偏孟德爾分離的遺傳學實驗設計與探討

劉自強，趙苑秀，傅雪琳，李楠

?

偏孟德爾分離的遺傳學實驗設計與探討

劉自強1，趙苑秀1，傅雪琳1，李楠2

1. 華南農業(yè)大學農學院，廣州 510642 2. 華南農業(yè)大學公共基礎課實驗教學中心，廣州 510642

本文將科研中發(fā)現的一個含調控雜種花粉不育基因座()的水稻材料(DSSL)應用于教學，設計了一個基于SSR分子標記對比經典孟德爾分離和偏孟德爾分離的綜合性實驗。利用位于水稻兩條染色體上的4個SSR標記對兩親本及其雜交構建的F2代群體進行單株基因型檢測，用顯微圖像觀察與統(tǒng)計分析親本及雜種F1的花粉育性，不僅從分子水平上驗證了分離定律，更從基因型到表型的觀察實驗中完整展現了水稻的偏孟德爾分離現象及其原因，加深了學生對植物遺傳規(guī)律、基因型與表型關系的理解，激發(fā)了學生對實驗的興趣與探究動機，增強了學生對實驗學習的自覺性和積極性。并在此基礎上構思一個科研成果轉化至教學應用的可持續(xù)發(fā)展思路，以推動實驗教學的改革與創(chuàng)新。

綜合性實驗；科研成果；實驗教學；偏孟德爾分離

遺傳學是探究生物遺傳和變異規(guī)律的理論科學，是生命科學領域的基礎學科[1]。遺傳學課程主要包含理論教學和實驗教學兩部分，2014年華南農業(yè)大學農學院遺傳學實踐教學大綱改革，徹底改變實驗教學的從屬地位，將依附理論課的實驗剝離，實現實驗教學的獨立設課，遺傳學實驗教學的課程設計也由8~16學時的驗證性實驗拓展到32~64學時的綜合性實驗，推動了綜合性實驗的設計與應用[2,3]。

科研與教學是緊密結合并相互促進的，科研的研究思路和前沿信息，常常被帶入教學中激發(fā)學生對遺傳學理論知識的學習興趣[4]。通過一系列實驗研究，發(fā)現科研可以以更好的方式滲透到實驗教學中指導學生實踐?？茖W研究具有較強的時代性、研究性及創(chuàng)新性，可以從科研成果的材料、技術和內容等方面入手，充分挖掘其優(yōu)勢，將一些先進的技術手段、創(chuàng)新性實驗材料及豐富的研究內容加以提煉和整理，與實驗教學相結合，設計綜合性實驗項目，提升科學研究的利用價值。本文是將科研中發(fā)現的一個含調控雜種花粉不育基因座()的水稻材料(DSSL)應用于教學，探索設計一個基于SSR分子標記對比經典孟德爾分離和偏孟德爾分離的綜合性實驗，加深學生對植物遺傳規(guī)律、基因型與表型關系的理解。并在此基礎上構思一個將科研成果轉化至教學應用的可持續(xù)發(fā)展思路，以推動實驗教學的改革與創(chuàng)新。

1 實驗材料的背景與設計思路

為了充分挖掘和利用水稻中的有利基因，自2009年起，在農業(yè)部轉基因生物新品種培育重大專項“水稻染色體單片段代換系(SSSL)文庫的建立及其在QTL分析和品種設計上的利用”等研究課題的支持下，本課題組將華南秈稻優(yōu)良品種受體親本HJX74與供體親本展穎野生稻(編號IRGC104387)雜交，并將F1植株與HJX74不斷回交，通過多態(tài)性SSR標記選擇供體染色體片段，在BC6F1自交產生BC6F2株系中篩選得到了一個含基因座的SSSL (SSSL-S23) (圖1)?；蜃挥谒?號染色體長臂端，調控雜種F1花粉育性，引起F1植株產生的兩種雄配子中的一種發(fā)生選擇性敗育，致使位點雜合型個體自交后代的分離比例不符合孟德爾分離定律，表現為偏分離現象[5,6]。

