【生物】追蹤減數分裂中的基因行為

生物體在有性生殖過程中，通過減數分裂產生的配子（精子和卵細胞），既是親代的產物，又是子代的根源，是連接親子代的紐帶。通過受精作用形成的合子中的遺傳物質，是子代個體發育的指令和規劃圖。由於減數分裂形成的配子中染色體組成具有多樣性，導致不同配子的遺傳物質存在差異。在減數分裂過程中，染色體的行為變化是理解和掌握基因分離定律和自由組合定律的細胞學基礎。那麼減數分裂過程中，在染色體的行為發生變化時，其上的基因行為如何呢？

一、基因在染色體上

基因是有遺傳效應的DNA片段，在染色體上呈線性排列，染色體是基因的主要載體。如圖1所示，等位基因存在於同源染色體的同一位置。注意：多對等位基因可以在多對同源染色體上，也可以在同一對同源染色體上。

二、減數分裂過程中基因的正常行為變化

在減數分裂過程中，染色體和基因具有平行關係，因此基因會隨染色體的行為變化而出現同步變化。如圖2所示，減數第一次分裂前，染色體複製，每條染色體包含兩條姐妹染色單體，基因也被複制（Dd→DDdd）。減數第一次分裂結束，同源染色體分離，染色體數目減半，等位基因隨同源染色體的分離而分離（DDdd→DD、dd）。減數第二次分裂後期，姐妹染色單體分離，其上的基因也隨之分離（DD→D、D；dd→d、d）。

注意同源染色體上相同基因的行為變化，如圖3所示，複製時（dd→dddd），減數第一次分裂結束時（dddd→dd、dd），減數第二次分裂結束時（dd→d、d）。

如涉及多對等位基因，在等位基因分離的同時還存在非同源染色體上非等位基因的自由組合，如圖4所示。

在減數第一次分裂的四分體時期，同源染色體上的非姐妹染色單體間可能發生交叉互換，導致配子中的基因組成發生變化（基因重組），如圖5所示。

【典例1】（2011·江蘇卷）如圖為基因型AABb的某動物進行細胞分裂的示意圖。相關判斷錯誤的是

A．此細胞為次級精母細胞或次級卵母細胞

B．此細胞中基因a是由基因A經突變產生

C．此細胞可能形成兩種精子或一種卵細胞

D．此動物體細胞內最多含有四個染色體組

【解析】該細胞內的兩條染色體形狀、大小不同，為非同源染色體，從基因來看，等位基因B、b已分離，因此該細胞是減數第二次分裂中期的細胞，為次級精母細胞或次級卵母細胞，也可能是極體。個體的基因型為AA，圖中出現的a不可能是交叉互換的結果,只能是基因突變的結果。若該細胞是次級精母細胞，經過減數第二次分裂產生的兩個精子類型不同，分別為AB和aB；若該細胞是次級卵母細胞，則產生的卵細胞和極體的類型也不同，由於產生的卵細胞只有一個，因此產生一種類型的卵細胞。該細胞中含有一個染色體組，正常的體細胞中含有兩個染色體組，對應的有絲分裂後期細胞中，含有四個染色體組。答案：A

三、減數分裂過程中基因的異常行為變化

1．基因突變

在減數第一次分裂前的間期，在DNA分子複製的過程中，如複製出現差錯，則會引起基因突變，這種突變能通過配子傳遞給下一代，如圖6所示。注意：突變一般發生在同源染色體中的某一條染色體上，可以是顯性突變，也可以是隱性突變。

2．基因數量變化

在減數分裂過程中，伴隨著染色體行為變化的異常，往往會引起配子中基因數目的增減。在分析基因數目變化時，應考慮變化與減數第一次分裂有關還是與減數第二次分裂有關。如圖7表示減數第一次分裂異常、減數第二次分裂正常產生的配子情況。

圖8表示減數第一次分裂正常、減數第二次分裂異常產生配子的情況。

綜上所述，在分析減數分裂過程中核基因的行為變化時，應抓住減數分裂過程中染色體行為變化的三個關鍵點：減數第一次分裂前的間期發生染色體的複製；減數第一次分裂過程中同源染色體分離；減數第二次分裂過程中姐妹染色單體分離。也可以結合基因的變化，逆向分析染色體的行為變化，加深基因在染色體上的理解，加深對基因分離定律和自由組合定律內涵的理解，構建完整的、系統的知識體系。

【典例2】（2011·山東卷）基因型為AaX^BY的小鼠僅因為減數分裂過程中染色體未正常分離，而產生一個不含性染色體的AA型配子。等位基因A、a位於２號染色體。下列關於染色體未分離時期的分析，正確的是

①2號染色體一定在減數第二次分裂時未分離②2號染色體可能在減數第一次分裂時未分離③性染色體可能在減數第二次分裂時未分離 ④性染色體一定在減數第一次分裂時未分離

A．①③B．①④C． ②③D．②④

【解析】基因型為AaX^BY的小鼠減數分裂過程中，產生了不含性染色體的AA型配子，AA型配子的產生是因為減數第二次分裂異常，即姐妹染色單體分開後，移向了同一極。配子中不含性染色體，可能是減數第一次分裂異常，也可能是減數第二次分裂異常造成的。答案：A