白眼为显性。如果基因在X染色体上,则子代中的白眼全为雄性,如果基因在常染色体上,则子代雌雄中均有红眼白眼=31,所以可根据白眼果蝇的性别来判断基因的位置。(2)实验二中:若控制果蝇眼色的基因位于X染色体上(假设受基因A、a控制),则子代基因型和表型分别是红眼雄果蝇(XAY)、白眼雄果蝇(XaY)、红眼雌果蝇(XAXa)、白眼雌果蝇(XaXa)。从其中选取红眼雄果蝇和白眼雌果蝇杂交,后代性状表现会出现明显性别差异:子代雌性全为红眼,雄性全为白眼
3、。2.探究基因位于X、Y染色体的同源区段还是仅位于X染色体上基本思路一:用“隐性纯合雌显性纯合雄”进行杂交,观察分析F1的性状。即:隐性纯合雌显性纯合雄a.若子代所有雄性均为显性性状相应基因位于同源区段上b.若子代所有雄性均为隐性性状相应基因仅位于X染色体上基本思路二:用“显性杂合雌显性纯合雄”进行杂交,观察分析F1的性状。即:显性杂合雌显性纯合雄a.若子代中雌雄个体全表现显性性状相应基因位于X、Y染色体的同源区段上b.若子代中雌性个体全表现显性性状,雄性个体中既有显性性状又有隐性性状相应基因仅位于X染色体上适用条件:已知性状的显隐性和控制性状的基因在性染色体上。【典例2】果蝇的性别决定是XY
4、型,性染色体上存在三个区段,红眼/白眼由一对等位基因控制,基因用R、r表示,摩尔根的果蝇杂交实验如图所示,回答下列问题。(1)判断眼色基因不在常染色体上的理由是。(2)摩尔根当时是让白眼雄果蝇与上图中F1红眼雌果蝇进行测交,根据实验结果(填“能”或“不能”)确定白眼基因位于区段上或是区段上。(3)利用上述测交实验可得到白眼雌果蝇,与多只野生型(均为纯合子)红眼雄果蝇进行杂交。若子一代,则果蝇眼色基因位于区段上。若子一代,则果蝇眼色基因位于区段上。(4)一对直刚毛的雌雄果蝇杂交,后代中直刚毛雌果蝇直刚毛雄果蝇焦刚毛雌果蝇=121,判断控制直刚毛与焦刚毛的基因位于上。审题指导根据题意和图示分析可知
5、,左图为性染色体简图,X和Y染色体有一部分是同源的(图中片段),另一部分是非同源的(图中的片段、片段)。右图中,红眼与白眼果蝇杂交,F1均为红眼,说明红眼相对于白眼是显性性状,F2中白眼只出现在雄果蝇中,眼色与性别相关联,说明控制眼色的基因不在常染色体上。3.探究基因位于X、Y染色体的同源区段还是位于常染色体上(1)设计思路隐性的纯合雌性个体与显性的纯合雄性个体杂交,获得的F1全表现为显性性状,再选子代中的雌雄个体杂交获得F2,观察F2表型情况。即:(2)结果推断a.若F2雌雄个体中都有显性性状和隐性性状出现,则相应基因位于常染色体上b.若F2中雄性个体全表现为显性性状,雌性个体中既有显性性状
6、,又有隐性性状,则相应基因位于X、Y染色体的同源区段上【典例3】(2020河北武邑宏达学校高考模拟)科技人员发现了某种兔的两个野生种群,一个种群不论雌雄后肢都较长,另一种群不论雌雄后肢都较短。为确定控制后肢长、短这一相对性状的基因显隐性关系及基因所在位置是位于常染色体还是位于性染色体的、-1、-2片段(如图),兴趣小组同学进行了如下分析和实验。(1)在兔的种群中,、-1、-2区段中可存在等位基因的片段是,兔在繁殖过程中性染色体之间可能发生基因重组的片段是。(2)两种群不论雌、雄后肢长度表现都一致,可以确定控制后肢长、短的基因不位于片段。(3)同学们分别从两种群中选多对亲本进行了以下两组实验。甲
