MENDEL AND THE GENE IDEA

1. MENDEL AND THE GENE IDEA เมนเดลได้ศึกษาการถ่ายทอดกรรมพันธุ์ซึ่งเป็นพื้นฐานสำคัญของสิ่งมีชีวิตโดยวิธีวิทยาศาสตร์ทุกขั้นตอน ทำให้เกิดสาขาวิชาชีววิทยาแขนงใหม่ เรียกว่า วิชาพันธุศาสตร์ Genetics)

2. A genetic cross แผนภาพแสดงการทดลองการผสมข้ามระหว่างละอองเรณูจากพันธุ์ดอกสีขาว กับเกสรตัวเมียจากพันธุ์ดอกสีม่วง เมื่อได้เมล็ดและนำไปปลูก ได้ลูกผสม F1 ซึ่งให้ดอกสีม่วงทั้งหมด หรือถ้าผสมในทางกลับกัน คือผสมละอองเรณูจากพันธุ์ดอกสีม่วงกับเกสรตัวเมียจากพันธุ์ดอกสีขาว จะได้ผลการทดลองเหมือนกัน

3. เมนเดลทำการศึกษาลักษณะทางกรรมพันธุ์ของต้นถั่ว 3 รุ่น คือรุ่นพ่อแม่ ดอกสีม่วง และดอกสีขาว รุ่นลูกผสม F1 ดอกม่วงทั้งหมด และเมื่อ F1 ผสมกันเอง จะได้รุ่น F2 ซึ่งอัตราส่วนของดอกสีม่วง : สีขาว = 3:1

4. เมนเดลได้อธิบายผลการทดลองของเขา เป็น 4 ข้อ ดังนี้ (ในการอธิบายต่อไปนี้จะใช้คำว่า ยีน แทนคำที่เมนเดลใช้คือ heritable factor) 1.สิ่งที่ควบคุมลักษณะกรรมพันธุ์ เช่น ลักษณะสีดอก คือยีน ซึ่งต่างกัน 2 รูปแบบ (อัลลีล) อัลลีลหนึ่งควบคุมดอกสีม่วง อีกอัลลีลหนึ่งควบคุมดอกสีขาว 2. สิ่งมีชีวิตประกอบด้วยยีน 2 อัลลีล อัลลีลหนึ่งมาจากพ่อ และอีกอัลลีลหนึ่งมาจากแม่ จากความรู้ในปัจจุบัน ทำให้อธิบายความคิดของเมนเดลได้ว่า ในสิ่งมีชีวิตที่เป็น diploid ซึ่งมีโครโมโซมคู่เหมือนกัน โครโมโซมแท่งหนึ่งมาจากพ่อ และอีกแท่งหนึ่งมาจากแม่ โครโมโซมคู่เหมือนนี้อาจมีอัลลีลเหมือนกัน เรียกว่าพันธุ์แท้ เช่นเดียวกับพันธุ์ในรุ่นพ่อแม่ของการทอดลองของเมนเดล หรืออาจจะมีอัลลีลต่างกัน เช่นในลูกผสม F1 3.ถ้าอัลลีลต่างกัน อัลลีลหนึ่งจะเป็นอัลลีลเด่นซึ่งจะแสดงสมบัติของลักษณะให้เห็น อีกอัลลีลหนึ่งเป็นอัลลีลด้อยซึ่งจะถูกข่มไม่แสดงลักษณะ 4.อัลลีลทั้ง 2 จะถูกแยกไปในเซลล์สืบพันธุ์แต่ละเซลล์

5. เรียกหลักการถ่ายทอดกรรมพันธุ์ข้อนี้ว่า Law of segregation (กฏการแยกยีน)

