遺傳學1:孟德爾，有絲分裂，減數分裂

研究生物運作的其中一種方法是取得一個有機體或細胞，並將他們分割成一個個

小單位，例如蛋白質，接著研究這些個別單位。

基因、蛋白質和功能三者之間的關係：

生物化學--在有機體的其他部分不存在的狀況下研究某個小單位 (例如一個蛋白

質)。遺傳學— 研究缺乏某個小單位的有機體(例如一個基因)。研究「突變種」---相對於野生種或正常種缺乏一個或多個小單位的有機體。

孟德爾第一定律：遺傳因子

1860年：奎格．孟德爾(一位修道士)想瞭解甚麼因素控制遺傳。

－在孟德爾之前，遺傳被視為「混合」。孩子被視為父母雙方的混合物。

－早期的遺傳「實驗」使用農場動物、植物。

－孟德爾用豌豆研究遺傳。

孟德爾研究豌豆的理由：

－豌豆易生長

－可輕易控制其血統

－有自花授粉之可能性

－幾個變化特點可輕易觀察到

孟德爾可獲得真正的純種(所有的子代都和雙親有相同的特質)

§孟德爾之實驗

一開始用兩株不同性狀但易區分之純種豌豆。

F0（雙親）：圓豌豆配皺豌豆

F1(子代)：全為圓豌豆

豌豆變皺之特性完全消失了!!!孟德爾發現在F1中皺特性和圓特性無混合現象。

接著他讓F1的豆子自花授粉（豌豆可自花授粉）如下：

F1圓豆×F1圓豆

F2(子代)後裔有圓豌豆和皺豌豆。

-豌豆變皺之特性在F2重新出現了!!!-F1自花授粉的結果和兩個F1互相授粉的結果相同。

孟德爾的結論

這並非因為性狀混合；是由於遺傳的獨立特性所造成。

-他檢查了F2的數據和F1圓豆×F1圓豆的結果

然後發現：

F2：5474顆圓豌豆：1850顆皺豌豆

比例：

2.96:1-孟德爾說圓豌豆：皺豌豆之比例大約為3:1。孟德爾重覆此實驗許多次並發現相似的結果: 如同3.01:1, 3.15:1, 2.95:1的比例。

根據此結果，孟德爾形成遺傳因子的觀念。並提出了一個假說。

孟德爾的模型(假說)

任何一個豌豆植物(比如圓豌豆與皺豌豆)均有遺傳因子,也就是他所說的配子。

所有植物的遺傳因子都成對存在。

-他為以下的遺傳因子進行了分配：

使碗豆變圓之因子(R)和使豌豆變皺之因子(r)

父母：圓(RR)×皺(rr)

F1：圓(Rr)在F1中『獲勝』

孟德爾推測F1的植物生產如下之配子：

來自F1雙親(#1)的配子

R r

R RR一對顯性 Rr 顯性，隱性來自F1雙親(#2)

隱性的配子r r rR隱性，顯性 rr 一對隱性

接著他說F1中的配子是分開的，但在F2中又結合在一起。

他讓兩個F1的豆子交配並繁衍出F2。F1×F1 ， F1圓(Rr)×F1圓(Rr)F2：RR(圓)、Rr(圓)、rR(圓)、rr(皺)圓占總數的3/4，皺占總數的1/4從這個實驗中孟德爾提出了一個假設。

孟德爾的假說(定律)#1-在生物個體中遺傳因子是以對偶的形式存在，但當配子(精細胞或卵細胞)形成時

它們會分開單獨存於配子中。

-孟德爾用預測的方式檢驗定律#1。-實驗#1：孟德爾讓F2和F2相互交配(F2植物相互交配)＜a＞F2皺豌豆×F2皺豌豆＝

F3通通為皺豌豆(rr)＜b＞F2圓豌豆×F2圓豌豆＝

當時 後裔F3中，圓豌豆佔三分之一RR(F2)×RR(F2)＝全為RR(F3)}

實驗#2：接著孟德爾進行了一些試交：

＜a＞Rr(F1)×rr(父母代)＝一半為圓豌豆Rr；一半為皺豌豆 rr 譯註：原文{a) Rr(F1) x rr(F0) =½ round RR : ½ wrinkled rr}是錯的，所以做了一些修改

