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キイロショウジョウバエの遺伝交配実験


　　　　　　　　　　　　　キイロショウジョウバエの遺伝交配実験　　徳山方式

　　　　　　　　　　　　　　　　神奈川県立西湘高等学校　　中山和昭・池田博明

　本校で行っている方式は元西湘高校教諭・徳山嵩氏が考案し、工夫したもので、池田博明はこの遺伝実習法を｢徳山方式｣と名づけている（『生物教育学雑誌』1992年）。
　徳山方式は、通常行われているキイロショウジョウバエの遺伝交配実験とはまったく異なるコンセプトを持った、すぐれた実習法である。
　この方式の特徴は、生徒にＦ1を配布するところにある。生徒は、Ｆ1を観察しながら、ハエの生活史に親しみ、ハエの形質をよく観察するようになり、ハエの扱いに慣れてくる。その後、Ｆ2を採取して形質を整理することで、Ｐを推定するという仕組みである。
　実習の長所は、生徒の手で処女メスを識別したりすることがないため、交配ミスが起こらないことである。また，Ｐを推理するというミステリー的要素がある。形質を観察し、過去の（Ｐの）可能性を考察するだけではなく、Ｆ2の出現頻度に対する予測も可能である。　→　【実験後の生徒の感想】
　短所は準備や、途中の形質のチェックに時間がかかることである。特に実習助手の負担が大きい。
　この実習期間中，特にF2が羽化する三週間は毎日放課後に生徒が入れ替わり立ち替わり，ハエを追い出しに来る。その指導に教員はつきっきりとなる。
　池田はハエの追い出しや麻酔法を生徒に教えることで省力化を図った。また、授業時間を利用して雌雄の判別をできるだけ教え，飼育ビンの外側からもできるだけ雌雄や形質を判別するように指導した。自分の飼育ビン以外の突然変異体も見せて，生徒どうしで教えあえるように工夫した。
　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　実習開始からレポート提出までの流れ
　　　　　　　　　　　　
(1) Ｆ1配布 授業第１回め　野生型の雌雄をスケッチ
　　　突然変異形質　白眼やヘテロバーなどを
　　　スケッチ　		 実習テキスト
配布
【付録1】配布
(2) Ｆ1は（交尾）産卵 　　　　（観察課題）
(3) Ｆ2孵化 　　　　（観察課題） 【付録2】配布
(4) Ｆ1形質記録・追い出し 授業第２回め　突然変異形質（エボニーなど）
　　　をスケッチ。追い出し・麻酔法を練習
　　　F1の形質を記録		 【付録3】
【付録4】配布
(5) Ｆ2蛹化 　　　　（観察課題） 【付録5】配布
(6) Ｆ2羽化 　　　　（観察課題）
(7) Ｆ2形質記録 授業第３回め　　F2追い出し・麻酔・形質記録
　　　　（随時、放課後に来る）　　　　		 【付録6】配布
(8) びんの返却 　　　　（100頭を超えたらビンごと返却する） 【付録7】配布
(9) Ｐを推定 　　　　（まとめ）
(10) レポート提出 　　　　（統計的検定）

　　実習準備　教員または実習助手が行う
　１　　様々な組み合わせPの交配を用意する
　２　　ＦＯＲＭＵＲＡ　４-２４（Carolina　Biological　Supply　Company製の培地）の入った飼育瓶にキイロショウジュバエのF1を数匹（♂2♀3）入れて生徒に配布する

　　生徒の観察および実習
飼育上の注意　　（11月の場合）
温度管理 　暖かいと生育は早く、しかし高温にはきわめて弱い。卵が孵化しなくなるし，幼虫は死ぬ。
　置いてはいけない場所－直射日光のあたる窓辺、ストーヴ付近、コタツの中、ホットカーペットの上。
　飼育びんをタオルでくるみ、箱（プラスティックのコップやマグカップが適当）の中に入れると夜間の冷え込みを防ぐことができ、生育が早い。特に最初からそうしておくこと。　
飼育びんの扱い 　飼育びんを割らないように注意する。学校に持ってきているときは特に気をつける。机の上の置かないで、かばんに入れておくか、ロッカーに入れておく。びんが倒れたときに割れるのを防ぐため、びんの上部に輪ゴムを巻く。タオルやカップは転倒防止にもなる。
　また、びんが倒れたままになっていると培地が流れ出て成虫が埋もれたり、スポンジ栓が取れなくなったりするので気をつける。
カビ対策 　ときに培地にカビが生える。毎日観察していれば気づくはずである。その場合はすぐに学校に持ってくること。放置しておくとカビだらけになる。
その他 　最初に配布された成虫はＦ1、その後Ｆ2が育ってくる。Ｆ2の成虫が羽化する前にＦ1を取りださなければならない。Ｆ2をいつまでも取り出さないで置いておくと、次代が出て来る。Ｆ1とＦ2が混じったり、Ｆ2が次代と混じったりすると実験は失敗。
　ポケットに入れておいたところ，母親が洗濯してしまったという事故が起こった。家族にも飼育中であることを伝えておこう。イヤな顔をする家族には，ハエのいないようなクリーンな世界はかえって異常であり，危険であることを教えてあげよう。