偏分離是指觀察到的基因型比例偏離預期的孟德爾分離頻率方式，無法用傳統(tǒng)的遺傳理論和方法加以分析。偏分離被認為是一種重要的進化動力，并對遺傳連鎖圖譜的構建造成影響[7]。研究表明，植物中的偏分離可能發(fā)生于花粉以及胚囊或是同時發(fā)生于兩者中，是物種進化中常見的遺傳現象[8~10]。偏孟德爾分離和孟德爾分離的結合使人類對物種遺傳規(guī)律的認識更加全面和深入。為了便于教學應用，加深學生對偏孟德爾分離的認識，理解孟德爾分離與偏孟德爾分離的差異，本課題組特將SSSL-S23與SSSL-Chr.12 (12號染色體長臂端含耐缺氮基因[11]的SSSL，育性正常)雜交，構建了一個HJX74遺傳背景下的雙片段聚合系，并將該材料命名為DSSL (圖1)。

利用均勻分布于水稻12條染色體上的191個SSR標記對DSSL進行基因型檢測，結果表明DSSL只含有2個來自于的染色體片段，分別位于第7染色體(包含基因座)和第12染色體(包含基因)，其余部分均與受體親本HJX74相同(圖2)。利用DSSL材料進行本課程實驗設計，先將DSSL與HJX74雜交獲得F1，并自交獲得F2分離群體作為課程實驗材料，接著檢測與和分別連鎖的分子標記的基因型分離情況，使學生從分子水平上發(fā)現偏孟德爾分離和經典孟德爾分離現象，最后組織學生對實驗結果進行大討論，并引導學生通過親本和F1植株的花粉育性觀察來推斷引起分子標記基因型偏孟德爾分離的原因，加深學生對遺傳規(guī)律的認識和理解。

圖1 DSSL的材料構建和實驗分析流程

MAS：分子標記輔助選擇。

圖2 DSSL的基因型圖示

空白區(qū)域代表來自HJX74的染色體片段；陰影區(qū)域代表來自的染色體片段。

2 實驗項目設計

2.1 實驗目的

(1)通過基因型到表型的綜合性實驗研究，使學生理解孟德爾分離定律和偏孟德爾分離的實質，掌握基因型與表型的關系；

(2)學會分析電泳結果，掌握統(tǒng)計處理方法；

(3)掌握花粉粒染色觀察的方法；

(4)理解基因定位技術。

2.2 實驗原理

分離定律是遺傳學三大定律之一。在雜合子的細胞中，位于一對同源染色體上的等位基因，具有一定的獨立性。生物體在進行減數分裂形成配子時，等位基因會隨著同源染色體的分開而分離，分別進入到兩個配子中，獨立地隨配子遺傳給后代，在雜種F2代性狀中發(fā)生3∶1或1∶2∶1的分離。

偏分離是指觀察到的基因型比例偏離預期的孟德爾分離頻率方式，無法用傳統(tǒng)的遺傳理論和方法加以分析。偏分離可以增加群體中雜合等位基因或者異型染色體的頻率，被認為是一種重要的進化動力，并對遺傳連鎖圖譜的構建造成影響[7]。1926年Mangelsdorf等[12]在玉米研究中首次發(fā)現偏分離后，偏分離便逐步被人類作為遺傳中的普遍現象被關注。導致偏分離的原因有基因互作、雙親間遺傳分化、細胞質和環(huán)境因素等[13]。

2.3 實驗材料、試劑與儀器

2.3.1 實驗材料

將含和基因座的雙片段聚合系DSSL與HJX74雜交，并將F1自交獲得的F2群體作為實驗材料。

所有材料均種植于華南農業(yè)大學農場(23°07￠N，113°15￠E)，單株種植，常規(guī)管理。

2.3.2 實驗試劑

DNA聚合酶及PCR buffer購自西安鼎國和廣州研信生物科技有限公司。實驗試劑均為國產分析純，購自廣州化學試劑廠。標記引物由武漢天一輝遠生物科技有限公司合成。

