实验６+果蝇遗传性状观察与饲养.ppt

1、实验 果蝇遗传性状观察与饲养 一、原理,1、果蝇的分类：昆虫纲，双翅目，果蝇科，果蝇属。果蝇属(Drosophila)有3000多种，我国已发现800多种，遗传学研究中常用的是黑腹果蝇（D.melanogaster)。,2、果蝇的优点 形体小，生长迅速，繁殖率高，饲养方便，世代周期短（12天可繁殖一代），突变性状多，染色体数目少，基因组小，实验处理方便，容易重复实验，便于观察和分析。,3、意义 是遗传学、细胞生物学、分子生物学、发育生物学等研究中的模式动物。,果蝇生活史 1）卵：成熟的雌蝇交尾后2-3d将卵产在培养基的表层(b)； 2）幼虫：果蝇的受精卵经过一天的发育即可孵化成幼虫(c)； 3

2、）蛹：幼虫经4-5d的发育开始化蛹(d)； 4）成虫：刚羽化出的果蝇虫体较长，翅膀也没有完全展开，体表未完全几丁质化所以成半透明乳白色(a)。,果蝇的生活周期长短与温度关系很密切，低温使生活周期延长，生活力减低，高于30使果蝇不育甚至死亡。 果蝇的最佳培养温度是20 25， 25培养条件下果蝇从受精卵到成虫约10d。成虫果蝇在25时约成活15d.,5、一些常见的突变性状,4、果蝇生活史,果蝇成虫有雌雄之分，其主要区别如下：,雄果蝇 1、个体较小 2、腹部末端钝园 3、腹部背面有3条黑条纹 4、外生殖器复杂 5、腹部背面有4个腹片 6、第一对足跗界节表面 有黑色鬃毛流苏-性梳,雌果蝇 1、 个体

3、较大 2、 腹部末端较尖 3 、腹部背面有5条黑条纹 4、外生殖器较简单 5、 腹部腹面有6个腹片 6、第一对足跗界节表面 无黑色鬃毛流苏-性梳,二、目的 认识不同类型的果蝇，鉴别其雌雄，了解其生活史及饲养条件，学习培养基的配制。 三、材料 黑腹果蝇品系 （Drosophila melanogaster),野生型（wild type),突变型（mutant type）,四步骤 （一） 形态观察 1、将用做观察的果蝇倒入麻醉瓶中，往瓶中加入数滴乙醚，塞上棉塞，至果蝇完全麻醉为止。 2、将麻醉后的果蝇倒在白瓷板上，然后置于解剖镜的低倍镜下观察如下内容：眼色、腹部背面环纹、刚毛、体色、雄蝇的性梳。,

4、二）、果蝇的饲养-培养基的配制,配方：A 玉米粉 8.25g, dH2O 38ml B 蔗糖 6.2g, 琼脂0.62g, dH2O 38 ml C 丙酸0.5ml, 酵母粉0.7g,配法； 1、往8.25g 玉米粉中加入38 ml DH2O 预湿， 2、往38 ml DH2O 中加入0.62g 琼脂，煮溶，再加入6.2g蔗糖，溶解后加入预湿的玉米粉，煮沸。 3、数分钟后（如3-5min)后离开火源，稍冷却，先加入丙酸0.5ml，再加入酵母粉0.7g，搅拌均匀。 4、将培养基倒入干净的（即水洗后再用酒精棉球檫试干净的）指管瓶中，厚度约1cm。 5、用挤干的酒精棉球檫净指管瓶壁，再往培养基表面撒

5、上一层干玉米粉，塞上已灭菌的棉塞，备用。,五 作业 绘制雌雄果蝇腹部形态图及雄蝇性梳图形。,注意： 在分装培养基前，培养瓶应经过灭菌处理。既可防止真菌感染，也可以杀灭瓶中残留的幼虫或蛹，防止混杂。,雌雄外形比较,眼睛颜色变异白色white：眼睛的颜色有红变成白色。这也是摩 尔根科学研究的第一个变异，通过实验，他验证了孟德尔遗传定律的正确性。粉红色pink：眼睛颜色由红色变成粉红色 翅膀形态退化的rudimentary：体形正常，但翅膀退化截短的truncate：体形正常，但翅膀短小微型的miniature：体形正常，但翅膀极为小型 其实我们都知道这只是果蝇变异的一小部分，具之前的表格可知果蝇翅

