【教学拓展】基因和性状的关系:一因多效和多因一效

教育   2025-01-08 20:17   重庆  

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基因和性状的关系体现在两个方面:质量和数量。

1.一个基因控制多个性状(一因多效)

某些基因能够影响其他基因的表达水平

水稻的Ghd7基因不仅调控开花时间,还控制籽粒产量、植株高度等性状,这是由于Ghd7基因能对其他基因的表达造成影响;

Ehd1基因是水稻特有的开花调控基因,Ghd7基因通过抑制Ehd1的表达

从而延迟开花;

水稻籽粒产量与植株的氮利用率密切相关,Ghd7通过抑制氮利用率的负调控因子ARE1基因从而提高作物的氮利用率,进而增加籽粒产量。

基因控制的生化反应影响多个生理活动

例如1:豌豆的花色基因参与控制植株色素形成的一系列反应。除了控制花色,该基因还控制种皮颜色以及叶腋有无黑斑的性状:

当显性基因存在时,豌豆开红花,种皮颜色为灰色,叶腋有黑斑;

当植株为隐性纯合体时,豌豆开白花,种皮颜色为白色,叶腋无黑斑。

例如2:家鸡的卷羽基因存在时,羽毛会向上翻卷,易掉落。由于羽毛脱落,体热散失,卷毛鸡的体温比正常鸡低。体温散失引起代谢加速,进而使家鸡出现心跳加速、血量增加等心血管功能的强化。代谢增强还会导致食量增加,家鸡消化系统的功能随之增强。


2.多个基因控制一个性状(多因一效)

某些性状的表现涉及多个基因控制的多种反应的连续作用。

活性物质的合成涉及多种酶促反应

植物器官的颜色取决于一些次生代谢产物的种类与浓度,如花青素。这类显色物质的合成过程涉及众多酶促反应,每一种酶的合成都离不开相应基因的正常表达。

因此,植物的花色、果实颜色等性状往往由多个基因共同决定,任何一种酶功能的丧失都会影响色素的合成途径,进而影响植物的性状。

多基因的共同作用产生新性状

家鸡的鸡冠形状有单冠、玫瑰冠、豆冠、胡桃冠等,其中单冠为野生型。玫瑰冠和豆冠的出现分别由7号染色体的部分倒位与1号染色体上的序列重复导致,二者均为显性遗传。当控制玫瑰冠与豆冠的基因同时出现时,家鸡表现出胡桃冠的新性状。

数量性状遗传的多基因假说

质量性状又称属性性状,是指不同表型之间差异明显,易被区分的性状。高中生物学对表型遗传的分析主要集中在质量性状,如豌豆的高茎与矮茎、果蝇的红眼与白眼等。相较于质量性状,数量性状的变异不易被区分为若干种类,彼此之间仅有“量”的不同,没有“质”的区别,在一个群体中往往呈正态分布,如农作物的产量、人的身高等。数量性状的遗传可以用多基因假说解释:以人的身高为例,假设身高受多对等位基因(A₁a₁、A₂a₂、A₃a₃……)控制,每对等位基因中的显性基因都能使身高增加若干厘米。因此,个体的身高与显性基因的数量呈正相关,表现出由矮到高的一系列过渡形态。

参考文献:

焦开丽,李德红.例析“基因与性状不是简单的一一对应关系”[J].生物学通报,2024,59(02):87-91.


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