2.3.3 實驗儀器

本研究所用的主要儀器設備有：Eppendorf臺式離心機(德國Eppendorf公司)、TP600梯度PCR儀(日本TaKaRa公司)、DYY-8B型穩(wěn)壓穩(wěn)流電泳儀(北京六一儀器廠)、DYY-III-28D型垂直電泳槽(北京六一儀器廠)、Olympus CX31顯微鏡(日本Olympus公司)、Gilson微量移液器(10 μL、100 μL和1000 μL)(法國GILSON公司)和DK-450B型電熱恒溫水槽(上海森信試驗儀器有限公司)。

2.4 實驗方法

2.4.1 實驗材料分子標記檢測

SSR分子標記檢測主要包括基因組DNA提取、PCR擴增、電泳分離、銀染顯色、數據統(tǒng)計與分析等。每年在田間種植兩親本(HJX74與DSSL)各20株、DSSL/HJX74 F120株和F2群體100~200株。待上課前1周取下每個單株的上部葉片置于超低溫冰箱中保存?zhèn)溆?。每班約30人，分成5組，以小組為單位完成該實驗項目。

水稻DNA提取：取2~4 cm長的葉片用液氮研磨至粉末，加入TPS抽提液(100 mmol/L Tris-HCl pH8.0，10 mmol/L EDTA, 1 mol/L KCl) 900 μL，75℃水浴30 min；13 000 r/min離心12 min，吸取上清約500 μL轉入1.5 mL離心管中，加入等體積遇冷的異丙醇，?20℃放置10 min，13 000 r/min離心5 min，棄上清，干燥沉淀，加200 μL滅菌水溶解，4℃冰箱冷藏備用。

聚合酶鏈式反應：學生使用自己提取的基因組DNA為模板進行PCR擴增，每個模板分別使用4對引物(M47、ID5、M235和M17)擴增。引物序列如表1所示。PCR反應程序為：94℃預變性5 min，38個循環(huán)反應(94℃30 s、55℃30 s、72℃ 30 s)，最后72℃延伸5 min。PCR擴增程序結束后，擴增樣品放于4℃冰箱冷藏備用。

聚丙烯酰氨凝膠電泳：用6%的非變性聚丙烯酰胺凝膠分離PCR產物并用銀染色法進行檢測，基本操作包括以下4個步驟：(1)制膠：稱取9.6 g尿素，加45 mL蒸餾水和8 mL 10×TBE (108 g Tris-HCl、55 g 硼酸、7.44 g EDTA加蒸餾水溶解，定容至1000 mL)，用玻棒攪拌使尿素完全溶解，然后加入12 mL 40%丙烯酰胺溶液(38 g丙烯酰胺、2 g N和N￠-亞甲基雙丙烯酰胺，加水定容至100 mL)，攪勻，加入0.8 mL 10%過硫酸胺和35 μL TEMED，攪勻后立即倒入已用瓊脂糖凝膠封口的玻璃板中，灌滿后放平，使其與桌面成10°左右的傾角。插入梳子，靜置1 h使膠凝固。(2)點樣：待膠完全凝固后，小心拔出梳子，保持點樣孔完整。將玻璃板固定在垂直電泳槽上，加入適量的1×TBE電泳緩沖液；取電泳緩沖液反復沖洗點樣孔，清除多余沒有凝固的物質；取PCR擴增產物，每管PCR產物中加入4 μL載樣緩沖液(0.25%溴酚藍、0.25%二甲苯青和50%甘油)，混勻后用微量進樣器(上海醫(yī)用激光儀器廠)取3~4 μL注入點樣孔。(3)電泳：調電壓為300 V，電泳時間約2.5 h。(4)銀染：電泳完畢后，將玻璃板從電泳槽上拆下，取出凝膠，在蒸餾水中漂洗兩次，轉移至0.1% AgNO3溶液中染色，在搖床上輕搖10 min，然后將凝膠轉移至蒸餾水中漂洗2次，最后轉入顯色液(6 g氫氧化鈉、0.076 g四硼酸鈉、1.6 mL甲醛，加水定容到400 mL)中顯色5~10 min，著色后轉入自來水中漂洗2遍，撈出后平鋪在讀帶板上記錄帶型結果。