＜b＞RR(F1)×rr(父母代)＝全為圓豌豆 Rr如果F1是Rr的話，那麼同父母代(rr)試交就會產生½ 圓豌豆的後代 ½ 皺豌豆後代

-如果F1是RR的話，那麼同父母代(rr)試交就會產生全為圓豌豆的後代。

-從他的結果，孟德爾之假說被驗證了。但是孟德爾對於遺傳因子的觀念，對當

時的人來說太抽象。

§2.遺傳學的定義

基因：

掌控著生物特徵(如碗豆的形狀和外表)的某個遺傳因子。

對偶基因：

一個基因的眾多可能形式之一(如顯性或隱性)基因型：

個體所擁有的對偶基因(雙顯性RR,顯性隱性Rr或雙隱性rr)同型結合子:帶有兩個相同的對偶基因的個體

異型接合子：帶有兩個不同的對偶基因（如Rr）的個體，需由其基因型來加以判

斷

顯型： 經過檢驗，一個可以被對偶基因顯現出來，並使該個體有別於其他個體，

且被識別出來的特性(圓豌豆和皺豌豆)。顯性：如果異型接合子顯現顯型一，這對顯型二來說顯型一是較具優勢的。

隱性：如果異型接合子顯現顯型一，這對顯型一來說顯型二是隱性的。比如說，

對皺豌豆來說顯型一是顯性的且對圓碗豆來說皺碗豆是隱性的。

利用關於顯型和對偶基因的顯性個體和隱性個體，顯型與突變有關，但不是突

變，但突變本身並沒有顯性與隱性

.§3.染色體：有絲分裂和減數分裂

就在同時，細胞學家正觀察著細胞，他們注意到每當細胞即將分裂時，細胞核中

的物質會吸收一些染色物質，這些物質因此在顯微鏡下變得清晰可見。

它們稱這種物質為染色體(染色物質)。-染色體是成一對對的(2n)-在有絲分裂(細胞生長與發生過程所涉及的重要步驟)時，在細胞生長週期(2n→4n)染色體被複製，這時染色體數維持不變。

-在細胞核跟著細胞分裂以前，成對染色體會在細胞中心以一對一的方式進行排

列。

在減數分裂（配子(如卵細胞和精細胞)形成的過程）

＜1＞染色體數減半(2n→n)＜2＞配子的染色體數由2n減為n。

在生殖細胞生長週期期間，染色體會被複製(2n 4n)

在第一次減數分裂分割中，同源染色體彼此並排，然後一對對染色體被分離(產生兩個帶有2n倍數染色體的細胞)在下一個減數分裂分割中，每一個染色體中的染色分體分開(總共產生四個帶n倍數染色體的細胞)2n染色體→有絲分裂→2n染色體

2n染色體→減數分裂→1n染色體

細胞學家發現分割的配子在合合子子形成時會再度聚合在一起。

當兩個配子(n＝配子)接合時：n+ n = 2n這意謂著染色體和孟德爾的遺傳因子有相同的習性

也許染色體同於基因，所以… ..一個新觀點便出現了

.

染色體遺傳學說

~1900：染色體的動向和遺傳因子的動向相像(包括形成配子時的個別分離與形成

合子時的相互結合)，遺傳現象有染色體動向的基礎，所以基因就是染色體。

~1935：研究玉蜀黍的Barbara McClintock，發現到一些基因可在染色體上重組並

且一些染色體內的基因可以被移動。

§4.孟德爾第二定律：不同基因之獨立分離

＜1＞兩對性狀雜交（二基因）：

雙親F0：圓碗豆，綠色(RRGG)×皺碗豆，黃色(rrgg)子代一F1：全為圓碗豆，綠色(RrGg)(雙雜合子)因此，圓碗豆是顯性的，皺碗豆是隱性的

綠色是顯性的，黃色是隱性

＜2＞進行試交

RrGg×rrgg來自雙親1的配子：RG, Rg, rG, rg來自雙親2的配子：rg給四個碗豆：RrGg(綠色圓形種子)，Rrgg(黃色圓形種子)，Rrgg(綠色皺形種子)和rrgg(黃色皺形種子)1：1：1：1的比率

顯型的比率顯示了這對染色體在減數分裂期間是獨立分離的。依據孟德爾的定律

如果R基因和G基因在不同的染色體上則他們會獨立分離。

但如果他們在同一個染色體上時會發生甚麼事?碗豆只有七對染色體。如果遺傳的染色體理論是正確的話，那麼碗豆就只有七種

特性，萬一碗豆出現八個特性呢???