6. Alleles, contrasting versions of a gene

7. Mendel’s law of segregation

8. Mendel’s law of segregation ในการศึกษานี้เมนเดลศึกษาลักษณะสีของดอกเพียงลักษณะเดียว (monohybrid cross)ซึ่งดอกสีม่วงควบคุมโดยยีนเด่น (P)และดอกสีขาวโดยยีนด้อย (p)ในพืชประกอบด้วย 2 อัลลีลที่ควบคุมลักษณะสีดอกซึ่งได้รับถ่ายทอดมาจากพ่อและแม่ ในรุ่นพ่อแม่เป็นพันธุ์แท้ของดอกสีม่วง (PP) และดอกสีขาว (pp) ซึ่งสร้างเซลล์สืบพันธุ์ประกอบด้วยอัลลีลเดียว การผสมของรุ่นพ่อแม่ จะได้ลูกผสม F1ซึ่งประกอบด้วย Ppแสดงดอกสีม่วงตามลักษณะยีนเด่น เมื่อ F1 สร้างเซลล์สืบพันธุ์อัลลีลทั้ง 2 จะถูกแยกออกไป เซลล์สืบพันธุ์ครึ่งหนึ่งจะมีอัลลีล P และอีกครึ่งหนึ่งเป็นอัลลีล p และจากการผสมพันธุ์กันเองในรุ่น F1 ได้รุ่น F2 ดังแสดงในตาราง ได้อัตราส่วนดอกสีม่วง: ดอกสีขาว = 3:1

9. Flower color เมนเดลเลือกลักษณะกรรมพันธุ์ทั้งหมด 7 คู่ลักษณะ ซึ่งในปัจจุบันทราบว่าเป็นลักษณะที่ควบคุมโดยยีนที่อยู่บนโครโมโซมต่างคู่กัน Flower position Seed color Seed shape Pod shape Pod color Stem length

11. Some useful genetic vocabolary ในสิ่งมีชีวิตที่เป็น diploid ลักษณะกรรมพันธุ์ควบคุมโดยยีน 2 รูปแบบ(allele=อัลลีล) หรือมากกว่า 2 รูปแบบ เช่น ลักษณะสีดอกถั่วลันเตามียีนรูปแบบหนึ่งควบคุมดอกสีม่วงเข้ม (P) และยีนอีกรูปแบบหนึ่งควบคุมลักษณะดอกสีขาว (p) อัลลีล : ยีนคู่ที่มีรูปแบบต่างกันและที่ตำแหน่งโลกัส (locus) เดียวกัน homozygous : พวกพันธุ์แท้ที่มีคู่อัลลีลเหมือนกัน heterozygous : ลูกผสมที่มีอัลลีลต่างกัน phenotype : ลักษณะกรรมพันธุ์ที่แสดงออกมาให้เห็น genotype : องค์ประกอบคู่ยีนหรือคู่อัลลีลที่อยู่ภายในเซลล์

12. A testcross ในการทดสอบว่า ดอกสีม่วงที่เห็นมี genotype เป็น PP หรือ Ppโดยการนำพืชที่สงสัยนี้ไปผสมกับพันธุ์ที่ทราบ genotype โดยเฉพาะ pp สังเกต F1 ว่ามีลักษณะอย่างไร ถ้า F1 มีสีม่วงทั้งหมดแสดงว่าพันธุ์ทดลองเป็น PP ถ้า F1 มีสีม่วงครึ่งหนึ่งและสีขาวครึ่งหนึ่งแสดงว่าพันธุ์ทดลองเป็น Pp

13. Law of independent assortment (กฏการแยกยีนเพื่อการเรียงตัวกันใหม่อย่างอิสระ) เมนเดลทดลองผสมพันธุ์ถั่วลันเตาขั้นต่อไปโดยพิจารณาลักษณะที่แตกต่างกัน 2 คู่ พร้อมกัน เรียกว่า (dihybrid cross)ตัวอย่างเช่น ลักษณะเมล็ดเรียบ สีเหลือง กับ เมล็ดขรุขระ สีเขียว

14. HYPOTHESIS: DEPENDENT ASSORTMENT parent ถ้าเป็นไปตามสมมุติฐาน dependent assortmentคือเป็นการแยกยีนเพื่อการรวมตัวกันใหม่ไม่เป็นอย่างอิสระ ลูกผสม F1 จะสามารถสร้างเซลล์สืบพันธุ์ได้เพียง 2 แบบ คือ YR และ yr ที่เหมือนกับรุ่นพ่อแม่เท่านั้น และรุ่น F2 จะแสดงลักษณะเมล็ดเรียบ สีเหลือง : เมล็ดขรุขระ สีเขียว ในอัตราส่วน 3:1 F1 F2

