孟德尔的豌豆杂交实验，获得成功的原因！(3)

2．分离现象及分离比

    在上述的孟德尔杂交试验中，由于在杂种F1时只表现出相对性状中的一个性状——显性性状，那么，相对性状中的另一个性状——隐性性状，是不是就此消失了呢？能否表现出来呢？带着这样的疑问，孟德尔继续着自己的杂交试验工作。

 　孟德尔让上述F1的高茎豌豆自花授粉，然后把所结出的F2豌豆种子于次年再播种下去，得到杂种F2的豌豆植株，结果出现了两种类型：一种是高茎的豌豆（显性性状），一种是矮茎的豌豆（隐性性状），即：一对相对性状的两种不同表现形式——高茎和矮茎性状都表现出来了。孟德尔的疑问解除了，并把这种现象称为分离现象。不仅如此，孟德尔还从F2的高、矮茎豌豆的数字统计中发现：在1064株豌豆中，高茎的有787株，矮茎的有277株，两者数目之比，近似于3∶1。

 　孟德尔以同样的试验方法，又进行了红花豌豆的F1自花授粉。在杂种F2的豌豆植株中，同样也出现了两种类型：一种是红花豌豆（显性性状），另一种是白花豌豆（隐性性状）。对此进行数字统计结果表明，在929株豌豆中，红花豌豆有705株，白花豌豆有224株，二者之比同样接近于3∶1。孟德尔还分别对其他5对相对性状作了同样的杂交试验，其结果也都是如此。孟德尔研究过的第一个性状是豌豆成熟种子的圆满与皱缩。这两种表型的遗传是由一对等位基因R、r决定的，符合分离定律。在孟德尔时代，人们对基因的认识仅此而已。20世纪末，现代遗传学对基因本质的研究已从DNA分子水平上阐明了皱缩基因的结构和功能。

20世纪80年代的研究发现，豌豆的成熟种子野生型RR与突变型rr由于淀粉代谢的差异带来了游离蔗糖的积累、渗透压、细胞体积等一系列变化。rr突变型种子中淀粉粒小而有深沟，淀粉酶含量低，淀粉含量少，支链淀粉与直链淀粉的比例低，游离蔗糖含量高，有甜味，渗透压高，含水量低，细胞体积小。此后，有相当多的研究证实，rr种子的胚胎发育过程中，淀粉合成的原初代谢受到损伤。1990年M.K.Bhattacharyya等人指出，在胚胎发育过程中，r基因座的损伤是和一种淀粉分支酶同工酶I（isoform I of starch-branching enzyme，SBEI）活性完全丧失有关。这种同工酶在RR胚胎的早期发育中活性很高，而在rr胚胎中无活性。他们一开始认为可能是编码SBEI的基因失活或是一个调节SBEI基因表达的基因受损伤所造成的。Bhattacharyya进一步克隆了SBEI基因，研究了它的分子组成，并且确定了其与r基因座的关系，结果发现：在rr突变型中的SBEI基因片段是4.1kb，比野生型RR的相应片段长0.8kb。在rr中有额外的0.8kb片段插入到SBEI基因的近3'端Xbal与HindⅢ的酶切位点之间的一个外显子中。该插入序列有12bp的反向重复，在它的末端侧翼有来自SBEI基因的8bp的正向重复。该插入片段在结构上与玉米、欧芹等植物的转座子有明显的相似性。有理由认为，rr突变型SBEI基因中的0.8bp插入片段是一种类转座子（transposon-like）。通过对SBEI基因与r座位的连锁分析以及其他方面的考证，研究者们确认，SBEI基因位于r基因座，已克隆的这个SBEI基因就是孟德尔所研究过的那个“皱皮基因”。A.M.Smith等人（1990年）也证明rr突变型不仅在胚胎中不存在SBEI，而且在叶片中也不存在，叶片中淀粉分支酶的活性只有RR野生型叶片中酶活性的1/7；在饱和光照条件下，由于淀粉分支上的非还原性末端数目减少，致使淀粉合成酶的一个底物浓度降低，导致rr突变型叶片中淀粉合成速度降低。在RR野生型的叶片中由于有SBEI的存在，淀粉合成正常。