高校生物 遺伝子の独立と分離—配偶子の組合せから子の割合を求める｜武蔵野個別指導塾

配偶子の並べ方と検定交雑の結果を手がかりに、子の割合から追う独立と分離です。

よくあるのは、交配表の行と列に同じ親の配偶子を並べ、もう一方の親の条件を見落とす場面です。表の形が整っていても、親が異なれば行と列の候補も変わります。まず親を区別し、それぞれから作られる配偶子を求めてから子の型を決めましょう。授業ノートや学校の範囲表で、独立な遺伝子と検定交雑までが扱われているかを先に確かめます。

答案で問われる3つの道筋

1つ目は、親の遺伝子型から配偶子の種類と割合を求める型です。各対立遺伝子がどのように分離し、別の遺伝子の組合せがどのようにできるかを示します。文字を並べる前に、配偶子に各遺伝子の対立遺伝子が1つずつ入ることを確認します。

2つ目は、交配表や確率の積を使って子の遺伝子型や表現型の割合を求める型です。顕性の表現型が指定されても、遺伝子型が1種類とは限りません。問いが型の割合を求めているのか、見た目の割合を求めているのかに印を付けます。

3つ目は、検定交雑の結果と親の型を結び付ける型です。表現型が顕性である個体の遺伝子型を、その表現型だけから決めることはできません。相手の型と、子のどの表現型が親のどの配偶子に対応するかを確認して判断します。以下の数字や形質は計算のために設定した自作の条件です。

まず1対を分け、次に組み合わせる

ある遺伝子の対立遺伝子を A と a で表します。2つとも同じ AA、aa はそれぞれホモ接合、異なる Aa はヘテロ接合です。A が a に対して顕性という条件なら、AA と Aa は顕性の表現型、aa は潜性の表現型を示します。顕性と潜性は、どちらが優れているかや自然界での多さを意味しません。

減数分裂を経て配偶子ができるとき、Aa の2つの対立遺伝子は分離します。通常の分離を仮定すると、A をもつ配偶子と a をもつ配偶子の割合はそれぞれ 1/2 です。1個の配偶子に A と a の両方を入れるのではなく、どちらか一方を入れます。AA なら A、aa なら a の配偶子を作ります。

別の遺伝子について B と b を考えます。図1のように、AaBb が作る配偶子は、A または a と、B または b を1つずつ組み合わせます。2組の対立遺伝子が独立に分配される条件では、AB、Ab、aB、ab の各割合は 1/2 × 1/2 = 1/4 です。4種類の和が1になることも確かめます。

図1の矢印は、1個の配偶子に文字が2つとも同じ対から入るという意味ではありません。左右の対からそれぞれ1文字を選んだ結果を表します。遺伝子型の記号は、同じ遺伝子の対を隣にして AaBb と書くと分離を追いやすくなります。

配偶子の種類を数えるとき、ヘテロ接合の対とホモ接合の対を同じように2通りと数えないことも大切です。例えば AABb なら A は必ず入り、B または b と組み合わせて AB、Ab の2種類になります。各 1/2 で、AA の A を2つ区別して4種類に増やす必要はありません。逆に AaBb では2つの対がともにヘテロ接合なので、各対の2通りを掛け合わせて4種類です。種類数だけでなく、個々の割合まで書いておくと、後で交配表のマスの重みを判断できます。

独立を使うには、問題文の条件が必要です。2つの遺伝子が同じ染色体上にあるなど、独立に分配されると扱えない場合もあります。連鎖や組換えの計算はここでは扱わず、独立という条件がある問題に絞ります。また割合は各子に対する確率であり、少数の子の実際の数が必ずその比になるという意味ではありません。

基本例題：異なる親の配偶子を交差させる

ある植物の種子について、形を決める A は a に対して顕性、色を決める B は b に対して顕性です。2遺伝子は独立に分配され、配偶子の受精は等しい確率で起こるとします。親 P は AaBb、親 Q は Aabb です。子が両方の顕性形質を示す確率を、正確な分数で求めてください。

まず親 P の配偶子を分けます。A と a が各 1/2、B と b も各 1/2 なので、独立な組合せは AB、Ab、aB、ab が各 1/4 です。一方、親 Q の A と a は各 1/2 ですが、色の遺伝子は bb なので b しか渡せません。親 Q の配偶子は Ab、ab が各 1/2 です。

