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单基因杂交与 3:1 比例

追踪一个基因穿过三个世代,看那著名的 3:1 比例如何浮现。一路上你会遇到分离定律,并学会画出能预测它的庞纳特方格。

三个世代:P、F1、F2

单基因杂交只追踪一个基因。我们从P 世代(亲本)开始:纯种紫花植株(PP)与纯种白花植株(pp)杂交。它们的后代是F1 世代。每株 F1 从一个亲本得到一个 P,从另一个亲本得到一个 p,所以每株 F1 都是 Pp——杂合,因而是紫色。这正是第一篇里白色消失之谜,如今用符号表示出来。

现在让 F1 植株自花授粉。它们的后代是F2 世代——也就是最初亲本的孙代。白色正是在这里重现,3:1 的比例也出现在这里。要弄清原因,我们还需要一条规则和一张图。

分离定律

孟德尔第一定律,即分离定律,讲的是:当一个生物体形成配子(卵子或花粉)时,一个基因的两个等位基因会分开,于是每个配子只携带一个等位基因,随机选取。因此一株 Pp 植物会产生数量相等的两种配子——一半携带 P,一半携带 p。每个后代就是由父母双方各一个配子结合而成。

庞纳特方格与比例

庞纳特方格是一张简单的网格,把一个亲本的每种可能配子与另一个亲本的每种可能配子组合起来。对于 F1 自交(Pp × Pp),每个亲本提供 P 或 p,所以网格有四个格子——而这四种等可能的组合,正是产生那个比例的根源。

Cross: Pp x Pp   (F1 self-pollination)

           pollen P        pollen p
         +---------------+---------------+
  egg P  |     PP        |     Pp        |
         |   purple      |   purple      |
         +---------------+---------------+
  egg p  |     Pp        |     pp        |
         |   purple      |   white       |
         +---------------+---------------+

Genotypes: 1 PP : 2 Pp : 1 pp
Phenotypes: 3 purple : 1 white   ->  3 : 1
单基因 F2 庞纳特方格:3:1 的表型比例背后,藏着 1:2:1 的基因型比例。

读这四个格子,规律一目了然。基因型比例1 PP : 2 Pp : 1 pp。但由于 PP 和 Pp 看上去都是紫色,表型比例便收缩为 3 紫 : 1 白。这就是著名的 3:1。孟德尔不是猜出来的——他在一次实验中数了 929 株 F2,得到 705 株紫花对 224 株白花,几乎恰好是 3:1。庞纳特方格解释了白色为何必然回来,又为何恰以这个比率回来。