7、组:后肢长后肢短F1后肢短;乙组:后肢长后肢短F1后肢短。从两组实验中可得到以下结论:后肢长度的显隐性关系为。在此基础上可以确定基因不位于片段。(4)为进一步确定基因位于区段还是位于,同学们准备用乙组的F1与亲代个体进行回交实验。实验时应选择乙组F1的雄兔与亲代的雌兔交配,通过观察子代的表型进行分析。若后代,则基因位于片段。若子代雌兔、雄兔中后肢都有长有短,则基因位于。审题指导由图可知,是X、Y染色体的同源区段,-1上基因控制的性状属于伴Y染色体遗传,-2上基因控制的性状属于伴X染色体遗传。由“一个种群不论雌雄后肢都较长,另一种群不论雌雄后肢都较短”可知,原始种群中,均为纯合子。“甲组:后肢长
8、后肢短F1后肢短;乙组:后肢长后肢短F1后肢短”属于正反交,正反交的结果一致,说明后肢短是显性性状,且说明基因不是位于-2区段,可能位于常染色体或区段。4.判断控制不同性状的等位基因是否位于一对同源染色体上(1)判断基因是否位于一对同源染色体上以AaBb为例,若两对等位基因位于一对同源染色体上,不考虑同源染色体的非姐妹染色单体间的互换,则产生2种类型的配子,在此基础上进行自交会产生2种或3种表型,测交会出现2种表型;若两对等位基因位于一对同源染色体上,考虑同源染色体的非姐妹染色单体间的互换,则产生4种类型的配子,在此基础上进行自交或测交会出现4种表型。(2)判断基因是否位于不同对同源染色体上以
9、AaBb为例,若两对等位基因分别位于两对同源染色体上,则产生4种类型的配子。在此基础上进行测交或自交时会出现特定的性状分离比,如1111或9331等。在涉及两对等位基因遗传时,若出现上述性状分离比,可考虑基因位于两对同源染色体上。(3)判断外源基因整合到宿主染色体上的类型外源基因整合到宿主染色体上有多种类型,有的遵循孟德尔遗传定律。若多个外源基因以连锁的形式整合到同源染色体的一条上,其自交会出现分离定律中的31的性状分离比;若多个外源基因分别独立整合到非同源染色体的一条染色体上,各个外源基因的遗传互不影响,则会表现出自由组合的现象。【典例4】某单性花雌雄同株的二倍体植物的三对等位基因为A和a、
10、B和b、D和d,已知A、B、D三个基因分别对a、b、d基因完全显性,为探究这三对等位基因的遗传是否遵循孟德尔的自由组合遗传定律,做了以下实验:用显性纯合个体与隐性纯合个体杂交得F1,再用所得F1同隐性纯合个体测交,结果及比例为AaBbDdAaBbddaabbDdaabbdd=1111,则下列判断结果正确的是()A.A、B在同一条染色体上,a、D在不同的染色体上B.A、b在同一条染色体上,A、D在不同的染色体上C.A、D在同一条染色体上,a、B在不同的染色体上D.A、d在同一条染色体上,a、b在不同的染色体上审题指导测交是指与隐性纯合子(aabbcc)的杂交,由于隐性纯合子只能产生一种基因型为a