15. HYPOTHESIS: INDEPENDENT ASSORTMENT parent ถ้าเป็นไปตามสมมุติฐาน independent assortment คือ ยีนแต่ละคู่จะแยกจากกัน และกลับเข้ามารวมกันได้อย่างอิสระ ลูกผสม F1 จะสามารถสร้างเซลล์สืบพันธุ์ได้ 4 แบบ และมีอัตราส่วนของ Phenotype = 9:3:3:1 ซึ่งการทดลองของเมนเดลได้ผลสอดคล้องตามสมมุติฐานข้อนี้ F1 F2

16. สรุป • หลักการถ่ายทอดกรรมพันธุ์ 2 ข้อ ได้แก่ • Law of segregation • Law of independent assortment

17. หลักการถ่ายทอดลักษณะกรรมพันธุ์ตามกฏของเมนเดล เป็นที่ยอมรับกันอย่างกว้างขวาง ในต้นคริสต์ศตวรรษที่ 20 มีนักวิทยาศาสตร์หลายท่านได้นำเอาหลักการของเมนเดลมาเป็นพื้นฐานศึกษาวิจัยเพิ่มเติมมากขึ้น และพบปรากฏการณ์ใหม่ๆหลายอย่าง ซึ่งล้วนแต่เป็นข้อมูลสนับสนุนข้อเสนอของเมนเดลทั้งสิ้น ได้แก่

18. Incomplete dominance พืชลิ้นมังกร เมื่อเอาพันธุ์ดอกสีแดงผสมกับพันธุ์ดอกสีขาว จะได้ลูกผสมรุ่นF1 มีดอกสีชมพู และเมื่อ F1 ผสมกันเอง จะได้ลูกผสม F2 มีดอกทั้ง 3 ลักษณะ คือ ดอกสีแดง ชมพู และขาว ในอัตราส่วน 1:2:1 ตามลำดับ จะเห็นได้ว่าอัตราส่วนของ phenotype ตรงกับอัตราส่วน genotype ในกรณีนี้ยีนที่ควบคุมลักษณะดอกสีแดงไม่แสดงสมบัติเด่นอย่างแท้จริง

19. Multiple alleles for the ABO blood groups

20. Multiple allele กับระบบหมู่เลือดระบบ ABO ในคน หมู่เลือดระบบ ABO เป็นลักษณะที่ถ่ายทอดทางกรรมพันธุ์ ยีนที่ทำหน้าที่ควบคุมการสังเคราะห์แอนติเจนบนผิวเม็ดเลือดแดง ประกอบด้วย 3 อัลลีล ในแต่ละคนมี 2 อัลลีล ดังนั้น genotype ที่เป็นไปได้มี 6 แบบIAและ IBมีสมบัติเด่นด้วยกันทั้งคู่ (codiminance) ดั้งนั้นคนที่มี genotype IAIB (หมู่เลือดAB) จะมีทั้งแอนติเจน A และ B ส่วน i มีสมบัติด้อยกว่า IAและ IBคนที่มี genotype ii (หมู่เลือด O) จึงไม่มีแอนติเจน แต่สร้างแอนติบอดี้ทั้ง A และ B เมื่อผสมเมล็ดเลือดของคนหมู่เลือดอื่นๆกับเซรุ่มของหมู่เลือด O จะทำให้เกิดการตกตะกอน

21. A simplified model for polygenic inheritance of skin color ลักษณะกรรมพันธุ์ที่ควบคุมโดยยีนหลายยีน หรือ polygeneซึ่งอาจมีตั้งแต่ 3 ยีน ถึง 40 ยีน เรียก กรรมพันธุ์แบบโพลียีน (polygenic inheritance) รูปที่แสดงเป็นรูปแบบง่ายๆในเรื่องสีผิว สีผิวควบคุมโดยยีน 3 ยีน ในแต่ละยีนมีสมบัติการแสดงออกไม่เต็มที่ (imcomplete dominance)การถ่ายทอดลักษณะสีผิวนี้จะเห็นได้ชัดเจนจากผลการผสมพันธุ์ระหว่างลักษณะต่ำสุดกับลักษณะสูงสุด โดยสังเกตได้จากลูกผสม F1 มี genotype แบบ AaBbCc ซึ่งมีหน่วยสีดำอยู่ 3 หน่วย และเมื่อ F1 ผสมกันเองได้ F2 พบว่ามีความแตกต่างแปรผันของสีผิวต่อเนื่องในลักษณะคล้ายเส้นโค้งปกติ