図2では行を P、列を Q に対応させます。各マスは、P の配偶子1種類と Q の配偶子1種類が受精した結果です。8マスはそれぞれ 1/4 × 1/2 = 1/8 の確率です。Q の列を P と同じ4種類にしてしまうと、Q が渡せない B を使うことになるので、表を書く前に親の型へ戻ってください。

図2のマスを1つずつ読みます。P が AB、Q が Ab なら子は AABb、P が AB、Q が ab なら AaBb です。P が Ab の行は AAbb と Aabb で、色は潜性です。P が aB の行は AaBb と aaBb、P が ab の行は Aabb と aabb です。

両方が顕性なのは AABb が1マス、AaBb が2マスの計3マスです。したがって求める確率は 3 × 1/8 = 3/8 です。A をもつことと B をもつことを別々に考えても、形について Aa × Aa から顕性が 3/4、色について Bb × bb から顕性が 1/2 です。独立の条件のもとで 3/4 × 1/2 = 3/8 となり、表と一致します。

逆に確かめると、形の顕性かつ色の潜性は 3/8、形の潜性かつ色の顕性は 1/8、両方潜性は 1/8 です。求めた 3/8 と合わせると 3/8 + 3/8 + 1/8 + 1/8 = 1 です。8マスに戻しても、それぞれ3、3、1、1マスとなり、どのマスも1回ずつ数えています。

検定交雑で親の型を絞る

花の色について D は d に対して顕性です。顕性の花をつける親 R は DD または Dd ですが、どちらかは不明です。この親と潜性の花をつける dd の親を交配します。通常の分離を仮定し、それぞれの親の型について子の表現型の割合を比で答えてください。また、潜性の子が生じた場合に言えることを「配偶子」と「d」を使い、1文で述べてください。

R が DD なら、R の配偶子は D、相手の配偶子は d です。子はすべて Dd で、顕性と潜性の比は 1:0 です。R が Dd なら、R の配偶子は D と d がそれぞれ 1/2 です。相手からは d が渡るので、子は Dd が 1/2、dd が 1/2、表現型の比は 1:1 です。

潜性の子 dd が生じたなら、相手と R の両方から d を受け取っています。答えの文は「親 R が d を含む配偶子を作ったので、親 R は Dd です」と書けます。顕性の親という条件で DD と Dd の2候補に限ったからこそ、潜性の子から Dd と決められます。

分かれ目は、潜性の子が観察されたことと、顕性の子しか観察されなかったことです。後者でも、調べた子が少数なら Dd の親から偶然に顕性の子が続く可能性があります。したがって少数の結果だけで DD と断定せず、結果が各候補の予測とどう対応するかを述べます。予測される比と実際に得られた数を区別することが、条件を越えた結論を避ける手がかりです。

検定交雑は、調べたい顕性表現型の個体を、対象となる遺伝子について潜性ホモ接合の個体と交配する方法です。相手が常に d を渡すため、子が Dd か dd かは調べたい親の D または d の配偶子に対応します。2遺伝子でも同様に、独立な AaBb と aabb の交配なら相手は ab を渡し、子の型はもう一方の AB、Ab、aB、ab の配偶子に対応します。

誤答を親の条件へ戻して直す

基本例題で「P も Q も AB、Ab、aB、ab を作る」として、両方顕性の確率を 9/16 とした答案を考えます。この値は、独立な AaBb 同士の交配なら得られる値です。しかし Q は Aabb なので B をもつ配偶子を作れません。図3のように Q の bb を囲み、配偶子に渡せる文字を b と書き出してから表を作り直します。

図3の確認後、Q の候補は Ab と ab に絞られます。P の4種類と交差させた8マスのうち、両方顕性の3マスを数えると 3/8 です。答えを公式の記憶と照合する前に、式の前提が元の親と一致しているかを調べます。

別の誤りは、顕性の子を AA に限って数えることです。Aa も A の顕性形質を示すため、顕性という指定なら AA と Aa を合わせます。逆に遺伝子型が AA と指定された問題では、Aa を加えません。問いに線を引き、遺伝子型か表現型かを判別する修正が有効です。