11、bc的配子,因此测交后代的基因型比例完全取决于待测个体所能产生的配子基因型及比例。【典例5】(2020山东)玉米是雌雄同株异花植物,利用玉米纯合雌雄同株品系M培育出雌株突变品系,该突变品系的产生原因是2号染色体上的基因Ts突变为ts,Ts对ts为完全显性。将抗玉米螟的基因A转入该雌株品系中获得甲、乙两株具有玉米螟抗性的植株,但由于A基因插入的位置不同,甲植株的株高表现正常,乙植株矮小。为研究A基因的插入位置及其产生的影响,进行了以下实验:实验一:品系M(TsTs)甲(Atsts)F1中抗螟非抗螟约为11实验二:品系M(TsTs)乙(Atsts)F1中抗螟矮株非抗螟正常株高约为11(1)实验一中
12、作为母本的是,实验二的F1中非抗螟植株的性别表现为(填“雌雄同株”“雌株”或“雌雄同株和雌株”)。(2)选取实验一的F1抗螟植株自交,F2中抗螟雌雄同株抗螟雌株非抗螟雌雄同株约为211。由此可知,甲中转入的A基因与ts基因(填“是”或“不是”)位于同一条染色体上,F2中抗螟雌株的基因型是。若将F2中抗螟雌雄同株与抗螟雌株杂交,子代的表型及比例为。(3)选取实验二的F1抗螟矮株自交,F2中抗螟矮株雌雄同株抗螟矮株雌株非抗螟正常株高雌雄同株非抗螟正常株高雌株约为3131,由此可知,乙中转入的A基因(填“位于”或“不位于”)2号染色体上,理由是。F2中抗螟矮株所占比例低于预期值,说明A基因除导致植株
13、矮小外,还对F1的繁殖造成影响,结合实验二的结果推断这一影响最可能是。F2抗螟矮株中ts基因的频率为,为了保存抗螟矮株雌株用于研究,种植F2抗螟矮株使其随机受粉,并仅在雌株上收获籽粒,籽粒种植后发育形成的植株中抗螟矮株雌株所占的比例为。审题指导根据题意可知,基因Ts存在时表现为雌雄同株,当基因突变为ts后表现为雌株,玉米雌雄同株M的基因型为TsTs,则实验中品系M作为父本,品系甲和乙的基因型为tsts,则作为母本。由于只有一个基因A插入玉米植株中,因此该玉米相当于杂合子,可以看作AO,没有插入基因A的植株基因型看作OO。学科素养达成评价情境探究一复等位基因在一个种群中,在同源染色体相对应的基因
14、座位上存在两个以上的等位基因,称为复等位基因。野茉莉的花色有白色、浅红色、粉红色、红色和深红色,研究发现野茉莉花色受一组复等位基因控制(b1白色、b2浅红色、b3粉红色、b4红色、b5深红色),复等位基因彼此间具有完全显隐关系。为进一步探究b1、b2b5之间的显隐性关系,科学家用5个纯种品系进行了以下杂交实验:(1)通过上述杂交实验,能否判断b1、b2、b3、b4、b5之间的显隐关系(若b1对b2为显性,可表示为b1b2,依次类推)?自然界野茉莉花色基因型有几种?(2)理论上分析,野茉莉花色的遗传还有另一种可能:花色受两对基因(A/a,B/b)控制,这两对基因分别位于两对同源染色体上,每个显性
15、基因对颜色的增加效应相同且具叠加性。请据此分析一株杂合粉红色野茉莉自交后代的表型及比例。(3)若要区分上述两种可能,试选取合适品系的野茉莉进行自交,并预期可能的结果。【情境应用】某种兔子的体色有黑色、褐色、白色三种颜色,分别由常染色体上的复等位基因A1、A2、A3控制,黑色的雌兔与褐色的雄兔子交配,子代出现黑色褐色白色=121。下列叙述正确的是()A.该组复等位基因有3个,同时位于3条同源染色体上B.该群体中与体色有关的基因型有5种C.这组复等位基因的显隐性关系为:A1A2A3D.两只兔子交配的后代最多出现3种体色情境探究二果蝇的性别决定和伴性遗传果蝇是XY型性别决定的生物。正常雄性和雌性果蝇
