遺傳學教學中若干問題的探討*

李圣純 劉 會

（1湖北大學生命科學學院 湖北武漢 430062 2武漢大學人民醫院血液內科 湖北武漢 430060）

遺傳學是一門探究生物遺傳和變異規律的學科，是高等院校生命科學專業的重要必修課。遺傳學自1900年誕生至今，已由早期的經典遺傳學、細胞遺傳學和分子遺傳學發展為各個層次的組學。在這100多年的發展歷程中，新的研究方法和研究技術不斷涌現，使遺傳學成為生物學領域中發展最快的學科之一。遺傳學的飛速發展，必然要求教學內容的不斷更新。本文探討教學過程中困擾學生的幾個遺傳學問題，例如，果蠅（Drosophila）的連鎖群數、粗糙鏈孢霉（Neurospora crassa）的基因連鎖關系和質-核型雄性不育，旨在拋磚引玉，為教師教學和學生學習提供有益的參考。

1 果蠅的連鎖群數

連鎖群指同一染色體上具有一定連鎖關系的基因群，實際上就是一條（對）染色體上的所有基因（座位）。生物的連鎖群數，一般等于該生物單倍體（haploid）［注意對于多倍體生物，其配子型單倍體包含數個一倍體（monoploid）］染色體數。例如，玉米有10個連鎖群，粗糙鏈孢霉有7個連鎖群等，都與染色體的對數是一致的。遺傳的染色體理論揭示：基因在染色體上呈線性排列。特別要注意的是，具有異形性染色體的生物，其性染色體不是嚴格的“成對”關系，分別形成連鎖群。人及其他哺乳動物的連鎖群為24個，包括22對不同的常染色體，以及1對（X和Y）性染色體[1-2]。談及人的連鎖群數時，學生往往會對果蠅的連鎖群數產生疑問，果蠅的連鎖群數是幾個？

在回答此問題前，教師應先讓學生弄清楚為何人的連鎖群數是24個。這是因為在人的Y染色體上也發現了少數連鎖基因。例如，外耳道多毛癥，該類遺傳病的致病基因位于Y染色體上，X染色體上沒有與之相對應的基因，因此，這些基因表現為限雄遺傳。在部分遺傳學教材中均寫明黑腹果蠅（D.melanogaster）的連鎖群是4個，沒有Y連鎖群。而理解此內容需要了解遺傳學的歷史。早在1914年，摩爾根等就已發現果蠅有4個連鎖群。至1942年，在果蠅中至少測定了494個基因，分別屬于這4個連鎖群之一[1-2]，并沒有Y染色體上的基因，染色體雖在，連鎖群卻未“出現”。果蠅的Y染色體上是否也有特殊的連鎖群？目前，在果蠅Y染色體上確實已鑒定出10多個蛋白質編碼基因[3]。因此，果蠅的連鎖群是5個，而不是4個。在Tamarin主編的《遺傳學原理》中認為果蠅具有5個連鎖群[4]。筆者建議科研人員編寫遺傳學相關教材或引述此類問題能與時俱進，更新歷史概念。

2 粗糙鏈孢霉的基因連鎖關系

遺傳學教材中[1-2]，在對粗糙鏈孢霉2對連鎖基因進行遺傳學分析時指出，2對基因的雜交能產生36種子囊排列方式，如果忽略半個子囊內的基因次序，此排列方式可合并成7種基本的子囊排列形式（表1）。

表1 nic+×+ade得到的7種不同的基本子囊型

在進行子囊型分析時，常舉例提到基本子囊（5）型包括4種子囊型（表2），而對其他6類基本子囊型各包括多少種子囊型并未詳細介紹[1-2]。為了讓學生能正確分析此類問題，教師在授課時，首先，應強調順序四分子直接代表了子囊中基因排列次序，由于子囊很窄小，子囊內由于減數分裂產生的細胞核是嚴格地按一定順序排列的，著絲粒有隨機的趨向。正如基本子囊（5）型中，不論是nic+孢子對在“上面”，+ade孢子對在“下面”，還是+ade孢子對在“上面”，nic+孢子對在“下面”，僅反映了著絲粒的隨機趨向。根據基因型相同的子囊型可進行合并的原則，在此列出所有的36種子囊型（表2）。

表2 nic+×+ade得到的36種不同的子囊型

3 質-核型雄性不育

在“植物雄性不育”章節中，會講授由細胞質基因和核基因互作控制的不育類型，即質-核不育型，又稱為胞質不育型（cytoplasmic male sterility，CMS）。CMS的不育性由細胞質不育基因（S）和相對應的核基因決定。當S基因存在時，核內必須是相對應的純合隱性不育基因rf rf，個體才能表現不育[1-2]。學生往往對S基因的定位有些疑惑，即S基因在葉綠體還是線粒體？

葉綠體作為自主遺傳信息的重要細胞器，與核基因組和線粒體基因組相比，葉綠體基因組是基因密度最大的，在120～210 kb的基因組中含有120多個基因。在功能方面，葉綠體基因主要分為3類：①光合作用相關基因；②負責轉錄和翻譯的相關基因；③其他功能相關的基因和開放閱讀框（例如，ycf基因）[5]?；谕粗亟M原理的葉綠體轉化技術，能實現目的基因的靶向敲除，因此，該技術在反向遺傳學研究中得到了充分的利用[6]。分析煙草突變體的表型，目前，還沒有關于CMS的突變體報道[5]。雖然基于葉綠體轉化技術的靶向基因敲除會受限于少數物種的研究[6]，但細胞器基因組編輯技術的發展[7]，將有助于人們更深入地研究葉綠體DNA是否與CMS相關。

CMS植物中的S基因是否定位于線粒體中？2019年，日本科學家利用線粒體靶向的轉錄激活因子樣效應物核酸酶（mitoTALENs），特異性地敲除水稻品種BTA線粒體中的orf79基因和甘藍型油菜品種SW18線粒體中的orf125基因后，均恢復了雄性可育性。此研究結果驗證了這些基因的功能變化是CMS產生的基礎[8]。

4 結語

面對遺傳學迅速發展的現狀，從事遺傳學教學的一線教師會遇到各種新問題，在此情況下，學科教學的交流和探討格外重要。本文結合最新的科學研究成果，探討了教學中困擾學生較多的幾個問題。通過此探究，有利于將教學重點和難點系統化、簡明化，培養學生的邏輯思維能力；有利于激發學生探索的興趣，培養學生的創新意識和創新能力。