連鎖と組換え・遺伝的多様性

検定交雑の結果の比から 2 つの遺伝子が連鎖しているか独立かを判断し、組換え型の個体が $F_{1}$ の減数分裂第一分裂前期の乗換えで生じることや、独立な分配と乗換えが配偶子の遺伝的多様性を生むことについて、正しい考察を選べる

前提

分離の法則と独立の法則（高校生物遺伝と生殖・発生（知識））

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分離の法則と独立の法則（高校生物遺伝と生殖・発生（知識））

説明

2 組の遺伝子について検定交雑を行ったとき、子の表現型の比から、2 つの遺伝子が別々の染色体にある（独立）のか、同じ染色体にある（連鎖）のかを判断できるようにします。連鎖していても少数あらわれる新しい組み合わせ（組換え型）が、減数分裂第一分裂前期の乗換えで生じることも理解します。さらに、独立な分配と乗換えが、配偶子の遺伝子の組み合わせを非常に多様にすることを説明できるようにします。

なぜそうしてよいのか

検定交雑では、相手の潜性ホモ接合体 $aabb$ がつくる配偶子はすべて $ab$ なので、子の表現型の比は、調べたい個体（たとえば $F_{1}$ の $A a B b$ ）がつくる配偶子の比をそのまま映します。2 組の遺伝子が別々の相同染色体にあれば、第一分裂で 2 対の相同染色体は互いに無関係に分配されるので、配偶子は $A B : A b : a B : ab = 1 : 1 : 1 : 1$ 、子の表現型も $[A B] : [A b] : [a B] : [ab] = 1 : 1 : 1 : 1$ になります（ $[]$ は表現型を表す）。

一方、 $A$ と $B$ が同じ染色体に、 $a$ と $b$ がその相同染色体にのっている（ $A$ と $B$ 、 $a$ と $b$ が連鎖している）とします。染色体ごと配偶子に入るなら、配偶子は $A B$ と $ab$ ばかりになるはずです。ところが第一分裂前期に相同染色体が対合して二価染色体をつくるとき、染色分体の一部が交換される乗換えが起こることがあります。乗換えが 2 つの遺伝子の間で起こると、 $A b$ や $a B$ という新しい組み合わせの染色体ができ、遺伝子の組み合わせが変わります。これを組換えといい、こうしてできる配偶子や子を組換え型といいます。乗換えはすべての細胞で 2 遺伝子の間に起こるわけではないので、組換え型は親と同じ組み合わせ（非組換え型）より少なくなり、検定交雑の比は $[A B] : [A b] : [a B] : [ab] = n : 1 : 1 : n$ （ $n > 1$ ）のように、1:1:1:1 からずれた形になります。

このように、①別々の相同染色体どうしの独立な分配（染色体が $n$ 対あれば、それだけで $2^{n}$ 通りの組み合わせ）と、②乗換えによる同じ染色体上の遺伝子の組み合わせの変化、の 2 つによって、1 個体からも遺伝子の組み合わせが異なる多様な配偶子ができます。さらに受精でこれらがランダムに組み合わさるので、子の遺伝的多様性が生まれます。

手順

検定交雑の子の表現型を 4 種類 $[A B], [A b], [a B], [ab]$ に分け、その比を読む（子の比＝調べた個体の配偶子の比）
比が $1 : 1 : 1 : 1$ なら、2 つの遺伝子は別々の相同染色体にあり独立に遺伝すると判断する
比が $1 : 1 : 1 : 1$ でなく、2 種類が多く 2 種類が少ないなら連鎖していると判断し、多い 2 種類の組み合わせ（例: $A B$ と $ab$ ）から、どの遺伝子どうしが同じ染色体にのっているかを決める
少ない 2 種類を組換え型とし、それが調べた個体（ $F_{1}$ など）の減数分裂第一分裂前期の乗換えで生じたことと照らし合わせる
遺伝的多様性の記述は、「独立な分配」と「乗換え（組換え）」と「受精での組み合わせ」の 3 つのどれのことかを確かめて判定する

例題

ある植物で、遺伝子型 $A a B b$ の個体に潜性ホモ接合体 $aabb$ を交配した。得られた子の表現型と個体数は次の表のとおりであった。ただし、 $[]$ は表現型を表す。

表現型	$[A B]$	$[A b]$	$[a B]$	$[ab]$
個体数	405	45	45	405

この結果についての考察として正しいものを、次のア〜エのうちから 1 つ選べ。

ア　遺伝子 $A$ と $B$ は別々の染色体上にあり、独立に遺伝している。

イ　遺伝子 $A$ と $b$ が同じ染色体上にあり、 $[A b]$ と $[a B]$ は組換え型である。

ウ　遺伝子 $A$ と $B$ が同じ染色体上にあり、 $[A b]$ と $[a B]$ の個体は、 $A a B b$ の個体の減数分裂第一分裂前期に起こった乗換えによって生じた配偶子に由来する。

エ　 $[A b]$ と $[a B]$ の個体は、 $aabb$ の個体の減数分裂で起こった乗換えによって生じた配偶子に由来する。

選択肢の記号を答えよ。

例題の解答

手順 1: $aabb$ の配偶子はすべて $ab$ なので、子の比 $405 : 45 : 45 : 405 = 9 : 1 : 1 : 9$ は $A a B b$ の個体の配偶子 $A B : A b : a B : ab$ の比である。