表1 引物序列

2.4.2 花粉育性分析

盛穗期摘取水稻親本(HJX74與DSSL)和F1單株的主穗或大分蘗穗中上部枝梗上當天即將開放的頂端穎花，置于FAA液(70%乙醇、6%冰乙酸、5%甲醛)中固定并保存。觀察時，將同一穎花的6枚花藥放在載玻片上的1% I2-KI溶液中搗碎壓片，于10×16顯微鏡下觀察并計數，每朵穎花3個視野，每株隨機觀察3朵穎花。每組同學均需調查10~20個單株/材料。

2.4.3 數據分析

對每一塊凝膠的電泳條帶進行讀取和記錄，F2代群體中與親本HJX74帶型相同的記為1，與親本DSSL帶型相同的記為3，雜合帶型記為2，數據缺失記為0。利用Excel2010進行數據的紀錄和初步整理，運用SPSS18.0軟件進行卡方檢驗和檢驗。

2.5 實驗安排

本實驗共4次課的教學實驗內容和課后的自主實驗環(huán)節(jié)，每周1次課，每次課4個學時，分為以下兩大部分：

(1)分子遺傳學實驗部分。本部分共安排3次課：第一次課的實驗內容為提取水稻葉片DNA；第二次課的實驗內容為用4個分子標記對所提取DNA進行PCR反應；第三次課的實驗內容為對PCR反應產物進行聚丙烯酰胺凝膠電泳并拍照記錄帶型，要求學生課后對實驗結果進行統(tǒng)計分析。

(2)討論和自主實驗部分。第四次課分為兩部分內容，首先組織學生匯報實驗結果，發(fā)現分子標記偏孟德爾分離的現象并提出問題，開展問題討論，最后老師組織學生通過觀察兩親本和F1植株的花粉育性推斷引起分子標記基因型偏孟德爾分離的原因，加深對偏孟德爾分離機理的理解。除此之外還有一個課后自主實驗環(huán)節(jié)，要求學生挑取若干或全部所檢測的F2植株進行花粉育性觀察，討論基因型和花粉育性表型是否吻合，并分析原因。

圖3 目標基因與連鎖SSR分子標記的遺傳距離

2.6 實驗結果與討論

2.6.1 分子標記檢測實驗結果

課前實驗老師會在兩個基因座附近篩選多態(tài)性且特異性較好的引物(圖3)。此次實驗選擇的是7號染色體上與基因座連鎖的兩個SSR標記(M47和ID5，位于基因座同側，與基因座的遺傳距離分別為4.71 cM和0.03 cM)，及12號染色體上與基因座連鎖的兩個SSR標記(M235和M17，位于基因兩側，與基因的遺傳距離分別為3.26 cM和0.13 cM)。學生利用這4個SSR標記對200株F2植株進行基因型檢測(表2，圖4)，結果顯示每個標記在F2代群體中均表現出3種帶型，但7號染色體上兩個SSR標記的帶型1和帶型2 (即親本HJX74帶型H/H和雜合帶型H/D)明顯多于帶型3(即親本DSSL帶型D/D)。經卡方檢驗，7號染色體上兩個SSR標記的基因型均不符合1:2:1的孟德爾分離定律，DSSL的純合基因型顯著低于預期的25%，達差異極顯著水平，屬于偏分離遺傳(表2)。相反，12號染色體上兩個SSR標記的基因型表現為孟德爾式分離，卡方檢驗結果表明12號染色體上兩個SSR標記的基因型個體數比值符合1∶2∶1的分離比例，符合孟德爾分離定律(表2，圖4)。

