2008年5月17日

雙色玉米遺傳學又一發


圖片來源:magnus


我又在玩雙色玉米了,上次在「雙色玉米的遺傳學」中玩了一隻玉米,實在太不過癮,所以這次我買了一大箱可以生吃的雙色水果玉米,準備玩一票大的。

這箱有多大?和底下的經典台客藍白拖相比就知道了!箱子裡有那些苞片是緩衝用的,真正的玉米們藏在底下的塑膠袋裡。
080515-184628.JPG

在開始之前,讓我先把玉米顏色的遺傳學再複習一次,上次找到的玉米種實遺傳分析,不是很好懂,不過在我看到這篇之後,一切就通通明白啦!
Inheritance of Kernel Color in Corn:Explanations & Investigations

為此,我還特地畫了一張海報來說明哩!

基因決定顏色(全).png

底下就是分開說明的部份,這個說明不包括跳躍基因造成的顏色變化,那太複雜了。


玉米粒是種皮果皮癒合的果實,從裡到外有胚、胚乳和糊粉層還有果皮。

糊粉層和胚乳決定了玉米粒的顏色
  • 糊粉層中的花青素種類和存在與否,使糊粉層變成紫色、紅色或無色
  • 胚乳中的胡蘿蔔素存在與否,讓胚乳變成黃色或無色

先看看糊粉層的顏色(紫、紅、無色)怎麼來的,相關的基因有Rr1、R1和C1。
  • Pr1是構造基因,是用來產生Flavonoid 3』 hydroxylase 這種酵素。這個酵素決定了紫色或紅色花青素的生成。
    • 如果是Pr1(顯性),這個酵素會幫忙加上個OH基,讓它變成紫色色素(Cyanidin)
    • 如果是pr1(隱性),這個酵素就不見了,就不會加上OH基,如此就變成紅色色素(Pelargonium)
  • 可是紫色或紅色花青素的生成還需要其他基因,例如R1、C1。他們屬於調控基因,有點像化學反應的老大一樣。
    如果R1、C1不答應生出花青素(隱性或突變),就算Pr1怎麼努力,管他紫色紅色,就是沒辦法產生色素。這樣一來糊粉層就會沒有色素,變成無色。
    像R1和C1這麼惡霸,讓Pr1的努力白費工夫,影響了Pr1的表現,這種情形就叫上位效應,R1和C1就叫上位基因

再來是胚乳的顏色(黃、白),關係的基因只有Y1,他做出來的酵素Phytoene synthetase,是生成胡蘿蔔素的途徑中的酵素。如果是y1,酵素就沒啦,胡蘿蔔素也生不出來,胚乳就變成白色的。可是胚乳的顏色還跟「雙重受精」有關係,在這裡先不說,後面會再提到。


四種基因.png

糊粉層顏色
糊粉層顏色.png


胚乳顏色
胚乳顏色.png



看完糊粉層和胚乳顏色是怎麼變的,再來就是排列組合了。首先要知道

玉米種實的顏色由糊粉層和胚乳的顏色決定。
  • 若糊粉層有色,則胚乳的顏色無法顯現。
  • 糊粉層無色,則胚乳的顏色才能顯現
所以這樣配一配,就會有紫色、紅色、黃色和白色的玉米粒
四種顏色種實.png


以下的基因型都只考慮同型合子的部份,這樣說明比較簡單。

紫色玉米粒是R1和C1都是顯性的情況,再加上Pr1也是顯性,所以在糊粉層的紫色色素就可以順利產生。至於胚乳什麼顏色就不用管了,反正外表看不出來。
種實紫色.png


紫色玉米粒也是R1和C1都是顯性的情況,可是pr1是隱性,所以在糊粉層裡就會出現紅色色素。同樣的,胚乳的顏色也不影響外表顏色。
種實紅色.png

黃色玉米粒是因為R1和C1這些上位基因變成隱性或是突變,所以紫色或紅色的花青素生不出來,糊粉層就變成無色的。而Y1又產生黃色的胡蘿蔔素,所以就變成黃色玉米。
種實黃色.png

