การถ่ายทอดทางพันธุกรรม

บทที่ 16 การถ่ายทอดทางพนั ธุกรรม

MENDEL AND THE GENE IDEA เมนเดลได้ศึกษาการ ถ่ายทอดกรรมพนั ธ์ุซ่งึ เป็ นพนื้ ฐานสาคัญ ของส่ิงมีชีวิตโดยวิธี วทิ ยาศาสตร์ทุก ขัน้ ตอน ทาให้เกิด สาขาวิชาชีววทิ ยา แขนงใหม่ เรียกว่า วิชาพนั ธุศาสตร์ Genetics)

A genetic cross แผนภาพแสดงการทดลองการ ผสมข้ามระหว่างละอองเรณูจาก พนั ธ์ุดอกสีขาว กับเกสรตัวเมยี จากพนั ธ์ุดอกสีม่วง เม่ือได้เมล็ด และนาไปปลูก ได้ลูกผสม F1 ซ่งึ ให้ดอกสีม่วงทงั้ หมด หรือถ้าผสม ในทางกลับกนั คือผสมละออง เรณูจากพนั ธ์ุดอกสีม่วงกับเกสร ตัวเมียจากพนั ธ์ุดอกสีขาว จะ ได้ผลการทดลองเหมอื นกัน

เมนเดลทาการ ศกึ ษาลักษณะทาง กรรมพนั ธ์ุของต้น ถ่วั 3 รุ่น คือรุ่นพ่อ แม่ ดอกสีม่วง และดอกสีขาว รุ่น ลูกผสม F1 ดอก ม่วงทงั้ หมด และ เม่ือ F1 ผสม กันเอง จะได้รุ่น F2 ซ่งึ อตั ราส่วน ของดอกสีม่วง : สี ขาว = 3:1

เมนเดลได้อธิบายผลการทดลองของเขา เป็ น 4 ข้อ ดังนี้ (ในการอธิบายต่อไปนีจ้ ะใช้คาว่า ยีน แทนคาท่เี มนเดลใช้คือ heritable factor) 1. ส่งิ ท่คี วบคุมลักษณะกรรมพันธ์ุ เช่น ลักษณะสีดอก คือยนี ซ่งึ ต่างกัน 2 รูปแบบ (อัลลีล) อัลลีลหน่ึงควบคุมดอกสีม่วง อีกอัลลีลหน่ึงควบคุมดอกสีขาว 2. ส่งิ มีชีวิตประกอบด้วยยนี 2 อัลลีล อัลลีลหน่ึงมาจากพ่อ และอกี อัลลีลห น่ึงมาจากแม่ จากความรู้ในปัจจุบนั ทาให้อธิบายความคดิ ของเมนเดลได้ว่า ในส่งิ มีชีวิตท่เี ป็ น diploid ซ่งึ มีโครโมโซมคู่เหมือนกัน โครโมโซมแท่งหน่ึงมา จากพ่อ และอีกแท่งหน่ึงมาจากแม่ โครโมโซมคู่เหมือนนีอ้ าจมีอัลลีล เหมอื นกัน เรียกว่าพนั ธ์ุแท้ เช่นเดียวกบั พนั ธ์ุในรุ่นพ่อแม่ของการทอดลอง ของเมนเดล หรืออาจจะมีอัลลีลต่างกนั เช่นในลูกผสม F1 3. ถ้าอัลลีลต่างกนั อัลลีลหน่ึงจะเป็ นอัลลีลเด่นซ่งึ จะแสดงสมบัตขิ อง ลักษณะให้เหน็ อกี อัลลีลหน่ึงเป็ นอัลลีลด้อยซ่งึ จะถูกข่มไม่แสดงลักษณะ 4. อัลลีลทงั้ 2 จะถกู แยกไปในเซลล์สืบพนั ธ์ุแต่ละเซลล์

เรียกหลักการถ่ายทอดกรรมพนั ธ์ุข้อนีว้ ่า Law of segregation (กฏการแยกยนี )