2.6.2 花粉育性分析

通過分子標記檢測結果發(fā)現與基因座連鎖的分子標記基因型不符合孟德爾分離定律。為引導學生查找原因，選取親本(HJX74和DSSL)和雜合型F1的花粉進行花粉育性觀察與統(tǒng)計。實驗結果表明在鏡像視野下F1的花粉明顯表現出部分敗育現象，如圖5右中箭頭所示。經花粉育性數據統(tǒng)計發(fā)現位點雜合型個體的花粉育性明顯低于純合基因型親本育性，達到極顯著性差異(表3和圖5)。表明是因為F1植株的花粉敗育導致F2群體的偏分離遺傳，是一個調控花粉育性的基因座。

表2 F2植株偏分離分析

H/H，D/D和H/D代表在相應的分子標記下的HJX74的純合基因型、DSSL的純合基因型和雜合基因型；值是用Student’s-test計算所得，***表示在<0.001水平下的顯著性差異。

圖4 親本及部分F2代水稻植株的4個SSR分子標記的聚丙烯酰氨凝膠電泳基因型分型檢測

H：HJX74；D：DSSL；1：HJX74帶型；2：雜合帶型；3：DSSL帶型。

圖5 親本和F1的花粉育性

左：HJX74的花粉育性；中：DSSL的花粉育性；右：DSSL/HJX74 F1的花粉育性，箭頭所指的為敗育花粉粒，Bar = 100 μm。

2.6.3 實驗總結與分析

雜種不育是生物進化中產生的一種自然現象，是指親緣關系相近但彼此分化的種屬和亞種間不能交配產生雜種，或產生雜種生殖力下降或完全不育的現象[14]，水稻的種間或亞種間存在廣泛的雜種不育現象，現有研究表明雜種不育主要由基因控制。

表3 親本和F1的花粉育性

數字后相同的大寫字母表示數據之間差異不顯著，不同的大寫字母表示數據之間在<0.01水平差異顯著。

本實驗的基因型和表型實驗結果表明在DSSL/ HJX74 F1產生的兩種雄配子中，來自DSSL的雄配子選擇性地發(fā)生了敗育，致使7號染色體上的兩個SSR分子標記在F2群體中的分離比例改變，嚴重偏離1∶2∶1的孟德爾式分離。遺傳機理上是由于7號染色體上是一個控制水稻雜種F1花粉不育的基因座，座位來自HJX74的雄配子正?？捎?，但卻可以分泌毒性蛋白將座位來自的DSSL型雄配子部分或全部殺死，從而使得DSSL型雄配子傳遞給后代的比例降低[5,6]。而DSSL的12號染色體代換片段上不含有育性相關基因，研究表明12號染色體上兩個SSR標記的基因型表現為正常的孟德爾式分離。事實上DSSL的12號染色體代換片段上含有一個調控耐缺氮的基因，過量表達基因能增加缺氮耐性[11]，故的表型效應只有在低氮條件下才能顯現，所以我們未能觀察到F2群體的耐缺氮表型差異，只能從分子水平上觀察與基因連鎖的兩個SSR標記的分離情況。

3 在實踐教學中的應用價值

3.1 從分子水平驗證了孟德爾分離和偏孟德爾分離

實驗教材中孟德爾分離定律的驗證性實驗主要利用玉米或者果蠅突變體為觀察材料，通過統(tǒng)計F1和F2代籽粒/果蠅突變表型的數量實現驗證。存在的主要問題是只能觀察表型和實驗方法單一。早在1953年，沃森和克里克推開“基因”大門時，人類就逐步邁入了基因研究的時代。2002年水稻的基因組測序完成，為從分子水平深入驗證孟德爾分離定律打下了基礎。該綜合性實驗項目融合了科研成果的優(yōu)勢，突破了傳統(tǒng)經典遺傳學實驗項目的選材與設計，結合了植物DNA提取、PCR和電泳等基因定位技術，通過基因型和表型的關聯分析實現了對孟德爾分離和偏孟德爾分離的驗證。并從孟德爾分離與偏孟德爾分離的對比實驗中，使學生對生物遺傳有了更全面、更科學的認識。

