性染色体、遗传学和食物网

本周德里克和科学家露西·惠特利以及学生助手露西·布朗一起在剑桥大学发育生物系。

要做这个实验，你需要:

一个猕猴桃(如果你没有猕猴桃，一个洋葱也可以)5克洗洁精或洗手液2克盐100毫升自来水100毫升冰酒精(最好是白朗姆酒或甲基化烈酒)。放入冰箱至少30分钟。水壶3罐大盆一些东西捣碎猕猴桃用筛子或咖啡滤纸刀(小心!)

如何做实验:

1 -把猕猴桃削皮并切碎分成小块。你不会想要它的皮，因为它基本上是死的，里面没有多少DNA。

2 -把肉块放进罐子里捣碎猕猴桃尽你所能。这是为了分解一些细胞，提供一个大的表面积来提取DNA。

3 -把洗洁精、盐和自来水混合在一起慢慢搅拌，直到盐完全溶解。不要搅拌太快，否则会产生很多气泡!这种混合物也被称为an提取缓冲。洗洁精是一种清洁剂，它能打破细胞膜和核膜。一旦这些膜被破坏，储存在细胞中的DNA就可以逃逸。溶解的盐(或氯化钠)由带正电的钠离子和带负电的氯离子组成。DNA也带负电并吸引带正电的钠离子。这会中和DNA上的电荷，使DNA链粘在一起，形成我们将在稍后的实验中看到的团块。

４ －添加提取缓冲液敬猕猴桃泥和土豆泥！捣碎的越多，最终得到的DNA就越多。

5 -孵化猕猴桃和缓冲液的混合物在60度加热15分钟。要制作自己的培养箱，取一个大盆，从水壶里倒入一半沸水。为了降低温度，再加入大约等量的普通自来水。使用温度计可以帮助你达到更精确的温度。小心地将装有猕猴桃的罐子放入保温箱，静置15分钟。孵育有助于进一步分解细胞，并开始降解细胞的一些蛋白质。

6 -从培养箱中取出罐子用细筛或咖啡滤纸将猕猴桃混合物过滤到另一个罐子里。这样可以去除所有不需要的猕猴桃块和小块。你会得到一种绿色的液体，它含有猕猴桃的DNA。

7 -拿起冰镇的酒精，慢慢地顺着罐子的侧面倒下去。酒精会在奇异果混合物上形成透明层，因为酒精密度较低。

你看到了什么?

当冰凉的酒精层与下面的猕猴桃混合物相遇时，你会看到吗白色果冻状物质形成。这是几维鸟的DNA。Dna可溶于水，但不溶于酒精，所以当它接触酒精时，它从溶液中出来，形成固体。这被称为“沉淀Dna”。酒精和猕猴桃混合的时间越长

你可以用回形针或镊子来提取DNA。它会又长又细，然后聚在一起。DNA是一个很长的分子，当它聚集在一起时，它形成了一种有点像绳子的东西。用戳戳这个是安全的。你提取的DNA来自数十亿个猕猴桃细胞，这就是为什么你能这么容易地看到它。如果你能解开一个人类细胞的DNA并将其展开，它将有两米长。然而，由于DNA非常薄，如果没有强大的显微镜，你是无法看到它的。

Chris -现在我们能先给大家介绍一下吗因为分子生物学和遗传学对很多人来说有点难以理解。首先，DNA，基因，染色体，基因组:这些词是什么意思，它们之间有什么联系?它们是如何形成一个人或动物的基因组的?