Alleles, contrasting versions of a gene

Mendel’s law of segregation

Mendel’s law of segregation ในการศกึ ษานีเ้ มนเดลศึกษาลักษณะสีของดอกเพยี งลักษณะ เดียว (monohybrid cross) ซ่งึ ดอกสีม่วงควบคุมโดยยนี เด่น (P) และดอก สีขาวโดยยนี ด้อย (p) ในพชื ประกอบด้วย 2 อัลลีลท่คี วบคุมลักษณะสี ดอกซ่งึ ได้รับถ่ายทอดมาจากพ่อและแม่ ในรุ่นพ่อแม่เป็ นพันธ์ุแท้ของ ดอกสีม่วง (PP) และดอกสีขาว (pp) ซ่งึ สร้างเซลล์สืบพันธ์ุ ประกอบด้วยอัลลีลเดยี ว การผสมของรุ่นพ่อแม่ จะได้ลูกผสม F1 ซ่งึ ประกอบด้วย Pp แสดงดอกสีม่วงตามลักษณะยนี เด่น เม่อื F1 สร้าง เซลล์สืบพันธ์ุอัลลีลทงั้ 2 จะถูกแยกออกไป เซลล์สืบพันธ์ุคร่ึงหน่ึงจะ มีอลั ลีล P และอกี คร่ึงหน่ึงเป็ นอลั ลีล p และจากการผสมพันธ์ุกนั เอง ในรุ่น F1 ได้รุ่น F2 ดังแสดงในตาราง ได้อตั ราส่วนดอกสีม่วง: ดอกสี ขาว = 3:1

Flower color เมนเดลเลือก ลักษณะ Flower position กรรมพนั ธ์ุ ทงั้ หมด 7 คู่ Seed color ลักษณะ ซ่งึ ใน Seed shape ปัจจุบนั ทราบว่า Pod shape เป็ นลักษณะท่ี Pod color ควบคุมโดยยนี ท่ี อย่บู นโครโมโซม Stem length ต่างค่กู ัน



Some useful genetic vocabolary ในส่งิ มชี วี ติ ท่เี ป็ น diploid ลักษณะกรรมพนั ธ์ุควบคุมโดย ยีน 2 รูปแบบ (allele=อัลลีล) หรือมากกว่า 2 รูปแบบ เช่น ลักษณะสีดอกถ่ัวลันเตามียีนรูปแบบหน่ึงควบคุมดอกสีม่วงเข้ม (P) และยนี อกี รูปแบบหน่ึงควบคุมลักษณะดอกสีขาว (p) อัลลีล : ยีนคู่ท่มี ีรูปแบบต่างกันและท่ตี าแหน่งโลกสั (locus) เดยี วกนั homozygous : พวกพนั ธ์ุแท้ท่มี ีค่อู ัลลีลเหมือนกนั heterozygous : ลูกผสมท่มี ีอลั ลีลต่างกนั phenotype : ลักษณะกรรมพนั ธ์ุท่แี สดงออกมาให้เหน็ genotype : องค์ประกอบคู่ยนี หรือค่อู ลั ลีลท่อี ยู่ภายใน เซลล์

A testcross ในการทดสอบว่า ดอกสี ม่วงท่เี หน็ มี genotype เป็ น PP หรือ Pp โดยการนาพชื ท่ีสงสัยนีไ้ ปผสมกับพันธ์ุท่ี ทราบ genotype โดยเฉพาะ pp สังเกต F1 ว่ามีลักษณะอย่างไร ถ้า F1 มีสีม่วงทงั้ หมดแสดง ว่าพันธ์ุทดลองเป็ น PP ถ้า F1 มีสีม่วงคร่ึงหน่ึง และสีขาวคร่ึงหน่ึงแสดง ว่าพนั ธ์ุทดลองเป็ น Pp

Law of independent assortment (กฏการแยกยนี เพ่อื การเรียงตวั กนั ใหม่อย่างอสิ ระ) เมนเดลทดลองผสมพนั ธ์ุถ่วั ลันเตาขนั้ ต่อไปโดย พจิ ารณาลักษณะท่แี ตกต่างกัน 2 คู่ พร้อมกัน เรียกว่า (dihybrid cross) ตัวอย่างเช่น ลักษณะเมล็ดเรียบ สี เหลือง กับ เมลด็ ขรุขระ สีเขียว

HYPOTHESIS: DEPENDENT ASSORTMENT parent ถ้าเป็ นไปตามสมมุตฐิ าน dependent assortment คือ F1 F2 เป็ นการแยกยีนเพ่ือการ รวมตวั กนั ใหม่ไม่เป็ นอย่าง อสิ ระ ลูกผสม F1 จะ สามารถสร้ างเซลล์ สืบพันธ์ ุ ได้เพยี ง 2 แบบ คือ YR และ yr ท่เี หมอื นกบั รุ่นพ่อแม่ เท่านัน้ และรุ่น F2 จะแสดง ลักษณะเมล็ดเรียบ สี เหลอื ง : เมลด็ ขรุขระ สีเขียว ในอัตราส่วน 3:1

