一元交配

一元交雑とは、1つの遺伝子座位で異なる変異を持つ2つの生物の交雑です。^{[1] [2]} 一元交雑で研究されている形質は、遺伝子の1つの位置で2つ以上の変異によって支配されています。このような交雑を行うには、それぞれの親が特定の形質（座位）に対してホモ接合または純血種になるように選択します。交雑が一元交雑の条件を満たす場合、それは通常、一元交雑比と呼ばれることもある第2世代（F ₂）子孫の特徴的な分布によって検出されます。

一般的に、一元交雑は2つの対立遺伝子間の優性関係を決定するために使用されます。交雑は親の世代から始まります。片方の親は1つの対立遺伝子に対してホモ接合性であり、もう一方の親は他の対立遺伝子に対してホモ接合性です。子孫は最初の雑種（F1）世代を構成します。F1世代のすべてのメンバーはヘテロ接合性であり、F1世代の表現型は優性形質を表します。^[3] F1世代の2つのメンバーを交配すると、2番目の雑種（F2）世代が生成されます。確率論では、F2世代の4分の3が優性対立遺伝子の表現型を持つことが予測されます。そして、残りの4分の1のF2は劣性対立遺伝子の表現型を持ちます。この予測される3：1の表現型比は、メンデル遺伝を前提としています。

グレゴール・メンデル（1822–1884）は、遺伝の基本法則を理論化したオーストリアの修道士でした。^[4] 1858年から1866年にかけて、彼は修道院の庭でエンドウ豆（Pisum sativum）を育て、これらの交配の子孫を分析しました。エンドウ豆が実験生物として選ばれたのは、質的形質が忠実に繁殖する多くの品種があり、その受粉を操作できたためです。メンデルがエンドウ豆の植物で調査した7つの可変特性は次のとおりです。^[5]

• 種子の質感（丸い vs しわがある）
• 種子の色（黄色と緑）
• 花の色（白 vs 紫）
• 生育習性（背の高い vs 矮小）
• ポッド形状（つまんだ状態または膨らんだ状態）
• ポッドの色（緑と黄色）
• 花の位置（軸上または頂端）

^[6] エンドウ豆は、雄しべと雌しべが花弁の中にあるため、通常は自家受粉します。メンデルは、未熟な花から雄しべを取り除くことで、成熟した花に別の品種の花粉を塗ることができました。[ ^7]

第二世代またはハイブリッド世代で生産されたエンドウ豆はすべて丸いものでした。

この F1 世代のエンドウ豆はすべて Rr 遺伝子型です。減数分裂で生成された半数体精子と卵子はすべて 1 つの染色体を受け取りました。すべての接合子は 1 つの R 対立遺伝子 (丸い種子の親から) と 1 つの r 対立遺伝子 (しわのある種子の親から) を受け取りました。R 対立遺伝子は r 対立遺伝子よりも優性であるため、すべての種子の表現型は丸いものでした。この一元交配の場合の表現型比は 1 です。

メンデルはその後、交配したエンドウ豆を自家受粉させました。交配世代では現れなかったしわのある特徴が、新しいエンドウ豆の 25% に再び現れました。

同数の R 配偶子と r 配偶子をランダムに結合させたところ、25% RR と 50% Rr (両方とも丸い表現型)、および 25% rr のしわのある表現型を持つ F2 世代が生成されました。

メンデルはその後、F2 世代の各表現型の一部を自家受粉させました。その結果は次のようになりました。

• F2 世代のしわのある種子はすべて、F3 世代ではしわのある種子のみを生産しました。
• 丸い F1 種子の 3 分の 1 (193/565) は F3 世代で丸い種子のみを生産しましたが、3 分の 2 (372/565) は F3 で両方のタイプの種子を生産し、再び 3:1 の比率でした。

F2 世代の丸い種子の 3 分の 1 としわのある種子のすべてがホモ接合であり、同じ表現型の種子のみを生産しました。

しかし、F2 の丸い種子の 3 分の 2 はヘテロ接合性であり、それらの自家受粉によって、典型的な F1 交配の比率で両方の表現型が生成されました。

表現型の比率は近似値です。^[8] 精子と卵子の結合はランダムです。しかし、サンプルのサイズが大きくなるにつれて、偶然の偏差は最小限に抑えられ、比率は理論的な予測に近づきます。表は、メンデルの F1 植物 10 個による実際の種子生産を示しています。個々の植物は予想される 3:1 の比率から大きく外れていますが、グループ全体としてはかなり近い値に近づいています。

メンデルは、自分の研究結果を説明するために、次のような仮説を立てました。生物には、ある特徴の出現を制御する一対の因子があります。(これらは遺伝子と呼ばれます。) 生物は、これらの因子を両親からそれぞれ 1 つずつ受け継ぎます。因子は、別個の不変の単位として世代から世代へと受け継がれます。(F2 世代の r 因子は、丸い種子を持つ F1 世代を通過しました。それにもかかわらず、F2 世代の rr 種子は、P 世代の種子と同じくらいしわがありました。) 配偶子が形成されると、因子は分離し、各配偶子に単位として分配されます。この記述は、メンデルの分離の法則と呼ばれることがよくあります。生物が、ある特徴について 2 つの異なる因子 (対立遺伝子と呼ばれる) を持つ場合、一方が他方を完全に排除して発現することがあります (優性対劣性)。

優れた仮説はいくつかの基準を満たしています。

• 観察された事実を適切に説明する必要があります。2 つ以上の仮説がこの基準を満たす場合、より単純な仮説が優先されます。
• 新しい事実を予測できる必要があります。したがって、一般化が有効であれば、そこから特定の結果を推測することができます。

メンデルは仮説を検証するために、まだ行っていない育種実験の結果を予測しました。彼はヘテロ接合の丸いエンドウ豆 (Rr) としわのあるエンドウ豆 (ホモ接合、rr) を交配しました。この場合、生産される種子の半分は丸い (Rr) で、残りの半分はしわのある (rr) 種子になると予測しました。

修道院の庭でたまたま観察していた者にとって、この交配は、上記の P 交配、つまり丸い種子のエンドウ豆としわのある種子のエンドウ豆の交配と何ら変わらないように見えました。しかし、メンデルは、今回は丸い種子としわのある種子の両方が 50:50 の割合で生成されるだろうと予測しました。メンデルは交配を行い、丸いエンドウ豆 106 個としわのあるエンドウ豆 101 個を収穫しました。

メンデルは、検定交配と呼ばれる一種の戻し交配で仮説を検証しました。生物には、同じ表現型を生み出す 2 つの遺伝子型 (RR と Rr など) のうちの 1 つである未知の遺伝子型があります。検定の結果、未知の遺伝子型が特定されます。

メンデルはそこで止まりませんでした。彼はさらに、他の6つの質的形質が異なるエンドウ豆の品種を交配しました。どの場合も、結果は彼の仮説を裏付けました。彼は2つの形質が異なるエンドウ豆を交配しました。彼は、1つの形質の遺伝は他の形質とは独立していることを発見し、2番目のルール、つまり独立組み合わせのルールを定めました。今日では、遺伝的連鎖のため、このルールは一部の遺伝子には当てはまらないことが知られています。^[9]

• 二元交雑
• テストクロス

• インタラクティブなハイブリッド実験
• モノハイブリッドクロスとは？ YouTube 動画
• キング、リタ。M (2003)。『Biology Made Simple』、『A Made Simple Book』、ブロードウェイ・ブックス、ニューヨーク、42 ページISBN 0-7679-1542-9