結構生物化學/核酸/遺傳和相關實驗
格里高爾·孟德爾是一位遺傳學家，透過雜交豌豆發現了遺傳的基本原理。他選擇豌豆作為研究物件有兩個原因。首先，在他那個時代，豌豆有很多品種，很容易獲得；其次，他能夠控制哪些植物與哪些植物交配。孟德爾透過改變豌豆植物的生物結構來控制它們的繁殖週期。豌豆植物的生殖系統由雌蕊和雄蕊組成。雄蕊包含花粉，用於使雌蕊中的卵子受精。由於雄蕊正好位於雌蕊旁邊，成熟的花朵能夠進行自花授粉。在他的實驗中，他使用了兩種品種的花：紫花和白花。孟德爾想要實現異花授粉，以觀察混合遺傳模型是否正確。如果該模型正確，那麼孟德爾預期看到兩種品種產生一種淡紫色的花，這兩種顏色混合在一起。為了實現異花授粉，孟德爾在紫色的植物產生花粉之前，去掉了所有未成熟的雄蕊。然後，孟德爾將來自白色植物的花粉撒到改造後的紫色花朵上。
紫色和白色花朵，稱為親代（P代），雜交產生了紫色花朵，稱為子一代（F1代）。這一結果表明，混合模型是錯誤的。孟德爾讓F1代植物進行自花授粉，看看白色性狀是否已經被紫色性狀消除。然而，他發現F2代，即F1代的後代，產生了紫色和白色花朵。孟德爾記錄了每種花朵的數量，發現紫色花朵比白色花朵多 3 比 1。孟德爾推測，白色性狀並沒有消失，只是被紫色性狀所掩蓋。然後他得出結論，紫色是顯性性狀，而白色是隱性性狀。
他的實驗使孟德爾制定了現在被稱為自由組合定律的理論，該理論指出不同的性狀被分別傳給後代。然而，今天我們知道，這隻適用於某些性狀，而其他連鎖性狀則不能自由組合。孟德爾實驗中另一個重要的結論被稱為分離定律，該定律指出等位基因在配子形成過程中分離，並在後代形成時再次結合。孟德爾實驗和結論的驚人之處在於，他不知道 DNA 或基因是如何傳遞的，但他仍然能夠用他的定律為遺傳學研究奠定基礎。
性狀：一種特定的可遺傳特徵，例如頭髮顏色
性狀：性狀的變異，即棕色頭髮、黑色頭髮等。
基因：孟德爾稱為“遺傳因子”，基因是與特定性狀相對應的遺傳資訊的片段，由 DNA 中的特定核苷酸序列表示。
表型：生物體的性狀，由其基因決定
基因型：生物體的遺傳構成，決定其表型
等位基因：單個基因的備選版本，例如孟德爾豌豆花的不同顏色
“野生型”：種群中自然發生的表型（即果蠅的紅眼和功能性翅膀）
格里高爾·孟德爾的遺傳理論包含四個主要概念。他透過在修道院的花園裡種植豌豆植物並對這些豌豆植物進行人工雜交來發展他的理論。他在實驗中的觀察導致了以下幾點
1. 遺傳性狀的差異是由代表該性狀的基因的不同等位基因引起的。
2. 所有生物體都獲得每個遺傳性狀的兩個等位基因，一個來自每個親本生物體。
3. 不同的等位基因要麼是顯性（決定生物體的表型），要麼是隱性（在生物體的表型中不可見，但存在於其基因型中）
4. 在減數分裂中，兩個等位基因分離或分離，並位於不同的配子中。（分離定律）
托馬斯·摩根是哥倫比亞大學的一位胚胎學家，他研究果蠅（黑腹果蠅）是因為它們容易飼養和繁殖週期短。此外，果蠅的染色體很容易用光學顯微鏡觀察，這對現代標準來說，實驗的技術要求相對較低。此外，果蠅每個性細胞只有 4 條染色體，其中一條是性染色體。雌性果蠅有兩條“X”染色體，而雄性果蠅有一條“X”染色體和一條“Y”染色體。這一事實對摩根的早期實驗起到了重要作用。
摩根選擇實驗物件的早期問題之一是，果蠅種群的變異相對有限；野生型果蠅有紅眼睛和功能性翅膀。摩根被迫一代又一代地繁殖果蠅（一代果蠅等於兩週），直到多年後才觀察到表型的變異；這種新的性狀是白眼。白眼果蠅是一隻雄性。摩根真正的實驗從這裡開始。
摩根取了一隻野生型雌性，與一隻白眼（突變）雄性進行雜交（交配）。這被認為是親代（P 代）。產生的後代組成了子一代（F1 代）。這一代的所有果蠅都是紅眼的，雄性果蠅和雌性果蠅的比例是相同的。從這次雜交中，摩根假設白眼性狀是隱性性狀，與野生型性狀相比。摩根和他的學生開發了一種標記顯性和隱性性狀的符號。野生型等位基因用 (+) 上標註釋（例如 X+），其中 X 是所研究性狀的首字母（例如，在本實驗中，白色眼睛為“w”）。隱性等位基因只用字母標記，沒有 (+) 上標。
在第一次雜交之後，摩根決定讓一隻 F1 代雄性與一隻 F1 代雌性交配。產生的後代有 75% 是紅眼的，25% 是白眼的，正如孟德爾典型的 3:1 後代表型比例所預測的那樣。然而，25% 的白眼後代都是雄性。50% 的後代是紅眼的雌性，25% 是紅眼的雄性，25% 是表現出隱性表型的雄性。這使得摩根得出結論，白眼性狀是伴性遺傳性狀（與生物體的性別相關的性狀），並且白眼等位基因不存在於 Y 染色體上，而是完全存在於 X 染色體上。在這種情況下，雌性不能表現出隱性表型，但可以攜帶該等位基因。接受了包含隱性等位基因的 X 染色體的雄性沒有第二條 X 染色體攜帶顯性等位基因來掩蓋隱性表型。這類似於人類的色盲，女性可以攜帶色盲的隱性等位基因，但只有男性表現出隱性表型。如果白眼性狀不是伴性遺傳，那麼 F2 代將由 75% 的紅眼果蠅（其中一半是雄性，一半是雌性）和 25% 的白眼果蠅（其中一半是雄性，一半是雌性）組成。見下圖
摩根早期實驗的雜交和表型結果示意圖
摩根早期實驗的雜交、基因型和表型結果示意圖
摩根的實驗使他得出結論，白眼性狀是伴性遺傳的。此外，摩根的實驗驗證了孟德爾的假設，即基因位於特定染色體上的特定位點。此外，摩根觀察到，伴性遺傳性狀在後代中以可預測的模式出現。
來自 A.P. 生物學，布拉德利·馬丁先生講授，CUHS，2005 年的個人筆記。
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