HYPOTHESIS: INDEPENDENT ASSORTMENT parent ถ้าเป็ นไปตามสมมุตฐิ าน independent assortment F1 คือ ยนี แต่ละคู่จะแยกจาก กนั และกลับเข้ามา รวมกนั ได้อย่างอิสระ ลูกผสม F1 จะสามารถ F2 สร้างเซลล์สืบพนั ธ์ุได้ 4 แบบ และมอี ัตราส่วนของ Phenotype = 9:3:3:1 ซ่งึ การทดลองของเมนเดล ได้ผลสอดคล้องตาม สมมุตฐิ านข้อนี้

สรุป หลักการถ่ายทอดกรรมพนั ธ์ุ 2 ข้อ ได้แก่ • Law of segregation • Law of independent assortment

หลักการถ่ายทอดลักษณะกรรมพันธ์ุตามกฏของ เมนเดล เป็ นท่ยี อมรับกนั อย่างกว้างขวาง ในต้น คริสต์ศตวรรษท่ี 20 มีนักวทิ ยาศาสตร์หลายท่าน ได้นาเอาหลักการของเมนเดลมาเป็ นพนื้ ฐาน ศึกษาวิจัยเพ่มิ เตมิ มากขนึ้ และพบปรากฏการณ์ ใหม่ๆหลายอย่าง ซ่งึ ล้วนแต่เป็ นข้อมูลสนับสนุน ข้อเสนอของเมนเดลทงั้ สนิ้ ได้แก่

dInocmoimnapnlectee พืชลนิ้ มังกร เม่ือเอาพนั ธ์ุ ดอกสีแดงผสมกับพันธ์ุดอก สีขาว จะได้ลูกผสมรุ่นF1 มี ดอกสีชมพู และเม่ือ F1 ผสม กันเอง จะได้ลูกผสม F2 มี ดอกทัง้ 3 ลักษณะ คือ ดอก สีแดง ชมพู และขาว ใน อัตราส่วน 1:2:1 ตามลาดับ จะเหน็ ได้ว่าอัตราส่วนของ phenotype ตรงกับอัตราส่วน genotype ในกรณีนีย้ นี ท่ี ควบคุมลักษณะดอกสีแดงไม่ แสดงสมบตั เิ ด่นอย่างแท้จริง

Multiple alleles for the ABO blood groups

Multiple allele กับระบบหมู่เลือดระบบ ABO ในคน หมู่เลือดระบบ ABO เป็ นลักษณะท่ถี ่ายทอดทาง กรรมพนั ธ์ุ ยนี ท่ที าหน้าท่คี วบคุมการสังเคราะห์แอนตเิ จนบน ผวิ เมด็ เลือดแดง ประกอบด้วย 3 อลั ลีล ในแต่ละคนมี 2 อัล ลีล ดงั นัน้ genotype ท่เี ป็ นไปได้มี 6 แบบ IA และ IB มีสมบตั ิ เด่นด้วยกนั ทงั้ คู่ (codiminance) ดงั้ นัน้ คนท่มี ี genotype IAIB (หมู่เลือดAB) จะมีทงั้ แอนตเิ จน A และ B ส่วน i มีสมบตั ดิ ้อย กว่า IA และ IB คนท่มี ี genotype ii (หมู่เลือด O) จงึ ไม่มี แอนตเิ จน แต่สร้างแอนตบิ อดที้ งั้ A และ B เม่อื ผสมเมล็ด เลือดของคนหมู่เลือดอ่ืนๆกับเซรุ่มของหมู่เลือด O จะทาให้ เกดิ การตกตะกอน