遺傳學二：基因連鎖群學說

一個體都有兩個所有遺傳因子(基因)的複本。這兩個複本在配子形成時分開，然

後在兩個配子結合受精時聚在一起

遺傳學一：孟德爾第二定律的延續

只有R基因和G基因在不同的染色體上時他們的特性才會獨立

根據這個結果，染色體理論預料到了圓特性的基因和綠色特性的基因分別在兩個

分開的染色體上。

依照染色體理論：

如果R和G基因在不同的染色體上:

查看子代一雜種細胞之細胞核: RrGg

如果基因在不同的染色體上那可能表示配子形成一個1 : 1 : 1 : 1的比例

RG 25% : rg 25% : Rg 25% : rG 25%

以第一子代的核內基因情形（RrGg）為例：

但是如果R和G基因在同一個染色體上

如果基因在同一個染色體上，可能配子會形成1 : 1的比例

RG 50% : rg 50% : Rg 0% : rG 0%由於這最後兩個(Rg rG)沒形成

依據孟德爾的說法，基因應該是獨立分離的：

RG 25% : rg 25% : Rg 25% : rG 25%

依照染色體理論，基因的分離情形應和染色體相一致

RG 50% : rg 50%

實際上，當兩個基因在同一條染色體上時，第三個結果會發生。

在少見的情形下，你也可以看見一對遺傳到親代的RG, rg和一對沒遺傳到親代的

Rg, rG這類的子代產生。

這是怎麼回事??這是因為一個稱為基因重組的過程發生了。

§2.重組

重組是第一個運用黃果蠅(Drosophila Melanogaster)作為研究對象的計畫

此計畫的主持者是托瑪斯．摩根Thomas Morgan (~1910)。

觀察兩隻純種果蠅相交配。

親代：雄性×雌性萎縮翅基因 萎縮翅基因 黑身基因＋＝為顯型(表現於翅和身)之野生種

子代一：通通為萎縮翅基因 黑身基因黑身基因 =顯現黑色身軀的對偶基因

萎縮翅基因 =顯現退化(短)翅膀的對偶基因。

取得子代一的雜合子並進行試交：

預測結果 ：比例：1 : 1 : 1 : 1

但是，後代在接下來的比率中找到

944 : 965 : 206 : 185由數字944和944表現的果蠅是親代型的

由數字206和185表現的果蠅不是親代型的(重組)。-如果黑身和萎縮翅基因在不同的染色體上，你將會預測到比例為1 : 1 : 1 : 1的遺

傳型。

-如果黑身和萎縮翅基因在相同的染色體上，你將會預測到比例為1 : 1 : 0:0的遺

傳型。

這個結果，無論如何，指出了為了產生非親代型(重組)的子代，一些重組過程必

須發生。

重組會在減數分裂的生產配子階段時發生。

在減數分裂的4n階段時

兩個不同的染色體之間發生染色體交叉

成功地交換了遺傳物質… .

-重組(染色體交叉)有時發生。

在重組發生時，非親代型(重組)個體就生產出來了。

-觀測細胞在減數分裂時的經過且觀察染色體互相接觸形成一個交叉(十字型)這是重組有發生的證據嗎？

生產四個不同配子：+ + 黑身 萎縮翅基因(親代) 黑身基因 + 萎縮翅基因+(非親

代)要證明重組會發生必須觀測重組產生的頻率。

重組頻率(簡稱RF)是基因的重組發生頻率的測量基準

從提供的資料來推斷：RF＝%17這表示有17%的時段，在染色體上，基因之間發生了重組。

如果二基因很接近 重組機率會很低- ~ 0%如果二基因離的很遠 重組機率會很高~ 50%－如果兩個基因之間發生重組基因，會被視為連接在同一個染色體上(RF小於

50%)－如果他們在相同染色體上但彼此相距很遠，甚至是個別位於不同條染色體上，

基因會被視為不相連結。(RF ~ 50%)

