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粗糙链孢霉的杂交实验

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一、实验原理

粗糙链孢霉(Neurosporacrassa)属于真菌中的子囊菌纲。它是进行顺序排列的四分体的遗传学分析的好材料。粗糙链孢霉的菌丝体是单倍体(n=7),每一菌丝细胞中含有几十个细胞核。由菌丝顶端断裂形成分生孢子。分生孢子有两种,小型分生孢子中含有一个核,大型分生孢子中含有几个核。分生孢子萌发成菌丝,可再生成分生孢子,周而复始,这是粗糙链孢霉的无性生殖过程。

粗糙链孢霉的菌株有两种不同的接合型(matingtype),用A、a或mt + 、mt - 表示,它们受一对等位基因控制。不同接合型菌株的细胞接合产生有性孢子,这过程称为有性生殖。有性生殖可以通过两种方式进行:

1.当菌丝在有性生殖用的杂交培养基上增殖时,就会产生许多原子囊果,内部附有产囊体,若另一接合型的分生孢子落在这原子囊果的受精丝上时,分生孢子的细胞核进入受精丝,到达原子囊果的产囊体中,形成接合型基因的异核体。进入产囊体中的分生孢子的核发生分裂,并进入产囊菌丝中,被隔膜分成一对细胞,形成钩状细胞,亦称原子囊。钩状细胞顶端细胞的二个核形成合子,合子核再进行减数分裂,成为四个单倍体的核,就是四分体,再进行一次有丝分裂,变成八个核,顺序地排列在一个子囊中。原子囊果在受精后增大变黑,成熟为子囊果。一个子囊果中集中着三十到四十个子囊,成熟的子囊孢子呈橄榄球状,长30—40微米,比3—5微米的分生孢子要大得多。子囊孢子如经60℃处理30—60分钟,便会发芽,长出菌丝,再度开始无性繁殖(图10-1)。

2.不同接合型的菌株的菌丝连接,两种接合型的细胞核发生融合形成合子,产生子囊果。

粗糙链孢霉的子囊孢子是单倍体细胞,由它发芽长成的菌丝体也是单倍体。所以一对等位基因决定的性状在杂交子代中就能分离。在粗糙链孢霉中,一次减数分裂产物包含在一个子囊中,所以很容易看到一次减数分裂所产生的四分体中一对基因的分离,这就直观地证明基因的分离,并证明基因在染色体上。同时由于8个子囊孢子顺序地排列在子囊中,这就可以测定着丝粒距离并发现基因转变(geneconversion)。若两个亲代菌株有某一遗传性状的差异,那么杂交所形成的每一子囊,必定有4个子囊孢子属于一种类型,4个子囊孢子属于另一类型,它们的分离比例是1∶1,而且子囊孢子按一定顺序排列。如果这一对等位基因与子囊孢子的颜色或形状有关,那么在显微镜下可以直接观察到子囊孢子的不同排列方式。

本实验用赖氨酸缺陷型(记作Lys - )与野生型(记作Lys + )杂交,得到的子囊孢子分离为4个黑的(+),4个是灰的(-)。黑的孢子是野生型;赖氨酸缺陷型孢子成熟迟,所以呈灰色。根据黑色孢子和灰色孢子在子囊中的排列顺序,可有6种子囊类型。

子囊型(1)和(2)的产生如图10-2。第一次减数分裂(M 1 )时,带有Lys + 的两条染色单体移向一极,而带有Lys - 的两条染色单体移向另一极。Lys + /Lys - 这对基因在第一次减数分裂时分离,称第一次分裂分离(firstdivisionsegregration)。第二次减数分裂(M 2 )时,每一染色单体相互分开,形成四分体,顺序是++——或——++,再经过一次有丝分裂,成为(1)和(2)子囊型。形成这两种子囊型时,在着丝粒和基因对Lys + /Lys - 间未发生过交换,是第一次分裂分离子囊。

图10-3表示子囊型(3)和(4)的形成。由于Lys基因与着丝粒间发生了一个交换,Lys + /Lys - 在第一次减数分离时没有分离,到第二次减数分裂(M 2 )时,带有Lys + 的染色单体才和带有Lys - 的染色单体相互分开,所以称为第二次分裂分离(seconddivisionsegregration)。然后再经一次有丝分裂,形成4个孢子对,顺序是++——++——或——++——++。这是第二次分裂分离子囊。

 

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