A simplified model for polygenic inheritance of skin color ลกั ษณะกรรมพนั ธ์ทุ ี่ควบคมุ โดยยีน หลายยีน หรือ polygene ซง่ึ อาจมี ตงั้ แต่ 3 ยีน ถงึ 40 ยีน เรียก กรรมพนั ธ์แุ บบโพลยี ีน (polygenic inheritance) รูปท่ีแสดงเป็นรูปแบบ งา่ ยๆในเรื่องสผี ิว สผี ิวควบคมุ โดย ยีน 3 ยีน ในแตล่ ะยีนมีสมบตั ิการ แสดงออกไม่เตม็ ท่ี (imcomplete dominance) การถ่ายทอดลกั ษณะสี ผิวนีจ้ ะเหน็ ได้ชดั เจนจากผลการ ผสมพนั ธ์รุ ะหว่างลกั ษณะตา่ สดุ กบั ลกั ษณะสงู สดุ โดยสงั เกตได้จาก ลกู ผสม F1 มี genotype แบบ AaBbCc ซงึ่ มีหนว่ ยสีดาอยู่ 3 หน่วย และเม่ือ F1 ผสมกนั เองได้ F2 พบวา่ มีความแตกตา่ งแปรผนั ของสีผิว ต่อเนื่องในลกั ษณะคล้ายเส้นโค้ง

Pedigree analysis reveals Mendelian patterns in human inheritance นักวิจัยได้พฒั นากรรมวธิ ีการศึกษาพันธุศาสตร์ของมนุษย์ เพ่อื ทราบว่าลักษณะกรรมพนั ธ์ุนัน้ มีการถ่ายทอดแบบใด และ สามารถคาดคะเนได้ว่าลักษณะกรรมพันธ์ุนัน้ มีโอกาสเกดิ ขนึ้ ได้ มากน้อยเพียงใดในคู่แต่งงานแต่ละคู่ ซ่งึ เป็ นประโยชน์อย่างย่งิ ใน การวางแผนสาหรับครอบครัวท่มี ียนี ท่ผี ดิ ปกตอิ ยู่ เทคนิคท่นี ิยมใช้ กันอย่คู ือ การวเิ คราะห์สายสัมพันธ์ของกลุ่มเครือญาติ (pedigree analysis)

Pedigree analysis Pedigree เขียนขึน้ มาจากประวัตกิ ารถ่ายทอดลักษณะกรรมพนั ธ์ุท่แี สดงออก ทาง phenotype อย่างใดอย่างหน่ึงโดยใช้สัญลักษณ์ต่างๆแทนลักษณะ phenotype ของ แต่ละคนในวงศ์ตระกลู นัน้ ตามหลักมาตรฐานสากลดังนี้ ส่ีเหล่ียม หมายถงึ ผู้ชาย วงกลม หมายถงึ ผู้หญงิ แต่ละค่แู ต่งงานเช่ือมด้วยเส้นเด่ียวจากผู้ชายไปผู้หญงิ ลาดบั ของลูกแต่ละคนเรียงจากซ้ายไปขวา ผู้ท่แี สดงลักษณะกรรมพนั ธ์ุแสดงด้วยสีเข้ม (a) pedigree tracing a dominant (b) Pedigree tracing a recessive trait trait (widow’s peak) (attached earlobes)

Many human disorders follow Mendelian patterns of inheritance Recessive inherited disorders ลักษณะทางกรรมพันธ์ุท่เี กดิ จากยนี ด้อยทาง autosome Cystic fibrosis โรคนีพ้ บมากในคนผวิ ขาว พบในอตั รา 1 คนใน 2,500 คน มีคนผวิ ขาว เป็ นพาหะของโรคนีถ้ งึ 4% สาเหตุเกดิ จากความผิดปกตขิ องยนี ท่ีควบคุมการ สังเคราะห์ membrane protein ท่ีทาหน้าท่ีเก่ียวกับ chloride ion transport ระหว่าง ภายในเซลล์กับของเหลวภายนอกเซลล์ ผลคือทาให้ภายนอกเซลล์มีปริมาณ chloride สูง มีผลต่อเน่ืองทาให้เมือกท่คี ลุมเซลล์เหนียวข้นกว่าปกติ สะสมอยู่ในตับ อ่อน ปอด ทางเดนิ อาหาร และอวัยวะต่างๆ ทาให้เกดิ การตดิ เชือ้ จากแบคทีเรียได้ ง่าย เดก็ ท่เี ป็ นโรคนีม้ ักจะตายก่อนอายุ 5 ขวบ การท่ีทราบวาเป็ นโรคนีแ้ ละให้การ ดแู ล รักษา ป้องกันการตดิ เชือ้ เป็ นอย่างดี ทาให้สามารถมีอายุยืนยาวขนึ้ ได้

