交叉互换与隐性突变率统计的准确性分析——《对“交叉互换”的辨析》一文的商榷

河南

某杂志2017年第Z1期第65页刊载了魏凤国老师《对“交叉互换”的辨析》的文章，该文从同源染色体交叉互换的角度对2014年江苏卷第33题第（2）问进行了深入分析，介绍了配子形成过程的复杂性和多样性，以及可能对隐性突变率统计造成的影响，颇有独到之处。笔者对文中所述观点持不同意见，同时尝试对这道高考题第（2）问进行分析探讨。

1.高考试题与答案

【试题】（2014年，江苏卷，第33题）有一果蝇品系，其一种突变体的X染色体上存在ClB区段（用XClB表示）。B基因表现显性棒眼性状；l基因的纯合子在胚胎期死亡（XClBXClB与XClBY不能存活）；ClB存在时，X染色体间非姐妹染色单体不发生交换；正常果蝇X染色体无ClB区段（用X+表示）。果蝇的长翅（Vg）对残翅（vg）为显性，基因位于常染色体上。请回答下列问题：

图1

（1）图1是果蝇杂交实验示意图。图中F1长翅与残翅个体的比例为________ ，棒眼与正常眼的比例为________ 。如果用F1正常眼长翅的雌果蝇与F1正常眼残翅的雄果蝇杂交，预期产生正常眼残翅果蝇的概率是________ ；用 F1棒眼长翅的雌果蝇与F1正常眼长翅的雄果蝇杂交，预期产生棒眼残翅果蝇的概率是________ 。

（2）图2是研究X射线对正常眼果蝇X染色体诱变示意图。为了鉴定X染色体上正常眼基因是否发生隐性突变，需用正常眼雄果蝇与 F1中________ 果蝇杂交，X 染色体的诱变类型能在其杂交后代_______ 果蝇中直接显现出来，且能计算出隐性突变频率，合理的解释是_______ ；如果用正常眼雄果蝇与 F1中________ 果蝇杂交，不能准确计算出隐性突变频率，合理的解释是________ 。

图2

【答案】（1）3∶1 1∶2 1/3 1/27（2）棒眼雌性 雄性 杂交后代中雄果蝇X染色体来源于亲代雌（注：原答案为雄，笔者认为“雌”）果蝇，且X染色体间未发生交换，Y染色体无对应的等位基因正常眼雌性 X染色体间可能发生了交换

2.疑问

问题集中在上述高考试题第（2）问，魏凤国老师的文章认为：对于F1中基因型为“X+X？”的雌蝇，在其产生的众多卵细胞中，如果个别卵原细胞在减数分裂产生卵细胞的过程中，相关同源染色体发生交叉互换，则很有可能改变全部卵细胞中基因型含“+”和“？”的比例关系（原为1∶1）。进而得出结论：“交叉互换”会影响对突变个体统计时的准确率。

理由有二：其一是卵原细胞中仅有少数细胞发生交叉互换，一个卵原细胞经减数分裂只产生一个卵细胞，少数卵原细胞（例如3个）在形成卵细胞过程中的交叉互换产生的含“+”和含“?”的卵细胞比例有多种可能性（偏离了1∶1），与“正常途径”（即减数分裂过程中未发生交叉互换）产生的卵细胞合在一起，就会导致全部卵细胞中“+”和“？”的数量可能不相等，因而影响突变个体统计的准确率；其二是原高考题第（2）问最后一空的答案为“X染色体可能发生了交叉互换”，也支持交叉互换能影响统计准确率这一结论。

3.分析与商榷

对于理由一，不妨对多个携带突变基因的卵原细胞（为了与试题匹配，把基因型记为“X+X-”）进行分析：对于其中的任意一个细胞，如果它在减数分裂过程中有关染色体未发生交叉互换，产生的卵细胞基因型有“X+”或“X-”两种可能性，二者出现的概率相等，各占1/2；如果发生了交叉互换，根据遗传学分析或原文图示，产生“X+”或“X-”类型卵细胞的概率仍然相等，各占1/2。可见，对于一对基因而言，无论减数分裂过程中是否发生交叉互换，产生的卵细胞种类和出现概率并未发生改变。所以，从统计学意义上考虑，大量待测卵原细胞产生的卵细胞种类和比例并未因部分细胞发生交叉互换而改变，因而也不可能影响突变率的统计结果。