また、AB と ab の2種類しか書かず、各 1/2 とする答案も見直します。AaBb の各対が独立に分配される条件なら、Ab と aB もできます。各候補がそれぞれの対から1文字ずつ選ばれているか、4種類の確率の和が1かを別々に確かめましょう。和が1でも候補が正しいとは限らないので、和の確認だけで終えません。

配偶子から自分でたどる練習

次の各問では通常の分離と、指定のある遺伝子間の独立を仮定します。交配と形質は練習用に設定したものです。確率は正確な分数、比は最も簡単な整数比で答えてください。

1. ある植物の葉の形で E は e に対して顕性です。Ee と ee を交配します。子の遺伝子型の割合と、顕性:潜性の表現型の比を求めてください。
2. 別の植物で、花の色を決める G は g に、葉の縁を決める H は h にそれぞれ顕性です。2遺伝子は独立です。GgHh と gghh を交配したとき、両方が潜性の子の確率を求めてください。
3. さらに別の植物で、種皮の模様を決める M は m に、背丈を決める N は n にそれぞれ顕性です。独立な MmNn と mmNn の交配で、模様は潜性、背丈は顕性となる子の確率を求めてください。
4. 果実の形で T が t に顕性です。顕性の親を tt と交配したところ、潜性の子が生じました。顕性の親の遺伝子型と、そう判断する理由を「配偶子」と「t」を使って1文で答えてください。

練習の答えと確認

1. Ee の配偶子は E と e が各 1/2、ee の配偶子は e です。子は Ee が 1/2、ee が 1/2 なので、顕性:潜性は 1:1 です。子の Ee と ee に相手の e をそれぞれ戻すと、もう一方が E または e を各 1/2 で渡した条件と一致します。

2. GgHh の配偶子は GH、Gh、gH、gh が各 1/4、gghh の配偶子は gh です。両方潜性の gghh になるには、前者から gh を受け取る必要があるため 1/4 です。他の3種類の配偶子もそれぞれ異なる表現型を生じ、4種類の確率の和は 1 です。求めた子の gghh は、両親から gh を1組ずつ受け取った形に戻せます。

3. Mm × mm で模様が潜性の mm となる確率は 1/2 です。Nn × Nn では NN が 1/4、Nn が 1/2、nn が 1/4 なので、背丈が顕性となる確率は 1/4 + 1/2 = 3/4 です。独立より、同時に満たす確率は 1/2 × 3/4 = 3/8 です。mmNN が 1/8、mmNn が 1/4 と分けても合計は 3/8 です。残る mmnn は 1/8 で、mm の全体は 1/2 に戻ります。

4. 親の遺伝子型は Tt です。「潜性の子 tt は顕性の親から t を含む配偶子を受け取るので、顕性の親は Tt です」と書けます。相手の tt は t を渡し、顕性の親は T も持つという元の条件に合います。潜性の子がいるという結果を使っており、顕性の子だけの少数の結果から型を断定したわけではありません。

4行で残す手順

親ごとに各対立遺伝子を分離し、配偶子を作ります。
独立の条件を確かめ、異なる遺伝子の候補を組み合わせます。
両親の配偶子を交差させ、指定された型や形質を数えます。
確率の和と、答えを元の交配に戻した対応を確かめます。

答案のどこで止まったかを見る

配偶子の段階で止まるなら、親の Aa の2文字を同じ配偶子に入れていないか、独立な2対から1文字ずつ取れているかを図で確認します。交配表で止まるなら、行と列の見出しを隠しても親 P と Q のどちらの配偶子か説明できるかを試します。表は合っていて答えが違う場合は、顕性にヘテロ接合を含めたか、問題の指定が遺伝子型か表現型かを調べます。

個別指導で確認するときも、正答の数字だけでなく、書いた各マスが親のどの配偶子に由来するかを本人の言葉で追います。検定交雑では、潜性の子から親の配偶子を逆にたどれるか、顕性の子しか得られなかった場合に結論の限界を言えるかを見ると、計算と判断の両方を確かめられます。親から配偶子、配偶子から子へと戻れる答案が、独立と分離の理解を支えます。