Tay-Sachs disease สาเหตขุ องโรคเกิดจากความผิดปกตขิ องเอนไซม์ ท่ไี ม่สามารถสลายไขมันบางชนิดในสมองได้ ทาให้เกิดความเส่ือมของ ระบบประสาท อาจทาให้ตาบอด สตปิ ัญญาเส่ือม กล้ามเนือ้ หมดแรง จนเป็ นง่อยได้ ซ่งึ จะแสดงอาการในเดก็ เลก็ ประมาณ 2-3 เดือนหลัง คลอด และมีอาการรุนแรงจนทาให้เดก็ เสียชีวติ ได้ภายในอายุ 2-3 ขวบ โรคนีพ้ บมากในกลุ่มชาวยวิ ประมาณ 1 คนใน 3,600 คนของเดก็ เกดิ ใหม่ ซ่งึ สูงกว่าเดก็ กลุ่มอ่ืนๆ 100 เท่า Sickle cell disease เป็ นโรคท่พี บบ่อยในอัฟริกา เกิดจากกรดอะมโิ น val ไปแทนท่ี glu ท่ตี าแหน่งท่ี 6 ในสายบีตาของฮโี มโกลบนิ เป็ นผล ทาให้เม็ดเลือดแดงบดิ เบีย้ วเป็ นรูปเคียว ทาให้มีผลกระทบต่อการนา ออกซเิ จน คนท่เี ป็ น heterozygous มีความต้านทานสูงต่อการตดิ เชือ้ ไข้มาลาเรีย และสามารถถ่ายทอดยนี ต่อไปได้

Dominants inherited disease ลักษณะผิดปกตทิ างกรรมพนั ธ์ุท่เี กิดจากยีนเด่นของ autosome Huntington’s disease โรคนีพ้ บในอตั รา 1 คนใน 10,000 คน อาการของโรคจะแสดงออกในช่วงอายุ 35-45 ปี โดยแสดงอาการ ผิดปกตขิ องระบบประสาทส่วนกลาง และเป็ นโรคตดิ เชือ้ ได้ง่าย การแสดงอาการออกล่าช้าของยนี นีม้ ีผลกระทบต่อโครงสร้างทาง พนั ธุกรรมของประชากร เพราะกว่ายนี นีจ้ ะแสดงออกกผ็ ่านระยะ สืบพนั ธ์ุและถ่ายทอดลักษณะกรรมพนั ธ์ุนัน้ ไปสู่รุ่นลูกแล้ว

Multifactorial disorders บางคนอาจเป็ นโรคบางโรค ได้แก่ โรคหวั ใจ เบาหวาน มะเร็ง alcoholism ฯลฯ ได้ง่ายกว่าคนอ่ืน โรคเหล่านีเ้ ป็ นโรคท่เี กดิ จากหลายสาเหตุ คือเกดิ จากกรรมพันธ์ุร่วมกับส่งิ แวดล้อมเป็ นสาเหตุสาคญั ของโรค (Multifactorial disorders) โรคเหล่านีอ้ าจควบคุมโดยยนี หลายตัว เช่นใน ปัจจบุ นั พบแล้วว่ายีนท่คี วบคุมการทางานของหวั ใจมีหลายยีน ดงั นัน้ การ ดารงชีวิตแบบต่างๆในแต่ละคนทาให้มีโอกาสเส่ียงต่อการเกดิ โรคได้ไม่ เหมือนกัน พบว่าการออกกาลังกาย การควบคุมชนิดของอาหาร การไม่สูบ บหุ ร่ี หรือหลีกเล่ียงอาการเครียดต่างๆ ทาให้ลดความเส่ียงของการเกดิ โรคหวั ใจและมะเร็งบางชนิดได้ ในปัจจุบันยงั มีความรู้ไม่มากนักเก่ียวกบั โรคท่เี กดิ จากหลายสาเหตุ ร่วมกันเหล่านี้ แต่ส่ิงท่ดี ที ่สี ุดคือการให้ความรู้แก่ประชาชนในการควบคุม ส่งิ แวดล้อมและมีพฤตกิ รรมการดาเนินชีวติ ท่ดี ีจะทาให้ไม่เป็ นโรคต่างๆได้

Technology is providing new tools for genetic testing and counseling ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีเออื้ ประโยชน์ในการตรวจหา ความผิดปกตทิ างพันธุกรรมและการให้คาปรึกษา