22. Pedigree analysis reveals Mendelian patterns in human inheritance • นักวิจัยได้พัฒนากรรมวิธีการศึกษาพันธุศาสตร์ของมนุษย์ เพื่อทราบว่าลักษณะกรรมพันธุ์นั้นมีการถ่ายทอดแบบใด และสามารถคาดคะเนได้ว่าลักษณะกรรมพันธุ์นั้นมีโอกาสเกิดขึ้นได้มากน้อยเพียงใดในคู่แต่งงานแต่ละคู่ ซึ่งเป็นประโยชน์อย่างยิ่งในการวางแผนสำหรับครอบครัวที่มียีนที่ผิดปกติอยู่ เทคนิคที่นิยมใช้กันอยู่คือ การวิเคราะห์สายสัมพันธ์ของกลุ่มเครือญาติ (pedigree analysis)

23. Pedigree analysis Pedigree เขียนขึ้นมาจากประวัติการถ่ายทอดลักษณะกรรมพันธุ์ที่แสดงออกทาง phenotype อย่างใดอย่างหนึ่งโดยใช้สัญลักษณ์ต่างๆแทนลักษณะ phenotype ของแต่ละคนในวงศ์ตระกูลนั้น ตามหลักมาตรฐานสากลดังนี้ สี่เหลี่ยม หมายถึง ผู้ชาย วงกลม หมายถึง ผู้หญิง แต่ละคู่แต่งงานเชื่อมด้วยเส้นเดี่ยวจากผู้ชายไปผู้หญิง ลำดับของลูกแต่ละคนเรียงจากซ้ายไปขวา ผู้ที่แสดงลักษณะกรรมพันธุ์แสดงด้วยสีเข้ม (a) pedigree tracing a dominant trait (widow’s peak) (b) Pedigree tracing a recessive trait (attached earlobes)

24. Many human disorders follow Mendelian patterns of inheritance • Recessive inherited disorders • ลักษณะทางกรรมพันธุ์ที่เกิดจากยีนด้อยทาง autosome • Cystic fibrosisโรคนี้พบมากในคนผิวขาว พบในอัตรา 1 คนใน 2,500 คน มีคนผิวขาวเป็นพาหะของโรคนี้ถึง 4% สาเหตุเกิดจากความผิดปกติของยีนที่ควบคุมการสังเคราะห์ membrane protein ที่ทำหน้าที่เกี่ยวกับ chloride ion transport ระหว่างภายในเซลล์กับของเหลวภายนอกเซลล์ ผลคือทำให้ภายนอกเซลล์มีปริมาณ chloride สูง มีผลต่อเนื่องทำให้เมือกที่คลุมเซลล์เหนียวข้นกว่าปกติ สะสมอยู่ในตับอ่อน ปอด ทางเดินอาหาร และอวัยวะต่างๆ ทำให้เกิดการติดเชื้อจากแบคทีเรียได้ง่าย เด็กที่เป็นโรคนี้มักจะตายก่อนอายุ 5 ขวบ การที่ทราบวาเป็นโรคนี้และให้การดูแล รักษา ป้องกันการติดเชื้อเป็นอย่างดี ทำให้สามารถมีอายุยืนยาวขึ้นได้

