1910年5月,在摩尔根蝇室的大群野生型红眼果蝇中出现了一只白眼雄果蝇。对于这只后来在科学史上非常出名的昆虫,摩尔根当时是爱护备至,努力使它与野生型红眼雌果蝇交配而留下了后代。摩尔根将实验结果写成《果蝇的限性遗传》的论文,发表在1910年7月的《科学》 (Science)杂志上。
摩尔根用这只白眼雄蝇与通常的红眼雌蝇交配时,子一代不论雌雄都是红眼,但子二代中雌的全是红眼,雄的半数是红眼,半数是白眼。如果雌雄不论,则子二代中红眼:白眼接近 3 : 1。这似乎是个孟德尔比值,但与一般孟德尔比值不同的是,白眼全是雄蝇。
摩尔根做了回交实验 用最初出现的那只白眼雄蝇和它的后代中的红眼雌蝇交配,结果产生 1/4红眼雄蝇、1/4红眼雌蝇、1/4白眼雌蝇、1/4白眼雄蝇,这也完全是孟德尔比值。
摩尔根根据实验结果,提出如下假设:控制白眼性状的基因w位于X染色体上,是隐性的。因为Y染色体上不带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雌蝇是显性基因的纯合子,基因型是XW XW。白眼基因w是突变基因,红眼基因W是野生型基因,因为这对等位基因都在X染色体上,所以为明确起见,分别记作Xw和XW,Y代表Y染色体。
白眼雄蝇与纯种红眼雌蝇交配,白眼雄蝇的基因型是XwY,产生两种精子,一种精子带有X,上面有w基因;一种精子带有Y,上面没有相应的基因。红眼雌蝇的基因型是XW XW,产生的卵细胞都带有X,上面都有W野生型基因。两种精子(Xw和Y)与卵细胞(XW)结合,子代雌蝇的基因型是XWXw,因为W对w是显性,所以表型是红眼,子代雄蝇的基因型是XWY,所以表型也是红眼。子一代的红眼雌蝇与红眼雄蝇交配时,红眼雌蝇(XWXw)产生两种卵细胞:一种是XW,种是Xw;红眼雄蝇也产生两种精子:一种是XW,一种是Y。卵细胞与精子结合,形成 4种合子,长大后,雌蝇都是红眼(XW XW和XWXw),而雄蝇中一半是红眼(XWY),一半是白眼 (XwY),表型比例是2:1 : 1。
在摩尔根所做的回交实验中,子一代红眼雌蝇与白眼雄蝇交配,子一代红眼雌蝇的基因型是XWXw,产生两种卵细胞,一种是XW, —种是Xw。白眼雄蝇的基因型是XwY・产生两种精子,一 种是Xw, —种是Y。雌雄配子结合后,如图所示。
后代有4种表型:红眼雌蝇(XWXw)、白眼雌蝇(XwXw),红眼雄蝇(XWY)、白眼雄蝇 (XwY),比例是1 :I :1 :I。摩尔根圆满地说明了他的实验结果。为了验证他的假设,他又设计 了三个新的实验。
1. 根据假设,子二代雌蝇员然都是红眼,但基因型有两种:半数是XW XW,半数是XWXw,所以子二代雌蝇与白眼雄蝇做单对交配时,应当半数子二代雌蝇所产的后代全部是红眼,半数子二代雌蝇则与子一代雌蝇回交一样,所产的后代是1/4红眼雌蝇、1/4白眼雌蝇、1/4红眼雄蝇、1/4 白眼雄蝇。
2. 根据假设,白眼雌蝇与红眼雄蝇交配时,子代中雌蝇都是红眼,雄蝇都是白眼。
3. 根据假设,白眼雌蝇和白眼雄蝇交配时,子代雌雄都是白眼,而且以后也能真实传代,成为稳定的品系。
这三个实验中,以第二个实验最为关键,实验结果与预测完全符合,假设得到了证实。
这样摩尔根就把决定红眼和白眼的基因定位在X染色体上。
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