白色玉米粒和黃色玉米都是R1和C1沒讓花青素生出來,所以糊粉層無色。而y1又沒生出胡蘿蔔素,所以就變成白色的。
種實白色.png


事情回到雙色玉米到底怎麼變出來的。

黃、白玉米粒是胚乳顏色所影響。可是胚乳的遺傳特性有點特別,因為它是三套的。
在受精的時候,精卵結合變成胚,那是雙套的。可是胚乳是一個精核加上兩個極核,這個享齊人之福的傢伙,將來就變成三套的胚乳。因為有兩個受精的情形,所以就叫作雙重受精

雙重受精.png

方便起見把Y1改成Y,而y1改成y來說明。
問題來囉,既然是三套,而且父親那方提供單套,母親那方提供雙套。所以當一個Yy x Yy的情況出現,那胚乳基因的棋盤方格就會變成這樣。

棋盤方格.png
有YYY、YYy、Yyy和yyy,四種情況。
像那個YYY,他的Y有三個耶,比較夠力哩,他就有比較多的胡蘿蔔素,其他如YYy和Yyy就比YYY遜,所以胡蘿蔔素就比人家少。

這造成什麼結果哩,同樣是Yy和Yy配出來的玉米粒,就會出現黃色、黃中帶白、白中帶黃和白色,這個就是劑量效應。Y比較多,就會比較黃。
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之前提到我弄了一大箱的玉米,那些玉米怎麼了呢?

當老師的最大的權力就是利用學生啦,美其名為請學生吃水果玉米,實際上從事的卻是邪惡的遺傳學實驗

要吃玉米可以,得做功課-算玉米!!
要注意啊,只要玉米有點黃就算黃,算完玉米之後才可以吃。這種水果玉米的糖份在採收之前都還沒轉成澱粉,所以很甜。果皮也很薄,洗一洗就可以生吃了,煮食有另外一種風味。

雖然學校沒有可以水煮的地方。不過學生還是發明了新吃法,一半生吃,另外一半拿去沖飲水機的熱水,一種玉米兩種口味啊
080516-150756.JPG

27406個玉米粒一個早上就計算完了,當然也被吃完了,這就是團結力量大的最佳實例!
1 329
68
2 355 112
3 395 127
4 343 125
5 387 124
6 329 109
7 392 127
8 339 97
9 405 124
10 398 142
11 335 140
12 371 144
13 318 84
14 327 128
15 295 107
16 412 153
17 314 118
18 345 130
19 369 134
20 369 134
21 369 134
22 364 104
23 359 115
24 330 126
25 330 110
26 406 116
27 338 125
28 356 96
29 357 102
30 419 135
31 359 131
32 433 143
33 281 104
34 368 128
35 355 135
36 243 91
37 421 148
38 489 6
39 276 78
40 295 115
41 371 154
42 368 58
43 558 126
44 347 125
45 412 53
46 313 128
47 383 143
48 275 130
49 346 108
50 324 141
51 341 134
52 509 126
53 393 67
54 431 143
55 358 123
56 326 108
57 383 127
從數據中,約略可以看出有3:1的感覺耶。當然,遺傳學最重要的就是樣本數夠多,才能降低誤差。

全部27406個玉米粒當中,有20713個黃色玉米,6693個白色玉米。

比例3.09:1



這個數據真是太美了!



如果對算這個東西有興趣,還可以挑戰一下
左邊是親代基因型,計算看看自交之後的子代顏色比例是如何呢?

Pr1Pr1/Y1Y1/C1C1/R1r1 紫:黃=3:1
Pr1Pr1/Y1Y1/R1R1/C1c1 紫:黃=3:1

pr1pr1/y1y1/C1c1/R1r1 紅:白=9:7
y1y1/C1C1/Pr1pr1/R1r1 紫:紅:白=9:3:4
Pr1Pr1/R1R1/C1-IC1/Y1y1 黃:紫:白=9:3:4
Pr1Pr1/C1C1/Y1y1/R1r1 紫:黃:白=12:3:1
Pr1Pr1/Y1Y1/C1-IC1//R1r1 黃:紫=7:9

R1R1/C1c1/Pr1pr1/Y1y1 紫:紅:黃:白=9:3:3:1

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