減數分裂與互換 3D | 生物模擬

關於這個模擬實驗

減數分裂與互換是一個互動式 3D 細胞分裂模擬，示範有性生殖如何在將染色體數目從二倍體（2n）減半至單倍體（n）的同時產生遺傳多樣性。在具備中心體極和紡錘絲的半透明分裂生殖細胞內，兩對同源染色體（玫瑰紅的母源染色單體、天青的父源染色單體）依序經過前期 I、中期 I、後期 I、末期 I、中期 II、後期 II 以及最終的單倍體配子。學生可以調整互換頻率（或將內側染色單體拉在一起）以在發光的交叉處交換遠端等位基因片段，切換中期 I 染色體翻轉以進行獨立分群，並追蹤產生的四個重組與親本配子基因型。

學生可以探索什麼

在階段 1（前期 I）中，將互換頻率設定為 1 或 2，並觀察內側非姊妹染色單體交換紅、青等位基因尖端的發光黃色交叉環。
前進至階段 2（中期 I）並切換染色體翻轉（組合），以切換對 2 的母源和父源同源物面向哪一極。
逐步進行階段 3 與 4（後期 I 與末期 I），觀察同源對分離成兩個單倍體（1n）細胞，而姊妹染色單體在其著絲粒處保持相連。
繼續至階段 6 與 7（後期 II 與四個單倍體配子），觀察著絲粒分裂並比較產生的四個重組與親本配子。
比較當互換設定為 0（2 種配子類型）與 1 或 2（4 種獨特配子基因型）時的「獨特配子基因型」讀數。

學習目標

1解釋減數分裂 I（減數分裂）如何分離同源染色體對，將倍性從二倍體（2n）降低至單倍體（1n）。
2描述前期 I 期間交叉處的聯會與互換如何創造具有新等位基因組合的重組染色單體。
3解釋同源對在中期 I 板上的獨立分群如何產生 2^n 種可能的染色體組合。
4對比後期 I（同源染色體分離）與後期 II（著絲粒分裂與姊妹染色單體分離）。

教師常問的問題

什麼是互換？它在減數分裂的什麼時候發生？

互換發生在減數分裂的前期 I，此時母源和父源同源染色體在聯會中緊密配對以形成四染色單體四分體（二價體）。非姊妹染色單體在稱為交叉的 X 形連接處斷裂並交換相應的 DNA 片段，從而產生重組染色體。

後期 I 與後期 II 有什麼區別？

在後期 I 中，同源染色體對被拉開到相反的極，而每條染色體仍由兩個相連的姊妹染色單體組成。在後期 II 中，著絲粒最終分裂，個別姊妹染色單體向相反的極分離。

獨立分群如何增加遺傳變異？

在中期 I 期間，每個同源對獨立於其他每一對，隨機排列在赤道紡錘板上。對於 n 個同源對，僅隨機取向就會在配子中產生 2^n 種不同組合的母源和父源染色體（當 n = 23 時，人類中有超過 8 百萬種）。

為什麼減數分裂結束時的細胞已經被認為是單倍體（1n）？

倍性計算的是細胞中同源染色體組的數量，而不是染色單體的數量。由於同源對在後期 I 期間分離，每個末期 I 子細胞只包含每對中的一條染色體（1n），即使每條染色體仍有兩個姊妹染色單體（2c DNA）。

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