手順 2: 比は $1 : 1 : 1 : 1$ ではないので、独立ではない。アは誤り。

手順 3: 多いのは $A B$ と $ab$ なので、 $A$ と $B$ 、 $a$ と $b$ がそれぞれ同じ染色体上にある（連鎖している）。 $A$ と $b$ が同じ染色体上にあるとするイは誤り。

手順 4: 少ない $A b$ と $a B$ が組換え型で、 $A a B b$ の個体の減数分裂第一分裂前期に、 $A$ （ $a$ ）と $B$ （ $b$ ）の間で乗換えが起こってできた配偶子に由来する。ウは正しい。 $aabb$ の個体の配偶子は乗換えが起こってもすべて $ab$ なので、エは誤り。

よって正しいものはウ。

答え:

ウ

よくある誤り

検定交雑で 4 種類の表現型が全部現れたから独立だとしてしまう誤り。正しくは、連鎖していても乗換えで組換え型が少数現れるので、比が $1 : 1 : 1 : 1$ かどうかで判断する（例: $9 : 1 : 1 : 9$ は連鎖）
組換え型を数の多い 2 種類だとしてしまう誤り。正しくは、乗換えは 2 遺伝子の間で必ず起こるわけではないので、組換え型は少ない 2 種類である（例: $9 : 1 : 1 : 9$ なら $[A b]$ と $[a B]$ ）
組換えが潜性ホモ接合体 $aabb$ 側の乗換えで生じるとしてしまう誤り。正しくは、 $aabb$ は乗換えが起こっても配偶子はすべて $ab$ なので、組換え型はヘテロ接合体（ $A a B b$ ）の減数分裂第一分裂前期の乗換えで生じる
乗換えが第二分裂や体細胞分裂で起こるとしてしまう誤り。正しくは、乗換えは減数分裂第一分裂前期に相同染色体が対合して二価染色体をつくるときに起こる

この説明は AI が書き、別の AI が例題を独立に解いて答えを確かめ、説明を一歩ずつ査読しました。

入口の問題

難易度 1（教科書の例題レベル）
ある生物で、2 つの遺伝子 $A$ （ $a$ ）と $B$ （ $b$ ）が同じ 1 本の染色体上に存在している。このため、減数分裂のときにこれらの遺伝子は別々に分配されず、同じ染色体に乗ったまま、行動をともにして配偶子に入る傾向がある。このように、同じ染色体上にある複数の遺伝子が、行動をともにして遺伝する現象を何というか。漢字で答えよ。

この技能を使う問題

難易度 3（共通テストレベル）
ある動物において、遺伝子 $A$ と $a$ 、 $B$ と $b$ 、 $D$ と $d$ はそれぞれ対立遺伝子であり、 $A$ 、 $B$ 、 $D$ は $a$ 、 $b$ 、 $d$ に対してそれぞれ顕性である。遺伝子型 $AA B B D D$ の個体と $aabb dd$ の個体を交配して、 $F_{1}$ （遺伝子型 $A a B b D d$ ）を得た。この $F_{1}$ に遺伝子型 $aabb dd$ の個体を交配（検定交雑）し、生まれた子 1000 個体の表現型を調べた。表 1 は遺伝子 $A$ ・ $B$ に注目した結果、表 2 は遺伝子 $A$ ・ $D$ に注目した結果である。なお、 $[A B]$ は $A$ と $B$ の両方の形質が現れた表現型を表し、ほかも同様である。また、突然変異は起こらなかったものとする。
表 1
表現型 $[A B]$ $[A b]$ $[a B]$ $[ab]$
個体数 451 49 52 448
表 2
表現型 $[A D]$ $[A d]$ $[a D]$ $[a d]$
個体数 251 248 249 252
この実験の結果から考えられることとして最も適当なものを、次のア〜オから 1 つ選べ。
- ア　遺伝子 $A$ と $B$ は異なる染色体上にあり、 $F_{1}$ が配偶子をつくる際に互いに独立に分配された。
- イ　表現型 $[A b]$ と $[a B]$ の子が生じたのは、遺伝子型 $aabb dd$ の親が配偶子をつくる減数分裂で乗換えが起こったためである。
- ウ　表現型 $[A b]$ と $[a B]$ の子が生じたのは、 $F_{1}$ の減数分裂の第一分裂前期に、対合した相同染色体の間で乗換えが起こり、遺伝子 $A$ （ $a$ ）と $B$ （ $b$ ）の間で染色体の一部が交換されたためである。
- エ　表現型 $[A b]$ と $[a B]$ の子が生じたのは、 $F_{1}$ の減数分裂の第二分裂で、同じ染色体の姉妹染色分体の間で乗換えが起こったためである。
- オ　遺伝子 $A$ と $D$ は同じ染色体上にあり、その間では乗換えがほとんど起こらない。

表現型	$[A B]$	$[A b]$	$[a B]$	$[ab]$
個体数	451	49	52	448

表現型	$[A D]$	$[A d]$	$[a D]$	$[a d]$
個体数	251	248	249	252

この技能の次に学べること

検定交雑と組換え価（高校生物遺伝と生殖・発生）