3.2 激發(fā)了科研成果向教學應用轉化的動力

多年來課題組立足于水稻單片段代換系構建、有利基因定位、克隆與功能分析及水稻設計育種的研究，經過不懈的努力，構建了世界上規(guī)模最大的水稻單片段代換系文庫[15,16]。該文庫以優(yōu)良水稻品種“華粳秈74”為受體，以來源于世界各地的亞洲栽培稻、非洲栽培稻和AA組野生稻為供體，包含超過2000個SSSL，覆蓋了水稻基因組豐富的基因資源。利用單片段代換系文庫開展了重要性狀的基因分析，發(fā)掘了一大批優(yōu)良基因，已鑒定和定位的基因(QTL)共1000多個，包括產量性狀、品質性狀、抗性、抽穗期及其他形態(tài)性狀。

該實驗的應用激發(fā)了課題組對科研成果轉化教學應用的思考。文庫中的所有SSSL均以HJX74為受體親本，具有相同的遺傳背景，避免了大量非等位基因間相互作用所引起的表型干擾，便于進行片段的聚合和遺傳規(guī)律的驗證。為利用文庫優(yōu)勢，豐富實驗教學內容，拓展該綜合性實驗項目的內涵與質量，課題組計劃將調控明顯表型的多個單片段代換系進行聚合，構建多片段聚合系，使材料更具靈活性，以從不同角度滿足驗證性實驗和綜合性實驗的需求。同時希望不僅能從分子水平實現遺傳學三大定律和偏孟德爾分離的驗證，更可實現從基因型到表型、表型到基因型的關聯分析，加深學生對植物遺傳規(guī)律、基因型與表型關系的理解，激活學生對實驗的興趣和探究動機，為學生進入科學研究鋪路。

3.3 構建了用于實驗教學的水稻單片段代換系庫

遺傳學實驗教學改革屬于國家級實驗教學示范中心教學改革的一部分。早在2007年，中心構建了“植物生物學基礎實驗教學-綜合設計性實驗教學-專業(yè)課技能實驗教學-校內基地實習教學-科技創(chuàng)新研究實驗教學”多層次、開放式、研究性的實驗教學新體系[17]，旨在通過由淺入深、由低至高的多層次培養(yǎng)方式，實現對創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。因此，在教學實驗設計中，不僅僅停留在驗證與綜合性實驗的基礎上，更需要以環(huán)環(huán)相扣的方式激發(fā)學生進行設計性和創(chuàng)新性實驗的研究，并與本科畢業(yè)論文和大學生創(chuàng)新實驗項目相結合，激發(fā)學生對實驗的興趣和探究動機，實現學生的創(chuàng)新意識、實踐能力和綜合素質的全面培養(yǎng)。

因此本課題組在構建教學材料時，一直以這樣的教學目標為指導，以科研過程中構建的單片段代換系文庫為基礎，從中篩選表型明顯且遺傳機理清楚的水稻單片段代換系，構建教學應用的水稻單片段代換系及多片段聚合系文庫，不僅為老師的實驗課程設計和學生的自主創(chuàng)新性實驗提供豐富的素材，更可持續(xù)推進科研成果向教學應用的轉化。即針對部分做畢業(yè)論文和創(chuàng)新訓練項目的學生，可利用水稻單片段代換系教學文庫，實現“自主、創(chuàng)新性實驗設計-田間栽培與雜交構建材料-F2群體表型調查-實驗室分子標記檢測-數據整理與分析”的完整科研流程訓練，教師通過課內外教學結合、田間實踐與實驗室結合、引導教育與自主探索結合，實現創(chuàng)新性人才的培養(yǎng)。

4 結語

科學研究在推動教學改革中發(fā)揮著極其重要的作用，科研成果的前瞻性、綜合性、創(chuàng)新性和研究性為教學改革注入活力，但實驗的復雜性、時空限制性、高端儀器設備條件制約和材料的特殊性又成為它輸出的瓶頸。