§3.基因連鎖圖

Genetic Maps基因連鎖圖是基於基因之間的重組頻率數據所繪製出的圖譜。

~1911 Alfred Sturtevant，一個在T H Morgan的實驗室中的學生，利用重組頻率的

數據繪製出出一份染色體區域圖。

-他利用RF作為標準將基因間的距離分解為地圖上的分摩(單位為m.u)

例如：染色體上黑身基因、萎縮翅基因

黑身————萎縮翅（在字母下是被發現基因的基因位置）

I----17分摩---I

因此RF提供的數據說明了：黑身和萎縮翅基因在同一染色體上，彼此距離17分摩。

Sturtevant發現萎縮翅基因和另外一個紅眼基因之間的距離為8分摩。

VG———CNI— 8分摩— I現在有兩個可能性：

＜1＞在黑身和紅眼之間的黑身 萎縮翅 紅眼 RF是25%

＜2＞黑身 紅眼 萎縮翅 黑身和紅眼之間的RF是9%

I ---9mu-I----8mu---II-----------17mu------I

Sturtevant做雜交並發現黑身基因和紅眼基因之間的重組頻率為9 %因此遺傳圖#2是正確的

Sturtevant研究了在染色體上的其他基因，並且製作了更大規模的基因連鎖圖：

黑翅 紅眼 萎縮翅 圓型凸出眼 曲型翅膀

I--------9%---------I-----------8%-----I-----~5%------I--------~3%-------IB =黑翅，cn = 紅眼，vg =萎縮翅，圓型凸出=圓型凸出眼

Sturtevant推測基因位於染色體上，他可以利用研究基因間的RF數據，來將基因

標在染色體上。

§4.性別決定和性聯遺傳

大部分的植物和動物都有一對染色體(2n)-每一個染色體都有兩個複本。

N =染色體數

在細胞核中，除了其中一對染色體外，染色體都是以成對且相同的形式存在。

成對的染色體被稱作體染色體

彼此不成對的染色體被稱做性染色體

人類俱有22對體染色體和1對性染色體(XX或XY)在大部分的生物體中，性染色體的類型決定個體的性別。

看看不同的生物體 人類、果蠅、小雞、蠕蟲

雄性 XY XY ZZ XO雌性 XX XX ZW XX除了雞之外，在大多數的案例，當雌性是同型接合子(XX)雄性是異型接合子(XY)那麼，甚麼東西使雄性變成雄性？

是XX染色體造出雌性嗎或是Y染色體造成雄性？

這取決於生物本身

在人類身上：XXY-顯型雄性

在果蠅身上：XXY-顯型雌性

在人類身上Y染色體是決定男性的因素

.

Sex-linkage 性聯遺傳

基因不只可以在體染色體上找到，亦可以在性染色體上找到(大部分都在X染色

體)。我們可以由性聯遺傳的實驗找出性染色體和性別決定因素之間的關聯性。

.