6、形的变异就有好几种,常见突变,野生型,突变型之黄体,突变型之白眼,突变型之朱红眼,突变型之墨黑眼,突变型之棒眼,突变型之小翅,突变型之卷翅,突变型之残翅,突变型之短翅,突变型之无横隔脉,突变型之短刚毛,突变型之叉毛,黑腹果蝇-作为遗传学研究对象历史,黑腹果蝇在20世纪前半叶成为动物学家和遗传学家汤玛斯亨特摩尔根及其学派实验研究对象。它只有四对染色体。一对性染色体,通常被记作第一对染色体或者是X-和Y-染色体，和三对常染色体,後者被记作第二，三和四对染色体。第四对染色体很小，所含的基因也很少。果蝇非常合适用于研究，在一个瓶子里就可以培育大量的果蝇，繁殖速度快。“用半瓶牛奶和一只开始腐烂的香蕉就够

7、了，14天就可以得到200只果蝇”马田布克斯在他2002年出版的书Drosophila里写道。科学家用果蝇进行了无数次杂交, 其中包括确定了基因里面的基因连锁群，它们位于同一基因上面,科学家也因此发现了联会现象，并且对某些变异进行了描述和研究,例如眼睛颜色有红变异为白色或者是微型翅膀,这种果蝇丧失了飞行能力。赫尔曼穆勒是第一位发现伦琴射线对遗传物质具有的诱变作用。从此射线就被大量使用，以诱发果蝇发生变异。,成就,在2000年对其13600 基因测序完成。部分基因与人类的基因有惊人的相似。研究发现，在果蝇的遗传物质里找到了人类的致癌基因或者潜在的，在变异情况下参与癌症发生的致癌基因(Oncoge

8、ne，一译癌基因)。在发育生物学研究方面人类也从果蝇身上获得了很多知识。早在1900年哈佛大学的教授威廉卡斯特就首次将果蝇用作胚胎研究的对象。从此果蝇就在这一领域被广泛采用。20世纪70年代克里斯蒂安娜女斯莱-佛哈德开始研究果蝇的发育基因。她从中得知，卵细胞中的四个基因决定了或是监控了受精卵的发育。1980年她发表了论文“影响黑腹果蝇体节数目和极性的变异”，她也因此获得了1995年的诺贝尔医学奖。,问：小小果蝇让多少人把诺贝尔奖收入囊中？很好很强大吧？,History,Thomas Hunt Morgan (born Sept. 25, 1866, Lexington, Ky., U.S. d

9、ied Dec. 4, 1945, Pasadena, Calif.) U.S. zoologist and geneticist. He received his doctorate from Johns Hopkins University. As a professor at Columbia University (1904 28) and California Institute of Technology (1928 45), he conducted important research on heredity. Like many of his contemporaries,

10、Morgan found Charles Darwins theory of natural selection implausible because it could not be tested experimentally, and he objected to Mendelian and chromosome theories, arguing that no single chromosome could carry specific hereditary traits. His opinion changed as a result of his studies of Drosop

11、hila. He developed the hypothesis of sex-linked traits. He adopted the term gene and concluded that genes were possibly arranged in a linear fashion on chromosomes. He was awarded the Nobel Prize in 1933.,果蝇打开生命科学之门的金钥匙,突变更多的突变,然而这只即将名垂青史的白眼果蝇身体却万般虚弱，或许摩尔根对此已经从卢茨的实验中有所了解。他将这只“白眼儿”单独放在一只培养瓶中随身携带，晚上睡觉

12、前置于床头。当时正是摩尔根的第三个孩子问世之时，当他前往医院看望妻子时，摩尔根夫人的第一句话就是“白眼儿还好吗？”。十天以后，这只白眼果蝇在和一只正常的红眼雌蝇交配后死去，传下了1240个后代。这些后代，后来繁衍成一个大的家系，正是它们建立起了经典遗传学的宏伟大厦，将染色体、基因及生物基本遗传模式的混乱认识清扫一空。,就在摩尔根快绝望的时候，1910年5月，一只白眼果蝇出现在了摩尔根实验室的培养瓶中。而且摩尔根慧眼识英才，先后将两名本科生斯图蒂文特和布里奇斯招入他的实验室，以及威尔逊的一位研究生缪勒，他们四人默契的组合，成为科学史上的佳话。,到1912年底，摩尔根和他的助手们，一共发现了40种