Fetal diagnosis เปรียบเทยี บระหว่างวธิ ี aminocentesis กบั วิธี chorionic villus sampling

Fetal diagnosis เทคนิคการนาเอาตัวอย่างเซลล์ของทารก มาหาความผิดปกตทิ าง กรรมพันธ์ุกระทาได้โดยวิธี aminocentesis ทาได้โดยใช้เข็มดดู เอานา้ คร่าท่มี ี เซลล์ท่หี ลุดออกมาจากผวิ หนังของทารก นามาเพาะเลีย้ งให้แบ่งเซลล์เพ่มิ จานวนมากขึน้ เพียงพอสาหรับนาไปวเิ คราะห์ตรวจหาความผิดปกตขิ อง โครโมโซมและทางชีวเคมี วธิ ีนีก้ ระทาในช่วง 14-16 สัปดาห์ของการตัง้ ครรภ์ และต้องใช้เวลา 2-3 สัปดาห์กว่าจะรู้ผล อีกเทคนิคหน่ึงคือ การเกบ็ ตัวอย่างเนือ้ เย่อื โคเรียน (chorionic villi sampling, CVS) กระทาโดยใช้ท่อขนาดเลก็ สอดเข้าไปทางปากมดลูกแล้ว ดดู เอาตวั อย่างเนือ้ เย่ือของเย่อื ห้มุ chorion ท่หี ุ้มถุงนา้ คร่าออกมา เนือ้ เย่อื นี้ สามารถนาไปวิเคราะห์และตรวจสอบได้ทนั ที วิธีนีส้ ามารถใช้ตรวจสอบ ทารกท่มี ีอายุเพยี ง 8-10 สัปดาห์ และรู้ผลการตรวจสอบได้ภายใน 1-2 วัน เท่านัน้

The chromosomal basis of inheritance

The chromosomal basis of Mendel’s law

โครโมโซมเป็ นตัวกลางสาคัญสาหรับการถ่ายทอดกรรมพันธ์ุ ภาพแสดงความสัมพนั ธ์ระหว่างการทดลองผสมพันธ์ุถ่วั ลันเตา โดยพจิ ารณาลักษณะท่ตี ่างกัน 2 ลักษณะพร้อมกัน (dihybrid cross) ของเมนเดล กับพฤตกิ รรมของโครโมโซม โดย 2 ลักษณะนี้ ควบคุมโดยยีนท่อี ยู่บนโครโมโซมต่างแท่งกัน (จริงๆแล้วถ่วั ลันเตามี โครโมโซม 7 แท่ง แต่ในรูปแสดงเพยี ง 4 แท่ง)ในรูปแสดง metaphase I (ช่องสีเหลือง) และการแยกออกจากกันของโครโมโซมคู่ เหมือน (homologous chromosome) ในระยะ anaphase I ซ่งึ เป็ นแบบ segregation และ independent assortment ผลสุดท้าย F1 สร้างเซลล์ สืบพันธ์ุได้ 8 แบบ และแต่ละแบบมีจานวนเท่าๆกนั ถ้าศึกษาต่อ จนถงึ รุ่น F2 จะได้อัตราส่วน phenotype = 9:3:3:1

หลักความน่าจะเป็ นไปได้ ส่งิ มีชีวติ พวก diploid ถ่ายทอดสารพนั ธุกรรม หรือยนี ไปตามโครโมโซมโดยผ่านเซลล์สืบพันธ์ุ การ แยกโครโมโซมคู่เหมือนในกระบวนการไมโอซสิ เป็ น แบบสุ่มนัน้ การคาดคะเน genotype หรือ phenotype ใน รุ่นลูกอาจคานวณได้ตามหลักความน่าจะเป็ นไปได้ (probability) ซ่งึ มีหลักสาคัญ 2 ประการ คือ 1. กฏการคูณ 2. กฏการบวก

Morgan traced a gene to a specific chromosome Thomas Hunt Morgan เป็ นนัก embryologist ท่มี หาวิทยาลัย โคลัมเบยี ประเทศสหรัฐอเมริกา ค้นพบยีนท่อี ย่ใู นโครโมโซม X (sex linkage) ของแมลงหว่ี (Drosophila melanogaster) โดย ขณะศกึ ษาพนั ธุกรรมของแมลงหว่ี เขาพบแมลงหว่ีตัวผู้ตวั หน่ึง มีตาสีขาว (mutant phenotype) ซ่งึ แตกต่างไปจากแมลงหว่ตี าสี แดงปกตทิ ่วั ไป (wild type)