Studies on Sex-Linkage 關於性聯遺傳的研究

Flies: 果蠅：

親代：雄性白眼果蠅×雌性紅眼果蠅

子代一：全為紅眼果蠅(雄、雌性都有)(對於紅眼性狀來說白眼是隱性的)拿兩隻子代一的果蠅互相交配：

子代一的雄性紅眼果蠅×子代一的雌性紅眼果蠅

子代二：所有的雌性後裔都為紅眼果蠅

一半的雄性為紅眼果蠅，另一半的雄性為白眼果蠅

結論：控制眼睛顏色的基因是在X染色體上–結果無法用簡易的顯性/隱性

解釋。因此這種性狀是性聯遺傳。

遺傳學III:人類遺傳學

§再談果蠅的性聯遺傳

快速回顧： 當正常子代一的雄性(+/Y)遺傳其正常對偶基因給所有的雌性後代，

傳遞Y對偶基因給所有的雄性後代，子代一雌性載體 (m/+)傳遞變種的對偶基因

給她二分之一的子代，也把正常的對偶基因給她二分之一的子代。

由於所有子代二雌性後代從他們的父親得到正常對偶基因+，他們無法有變化。

為了取得生產白眼雌性果蠅的機會，母親必然是+/m或m/m 且父親必然是m/Y。

§2.人類遺傳學

譜系是用於說明人類遺傳性疾病得自遺傳的情形。

一份譜系可讓我們找出性狀的遺傳模式

遺傳性疾病之遺傳模式

＜1＞)X連接(性聯基因)遺傳(X連結隱性的特性)＜a＞譜系：

在攜帶隱性的顯型之X連結特性中，雌性為基因載體。

雌性載體有突變基因，但並不顯現此突變性狀。

＜b＞X連結之遺傳性狀的特徵

＜1＞完全會影響雄性–只需要一個突變基因就能使雄性表現出突變性狀。

(這類情形在雌性當中則相對少見–為了顯現特性他們需要成為m/m –如果

受影響的雄性和攜帶者雌性相配對，這就會發生。)＜2＞受影響的雄性(m/y)並不會將突變基因遺傳給子代(不會遺傳突變的對偶基

因)＜3＞這類性狀會隔代遺傳–雌性是不被影響的載體–攜帶著突變基因，但不會顯

現這性狀，因此他們表現出正常的顯型。

＜4＞雌性載體可以遺傳此突變基因(變種對偶基因)給一半的雄性後代和一半的

雌性後代

＜5＞受影響的雌性會遺傳變種對偶基因給所有的雄性後代和雌性後代(雌性後

代成為載體)

為甚麼雄性顯型會被性聯遺傳性狀所影響？

-只需要一個基因的變種副本就可以顯現性狀

雄性： 影響雄性使其缺乏好的基因Y複本

雌性： 雌性載體依然有+ X+基因的好複本

例子：紅－綠色盲、血友病

與此疾病相關的基因位於X染色體上。

＜2＞體染色體顯性遺傳

體染色體(非性染色體)人類有22對體染色體和1對性染色體

＜a＞體染色體顯性性狀的譜系

＜b＞體染色體顯性性狀之特徵。(例如杭亭頓氏舞蹈症)＜1＞雜合子被影響–只需要對偶基因的一個複本就能夠表現性狀。

＜2＞性狀會顯現在每一個世代中(而非隔代遺傳)＜3＞平均的影響雄性和雌性

＜4＞基因型為m/+的個體產生的後代中有一半會出現此性狀，若此個體基因型

為m/+，那麼所有的後代都遺傳到此性狀。

＜5＞未受影響的個體不會遺傳性狀

杭亭頓氏舞蹈症–腦部退化–在40-50歲時發生。

杭亭頓氏舞蹈症是一個顯現完全外顯率的疾病-這意味著如果你有變種對偶基

因–就幾乎會有顯型疾病。

對於大部分的疾病來說 不管怎樣 如果你是m/+ 你一定會得到此疾病。

這是由於不完全外顯率–具有變種對偶基因並不代表你總是會得到顯型遺傳性疾

病。

雜合子(m/+)顯現了性狀的可能性 P<100%展現不完全外顯率的疾病例子：

結腸癌 ：~80%有m/+基因型的個體將會得癌症

第一型糖尿病：(只在青少年身上發作的糖尿病) 顯現了~30%的外顯率

乳癌：~85%有變種對偶基因的個體會得到乳癌

涉及二個基因：BRAC1, BRAC2 (BReast CAncer)這是在第17對染色體中找到的基因。

這正是典型的體染色體顯性遺傳。

這是一個性聯基因性狀的例子(只有一個性別特別容易表現此性狀–前列腺癌是

另一個性聯基因性狀的例子)禿頭–性聯基因多元發生說(牽涉到許多基因)性狀–也隨男性賀爾蒙而定

利用與其他基因的連鎖關係，可找到此變種基因。

例子：系譜顯示了變種基因(m)得自遺傳的情形。

因為變種對偶基因A的顯型總是看起來攜帶著缺陷基因(m)之變種對偶基因的顯

型，我們可以說A與m相連結，因此在染色體上他們彼此很接近。

同樣地，B應被原種對偶基因連接。如果A看起來攜帶原種顯型或者B看起來攜帶

變種 (遺傳性疾病)顯型，我們可以假定重組已發生。

Since phenotype of mutant allele A is always seen with phenotype of mutant allele of