对于理由二，笔者认为原高考试题第（2）问及其答案均是存在疑问的（具体分析见下文），原文章在未证实原试题和答案是否确切可靠的情况下，以此作为依据是缺少说服力的。

4.隐性突变率的统计方法

在对隐性突变率进行统计之前，首先需对该试题第（2）问中所涉及的亲本雄蝇和F1雌蝇进行简要分析。经X射线处理的亲本雄蝇基因型为X？Y，如图2所示杂交所得F1雌蝇则包含X+X？和X？XClB两种类型。亲本雄蝇经X射线处理后，体内的一部分精原细胞发生了隐性突变（记为X-Y），另一部分精原细胞未发生突变，仍为正常细胞（记为X+Y），因此对于该亲本雄蝇的精原细胞而言，X？Y并不是某一种特定的基因型，它包含X-Y和X+Y两种类型，这些精原细胞经减数分裂就能够同时产生X+、X-和Y三种类型的精子。同理，杂交所得的F1雌蝇中的X+X？和X？XClB也都不是某种特定的基因型。在亲代雄蝇X+、X-和Y三种类型的精子同时参与受精的情况下，F1中基因型为X+X？雌蝇实际则包含X+X-和X+X+两类个体，基因型为X？XClB的雌蝇则包含X+XClB和X-XClB两类个体，如表1所示。

表1 待测亲代雄蝇（X？Y）与棒眼雌蝇（X+XClB）杂交产生F1

统计亲本雄蝇（X？Y）的隐性突变率，就是要设法统计出亲本雄蝇体内全部精原细胞中X-Y所占的比例，这可以通过计算参与受精的含X精子中X-所占比例来实现。它在数值上等于F1中X+X-个体在X+X？雌蝇群体中所占比例，或者X-XClB个体在X？XClB群体中所占比例。根据这两种途径可以设计两种实验方案。

方案一：取多只F1的雌蝇（X+X？）与正常雄蝇（X+Y）杂交，每对杂交组合相互隔离单独观察，统计各自子代（F2）雄蝇是否出现性状分离，发生性状分离的杂交组合占全部组合的比例就是F1中X+X-在基因型为X+X？的雌蝇群体中所占比例，即亲代（P）雄蝇的隐性突变率，如表2所示。同时对于出现性状分离的杂交组合，其子代雄蝇的性状分离比是否接近1∶1，则是无关紧要的。原文作者考虑交叉互换可能会产生影响的，也仅是这一性状分离比（根据前文分析，实际并未产生影响）。

表2 F1的雌蝇（X+X?）与正常雄蝇（X+Y）杂交产生F2

方案二：取多只F1的雌蝇（X？XClB）与正常雄蝇（X+Y）杂交，方法与方案一大致相同但略有差异，也需逐对隔离并单独观察统计F2雄蝇是否出现性状分离，因为子代（F2）中基因型为XClBY的雄蝇全部致死，在逐对隔离杂交的条件下，雌蝇基因型为X+XClB的杂交组合的F2雄蝇全部表现为显性性状，雌蝇基因型为X-XClB的杂交组合，F2雄蝇全部表现为隐性性状，此时只需计算出全部杂交组合中F2雄蝇表现型为隐性的组合所占比例即可，如表3所示。

表3 F1的X？XClB雌蝇与正常雄蝇（X+Y）杂交产生F2

在实际检测中，为了操作和统计的方便，可以采取比较简易的方法：取多只F1中基因型为X+X？的雌蝇或基因型为X？XClB雌蝇与正常雄蝇进行群体混合杂交（即不采取隔离杂交的办法）。若采用基因型为X？XClB的雌蝇做母本，由表3可知，F2中的X-Y雄蝇在全部雄蝇中的比例，即为F1的X-XClB雌蝇在全体雌蝇中所占比例，即亲代雄蝇隐性突变率。进行这样操作的前提是F2中X-Y雄蝇的存活率与正常雄蝇比较接近。如果实际情况为隐性突变体的存活率明显下降，该方案会因误差过大而难以实施。在真实实验中存活率降低的可能性较大，对于这道高考题而言，则无需过多考虑。当然，在上述前提下，方案一还可以采用F1的X+X？雌蝇做母本进行混合杂交，由表2可知，X+X-产生的后代雄蝇仅有一半表现为隐性性状，另一半表现为显性性状，X+X+产生的后代雄蝇则全表现为显性性状，此时统计出的后代雄蝇中隐性个体所占比例仅为F1的X+X-在全体雌蝇中所占比例的1/2，需要对统计结果进行2倍处理后才转化为亲代（P）雄蝇的隐性突变率。

从理论上讲，上述两种方案在准确性上并无差异，但实际操作中往往采用前者而不采用后者，这是因为隐性突变率通常是个较小的数值，这意味着在有限数量的F2雄蝇群体中隐性个体数不可能很多，而为了统计的准确，又必须得到足够数量的隐性个体，在获取相同数量的隐性雄蝇的情况下，前者需要统计的雄蝇总数仅为后者的一半，这样就明显减轻了统计工作量。

5.结论

综上分析，笔者认为，从统计学意义上考虑，发生交叉互换并不会影响突变率的统计结果：上述经诱变处理的雄蝇精原细胞隐性突变率，在数值上等于F1的X+X-在X+X？群体中所占比例，或X-XClB在X？XClB群体中所占比例。因此可利用后代雄果蝇中直接显现出的隐性个体的比例计算出隐性突变频率，理由就是雄果蝇的X染色体源于其亲代雌果蝇。