13、果蝇突变。为了快速鉴定每种突变究竟属于哪一组，摩尔根将已研究清楚的白眼突变定为第一组，斑点突变为第二组，橄榄体色突变为第三组，因为这三个突变彼此之间是标准的自由组合关系。在实验室传代这三种突变果蝇，将新突变分别与它们杂交，所得子一代进行姊妹交、回交等育种手段，然后仔细统计分析后代的性状，就可将其归组。当然，这件事从理论上说起来简单，做起来就需要培养万计的果蝇，难怪摩尔根能发现商店里比香蕉更廉价的香蕉汁已经可以满足果蝇的需要了。很多哥伦比亚大学的学生都参与进来，将果蝇带回家数，以至于某个学生的孩子，自豪的跟别人说，我爹的工作是给哥伦比亚大学数苍蝇。,Morgans Legacy In 1915

14、Morgan, Bridges, Sturtevant, and Muller published The Mechanism of Mendelian Heredity, a highly influential textbook laying out the evidence for the chromosomal theory of heredity and illustrating their methods so others could apply them in further research. In 1928 Morgan moved to the California In

15、stitute of Technology to found the Division of Biology. Sturtevant and Bridges went with him. Five years later Morgan was awarded the Nobel Prize in physiology or medicine for his work in genetics. He shared the prize money with Sturtevant and Bridges. Besides his own discoveries, Morgans intellectu

16、al legacy includes the historically important researchers who trained with him, including Theodosius Dobzhansky, who applied the new genetics to an understanding of evolution. Another of his students was George Beadle, who discovered that mutations affect the working of proteins, and proposed the on

17、e gene-one enzyme definition of the gene.,伴性遗传：第一次把一个特定的基因与一个特定的染色体联系起来。,机遇：果蝇的野生型颜色都是红眼，发现一只雄蝇，复眼是白色,杂交实验： (P) white eye（） red eye( ） (F1) red eye(, ) (F2) red eye:1/2 white eye (); red eye() 3red eye:1white eye (, ) back cross experiment: (P) white eye（） red eye(）(daughter) (F1) red eye （）, white

18、eye ( ） ,1/4 red eye（）,1/4 white eye ( ）.,Hypothesis: 1、控制白眼性状的基因位于X染色体上，是隐性的。因为Y染色体上没有这个基因的显性等位基因，所以最初发现的那只雄蝇的基因型是XwY, 表现为白眼，跟这只雄蝇交配的红眼果蝇是显性基因的纯合体，基因型是 X +X +。这里白眼基因w是突变基因，红眼基因是野生型基因。 P red eye white eye X +X + Xw Y F1,白眼雄蝇与纯种红眼雌蝇杂交，子代不论雌雄都是红眼,F1 Red eye ( ) Red eye () X+Xw X+Y,子一代红眼雌蝇与红眼雄蝇交配，子二代雌蝇

19、全为红眼，而雄蝇中，红眼和白眼各占一半。,摩尔根的回交实验 F1 Red eye ( ) white eye () X+Xw XwY,白眼雄蝇与子一代红眼雌蝇交配，下代雌蝇和雄蝇中，红眼与白眼各占一半。,今日世界上最为人所知的果蝇产自东南亚，在1830年它被命名为Drosophila melanogaster，意即黑腹果蝇。或许改名确实给果蝇带来了奇迹般的好运，这个体型微不足道的昆虫，在约百年后，一跃成为人世间最知名的昆虫之一。但在此之前它首先得去往新大陆才行，不过这件事难不倒它。持续数百年的大航海时代，使得东南亚的香蕉得以在十九世纪晚期被贩卖到新大陆，黑腹果蝇追随而去，旋即在新大陆繁衍开来，

