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减数分裂与交叉互换

关于这个模拟实验

“减数分裂与交叉互换”是一项交互式 3D 细胞分裂模拟,演示了有性生殖如何在将染色体数目从二倍体(2n)减半至单倍体(n)的同时产生遗传多样性。在一个具有中心体极和纺锤体纤维的半透明分裂生殖细胞内部,两对同源染色体(玫瑰红色的母源染色单体,天蓝色的父源染色单体)依次经历前期 I、中期 I、后期 I、末期 I、中期 II、后期 II 以及最终的单倍体配子。学生可以调整交叉互换频率(or 将内侧染色单体拉到一起)以在发光的交叉区交换远端等位基因片段,切换中期 I 染色体翻转以进行自由组合,并追踪由此产生的四个重组与亲本配子基因型。

学生可以探索什么

  • 在第 1 阶段(前期 I)中,将交叉互换频率设置为 1 或 2,并观察发光的黄色交叉环,内侧非姐妹染色单体在此处交换红色的和青色的等位基因尖端。
  • 进入第 2 阶段(中期 I),并切换“染色体翻转(自由组合)”以切换对 2 的母源和父源同源物面向哪一极。
  • 逐步执行第 3 和第 4 阶段(后期 I 和末期 I),观察同源对分离成两个单倍体(1n)细胞,而姐妹染色单体在其着丝粒处保持连接。
  • 继续执行第 6 和第 7 阶段(后期 II 和四个单倍体配子),观察着丝粒分裂并比较四个生成的重组与亲本配子。
  • 比较交叉互换设为 0(2 种配子类型)与设为 1 或 2(4 种独特配子基因型)时的“独特配子基因型”读数。

学习目标

  1. 1解释减数分裂 I(减数分裂)如何分离同源染色体对,从而将倍性从二倍体(2n)降低至单倍体(1n)。
  2. 2描述前期 I 期间的联会和交叉区交换如何在交叉区产生具有新等位基因组合的重组染色单体。
  3. 3解释同源对在中期 I 板上的自由组合如何产生 2^n 种可能的染色体组合。
  4. 4对比后期 I(同源染色体分离)与后期 II(着丝粒分裂和姐妹染色单体分离)。

教师常问的问题

什么是交叉互换,它在减数分裂的什么时期发生?

交叉互换发生在减数分裂的前期 I,此时母源和父源同源染色体在联会中紧密配对,形成四分体(二价体)。非姐妹染色单体在称为交叉区(chiasmata)的 X 形连接处断裂并交换对应的 DNA 片段,从而产生重组染色体。

后期 I 和后期 II 有什么区别?

在后期 I 中,同源染色体对被拉开到相反的两极,而每条染色体仍然由两个连接的姐妹染色单体组成。在后期 II 中,着丝粒最终分裂,各个姐妹染色单体向相反的两极分离。

自由组合如何增加遗传变异?

在中期 I 期间,每个同源对独立于其他所有对,随机排列在赤道纺锤体板上。对于 n 个同源对,仅随机取向就会在配子中产生 2^n 种不同的母源和父源染色体组合(当 n = 23 时,人类中超过 800 万种)。

为什么减数分裂 I 结束时的细胞就已经被认为是单倍体(1n)了?

倍性计算的是细胞中同源染色体组的数量,而不是染色单体的数量。由于同源对在后期 I 分离,每个末期 I 子细胞只包含每对中的一条染色体(1n),即使每条染色体仍然有两个姐妹染色单体(2c DNA)。

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从模型到记录

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