＜3＞體染色體隱性性狀遺傳

＜a＞系譜：

＜b＞體染色體隱性性狀的特徵：

＜1＞在每一世代中都不會出現，再龐大的系譜中也許只有1到2個人受影響

＜2＞雙親通常不會受影響– ¼ 的後裔會受影響

＜3＞受影響的後代不常受感染(不常遺傳給下一代)＜4＞平均影響雄性和雌性

這種遺傳特徵由Archibald Garrod(英國醫師？~1900)發現

Garrod研究罹患黑尿症的病人－

-黑尿症的症狀為：人的尿液在空氣中時會轉為黑色

-研究患有黑尿症的病人，發現到有8/17的患者為表兄妹相結婚後的後代(近親

通婚)-這使Garrod相信黑尿症為一種遺傳性疾病

-近親通婚增加了缺陷對偶基因(m)出現的機會 這種情況在人口中很少見，

成為雜合子(m/m)-許多罕見的疾病為近親通婚的後果；比如得到白化症通常是因為父母為表兄

妹關係所造成。

§ 3.遺傳性疾病的生物化學基礎

Garrod研究為何當黑尿症患者的尿液曝露在空氣中時會轉為黑色。

-發現黑尿症患者會分泌尿黑酸(HGA)，這種物質使尿液在空氣中轉為黑色。

-他假設HGA是由蛋白質分解而來的，特別是在分解出苯基丙胺酸和酪氨酸時

- HGA氧化(曝露在空氣中)並且轉變為黑色物質

Garrod通過餵食病人來檢驗他的假設：

＜1＞高蛋白質食性 －＞ 結果：增加尿液中HGA的含量

＜2＞苯基丙胺酸 －＞ 結果：增加尿液中的HGA＜3＞酪氨酸 －＞ 結果：增加尿液中的HGA＜4＞HGA －＞ 結果：尿液中HGA的定量增加。

Garrod提出，在人類中有一條與胺基酸分解有關的代謝路徑，並且也認為黑

尿症(遺傳性疾病)的發生是由於HGA分解的過程受到阻礙：

蛋白質－＞－＞苯基丙胺酸－＞ 酪氨酸－＞－＞HGA－＜ XX產物Z這是概略畫出黑尿症患者的階段

Garrod推測此疾病可能因為代謝上缺陷而發生。

可以分解HGA之酵素在黑尿症患者中消失 所以HGA會增加。

假說：遺傳疾病是由於代謝上的缺陷所造成。

Garrod發現基因可以透過轉譯產生酵素，接著酵素引起生物化學反應。

他稱黑尿症等等的疾病為"先天性新陳代謝缺陷"Garrod的研究促成了Beadle和Tatum在1942提出新的觀念：

"一個基因；一個酵素"

遺傳IV：生物化學的遺傳學

§1. Population Genetics 族群遺傳學

這個領域因Hardy和Weinberg這兩個人發現的定律而得以獲得拓展的空間

(1908)假設在一族群中有兩個對偶基因適於某一特定基因

對偶基因：A a (2 基因的構造)頻率：p q(1-p) (p+q=1，只有兩個對偶基因)“A”對偶基因出現在卵子中的機率是多少(在雌性中) = p“a”對偶基因出現在卵子中的機率是多少=q

這是平衡分配–稱為Hardy-Weinberg 定律

如果你知道對偶基因頻率，你就可以計算基因型頻率：

(p+q)2 = 1 p2 + 2pq + q2 = 1

在Hardy-Weinberg 定律中：

AA = p2

Aa = 2pqAa = q2

Genetics IV: Biochemical Genetics

假設平衡的話，對偶基因頻率(且因為基因型頻率)不會時時改變。對偶基因頻率

在族群中傾向於保持不變。

例如：囊包性纖維症（染色體隱性疾病）

在族群中個體染上囊包性纖維症的頻率是1/2000令A＝正常或野生型對偶基因

a＝囊包性纖維症對偶基因

q2（受到感染的個體）＝1/2000，所以q = √2000/1 = 1/44，因此p = 43/44帶因者頻率：2pq = 2(43/44)(1/44) ~ .044 = 1/22因此有大約百分之五的族群是帶因者