16、的体细胞中分别含有XY、XX性染色体。但果蝇种群中偶尔也会出现性染色体异常的种类,如表所示是性染色体异常果蝇的性别、育性情况。下图为果蝇的两种性染色体结构模式图。(说明:性染色体组成为XO、OY的果蝇体细胞内只含1条性染色体)性染色体XXYXXXXYYYYOYXO性别雌性雄性雄性育性可育死亡可育死亡死亡不育(1)根据表中信息分析,果蝇性染色体的组成类型会不会影响果蝇性别?(2)果蝇出现性染色体异常属于哪种变异类型?(3)请结合果蝇的两种性染色体结构模式图分析,果蝇种群中性染色体上哪个区域可能发生基因重组(互换型)?(4)假设XrXrY与XRY的个体杂交,后代中最多出现多少种可育的个体?果蝇种群
17、中可育雄果蝇和可育雌果蝇的性染色体组成分别有几种类型?【情境应用】如图是有关 XY 染色体及部分基因的位置分布,图甲中表示 X 和 Y 染色体的同源区域,在该区域上基因成对存在,和是非同源区域,在和上分别含有 X 和 Y 染色体所特有的基因,在果蝇的 X 和 Y 染色体上分别含有图乙所示的基因,其中 B 和 b 分别控制果蝇的刚毛和截毛性状,R 和 r 分别控制果蝇的红眼和白眼性状。请据图分析回答下列问题。(1)在减数分裂时,图甲中的X和Y染色体之间不可能发生基因重组现象的是(填序号)区域。(2)红眼和白眼基因位于图甲中的区域,红眼雌果蝇的基因型为。(3)已知某一刚毛雄果蝇的体细胞中有B和b两
18、种基因,该果蝇可能的基因型有种,请用一次杂交实验确定B和b在性染色体上的位置,写出实验设计方案:。微专题(三)与基因定位相关的实验设计典例1答案(1)红眼(2)白眼果蝇的性别白眼果蝇全为雄性红眼雄果蝇和白眼雌果蝇雌性全为红眼,雄性全为白眼典例2答案(1)F2中白眼只出现在雄果蝇中,眼色与性别相关联(2)不能(3)只出现红眼雌果蝇和白眼雄果蝇雌雄果蝇全是红眼(4)X、Y染色体的同源区段解析(1)据分析可知,F2中白眼只出现在雄果蝇中,眼色与性别相关联,说明控制眼色的基因不在常染色体上。(2)不论白眼基因位于区段上或是区段上,让白眼雄果蝇(XrYr或XrY)与F1红眼雌果蝇(XRXr)进行测交,实
19、验结果都一样,即雌雄都为红眼白眼=11,故不能确定白眼基因位于区段上或是区段上。(3)若果蝇眼色基因位于区段上,则纯合红眼雄果蝇基因型为XRY,白眼雌果蝇基因型为XrXr,子一代只出现红眼雌果蝇和白眼雄果蝇;若果蝇眼色基因位于区段上,则纯合红眼雄果蝇基因型为XRYR,白眼雌果蝇基因型为XrXr,子一代雌雄果蝇全是红眼。(4)一对直刚毛的雌雄果蝇杂交,后代中直刚毛雌果蝇直刚毛雄果蝇焦刚毛雌果蝇=121,说明直刚毛对焦刚毛为显性,性状跟性别相关联,又因为子代中出现焦刚毛雌果蝇,说明该基因不可能位于常染色体或Y染色体的片段上。如果控制直刚毛、焦刚毛的基因(用A/a表示)位于X染色体的片段,亲本的基因
20、型为XAXa、XAY,后代雌性均为直刚毛,雄性直刚毛焦刚毛=11,与题干不符;如果控制直刚毛、焦刚毛的基因(用A/a表示)位于X、Y染色体的同源区段的片段,亲本的基因型为XAXa、XaYA,后代直刚毛雌果蝇直刚毛雄果蝇焦刚毛雌果蝇=121,与题干相符,故可判断控制直刚毛、焦刚毛的基因位于X、Y染色体的同源区段上。典例3答案(1)、-1、-2、-2(2)-1(3)后肢短为显性-2(4)常染色体雄性全为后肢短,雌性全为后肢长常染色体解析(1)根据题意和图示分析可知:在兔的种群中,、-1、-2片段有等位基因存在,兔在繁殖过程中性染色体上片段和-2片段(雌兔)均可能发生基因重组(交叉互换型)。(2)由