马克:首先，以基因组为例，这个房间里的所有人都可以被识别为人类，因为我们有人类基因组。因此，人类基因组是我们所有基因的完整集合，也是我们所有染色体的完整集合。基因组被包装在细胞中。基因组由长长的线性DNA线组成，这些DNA线被包装在染色体的细胞中。染色体是DNA遗传物质和将DNA包装到细胞中的蛋白质的混合物。这些基因通常被认为是基因组中的功能成分。也有其他的功能成分，但基因是更感兴趣的焦点。它们是基因组中包含构建蛋白质分子指令的部分。是这些蛋白质继续在细胞，组织和身体中执行功能。

Chris -所以基因是你遗传的部分;它是功能单位。换句话说，有一定数量的DNA字母组成一个基因，这个基因告诉细胞如何制作一个特定的配方。

马克:没错。一般来说，我们遗传了DNA，其中只有一小部分包含了制造蛋白质的指令。它大约占全部遗传物质的2%。所以我们也继承了其他的遗传物质。其中一些是有功能的，例如，我们的DNA片段控制基因，并告诉基因何时在特定组织中开启或关闭。

克里斯:但是2%似乎是很小的数目。98%的能量在体内没有转化成物质似乎是一种巨大的浪费。

马克:我们的基因组中有很大一部分通常被称为垃圾DNA。这将被认为是我们基因组中浪费的一部分。然而，我认为现在下结论说这种在我们的基因组中特别擅长自我复制的重复DNA缺乏功能还为时过早。也许我们以后会有机会讨论x染色体失活的现象，这是一个可能的领域，所谓的垃圾DNA可能有一个角色，我们感兴趣的东西。

克里斯:好吧，让我们来看看你在研究什么，也就是x染色体。实际上是你领导了人类基因组计划对那条染色体进行测序。

马克:是的，没错。这个项目的想法是确定所谓的x染色体的DNA序列。仔细观察DNA, DNA的长分子由四个基本亚基组成。正是这些亚基在DNA中的排列顺序，尤其是基因中的排列顺序决定了蛋白质的结构。所以DNA的序列对我们来说非常有趣一旦我们有了这个序列我们就可以做大量的研究基因的功能我们也可以看看我们基因组的进化这是我特别感兴趣的事情。

克里斯:比如，我们是如何从黑猩猩进化而来的。

马克:这是一个例子，但我更感兴趣的是回顾一下有袋动物和其他哺乳动物群体;单孔目动物。这些是产卵的哺乳动物，包括鸭嘴兽。我们研究哺乳动物的性染色体以及它们是如何进化的。如果你再往前看，这些相同的性染色体在鸟类中并不存在。

克里斯-因为女人有两条x染色体。作为男性，我们有一个和一个Y染色体。我们来谈谈它是如何工作的。

马克:性染色体之所以被称为性染色体，是因为它们在男性和女性之间的遗传方式不同。女性有两条x染色体，而男性有一条x染色体和一条小得多的Y染色体。有趣的是，我们知道这些染色体，尽管它们看起来彼此非常不同，实际上是由一对正常的染色体进化而来的:如果你愿意，也可以说是一对非性染色体。原因是它们已经参与了性别决定。这是性别分化为男性或性别分化为女性的触发因素。

克里斯-所以当一个婴儿在早期胚胎中第一次受孕时，它既不是男性也不是女性。从遗传学上讲，它是，但从发育的角度来看，它既不是男性也不是女性。

马克:没错。性腺的发育有两条途径，其中一条决定了我们的表现性，也就是我们的外貌。

克里斯- y染色体决定了这一点。

马克，是的，y染色体包含SRY, y的性别决定区域，如果我们继承了y染色体，我们继承了这个基因，那么性腺发育成睾丸，所有的男性特征都是由睾丸产生的激素发展而来的。

克里斯:但真正有趣的是，我只有一条x染色体，但和我们一起工作的女士却有两条。他们怎么处理多余的一个?遗传物质过多会不会有问题?如果你看看患有唐氏综合症的人，他们有一个额外的21号染色体拷贝，这显然给他们带来了一些问题。但是对于X染色体，女性可以有一个额外的拷贝，这似乎不是一个大问题。