25. Tay-Sachs diseaseสาเหตุของโรคเกิดจากความผิดปกติของเอนไซม์ที่ไม่สามารถสลายไขมันบางชนิดในสมองได้ ทำให้เกิดความเสื่อมของระบบประสาท อาจทำให้ตาบอด สติปัญญาเสื่อม กล้ามเนื้อหมดแรงจนเป็นง่อยได้ ซึ่งจะแสดงอาการในเด็กเล็กประมาณ 2-3 เดือนหลังคลอด และมีอาการรุนแรงจนทำให้เด็กเสียชีวิตได้ภายในอายุ 2-3 ขวบ โรคนี้พบมากในกลุ่มชาวยิว ประมาณ 1 คนใน 3,600 คนของเด็กเกิดใหม่ ซึ่งสูงกว่าเด็กกลุ่มอื่นๆ 100 เท่า Sickle cell diseaseเป็นโรคที่พบบ่อยในอัฟริกา เกิดจากกรดอะมิโน val ไปแทนที่ glu ที่ตำแหน่งที่ 6 ในสายบีตาของฮีโมโกลบิน เป็นผลทำให้เม็ดเลือดแดงบิดเบี้ยวเป็นรูปเคียว ทำให้มีผลกระทบต่อการนำออกซิเจน คนที่เป็น heterozygous มีความต้านทานสูงต่อการติดเชื้อไข้มาลาเรีย และสามารถถ่ายทอดยีนต่อไปได้

26. Dominants inherited disease ลักษณะผิดปกติทางกรรมพันธุ์ที่เกิดจากยีนเด่นของ autosome Huntington’s diseaseโรคนี้พบในอัตรา 1 คนใน 10,000 คน อาการของโรคจะแสดงออกในช่วงอายุ 35-45 ปี โดยแสดงอาการผิดปกติของระบบประสาทส่วนกลาง และเป็นโรคติดเชื้อได้ง่าย การแสดงอาการออกล่าช้าของยีนนี้มีผลกระทบต่อโครงสร้างทางพันธุกรรมของประชากร เพราะกว่ายีนนี้จะแสดงออกก็ผ่านระยะสืบพันธุ์และถ่ายทอดลักษณะกรรมพันธุ์นั้นไปสู่รุ่นลูกแล้ว

27. Multifactorial disorders บางคนอาจเป็นโรคบางโรค ได้แก่ โรคหัวใจ เบาหวาน มะเร็ง alcoholism ฯลฯ ได้ง่ายกว่าคนอื่น โรคเหล่านี้เป็นโรคที่เกิดจากหลายสาเหตุ คือเกิดจากกรรมพันธุ์ร่วมกับสิ่งแวดล้อมเป็นสาเหตุสำคัญของโรค (Multifactorial disorders) โรคเหล่านี้อาจควบคุมโดยยีนหลายตัว เช่นในปัจจุบันพบแล้วว่ายีนที่ควบคุมการทำงานของหัวใจมีหลายยีน ดังนั้นการดำรงชีวิตแบบต่างๆในแต่ละคนทำให้มีโอกาสเสี่ยงต่อการเกิดโรคได้ไม่เหมือนกัน พบว่าการออกกำลังกาย การควบคุมชนิดของอาหาร การไม่สูบบุหรี่ หรือหลีกเลี่ยงอาการเครียดต่างๆ ทำให้ลดความเสี่ยงของการเกิดโรคหัวใจและมะเร็งบางชนิดได้ ในปัจจุบันยังมีความรู้ไม่มากนักเกี่ยวกับโรคที่เกิดจากหลายสาเหตุร่วมกันเหล่านี้ แต่สิ่งที่ดีที่สุดคือการให้ความรู้แก่ประชาชนในการควบคุมสิ่งแวดล้อมและมีพฤติกรรมการดำเนินชีวิตที่ดีจะทำให้ไม่เป็นโรคต่างๆได้

28. Technology is providing new tools for genetic testing and counseling ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีเอื้อประโยชน์ในการตรวจหาความผิดปกติทางพันธุกรรมและการให้คำปรึกษา