21、于不论雌、雄后肢长度表现都一致,而-1为Y染色体上特有区段,所以可以确定控制后肢长、短的基因一定不位于-1片段。(3)根据两组实验的结果,后代都只有后肢短,说明后肢短对后肢长为显性。由于甲、乙组实验F1都没有出现交叉遗传现象,所以可以确定基因不位于-2片段。(4)设相关基因为B、b,用乙组的F1(Bb或XbYB)与亲代个体雌性个体(bb或XbXb)进行回交实验以确定基因位于区段还是位于常染色体,具体的遗传图解为:假设控制后肢长、短的基因位于片段假设控制后肢长、短的基因位于常染色体如果回交后代雄性都表现后肢短,雌性都表现后肢长,则基因位于片段;如果回交后代雌兔、雄兔中后肢都有长有短,则基因位于常
22、染色体上。典例4A根据题意,用显性纯合个体(AABBCC)与隐性纯合个体(aabbcc)杂交得F1,再用所得F1(AaBbCc)同隐性纯合个体(aabbcc)测交,结果及比例为AaBbDdAaBbddaabbDdaabbdd=1111,则F1(AaBbCc)所产生的配子种类及比例为ABDABdabDabd=1111,由于配子中ABab=11,ADAdaDad=1111,BDBdbDbd=1111,可知A与B、a与b分别在同一条染色体上,表现为连锁遗传,而A、a与D、d间以及B、b与D、d间表现为自由组合。典例5答案(1)甲雌雄同株(2)是AAtsts抗螟雌雄同株抗螟雌株=11(3)不位于抗螟性
23、状与性别性状间是自由组合的,因此A基因不位于Ts、ts基因所在的2号染色体上含A基因的雄配子不育1/21/6解析(1)根据题意可知,含有Ts基因的植株为雌雄同株,tsts为雌株,实验一中品系M为雌雄同株,甲为雌株,因此甲只能作为母本,品系M在实验一中作为父本。实验二中杂交组合为TsTsAtsts,杂交后代基因型为ATsts、Tsts,全部为雌雄同株。(2)实验一的杂交组合的基因型为TsTsAtsts,杂交产生的F1的抗螟基因型为ATsts,自交后代所有的雌株都是抗螟性状,而雌株的基因型为tsts,因此A基因和ts基因位于同一条染色体上,F2的抗螟雌雄同株基因型为ATsts,抗螟雌株的基因型为A
24、Atsts,前者产生的配子的比例为AtsTs=11,后者只能产生Ats一种配子,因此杂交后代AAtstsATsts=11,即抗螟雌雄同株抗螟雌株=11。(3)根据题意可知,实验二中亲本的基因型组合为TsTsAtsts,产生的F1的抗螟植株的基因型为ATsts,自交后代F2中抗螟非抗螟=11,雌雄同株雌株=31,而抗螟雌雄同株抗螟雌株非抗螟雌雄同株非抗螟雌株=3131,即两者遵循基因的自由组合定律,因此A基因不位于Ts、ts基因所在的2号染色体上。F1关于抗螟性状的基因型为A,理论上自交后代抗螟植株所占的比例为3/4,而实际中所占比例为1/2,则可能的原因是含有A基因的花粉不育,导致雌雄同株的个