马克:没错。正如你所指出的，一般来说，多一条染色体会导致非常严重的问题。在有额外X的情况下，这不会发生。原因是雌性哺乳动物，包括演播室里的雌性，沉默了它们的一条x染色体。它们在每个细胞中都关闭了一条x染色体因此x染色体上的基因不再活跃。通过这种方式，男性和女性都有一个活跃的x染色体拷贝。

这和某些疾病的关系不是很有趣吗?所以如果x染色体上有某种异常基因，男性就会得到它。但因为女性有两条x染色体，如果其中一条有缺陷基因，而另一条有健康基因，女性就不会患上这种疾病。

马克:所谓的x连锁疾病有一种非常典型的遗传模式，男性通常会受到影响，而女性要么受到影响，要么有轻微的症状。这种遗传模式可以追溯到几千年前，特别是像血友病这样的疾病。在某些情况下，因为关闭女性体内一条X染色体的过程是随机的，这就意味着，总的来说，女性体内一半的细胞会关闭未受损的X染色体，而另一半则会关闭受损的X染色体。这可以解释为什么这些症状在女性身上很明显。在某些极端情况下，这种X染色体失活可能会向一个方向倾斜，可能是细胞关闭了未受损的X染色体。它们不会像其他细胞那样茁壮成长。

对不起，玛丽，但我们也不能相信这是真的。我想，任何纺纱都更多地与你挂钥匙的棉花的捻度有关。这里面可能有点赌徒的谬论。你期望得到正确的答案，结果就会发生。

外太空真的很冷，这有点荒谬。这实际上取决于你离太阳有多近。一个问题是，它不像在地球上那样感觉寒冷。你周围没有空气来传导热量;一切都是通过辐射完成的，光从一个物体传递到另一个物体。太阳光照射在物体上，使物体升温。对于地球周围太空中的卫星，我们实际上用反射材料覆盖它们以保持凉爽，并用绝缘材料保持温度。如果它们在阳光下，它们实际上会过热，所以我们在上面放上反射材料，把光反射出去。当它们在地球的阴影下时，我们可以用加热器来保持温暖。当你离太阳越来越远的时候，天气就会变得很冷。 The outer space around Earth is around 20 degrees Centigrade. If you go out to Pluto, you're probably looking at around minus 220 degrees Centigrade. So it depends on exactly where you are.

我想说，实际上你和黑猩猩有98%以上的基因是相同的。我怀疑人类基因组中几乎所有的基因在黑猩猩基因组中也有对应的基因。对于我们与黑猩猩如此明显不同的事实，最有可能的解释是这些基因被控制的方式、它们开启和关闭的方式，以及基因活跃的时间长短。你和你的女儿共享50%的基因，因为她显然从你那里继承了一个基因组，从她母亲那里继承了一个基因组。我们的身体里都有两个基因组:一个来自母亲，一个来自父亲，但是你的女儿从她母亲那里遗传来的基因组中有与你所有的基因相对应的基因。如果你将香蕉与人类进行比较，你会发现香蕉中超过一半的基因在香蕉中发挥的作用与在人类中相同。然而，基因本身不会一个字母一个字母地相同;它们的作用是一样的。相反，当你谈论你和你女儿共有的基因时，你不是在问有多少基因具有相同的功能(即100%)，你是在问这些基因中有多少是完全相同的，一个字母一个字母。其中任何一个基因来自父亲的概率是50%，而一个基因来自母亲的概率也是50%。 This is why you share 50% of your genes with your daughter.

我不确定我能对金发和姜色人种将会灭绝的观点发表评论，因为这是我第一次听到这种说法。但有趣的是，一些人推测我们之前所说的y染色体可能会完全消失。在性染色体的进化过程中，y染色体发生了退化。有人推测，在1000万年后，它将完全消失。显然，这对男性来说是有一定影响的，但足以说明的是，自然选择将反对任何阻止种群中出现男性的因素。因此，y染色体要消失，就必须产生另一个基因来产生男性。但我真的不能评论金发和红发人的消失。