本實驗建立在孟德爾分離驗證性實驗的基礎上，是科研成果轉化為本科實驗教學的一個有益探索。教學方法主要采用混合教學法，包括傳授式、引導發(fā)現問題式和課堂討論式，即通過分子標記分離實驗使學生充分理解和掌握好孟德爾分離定律，并引導學生通過分析實驗結果發(fā)現分子標記基因型不符合孟德爾分離的現象，自己提出科學問題，激發(fā)學生利用在孟德爾分離定律章節(jié)中所掌握的知識與實驗技能，查找文獻資料，思考和探索其中蘊含的遺傳規(guī)律。通過課堂討論、教師講解與實驗研究相結合的方式揭示科學問題背后的真實機制，從而使學生全面掌握孟德爾分離和偏孟德爾分離。在該實驗之后安排了一個自主實驗環(huán)節(jié)，旨在讓學生更深層次地理解基因精細定位的原理和方法。實驗內容與教學方法的高效結合，不僅可以激發(fā)學生學習的自我效能，更能傳遞給學生科學研究的思路與方法，最終將學生引入研究的殿堂。

總而言之，綜合性實驗的設計與應用，不應當作為獨立的一部分，應注重教學的目的性、整體性與層次性，從實驗內容到教學方法均以緊密結合的方式，引導學生層層深入學習，以防成為流于形式的綜合性實驗。

[1] Li YJ, Guo HB, Liu XD. Primary exploration on the reform of genetics experiment teaching., 2009, 28(6): 255–257, 278.李亞娟，郭海濱，劉向東. 遺傳學實驗教學改革試驗初探. 實驗室研究與探索，2009, 28(6): 255–257, 278.

[2] Liu XD, Guo HB, Fu XL, Zhang GQ. Genetics teaching reform experiment based on innovative mixed teaching model., 2008, (8): 57–60.劉向東, 郭海濱, 傅雪琳, 張桂權. 基于創(chuàng)新型混合教學模式的遺傳學教改試驗. 高等農業(yè)教育, 2008, (8): 57–60.

[3] Liu XD, Guo HB. Experiment course integration for modern agronomic undergraduate program: reform and practice., 2013, (5): 60–63.劉向東, 郭海濱. 現代農學專業(yè)實驗課整合改革研究——以華南農業(yè)大學為例. 中國農業(yè)教育, 2013, (5): 60–63.

[4] Huang XY, Fan K, Ye YF, Wang B, Wu WR, Lan T. Teaching practice and experiences of verifying the three laws of genetics based on the SSLP marker analysis., 2017, 39(9): 856–862.黃雪盈, 范凱, 葉炎芳, 汪斌, 吳為人, 蘭濤. 基于SSLP分子標記驗證遺傳學三大定律的教學實踐探索與體會. 遺傳, 2017, 39(9): 856–862.

[5] Sobrizal, Matsuzaki Y, Sanchez PL, Ikeda K, Yoshimura A. Mapping of F1pollen semi-sterility gene found in backcross progeny ofL. andsteud., 2000, 17: 61–63.

[6] Yu X, Zhao Z, Zheng X, Zhou J, Kong W, Wang P, Bai W, Zheng H, Zhang H, Li J, Liu J, Wang Q, Zhang L, Liu K, Yu Y, Guo X, Wang J, Lin Q, Wu F, Ren Y, Zhu S, Zhang X, Cheng Z, Lei C, Liu S, Liu X, Tian Y, Jiang L, Ge S, Wu C, Tao D, Wang H, Wan J. A selfish genetic element confers non-Mendelian inheritance in rice., 2018, 360(6393): 1130–1132.

[7] Liu HY, Cui JT, Gao YM. Progress of segregation distortion., 2009, 10(4): 613–617, 622.劉海燕, 崔金騰, 高用明. 遺傳群體偏分離研究進展. 植物遺傳資源學報, 2009, 10(4): 613–617, 622.

[8] Cameron DR, Moav RM. Inheritance inXxvii. pollen killer, an alien genetic locus inducing abortion of microspores not carrying it., 1957, 42(3): 326–335.

