结构生物化学/核酸/遗传和相关实验
格里高尔·孟德尔是一位遗传学家，通过杂交豌豆发现了遗传的基本原理。他选择豌豆作为研究对象有两个原因。首先，在他那个时代，豌豆有很多品种，很容易获得；其次，他能够控制哪些植物与哪些植物交配。孟德尔通过改变豌豆植物的生物结构来控制它们的繁殖周期。豌豆植物的生殖系统由雌蕊和雄蕊组成。雄蕊包含花粉，用于使雌蕊中的卵子受精。由于雄蕊正好位于雌蕊旁边，成熟的花朵能够进行自花授粉。在他的实验中，他使用了两种品种的花：紫花和白花。孟德尔想要实现异花授粉，以观察混合遗传模型是否正确。如果该模型正确，那么孟德尔预期看到两种品种产生一种淡紫色的花，这两种颜色混合在一起。为了实现异花授粉，孟德尔在紫色的植物产生花粉之前，去掉了所有未成熟的雄蕊。然后，孟德尔将来自白色植物的花粉撒到改造后的紫色花朵上。
紫色和白色花朵，称为亲代（P代），杂交产生了紫色花朵，称为子一代（F1代）。这一结果表明，混合模型是错误的。孟德尔让F1代植物进行自花授粉，看看白色性状是否已经被紫色性状消除。然而，他发现F2代，即F1代的后代，产生了紫色和白色花朵。孟德尔记录了每种花朵的数量，发现紫色花朵比白色花朵多 3 比 1。孟德尔推测，白色性状并没有消失，只是被紫色性状所掩盖。然后他得出结论，紫色是显性性状，而白色是隐性性状。
他的实验使孟德尔制定了现在被称为自由组合定律的理论，该理论指出不同的性状被分别传给后代。然而，今天我们知道，这只适用于某些性状，而其他连锁性状则不能自由组合。孟德尔实验中另一个重要的结论被称为分离定律，该定律指出等位基因在配子形成过程中分离，并在后代形成时再次结合。孟德尔实验和结论的惊人之处在于，他不知道 DNA 或基因是如何传递的，但他仍然能够用他的定律为遗传学研究奠定基础。
性状：一种特定的可遗传特征，例如头发颜色
性状：性状的变异，即棕色头发、黑色头发等。
基因：孟德尔称为“遗传因子”，基因是与特定性状相对应的遗传信息的片段，由 DNA 中的特定核苷酸序列表示。
表型：生物体的性状，由其基因决定
基因型：生物体的遗传构成，决定其表型
等位基因：单个基因的备选版本，例如孟德尔豌豆花的不同颜色
“野生型”：种群中自然发生的表型（即果蝇的红眼和功能性翅膀）
格里高尔·孟德尔的遗传理论包含四个主要概念。他通过在修道院的花园里种植豌豆植物并对这些豌豆植物进行人工杂交来发展他的理论。他在实验中的观察导致了以下几点
1. 遗传性状的差异是由代表该性状的基因的不同等位基因引起的。
2. 所有生物体都获得每个遗传性状的两个等位基因，一个来自每个亲本生物体。
3. 不同的等位基因要么是显性（决定生物体的表型），要么是隐性（在生物体的表型中不可见，但存在于其基因型中）
4. 在减数分裂中，两个等位基因分离或分离，并位于不同的配子中。（分离定律）
托马斯·摩根是哥伦比亚大学的一位胚胎学家，他研究果蝇（黑腹果蝇）是因为它们容易饲养和繁殖周期短。此外，果蝇的染色体很容易用光学显微镜观察，这对现代标准来说，实验的技术要求相对较低。此外，果蝇每个性细胞只有 4 条染色体，其中一条是性染色体。雌性果蝇有两条“X”染色体，而雄性果蝇有一条“X”染色体和一条“Y”染色体。这一事实对摩根的早期实验起到了重要作用。
摩根选择实验对象的早期问题之一是，果蝇种群的变异相对有限；野生型果蝇有红眼睛和功能性翅膀。摩根被迫一代又一代地繁殖果蝇（一代果蝇等于两周），直到多年后才观察到表型的变异；这种新的性状是白眼。白眼果蝇是一只雄性。摩根真正的实验从这里开始。
摩根取了一只野生型雌性，与一只白眼（突变）雄性进行杂交（交配）。这被认为是亲代（P 代）。产生的后代组成了子一代（F1 代）。这一代的所有果蝇都是红眼的，雄性果蝇和雌性果蝇的比例是相同的。从这次杂交中，摩根假设白眼性状是隐性性状，与野生型性状相比。摩根和他的学生开发了一种标记显性和隐性性状的符号。野生型等位基因用 (+) 上标注释（例如 X+），其中 X 是所研究性状的首字母（例如，在本实验中，白色眼睛为“w”）。隐性等位基因只用字母标记，没有 (+) 上标。
在第一次杂交之后，摩根决定让一只 F1 代雄性与一只 F1 代雌性交配。产生的后代有 75% 是红眼的，25% 是白眼的，正如孟德尔典型的 3:1 后代表型比例所预测的那样。然而，25% 的白眼后代都是雄性。50% 的后代是红眼的雌性，25% 是红眼的雄性，25% 是表现出隐性表型的雄性。这使得摩根得出结论，白眼性状是伴性遗传性状（与生物体的性别相关的性状），并且白眼等位基因不存在于 Y 染色体上，而是完全存在于 X 染色体上。在这种情况下，雌性不能表现出隐性表型，但可以携带该等位基因。接受了包含隐性等位基因的 X 染色体的雄性没有第二条 X 染色体携带显性等位基因来掩盖隐性表型。这类似于人类的色盲，女性可以携带色盲的隐性等位基因，但只有男性表现出隐性表型。如果白眼性状不是伴性遗传，那么 F2 代将由 75% 的红眼果蝇（其中一半是雄性，一半是雌性）和 25% 的白眼果蝇（其中一半是雄性，一半是雌性）组成。见下图
摩根早期实验的杂交和表型结果示意图
摩根早期实验的杂交、基因型和表型结果示意图
摩根的实验使他得出结论，白眼性状是伴性遗传的。此外，摩根的实验验证了孟德尔的假设，即基因位于特定染色体上的特定位点。此外，摩根观察到，伴性遗传性状在后代中以可预测的模式出现。
来自 A.P. 生物学，布拉德利·马丁先生讲授，CUHS，2005 年的个人笔记。
里斯、坎贝尔，生物学，第 7 版，2005 年。
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尼尔森和科克斯等人，莱宁格生物化学原理，第 5 版，2008 年。