Morgan’s first mutant แมลงหว่ีตาสีแดงเป็ นลักษณะปกติ เรียกว่า wild type และลักษณะตาสีขาวเป็ น mutant phenotype จากลักษณะนี้ ท่ที าให้เขาค้นพบยีนท่อี ย่ใู นโครโมโซม X

Sex-linked inheritance Morgan ทาการทดลองผสมพนั ธ์ุแมลง หว่ีตัวผู้ตาสีขาวกับตัวเมียตาสีแดงปกติ ได้ลูกผสมรุ่น F1 ทกุ ตวั มีตาสีแดง และ รุ่น F2 มีตาสีแดงและตาสีขาว ใน อัตราส่วนประมาณ 3:1 แต่ท่นี ่าสนใจ มากคือ ตวั เมียทุกตวั มีตาสแี ดง ส่วนตวั ผู้มีทงั้ ตาสีแดงและตาสีขาวอย่างละ เท่าๆกัน Morgan ตัง้ สมมุตฐิ านว่า ยนี ท่ี ควบคุมสีตานีอ้ ย่ใู นโครโมโซม X (ในรูป w+ = dominant allele (ตาสีแดง), w = recessive allele (ตาสีขาว))

Morgan เลือกศึกษาแมลงหว่ีเพราะแมลงหว่ีมี คุณสมบัตทิ ่เี ป็ นข้อดหี ลายประการ ดังนี้ ••ชแ่วมงลชงีวหติ วส่ีพัน้ บไแดล้ทะ่วัใหไป้ลแูกลหะลกานิ นรจาาทน่ขี วนึ้นบมนากผลแไมมล้เปง็หนวอ่ีคาู่หหนาร่ึง สามารถให้ลูกได้เป็ นร้อยตวั และรุ่นใหม่สามารถผสม พ•แนั มธ์ลุไดง้อหกีว่ีมภโีาคยรใโนมโ2ซสมัปเพดยีาหง์ 4 คู่ ซ่งึ ศกึ ษาได้ง่ายจาก กล้องจุลทรรศน์ 3ค่เู ป็ น autosome และ 1 คู่เป็ น sex chormosome ตวั เมียเป็ น XX และตวั ผู้เป็ น XY

ต่อมาได้มีการศกึ ษาทดลองในสัตว์อ่ืนๆอกี และเป็ นท่ี ยอมรับว่า ยนี ท่อี ยู่ในโครโมโซม X มีแบบแผนการ ถ่ายทอดจากพ่อและแม่ไปสู่ลูกรุ่นถดั ไปต่างจากยนี ท่ี อย่ใู น autosome

Linked gene trend to be inherited together because they are located on the same chormosome ยนี ท่เี ป็ นลงิ เกจกันมีแนวโน้มท่จี ะถกู ถ่ายทอดไปด้วยกนั เน่ืองจากยนี นัน้ อย่บู น โครโมโซมเดยี วกัน การศกึ ษาต่อมาของ Morgan และผู้ร่วมงาน แสดงให้เหน็ การถ่ายทอดลักษณะของยีนท่ี เป็ นลงิ เกจกัน โดยเลือกศกึ ษา 2 ลักษณะท่แี ตกต่างกัน คือ สีตวั และขนาด wild type มีตวั สีเทาและ ปี กยาวปกติ ส่วน mutant phenotype มีตัวสีดา ปี กสัน้ และมขี นาดเล็กกว่า ยีนท่คี วบคุม b+ = gray, b = black, vg+ = normal wing, vg = vestigial wing ยนี เหล่านีอ้ ยู่บน autosome

Evidence of linked genes in Drosophilia Morgan ทาการผสมพนั ธ์ตุ วั เมียที่มี genotype = b+ b vg+ vg กบั ตวั ผ้ทู ่ีมี genotype = b b vg vg ถ้าเป็นไปตามกฏ ของเมนเดลิ (Mendel’s law of independent assortment) รุ่น F1 มี 4 ลกั ษณะในอตั ราสว่ น 1:1:1:1 แตจ่ ากการทดลองไม่ ได้ผลตามนนั้ แสดงวา่ ยีนท่ี ควบคมุ ลกั ษณะทงั้ 2 ลกั ษณะ นีไ้ มไ่ ด้แยกออกจากกนั เพื่อการ รวมตวั ใหมอ่ ยา่ งอสิ ระ เป็น เพราะยีนทงั้ 2 ยีนอยใู่ น โครโมโซมเดียวกนั ทเี่ รียกวา่ linked gene หรือ linkage ยีน ท่ีเป็นลิงเกจกนั มีแนวโน้มจะถกู ถา่ ยทอดไปด้วยกนั แตม่ ีโอกาส แยกจากกนั ได้บ้างโดย crossing over