為什麼像是囊包性纖維症這樣的疾病在特定族群中仍然盛行呢？

異型接合子攜帶了突變對偶基因－也許擁有一定的優勢，像是對霍亂這種傳染疾

病不斷增加抗體，因此a對偶基因仍然存在於族群中。

§2.生物化學遺傳學

Archibald Garrod把基因缺陷和酵素缺陷聯想在一起

Biochemical Genetics使用實驗遺傳學來研究生物化學

實驗體系：

酵母：一種單一胞菌，真核生物（擁有細胞核）

取得一份酵母細胞的懸浮液，將之鋪展在培養皿內，培養皿中包含有洋菜凍，其

中含有微生物生存所需的營養素。過一段時間，這些單一細胞會在培養皿上成長

叢生為可見的群體，此即「菌落」。每一堆菌落代表了一堆相同的細胞，每一個

單一細胞的後代都在原位置上誕生。

酵母的生命週期

酵母能夠成形成具兩倍(2n)或單倍(n)染色體的個體，n代表酵母中16個染色體

成長必需品

－酵母可以在一個極簡的媒介上成長：這微生物培養媒介包括了碳的來源（比如

像是葡萄糖、果糖或乳糖這類的可發酵醣）

－酵母擁有生物合成的能力，在此他們可以僅僅憑藉著這小小的微生物培養媒介

所供給的單一營養成分製造所有的生物成分。

－酵母也能成長在豐富的微生物培養媒介－它包括了複雜的營養成分和從培養

媒介所取得的大分子。

－酵母可以關閉他自己的合成物路徑但利用在原合成路徑中使用到的酵素將微

生物培養媒介中可利用的任何東西轉換為自身的營養素。

－酵母可以合成它需要的東西

－酵母也可以從媒介中取得營養

－若想要了解生物合成的路徑，我們需要描繪那些缺乏特定酵素就無法在特定條

件中成長的酵母的特性。

例如：你要如何在胺基酸合成過程中找出涉及其中的基因或蛋白質（例如精胺酸

合成）

－要找出不能合成精胺酸的酵母，就必須持續搜索沒有精胺酸加入培養媒介就不

能生長的突變種酵母。

突變種搜索策略

－固定放置在營養豐富的微生物培養媒介上

－菌落複印（轉移）酵母群體到極簡的微生物培養媒介上

－尋找那些無法在極簡的微生物培養媒介上成長的群體－這是在生物合成路徑

上有某種缺陷的突變種

－你所設計的突變種搜索方法將會決定你所發現的是哪一種突變種

－一旦你採集到了一群那種若無營養補給，就無法在極簡的微生物培養媒介上成

長的突變種，你就必須決定哪一種成分（營養補給）是該突變種在較小的微生物

培養媒介上成長所需要的。

例如，尋找一種不能合成精胺酸的突變株：

放置在一個營養豐富的微生物培養媒介－＞把它轉移到一個極簡的微生物培養

媒介－＞轉移到一個極簡的微生物培養媒介＋精胺酸

所有在營養豐富的培養媒介的細胞都得到成長。除了一類在生物合成路徑有所缺

陷的之外，所有的群體都得以成長。一類在精胺酸路徑有缺陷的可以在極簡的培

養媒介加上精胺酸中成長。（也可以選擇在豐富營養但除去精胺酸的培養媒介，

那些不能在這種媒介環境成長的群體應該是精胺酸合成突變種）如果我們在肥沃

vs.微小培養媒介中測試酵母的成長，我們會得到一個稱為營養缺陷體的異種突

變體。

定義：

原養型微生物：可以在極簡培養媒介中成長的原種

營養缺陷體：失去在極簡培養媒介中成長能力的突變種

這些我們前文單獨處理的，無法在極簡培養媒介成長，卻能在一個極簡的微生物

培養媒介＋精胺酸成長的突變種，稱之為精胺酸營養缺陷體。

在這裡，“aux”意味著「需要幫助」

但是為了要分析大量數目的細胞，我們需要一個比較好的方法來測試特殊條件下

的生長情形並篩選出突變株。

Esther Lederberg(利用它的面膜)發展出一種稱作「菌落複印」的技術，用一小塊

絲絨輕壓培養皿，就可以在兩個培養皿之間轉移相同排列次序的所有群體，

用這種篩選方法可以分離出各種失去功能的變種。

兩種測試方法：

-尋找有預期的功能或特性的群落