29. Fetal diagnosis เปรียบเทียบระหว่างวิธี aminocentesis กับวิธี chorionic villus sampling

30. Fetal diagnosis เทคนิคการนำเอาตัวอย่างเซลล์ของทารก มาหาความผิดปกติทางกรรมพันธุ์กระทำได้โดยวิธี aminocentesis ทำได้โดยใช้เข็มดูดเอาน้ำคร่ำที่มีเซลล์ที่หลุดออกมาจากผิวหนังของทารก นำมาเพาะเลี้ยงให้แบ่งเซลล์เพิ่มจำนวนมากขึ้น เพียงพอสำหรับนำไปวิเคราะห์ตรวจหาความผิดปกติของโครโมโซมและทางชีวเคมี วิธีนี้กระทำในช่วง 14-16 สัปดาห์ของการตั้งครรภ์และต้องใช้เวลา 2-3 สัปดาห์กว่าจะรู้ผล อีกเทคนิคหนึ่งคือ การเก็บตัวอย่างเนื้อเยื่อโคเรียน (chorionic villi sampling, CVS)กระทำโดยใช้ท่อขนาดเล็กสอดเข้าไปทางปากมดลูกแล้วดูดเอาตัวอย่างเนื้อเยื่อของเยื่อหุ้ม chorion ที่หุ้มถุงน้ำคร่ำออกมา เนื้อเยื่อนี้สามารถนำไปวิเคราะห์และตรวจสอบได้ทันที วิธีนี้สามารถใช้ตรวจสอบทารกที่มีอายุเพียง 8-10 สัปดาห์ และรู้ผลการตรวจสอบได้ภายใน 1-2 วันเท่านั้น

31. The chromosomal basis of inheritance

32. The chromosomal basis of Mendel’s law

33. โครโมโซมเป็นตัวกลางสำคัญสำหรับการถ่ายทอดกรรมพันธุ์โครโมโซมเป็นตัวกลางสำคัญสำหรับการถ่ายทอดกรรมพันธุ์ ภาพแสดงความสัมพันธ์ระหว่างการทดลองผสมพันธุ์ถั่วลันเตา โดยพิจารณาลักษณะที่ต่างกัน 2 ลักษณะพร้อมกัน (dihybrid cross) ของเมนเดล กับพฤติกรรมของโครโมโซม โดย 2 ลักษณะนี้ควบคุมโดยยีนที่อยู่บนโครโมโซมต่างแท่งกัน (จริงๆแล้วถั่วลันเตามีโครโมโซม 7 แท่ง แต่ในรูปแสดงเพียง 4 แท่ง)ในรูปแสดง metaphase I (ช่องสีเหลือง)และการแยกออกจากกันของโครโมโซมคู่เหมือน(homologous chromosome)ในระยะ anaphase I ซึ่งเป็นแบบ segregation และ independent assortment ผลสุดท้าย F1 สร้างเซลล์สืบพันธุ์ได้ 8 แบบ และแต่ละแบบมีจำนวนเท่าๆกัน ถ้าศึกษาต่อจนถึงรุ่น F2 จะได้อัตราส่วน phenotype = 9:3:3:1

34. หลักความน่าจะเป็นไปได้หลักความน่าจะเป็นไปได้ • สิ่งมีชีวิตพวก diploid ถ่ายทอดสารพันธุกรรมหรือยีนไปตามโครโมโซมโดยผ่านเซลล์สืบพันธุ์ การแยกโครโมโซมคู่เหมือนในกระบวนการไมโอซิส เป็นแบบสุ่มนั้น การคาดคะเน genotype หรือ phenotype ในรุ่นลูกอาจคำนวณได้ตามหลักความน่าจะเป็นไปได้ (probability) ซึ่งมีหลักสำคัญ 2 ประการ คือ • 1. กฏการคูณ • 2. กฏการบวก

35. Morgan traced a gene to a specific chromosome Thomas Hunt Morgan เป็นนัก embryologist ที่มหาวิทยาลัยโคลัมเบีย ประเทศสหรัฐอเมริกา ค้นพบยีนที่อยู่ในโครโมโซม X (sex linkage)ของแมลงหวี่ (Drosophila melanogaster) โดยขณะศึกษาพันธุกรรมของแมลงหวี่ เขาพบแมลงหวี่ตัวผู้ตัวหนึ่งมีตาสีขาว (mutant phenotype) ซึ่งแตกต่างไปจากแมลงหวี่ตาสีแดงปกติทั่วไป (wild type)

36. Morgan’s first mutant แมลงหวี่ตาสีแดงเป็นลักษณะปกติ เรียกว่า wild typeและลักษณะตาสีขาวเป็น mutant phenotypeจากลักษณะนี้ที่ทำให้เขาค้นพบยีนที่อยู่ในโครโมโซม X