20、生生不息，由此开创出一段生物学史中最令人瞩目的传奇之一，人类文明也就此奠定经典遗传学的根基。现在，就让我们追随着果蝇的翅膀，再次回到那段生命科学史上激情肆溢、英豪辈出的纷争岁月，重温一次经典诞生的历程。,果蝇的传奇,摩尔根的成长,1866年，摩尔根在美国南方的列克星敦出世，但他总喜欢说自己在1865年获得生命。 摩尔根在十四岁时进入肯塔基州立学院预科学习博物学，于1886年获得理学学士学位，是当年唯一一位获得该学位的毕业生。不愿意经商的摩尔根选择了去霍普金斯大学攻读生物学硕士学位。正是在那里当时全美最适合学习生物学的地方摩尔根从一个单纯的描述生物现象的博物学家转变为一个实验生物学家，并由此获得

21、了他终生信奉的科学研究原则，“实验方法的本质在于要求每一种见解（或假说）都必须通过实验的检验，然后才得以承认其科学地位研究者必须养成一种对一切假说（特别是对自己提出的假说）的怀疑心理，而且一旦证明其谬误，要勇于抛弃之。”这种信念使得摩尔根既敢于反对权威也勇于犯错和改正自己的错误，这种勇气和理性是他同时代的科学家中非常罕见的。实际上，摩尔根常常自嘲自己所做的实验可以分为三类：愚蠢的实验和蠢得要命的实验以及比第二类还糟糕的实验。,“用进废退”的果蝇,1908年，摩尔根让他的研究生佩恩曾研究过无眼盲鱼用果蝇验证用进废退学说。佩恩在窗台上放香蕉诱捕不幸的果蝇，在长达两年的时间里，将它们置于黑暗中繁殖。

22、试图通过在黑暗的环境中传代果蝇，以产生一种丧失视觉甚至眼睛的果蝇。结果自然是让人失望，两年的时间太短，不足以发生什么了不起的变化。,在验证用进废退失败后，他和佩恩一起再次使用果蝇，试图通过某种人工方法诱使其突变。他们用射线照射它，不让它睡觉整日整夜的摇动它，给它喝糖水、咸水、酸水或碱水，改变光照强度时间等等，一切能想到能做到的“蠢事”似乎都做了，然而果蝇们不为所动，伤透了摩尔根的心。当布林莫尔学院的老同事哈里森来访时，他沮丧的心情也到达顶点。,事实上，摩尔根不是第一个使用果蝇来研究突变的人。最初是哈佛大学的卡斯尔提出使用果蝇来进行研究，他的学生伍德沃德使用它来做近交研究，他还将果蝇推荐给了卢茨

23、。卢茨利用果蝇发现了一种突变，当摩尔根对人工诱变产生兴趣时，他推荐了他所研究的果蝇给摩尔根。于是摩尔根的实验室有了两种家系的果蝇，一种来自佩恩诱捕的野外果蝇，另一种来自卢茨，这给后来的果蝇传奇带来了一点小波折。,果蝇的传奇白眼,就在摩尔根快绝望的时候，1910年5月，一只白眼果蝇出现在了摩尔根实验室的培养瓶中。而且摩尔根慧眼识英才，先后将两名本科生斯图蒂文特和布里奇斯招入他的实验室，以及威尔逊的一位研究生缪勒，他们四人默契的组合，成为科学史上的佳话。有了得力助手，以及奠定经典遗传学的宏伟大厦基石的白眼果蝇，摩尔根至此已经注定要以遗传学家的身份名留后世，他坚持未放弃的胚胎学研究除了科学史上会有所

24、介绍外，将再无人关注。,T. H. Morgan Calvin B. Bridges Alfred H. Sturtevant Herman Joseph. Muller Nobel Prize 1933Nobel Prize 1946,摩尔根富有实验热情、创造性思维、渊博的知识、精湛的实验技术,但不擅长数学,并对细节不总是感兴趣或者不可能解决其详细细节,他便挑选了那些与他自己能力互补的、各有所长的人在果蝇实验室工作。斯特蒂文特擅长绘图,绘制了染色体图谱以及通过对育种结果的分析而绘制的种质结构图。布里奇斯在果蝇小组中主要关注的是细胞学工作,他对细节有极大的耐心,最擅长的是实验技术操作。穆勒思想