[9] Scoles GJ, Kibirge-Sebunya IN. Preferential abortion of gametes in wheat induced by anchromosome., 1983, 25(1): 1–6.

[10] Rick CM. Abortion of male and female gametes in the tomato determined by allelic interaction., 1966, 53(1): 85–96.

[11] Zhang Y, Tan L, Zhu Z, Yuan L, Xie D, Sun C.confers tolerance to nitrogen deficiency in rice., 2015, 81(3): 367–376.

[12] Mangelsdorf PC, Jones DF. The expression of mendelian factors in the gametophyte of maize., 1926, 11(6): 423–455.

[13] Wang Z. Distorted segregation in plant hybrids and its implication for evolution., 2016, 38(9): 801–810.王哲. 植物雜交后代中基因偏分離的產生原因及其進化意義. 遺傳, 2016, 38(9): 801–810.

[14] Ma SJ, Liu YG, Liu JX. Research Progress of hybrid sterility of rice., 2014, 15(5): 1080–1088.馬生健, 劉耀光, 劉金祥. 水稻的雜種不育研究進展. 植物遺傳資源學報, 2014, 15(5): 1080–1088.

[15] Xi ZY, He FH, Zeng RZ, Zhang ZM, Ding XH, Li WT, Zhang GQ. Development of a wide population of chromosome single-segment substitution lines in the genetic background of an elite cultivar of rice (L.)., 2006, 49(5): 476–484.

[16] He N, Wu R, Pan X, Peng L, Sun K, Zou T, Zhu H, Zeng R, Liu Z, Liu G, Wang S, Zhang G, Fu X. Development and trait evaluation of chromosome single-segment substitution lines ofin the background of., 2017, 213(12): 281.

[17] Li DS, Cui DF, Jiang QY, Chen R. Strengthening the practice of basic experiment course teaching in agricultural specialty., 2008, (10): 86–88.李大勝, 崔大方, 江青艷, 陳然. 加強農科專業(yè)基礎課實驗教學的實踐. 中國大學教學, 2008, (10): 86–88.

Design and exploration of genetic experiments for non-Mendelian segregation

Ziqiang Liu1, Yuanxiu Zhao1, Xuelin Fu1, Nan Li2

It has always been a challenge to combine research progress with undergraduate laboratory teaching. Herein we designed a comprehensive experiment to compare classical Mendelian segregation and non-Mendelian distorted segregation by utilizinga rice material (DSSL) containing F1hybrid male sterility locusconstructed previously in our research project. Using the four SSR markers located on two chromosomes of rice, the genotypes of the F2population and the two parents were analyzed, and the phenotypes of the pollen fertility of the two parents and their F1plants were investigated. The results not only verified segregation law at the molecular level, but also fully demonstrated the distorted segregation in both genotypes and phenotypes, thus deepening students’ understandings of plant genetics and the relationship between genotypes and phenotypes, inspiring students’ interests in genetics experiments, and enhancing students’ consciousness and enthusiasm for experimental learning. On the basis of this, a sustainable development idea of transforming scientific research progress into teaching applications was conceived to promote the reform and innovation of genetics laboratory teaching.

comprehensive experiment innovation; scientific research progress; laboratory teaching; non-Mendelian segregation

2018-10-12;

2019-02-02

國家自然科學基金面上項目(編號：31571483)和華南農業(yè)大學2017年教學改革與研究項目(編號：JG17093)資助[Supported by the National Science Foundation of China (No. 31571483) and Teaching Reform and Research Projects of SCAU in 2017 (No. JG17093)]

劉自強，博士，副教授，研究方向：水稻分子遺傳學。E-mail: zqliu@me.com 李楠，碩士，實驗師，研究方向：遺傳學實驗教學與管理。E-mail: 523155900@qq.com

10.16288/j.yczz.18-329

2019/2/3 7:15:22

URI: http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1913.R.20190202.2207.002.html

(責任編委: 吳為人)