生物学研究中的模式动物果蝇

1、生物学研究中的模式动物果蝇夏天，水果一旦开始腐烂，果蝇就会寻着烂水果释放出来的特殊气味，成群结队地飞到烂水果上吸食残存的甜蜜物质或酵母菌。它们的体长一般只有23毫米，如果用放大镜观察，你会发现这些小虫子有点像Mini版的蜜蜂，不过它们那对红色眼睛却是独具特色的。一旦几天不处理这些烂水果，果蝇们很快就会在其上面繁衍后代，不到两周时间，它们就能繁衍一代。雌性果蝇每次产卵约400枚，不到一天的时间，幼虫就能破壳而出。除了生命周期短、繁殖能力强、易于饲养和便于观察等特点之外，果蝇还因染色体数目少，具有适合作模式动物的优势。自20世纪初，果蝇就成为遗传学研究的最佳模式动物。黑腹果蝇的染色体只有4对，同为

2、模式动物的斑马鱼和小鼠染色体分别有25和20对。2000年，黑腹果蝇基因组测序完成后，科学家发现果蝇和人类基因组序列同源性高达60%，而且人体75%的已知致病基因与果蝇身上的相似，因此染色体相对简单的果蝇非常适合人类遗传学或疾病机理的研究。果蝇是生物学研究中的模式动物。果蝇的研究并不一定在遗传学领域。试题解析试题1：果蝇的长翅（V）对残翅（v）为显性。在一个由600只长翅果蝇和400只残翅果蝇组成的种群中，若杂合子占所有个体的40%，那么隐性基因v在该种群内的基因频率为（ ）A20% B40% C60% D80%解析：基因频率是在种群基因库中某一基因占该种群中所用等位基因的比例。由题意知vv=

3、400只，Vv=（600+400）40%=400只，VV=600-400=200只，因此v 的基因频率=（2400+400）2000100%=60%，故答案为C。试题2：自然界生物经常出现染色体数目变异的情况。黑腹果蝇第号染色体（点状染色体）多一条（三体）或少一条（单体）可以生活，而且能够繁殖。果蝇的无眼和正常眼是一对相对性状，控制这对性状的基因位于第号染色体上，利用多对无眼和正常眼的纯合果蝇进行杂交实验，子一代全为正常眼，子二代正常眼：无眼=3：1。（1）果蝇是遗传学研究中经常选择的实验材料，是因为它们具有 （答两点）优点。（2）现有一只第号染色体单体的正常眼雄蝇，将它与无眼雌蝇进行杂交，子

4、一代表现型及比例为 。（3）偶尔在果蝇种群中又发现一只第号染色体三体的正常眼纯合雌果蝇，将它与无眼雄蝇进行杂交，如果把获得的子一代中的三体果蝇与无眼果蝇杂交，则下一代的表现型及比例为 。（4）控制无眼性状的基因在 处完成转录，此过程需要 催化。答案：（1）培养周期短，容易饲养，相对性状容易区分（2）正常眼：无眼=1：1（3）正常眼：无眼=5：1（4）细胞核RNA聚合酶解析：（1）果蝇具有培养周期短，易饲养，成本低；染色体数少，便于观察；某些相对性状区分明显等优点，所以科学家选择果蝇作为遗传学实验研究材料。（2）由于无眼果蝇产生配子的染色体组成4条，而纯合号染色体单体果蝇产生的配子的染色体数目为

5、4条或3条，所以一只第号染色体单体的正常眼雄蝇，将它与无眼雌蝇进行杂交，后代正常眼和无眼果蝇的比例为1：1。（3）让无眼雄果蝇与一只第号染色体三体的正常眼纯合雌果蝇交配，子一代全为正常型；让子一代三体果蝇再与无眼果蝇测交，由于三体的配子为1AA：2A：2Aa：1a，所以下一代的表现型及比例为5：1。（4）控制无眼性状的基因在染色体上，所以转录场所是细胞核；在转录过程中，需要RNA聚合酶催化，合成mRNA。果蝇研究美国生物学家托马斯亨特摩尔根，利用一只偶尔得到的白眼果蝇开展了一系列杂交实验。证明染色体是基因的载体，基因呈线性排列，并提出了“基因连锁-交换定律”。也就是说，位于同一条染色体的基因会

6、一起遗传给后代，也有少量基因会与另一条同源的染色体上的等位基因发生交换。这一定律与孟德尔的“基因分离定律”、“基因自由组合定律”，并称为“遗传学三大定律”。1933年，摩尔根因为在遗传学方面的巨大成就，获得了诺贝尔生理学或医学奖，同时他也成为因果蝇研究成果获得诺贝尔奖的第一人。1946年，赫尔曼约瑟夫穆勒因为发现X射线诱导可以产生突变而获得诺贝尔生理学或医学奖，这一发现也让辐射技术成为遗传学研究的一项重要技术，开创了辐射遗传学，大大加快了遗传学研究的步伐。成为继摩尔根之后获得诺贝尔奖的第二位遗传学家。1958年，乔治威尔斯比德尔和爱德华劳瑞塔图姆在对玉米、果蝇和真菌的研究中发现了基因受到特定化

7、学过程的调控而获得诺贝尔生理学或医学奖。由此提出了著名的“一个基因一种酶”的学说（见文章后的链接），不过，他们的关键实验材料是粉色面包霉菌。他们所接受到的科学训练和获得的研究灵感都与果蝇有关。1995年，诺贝尔医学或生理学奖授予了三位果蝇发育基因的研究者，他们发现了控制早期胚胎发育的重要遗传机理，并利用果蝇作为实验材料，发现了同样适用于高等有机体（包括人）的遗传机理。揭示了胚胎是如何有一个细胞发育成特化器官的秘密。2004年，美国医学科学家理查德阿克塞尔由于在嗅觉方面的卓越研究与琳达巴克一起获得诺贝尔生理学或医学奖。发现了识别气味分子的受体，并且证明了嗅觉系统的组织方式，生物是如何感受气味的。2011年，朱尔斯霍夫曼和布鲁斯博伊特勒因发现如何激活先天免疫而获得诺贝尔生理学或医学奖。其中，朱尔斯霍夫曼通过研究具有突变的果蝇，证明了Toll基因在果蝇的免疫防御中发挥重要作用。并发现该基因所表达的蛋白质作为受体，能特异识别某些入侵的细菌或真菌，从而激活机体的先天免疫反应。随后不久，博伊特勒博士和同事在人体内也发现了类似基因，它们同样具有识别病原微生物并激活先天免疫反应的功能，是人体免疫应答的第一步。而美国洛克菲勒大学的斯坦曼教授则发现了免疫系统中的树突状细胞，这种免疫细胞能激活并控制获得性免疫，将微生物清除出体内。霍夫曼等人的研究成果无疑为传染病、癌症以及炎症的防治开辟了新