遺傳

基因與遺傳

控制生物遺傳的基本物質是DNA,而基因則是指控制某一性狀的DNA片段。基因位於染色體上,每一條染色體上有許多不同的基因,它們分別控制不同的性狀。控制一種性狀的基因通常是成對的,分別位於一對同源染色體的相對位置上,例如控制碗豆的種子顏色、人的耳垂位置等的基因皆分別位於成對的染色體上。

 

親代的生殖母細胞進行減數分裂形成配子,成對的同源染色體分離,各對基因也隨著染色體而分離,因此精子或卵中僅具有各對基因中的一個。當精子與卵結合,親代的基因便經由精子與卵的染色體而遺傳給子代。

遺傳法則

十九世紀末奧地利的孟德爾神父,在教堂花圃中從事碗豆的雜交試驗,詳細記錄結果,再利用數學方法分析,歸納出遺傳法則,而被尊稱為遺傳學之父。

 

孟德爾在完成碗豆的遺傳試驗後,認為控制生物遺傳性狀的基因有顯性與隱性之別,可分別用英文字母的大寫及小寫來代表。當顯性與隱性基因同時存在的情況下,只有顯性基因控制的性狀才會表現出來。例如碗豆花色的性狀有紫色和白色兩種,決定碗豆花色的基因中,紫色基因(P)是顯性,而白色基因(P)是隱性,所以純品系的紫花(基因型為PP和白花(PP)碗豆交配後所育出的第一子代皆為紫花(Pp)。

 

決定碗豆莖高的基因中,高莖基因(T)是顯性,而矮莖的基因(t)是隱性,所以純品系的高莖(TT)神矮莖(tt)碗豆交配後所育出的第一子代皆為高莖(Tt)。不過由第一子代(Tt和Tt)交配產生的第二子代中卻兼有高莖(TT或Tt)神矮莖(tt),它們個體數的比是三比一。

 

孟德爾認為前述雜交試驗的第一子代,分別從兩個親代得到一個顯性基因(T)和一個隱性基因(t),這兩個基因並存於同一個細胞核中,但彼此並不融合,所以雜交試驗的第二子代才能出現隱性的性狀。顯示出成對的遺傳基因彼此獨立不混合,並在形成配子時彼此分離。在碗豆其它性狀的雜交試驗 ,他也得到一樣的結果。

性別的遺傳

動物的性別也與遺傳有關。例如人類的染色體,其中有一對能決定個體的性別,所以被稱為性染色體。在女性,這一對染色體為XX;在男性,這一對染色體為XY。

 

性染色體在減數分裂時彼此分離。例如人類的精子有一種是22+X(22條普通染色體加一條X染色體),而另一種精子則是22+Y。但卵只有22+X一種。當卵和22+X的精子結合,將會生下女孩;而和 22+Y的精子結合,將會生下男孩。

突變

基因的穩定性對遺傳而言是相當重要的,但是遺傳物質也不是永遠一成不變。若遺傳物質產生變異而影響到生物的遺傳性狀,這樣的變異稱為突變。任何基因都可能發生突變,但它並不經常發生。遺傳學家莫根的實驗室原本只有紅眼果蠅,有一天卻發現一隻白眼雄果蠅,之後經實驗證明白眼果蠅是由於基因突變而來。

 

突變的產生有兩個途徑:自然突變和人為誘變。自然突變是指自然產生的基因變異,通常發生率極低,而人為誘變是指因物理(如X光、紫外線)或化學(如亞硝酸鹽)的處理導致生物體發生基因的突變。人為誘變率一般都比自然突變率高。根據研究顯示,若長期曝露在這些會導致基因產生突變的物理、化學因素之下,通常會引發突變而產生癌症,例如早期X光機的操作人員、染料廠的工人等,其癌症罹患率較高。而現今市面上加工食品充斥,其中許多添加物如防腐劑、漂白劑、色素等也常具致癌性,若長期食用亦有害健康。因此日常生活中要避免與這些物質接觸。

 

突變大多對個體本身或其後代有害,但偶爾也會產生有利的新基因,人們常利用這種有益的突變從事生物品種改良,例如紐西蘭的科學家最近發現一種突變基因,可使某些品種的牛隻多長肉。

人類的遺傳

人類性狀的遺傳可以區分為兩大類:(1)單對基因遺傳;(2)多對基因遺傳。單對基因遺傳是指某一性狀的表現,是由一對基因所決定。多對基因遺傳是指某一性狀的表現,是由二對或二對以上的基因所決定。

遺傳諮詢和生物技術

許多人類的疾病,譬如色盲、血友病、蠶豆貧血症和鐮刀型貧血症等都是遺傳性的疾病。怎樣避免把這些會造成病變的遺傳基因引進家族或傳送到其他家族,便成為遺傳諮詢的主題。譬如說某一家庭中一位女兒是遺傳性疾病基因的攜帶者(Aa),則她的雙親至少有一人帶有該遺傳性疾病的基因(a)。遺傳諮詢就是提供遺傳疾病的資料,讓患者及其家人了解生育的子女中將是正常人(AA)、帶有遺傳性疾病基因者(Aa),或遺傳疾病患者(aa)之機率各是多少;協助他們選擇適宜的措施,譬如對遺傳病患者生活上的調適、生有子女的規畫,或作早期的診斷及治療。例如新生兒可經由早期的篩檢而發現遺傳性代謝疾病,患者雖無法治癒,但經由飲食治療即可使病害減到最低程度,並維持正常的生活。目前各大醫院均設有遺傳諮詢門診或優生保健門診,提供給遺傳疾病患者利用。

 

由於對基因的了解以及操作技術之進步,生物技術已被引用到作物的育種和生物藥物的生產方面。