25、体只能产生不含A的雄配子,而雌株产生的含A配子占1/2,则自交后代抗螟非抗螟=11。根据基因的自由组合定律可知,F2的抗螟矮株中TsTsTstststs=121,因此ts的基因频率为1/2,F2的抗螟植株中存在1/3TsTs和2/3Tsts,由于含有A基因的雄配子不育,因此雌雄同株的植株只能提供不含A基因的花粉(2/3Ts,1/3ts),雌株提供的配子为1/2Ats、1/2ts,后代抗螟雌株所占的比例为1/31/2=1/6。学科素养达成评价情境探究一 (1)提示由题意可得,白色花浅红色花浅红色花,得出,b2b1;粉红色花红色花红色花,得出,b4b3;红色花深红色花深红色花,得出,b5b4;浅红
26、色花红色花粉红色红色花=11,得出,b3b2。自然界野茉莉花色基因型有15种,为b1b1、b1b2、b1b3、b1b4、b1b5、b2b2、b2b3、b2b4、b2b5、b3b3、b3b4、b3b5、b4b4、b4b5、b5b5。(2)提示由题意可得,一株粉红色野茉莉(AaBb)自交后代的表型及比例为白色浅红色粉红色红色深红色=14641。(3)提示若要区分上述两种可能,可用一株浅红色或红色野茉莉进行自交。若子代全为浅红色或红色,则为第一种情况,若子代出现深红色或出现白色则是第二种情况。【情境应用】D据题干信息分析,黑色与褐色的雌雄兔子交配,子代出现黑色褐色白色=121,可推出显隐性关系为褐色
27、黑色白色,即A2A1A3,亲本的基因型为A1A3A2A3。细胞中基因是成对存在的,所以一个细胞最多有复等位中的两个基因,且位于一对同源染色体上,A项错误;与体色有关的基因型有A1A1、A1A2、A1A3、A2A2、A2A3、A3A3,共6种,B项错误;这组复等位基因的显隐性关系是A2A1A3,C项错误;兔子的体色共有三种,因此两只兔子交配的后代最多能出现3种体色,如A1A3A2A3,D项正确。情境探究二 (1)提示表中性染色体组成为XXY的个体表现为雌性,性染色体组成为XYY及XO的个体表现为雄性,说明性染色体的组成类型会影响果蝇的性别。(2)提示根据表格分析可知性染色体异常果蝇出现的原因是染
28、色体数目变异。(3)提示果蝇种群中性染色体上可能发生互换型基因重组的区域是X和Y的区(同源区)以及X的-1区(X特有的)。(4)提示XrXrY与XRY的个体杂交,后代中XRXrXr、YY的个体死亡,XRXr、XRY、XrY、XRXrY、XrXrY、XrYY的个体均可育。其中可育雄果蝇性染色体组成为XY、XYY,可育雌果蝇性染色体组成为XX、XXY。【情境应用】答案(1)、(2)XRXR、XRXr(3)2让该刚毛雄果蝇与截毛雌果蝇杂交,分析后代的表型(及比例)情况解析(1)在减数分裂时,发生互换型基因重组的是同源染色体的同源区域,图甲中的X和Y染色体之间不可能发生基因重组的是同源染色体的非同源区段,即、区域。(2)如图所示红眼和白眼基因是X染色体上特有的,位于图甲中的区域,红眼雌果蝇可能是纯合子也可能是杂合子,所以其基因型是XRXR、XRXr。(3)某一刚毛雄果蝇的体细胞中有B和b两种基因,该果蝇可能的基因型有2种,分别是XBYb或XbYB。确定B和b在性染色体上的位置,也就是判断其基因型是XBYb还是XbYB,可以让该果蝇与截毛雌果蝇(XbXb)杂交,分析后代的表型情况即可。如果后代雄性全为刚毛,雌性全为截毛,则该雄果蝇基因型是XbYB;如果后代雄性全为截毛,雌性全为刚毛,则该雄果蝇基因型是XBYb。