37. Sex-linked inheritance Morgan ทำการทดลองผสมพันธุ์แมลงหวี่ตัวผู้ตาสีขาวกับตัวเมียตาสีแดงปกติ ได้ลูกผสมรุ่น F1 ทุกตัวมีตาสีแดง และรุ่น F2 มีตาสีแดงและตาสีขาว ในอัตราส่วนประมาณ 3:1 แต่ที่น่าสนใจมากคือ ตัวเมียทุกตัวมีตาสีแดง ส่วนตัวผู้มีทั้งตาสีแดงและตาสีขาวอย่างละเท่าๆกัน Morgan ตั้งสมมุติฐานว่า ยีนที่ควบคุมสีตานี้อยู่ในโครโมโซม X(ในรูป w+ = dominant allele (ตาสีแดง), w = recessive allele (ตาสีขาว))

38. Morgan เลือกศึกษาแมลงหวี่เพราะแมลงหวี่มีคุณสมบัติที่เป็นข้อดีหลายประการ ดังนี้ • แมลงหวี่พบได้ทั่วไปและกินราที่ขึ้นบนผลไม้เป็นอาหาร • ช่วงชีวิตสั้น และให้ลูกหลานจำนวนมาก แมลงหวี่คู่หนึ่งสามารถให้ลูกได้เป็นร้อยตัว และรุ่นใหม่สามารถผสมพันธุ์ได้อีกภายใน 2 สัปดาห์ • แมลงหวี่มีโครโมโซมเพียง 4 คู่ ซึ่งศึกษาได้ง่ายจาก กล้องจุลทรรศน์ 3คู่เป็น autosome และ 1 คู่เป็น sex chormosome ตัวเมียเป็น XX และตัวผู้เป็น XY

39. ต่อมาได้มีการศึกษาทดลองในสัตว์อื่นๆอีก และเป็นที่ยอมรับว่า ยีนที่อยู่ในโครโมโซม X มีแบบแผนการถ่ายทอดจากพ่อและแม่ไปสู่ลูกรุ่นถัดไปต่างจากยีนที่อยู่ใน autosome

40. Linked gene trend to be inherited together because they are located on the same chormosome ยีนที่เป็นลิงเกจกันมีแนวโน้มที่จะถูกถ่ายทอดไปด้วยกันเนื่องจากยีนนั้นอยู่บนโครโมโซมเดียวกัน การศึกษาต่อมาของ Morgan และผู้ร่วมงาน แสดงให้เห็นการถ่ายทอดลักษณะของยีนที่เป็นลิงเกจกัน โดยเลือกศึกษา 2 ลักษณะที่แตกต่างกัน คือ สีตัว และขนาด wild type มีตัวสีเทาและปีกยาวปกติ ส่วน mutant phenotype มีตัวสีดำ ปีกสั้นและมีขนาดเล็กกว่า ยีนที่ควบคุม b+ = gray, b = black, vg+ = normal wing, vg = vestigial wing ยีนเหล่านี้อยู่บน autosome

41. Evidence of linked genes in Drosophilia Morgan ทำการผสมพันธุ์ตัวเมียที่มี genotype = b+ b vg+ vg กับตัวผู้ที่มี genotype =b b vg vg ถ้าเป็นไปตามกฏของเมนเดิล (Mendel’s law of independent assortment) รุ่น F1 มี 4 ลักษณะในอัตราส่วน 1:1:1:1 แต่จากการทดลองไม่ได้ผลตามนั้น แสดงว่ายีนที่ควบคุมลักษณะทั้ง 2 ลักษณะนี้ไม่ได้แยกออกจากกันเพื่อการรวมตัวใหม่อย่างอิสระ เป็นเพราะยีนทั้ง 2 ยีนอยู่ในโครโมโซมเดียวกัน ที่เรียกว่า linked gene หรือ linkage ยีนที่เป็นลิงเกจกันมีแนวโน้มจะถูกถ่ายทอดไปด้วยกัน แต่มีโอกาสแยกจากกันได้บ้างโดย crossing over