＜1＞遺傳學的篩選：查看所有的生長群落，然後尋找那不能在特殊培養媒介生

長的群體，隔開失去功能－那種能在特定條件之下成長的能力的－突變種。

＜2＞遺傳學的選擇與淘汰：尋找那些在特定條件下能夠成長的群體，選出那些

得到功能－那種能在特定條件之下成長的能力的－（那些正常情況下不允許成長

的條件，像是抗藥性。）

想要研究無法在精胺酸中成長的突變體－需要收集精胺酸營養缺陷體－只需要

精胺酸就能在微小培養媒介成長的突變體。

要獲得這些突變體－需要使用單倍體酵母細胞－每一個基因只有一個複本。

不能使用二倍體酵母，因為這對於營養缺陷體而言，只帶有一個缺陷基因是不夠

的。

這是因為從一個基因複本所產生的酵母層級（正常層級的一半）擁有足夠的正常

功能。

來看一看單倍體與二倍體的比較

單倍體：帶有一個精胺酸合成缺陷基因，可產生精胺酸營養缺陷體

二倍體：帶有一個精胺酸合成缺陷基因，但因為其他基因正常，故不會產生精胺

酸營養缺陷體

必須在兩個精胺酸合成基因複本都發生突變的狀況下，精胺酸營養缺陷體才會存

在；在同一基因上帶有兩個突變複本的兩倍體酵母並不常見。

§3. 突變體特性描述

收集大數量的酵母精胺酸營養缺陷體，把他們稱為Arg1, Arg2, Arg3等。

接著探討，這些突變發生在同一個基因上或在不同的基因上？

為了做這件事，第一個試驗讓變種使隱性顯型產生。

＜1＞隱性試驗

-失去蛋白質功能通常相對於正常情形為隱性

-對蛋白質缺陷來說通常一半的基因產物就足以顯現正常顯型－通常只有一個基

因的正常複本足以顯現正常顯型。

進行雜交以試驗隱性：雜交兩個單倍體後裔：將Arg1與正常種（wt）相交配.....

如果結果顯型是原種的話那麼Arg1對wt來說是隱性的。

備註：此試驗假設精胺酸營養缺陷體對原種顯型來說是隱性的。（亦有突變基因

相對於正常基因為顯性的情形）

2) Test of Complementation\互補試驗

進行互補試驗以決定是否兩個相異的突變情形是發生在同一個基因裡或在不同

的基因裡。讓兩個單倍體變種雜交並觀察二倍體的顯型。

＜a＞如果突變情形發生在同一個基因中：Arg1和Arg2變種是單倍體，結合產生

的二倍體將無法在極簡媒介上生長，因為兩種突變情形都發生在同一個基因中，

二倍體因此喪失酵素機能——二倍體在沒有精胺酸加入培養基的情況下無法生

長。

**Arg1和Arg2的突變情形發生在同一個基因中時。在同一個基因中的突變位

置無法相互配對!!!

＜b＞如果突變情形發生在不同的基因中：Arg1和Arg2變種是兩個單倍體後代，

如果兩個突變情形發生在不同的基因中，結果產生的二倍體可以在極簡的媒介上

生長

，二倍體有每一個正常蛋白質機能的複本；因此二倍體可以在極簡媒介上生長。

**Arg1和Arg2的突變情形發生在不同的基因中時。在不同的基因中的突變位

置可成功的相互配對!!!

突變情形發生在不同基因時，相互配對可恢復原本的正常種（突變體間彼些互相

補救缺陷基因）

可以在不同的單倍體之間做一個互補分佈實驗的表格：

Wt Arg1 Arg2 Arg3 Arg4

Wt + + + + +

Arg1 + - - + +

Arg2 + - - + +

Arg3 + + + - -

Arg4 + + + - -

“+”代表可互補

“-”代表不可互補

注意所有的變種對於原種來說是隱性的

變種一和變種二無法交配：因此他們在同一個基因中

變種三和變種四無法交配：因此他們在同一個基因中

由上表看以發現到參與精胺酸合成的互補群組或基因可分為兩類。

相補分佈群組：

這類彼此無法相補的突變情形可用以定義甚麼是基因。

而精氨酸的合成過程有兩個基因涉及其中。