25、颇具创造性,擅长数学和定量工作,主要贡献在于交换、干扰的分析,以及发展了用于跟踪染色体从父本传到子代的标记。,合作分工的科学团队,但是，这只白眼果蝇的来源却颇为含糊。卢茨说，白眼果蝇最先出现在他的实验室，他把这个虚弱的突变体的后代送给了摩尔根，而摩尔根通过杂交实验，再次使这个性状出现，但摩尔根对此表示否认。他说虽然他在卢茨的实验室看到过几只白眼果蝇，但它们都已经死亡。他宁可认为这只白眼果蝇是天赐之物，它的祖宗更可能是从窗外飞进来的，而不是来自卢茨所赠送的果蝇。不过，纠缠在这种事情上没有实际意义。卢茨自己也说，当初他根本没有认识到白眼果蝇的重大价值，不然他也不会将它的后代慷慨相送。,然而这只即将

26、名垂青史的白眼果蝇身体却万般虚弱，或许摩尔根对此已经从卢茨的实验中有所了解。他将这只“白眼儿”单独放在一只培养瓶中随身携带，晚上睡觉前置于床头。当时正是摩尔根的第三个孩子问世之时，当他前往医院看望妻子时，摩尔根夫人的第一句话就是“白眼儿还好吗？”。十天以后，这只白眼果蝇在和一只正常的红眼雌蝇交配后死去，传下了1240个后代。这些后代，后来繁衍成一个大的家系，正是它们建立起了经典遗传学的宏伟大厦，将染色体、基因及生物基本遗传模式的混乱认识清扫一空。,突变更多的突变,如果说这世上真有吉星高照这回事，那么在随后的几个月里，摩尔根所在的实验室就是好运发生器，原本罕见的突变现象开始频频发生，几乎每月都能

27、发现一个新的突变，以至于后来同时代的遗传学家们感叹果蝇是属于摩尔根。遗憾的是，由于他当时并未仔细统计突变的频率，今日我们只能猜测或许是最初摩尔根对果蝇百般折磨尤其是放射线照射自己付出千般辛苦后，回报终于到来。,随白眼突变后，摩尔根的实验室又得到了粉红眼色和朱砂眼色突变，其中硃砂眼色突变和白眼突变一样是限性遗传，而粉红眼色和白眼这对性状则完全符合孟德尔自由分离定律。摩尔根开始相信染色体学说很可能是正确的，基因位于染色体上，至于孟德尔遗传学说摩尔根则已无怀疑。下一步就是证明，性状的遗传是分组进行的，同组的也即位于同一条染色体上是连锁遗传，而不同组的性状之间则遵从自由组合定律。,不过在提出这个关键假

28、说的时候，摩尔根正面对一个难题，小翅突变。这也是一种伴性遗传突变，按连锁假说，小翅应该和白眼同属一组。也就是说，那些同时携带白眼和小翅的杂合体雌性果蝇的子代，应该同时出现或者不出现这两种突变性状，但是有很少的一些后代是白眼正常翅或者正常眼小翅。看起来发生了一定程度的自由组合，但和正常的自由组合相比，比例明显不对。1911年下半年，摩尔根受到1909年詹森提出的同源染色体的某些对应片断可能发生了交换的启发，提出了同在一条染色体上的基因，可以发生互换，并且他还认为基因是线性的排列在染色体上的，相距越远发生互换的可能性越高。这个假说发表在科学杂志上，接下来的任务就是验证它或者推翻它。而斯图蒂文特率先想到，可以利用交换发生的频率作染色体上的基因图谱，也即基因之间的相对位置关系，他利用已知的几个突变基因画了第一张果蝇的染色体基因连锁图谱。,到1912年底，摩尔根和他的助手们，一共发现了40种果蝇突变。为了快速鉴定每种突变究竟属于哪一组，摩尔根将已研究清楚的白眼突变定为第一组，斑点突变为第二组，橄榄体色突变为第三组，因为这三个突变彼此之间是标准的自由组合关系。在实验室传代这三种突变果蝇，将新突变分别与它们杂交，所得子一代进行姊妹交、回交等育种手段，然后仔细统计分析后代的性状，就可将其归组。当然，这件事从理论上说起来简单，做起来就需要培养万计的果蝇，难怪摩尔根能发现商