Independent assortment of chormosomes and crossing over produce genetic recombination The recombination of linked gene: crossing over ยนี ต่างๆในโครโมโซมเดยี วกนั แสดงความถ่ขี องการ เกดิ recombination แตกต่างกันในยีนแต่ละค่ทู ่ใี ช้ทดลอง และ โอกาสของการเกดิ gene recombination มีความสัมพนั ธ์ โดยตรงกบั ระยะทางระหว่างยีนในโครโมโซมเดยี วกนั โดย recombination ระหว่างยีนท่อี ย่ใู กล้กันมีโอกาสน้อยกว่ายนี ท่ี อยู่ห่างกนั

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

(b) Production of recombinant offspring ผลคือได้รุ่นลูกท่มี ลี ักษณะท่ถี กู ถ่ายทอดมาจากพ่อ และแม่ และลกั ษณะท่เี ป็ น recombination ท่เี กดิ จาก crossing over โดย ความถ่ขี อง recombination หมายถงึ จานวนลกู ท่มี ลี ักษณะ recombination ในจานวนลกู ทงั้ หมด คดิ เป็ น %

Geneticists can use recombination data to map a chromosome genetic loci นักพนั ธุศาสตร์ใช้หลักการเร่ือง recombination ในการ หาตาแหน่งและระยะทางระหว่างยนี Alfred H. Sturtevant ลูกศษิ ย์ของ Morgan ได้ทาการทดลอง ผสมพันธ์ุแมลงหว่ีเพ่อื หาตาแหน่งและระยะทางระหว่างยีน (genetic map) ในกลุ่มลิงเกจด้วยกัน โดยใช้หลักการท่วี ่าความถ่ขี องการเกดิ recombination หรือความถ่ขี อง crossing over ระหว่างยนี 2 ยีนมี ความหมายแสดงถึงระยะทางระหว่างยีนทงั้ สอง กล่าวคือ ค่าความถ่ี ของการเกดิ recombination 1 % = 1 map unit ตวั อย่างเช่น

Using recombination frequencies to construct a genetic map: ศกึ ษา gene recombination ของแมลงหว่ีของยนี b vg และ cn ท่อี ยู่บน โครโมโซมเดียวกัน พบว่า ความถ่ขี อง recombination ระหว่าง cn กับ b = 9%, cn กับ vg = 9.5 % และ b กับ vg = 17 % สามรถทา genetic map ท่เี รียกว่า linkage map ได้ดงั รูป นักพนั ธุศาสตร์ในยุค ปัจจุบันได้นา หลักการดังกล่าวมา ใช้อย่างกว้างขวาง เพ่อื ศกึ ษา genetic map ของส่ิงมีชีวิต ต่างๆรวมทงั้ ในคน ด้วย

Sex chromosomes The chromosomal basis of sex varies with organism Some chromosomal systems of sex determination ระบบการกาหนดเพศแบบต่างๆในสัตว์ต่างชนิดกัน การกาหนดเพศ (sex determination) ในส่ิงมีชีวติ ขนึ้ อย่กู ับ ชนิดของโครโมโซมเพศ

(a) ระบบ x-y ในคนและสัตว์เลีย้ งลูกลูกด้วยนา้ นมชนิดอ่ืนๆรวมทัง้ พวกแมลงบาง ชนิด เพศของลูกขนึ้ อย่กู ับว่าสเปิ ร์มของพ่อมีโครโมโซม X หรือ Y

(b) ระบบ X-O ในพวกต๊กั แตน จงิ้ หรีด แมลงสาป และแมลงอ่ืนๆบางชนิด มี โครโมโซมเพศแบบเดียว ตวั เมยี เป็ น XX ตวั ผู้เป็ น XO (O= ศูนย์ ตัวผู้มี โครโมโซม X เพยี งอย่างเดยี ว) เพศของลูกกาหนดโดยสเปิ ร์มมีหรือไม่มี โครโมโซม X