42. Independent assortment of chormosomes and crossing over produce genetic recombination The recombination of linked gene: crossing over ยีนต่างๆในโครโมโซมเดียวกันแสดงความถี่ของการเกิด recombination แตกต่างกันในยีนแต่ละคู่ที่ใช้ทดลอง และโอกาสของการเกิด gene recombination มีความสัมพันธ์โดยตรงกับระยะทางระหว่างยีนในโครโมโซมเดียวกัน โดย recombination ระหว่างยีนที่อยู่ใกล้กันมีโอกาสน้อยกว่ายีนที่อยู่ห่างกัน

43. Recombination due to crossing over (a) Production of recombinant gametes

44. (b) Production of recombinant offspring ผลคือได้รุ่นลูกที่มีลักษณะที่ถูกถ่ายทอดมาจากพ่อและแม่ และลักษณะที่เป็น recombination ที่เกิดจาก crossing over โดย ความถี่ของ recombination หมายถึง จำนวนลูกที่มีลักษณะ recombination ในจำนวนลูกทั้งหมด คิดเป็น %

45. Geneticists can use recombination data to map a chromosome genetic loci นักพันธุศาสตร์ใช้หลักการเรื่อง recombination ในการหาตำแหน่งและระยะทางระหว่างยีน Alfred H. Sturtevant ลูกศิษย์ของ Morgan ได้ทำการทดลองผสมพันธุ์แมลงหวี่เพื่อหาตำแหน่งและระยะทางระหว่างยีน (genetic map)ในกลุ่มลิงเกจด้วยกัน โดยใช้หลักการที่ว่าความถี่ของการเกิด recombination หรือความถี่ของ crossing over ระหว่างยีน 2 ยีนมีความหมายแสดงถึงระยะทางระหว่างยีนทั้งสอง กล่าวคือ ค่าความถี่ของการเกิด recombination 1 % = 1 map unitตัวอย่างเช่น

46. Using recombination frequencies to construct a genetic map: ศึกษา gene recombination ของแมลงหวี่ของยีน b vg และ cn ที่อยู่บนโครโมโซมเดียวกัน พบว่า ความถี่ของ recombination ระหว่าง cn กับ b = 9%, cn กับ vg = 9.5 % และ b กับ vg = 17 % สามรถทำ genetic map ที่เรียกว่า linkage map ได้ดังรูป นักพันธุศาสตร์ในยุคปัจจุบันได้นำหลักการดังกล่าวมาใช้อย่างกว้างขวางเพื่อศึกษา genetic map ของสิ่งมีชีวิตต่างๆรวมทั้งในคนด้วย

47. Sex chromosomes • The chromosomal basis of sex varies with organism • Some chromosomal systems of sex determination • ระบบการกำหนดเพศแบบต่างๆในสัตว์ต่างชนิดกัน • การกำหนดเพศ (sex determination) ในสิ่งมีชีวิตขึ้นอยู่กับชนิดของโครโมโซมเพศ

48. (a) ระบบ x-yในคนและสัตว์เลี้ยงลูกลูกด้วยน้ำนมชนิดอื่นๆรวมทั้งพวกแมลงบางชนิด เพศของลูกขึ้นอยู่กับว่าสเปิร์มของพ่อมีโครโมโซม X หรือ Y

49. (b) ระบบ X-Oในพวกตั๊กแตน จิ้งหรีด แมลงสาป และแมลงอื่นๆบางชนิด มีโครโมโซมเพศแบบเดียว ตัวเมียเป็น XX ตัวผู้เป็น XO (O= ศูนย์ ตัวผู้มีโครโมโซม X เพียงอย่างเดียว) เพศของลูกกำหนดโดยสเปิร์มมีหรือไม่มีโครโมโซม X

50. (c) ระบบ Z-Wในพวกนก ปลาบางชนิด และแมลงบางชนิดรวมถึงพวกผีเสื้อ ในสัตว์เหล่านี้เพศถูกกำหนดโดยโครโมโซมเพศที่มีอยู่ในเซลล์ไข่ เพื่อให้เห็นความแตกต่างของระบบการกำหนดเพศจึงนิยมใช้อักษร Z และ W แทน X และ Y ตัวผู้เป็น ZZ และตัวเมียเป็น ZW