　１　野生型の雌雄をスケッチしながら、オスとメスの識別点を把握する。生徒各人にＦ1の入った飼育びんを配布する。
　　　（このＦ1のＰは各人それぞれ別である）。

　２　毎日、観察して記録する。
　　オスはメスを追尾して求愛し、交尾しようとする。
　　しかし、交尾ずみのメスはオスを後肢で蹴って、交尾を拒否するかも。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　生活史の観察記録
月日（曜日） 時刻 　　　　　　　　　　観察記録
　月　　日
　月　　日
　月　　日
　　　　　　　　　　　　　　（以下　略）

　３　メスは一日当り30～50個、産卵する（25℃恒温器内）。高温では卵が孵化しなくなる。

発生段階 卵 １齢幼虫 ２齢幼虫 ３齢幼虫 蛹 成虫
産卵後の時間 1日め ２日め ３日め ４-５日め ６-９日め 10日め

　４　突然変異体の観察。
　　例えばＦ1で伴性遺伝の場合に見られる形質として、
　　　　白眼 white、
　　　　棒眼 Bar、ヘテロバー hetero Bar、
　　　　黄体色 yellow を観察する。
　　その他に時間があったら、痕跡ハネ vestigial 等も観察しておく。

　５　Ｆ1を追い出して別のびんに取り、麻酔して性と形質を確認し、記録する。
　　　結果を交配実習テキストに記録し、下記の交配実習組み合わせ表１で、
　　　自分に配布されたF1がどの番号の組み合わせから生じた可能性があるのかを推定し、
　　　可能性のある番号に印をつける。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　交配実習組み合わせ表１

P オス→ I Ⅱ Ⅲ
メス↓ y w m B vg se e Oregon
I ｙ 1 2 3 4
w 5 6 7 8
m 9 10 11 12
B 13 14 15 16
Ⅱ vg 17 18 19 20 21 22 23
Ⅲ se 24 25 26 27 28 29
e 30 31 32 33 34 35
Oregon 36 37 38 39 40 41 42

推奨できない交配 行っていない交配
１ 例：番号１はyの♀とvgの♂をPとして交配
　
　６　F2が羽化してきたら、30頭くらいのところで生物室に来て、F2を採取し、性を分け、
　　　形質と頭数を記録する。100頭を超えたら、飼育を終了し、飼育びんを返却する。

　　記録するための表Ⅰ　　バーが出ない人用
形質 野生型 形質A 形質B 形質A・B
性 ♀ ♂ ♀ ♂ ♀ ♂ ♀ ♂
数

　　記録するための表Ⅱ　　バーが出た人用
形質 野生型 バー ヘテロ
バー		 形質A 形質A・バー 形質A・ヘテ
ロバー
性 ♀ ♂ ♀ ♂ ♀ ♀ ♂ ♀ ♂ ♀
数

　７　その結果をまとめて記録する
形質 合計
♀
♂
合計


　８　F2の形質から理論上可能性のあるＰの交配番号を推定し、交配組み合わせ表２に赤丸で印を付けなさい。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　交配実習組み合わせ表２

P オス→ I Ⅱ Ⅲ
メス↓ y w m B vg se e Oregon
I ｙ 1 2 3 4
w 5 6 7 8
m 9 10 11 12
B 13 14 15 16
Ⅱ vg 17 18 19 20 21 22 23
Ⅲ se 24 25 26 27 28 29
e 30 31 32 33 34 35
Oregon 36 37 38 39 40 41 42

推奨できない交配 行っていない交配
１ 例：番号１はyの♀とvgの♂をPとして交配
　
　９　推定したＰの交配について理論上のF2の表現型の分離比を求め、表に記録しなさい。
　　　　（統計的検定も可能）
形質 合計
♀
♂
合計

　10　理論比とハエの全数から期待値を求め、実験値と期待値からカイ二乗検定を行え。
　　　帰無仮説｢実験値と期待値の間に有意な差はない｣が棄却されたとき、その理由を考察せよ。

　12　考察・感想を記録し、レポートを提出しなさい。

【付録１】　　Oregon-Rの雌雄の違いの観察　（図を省略）
　　　
腹部末端　背面 腹部　突端 第１脚しょ節
メス 黒と白の縞 産卵管がある 性櫛がない
オス 黒が多い 把握型の交尾器がある 性櫛がある

【付録２】　　Ｆ1のチェック・カード
　　(1)　F１で出現する可能性のあるmutant（突然変異体）を観察し、スケッチする。
　　(2)　びん内のメスとオスの形質をチェックする
　　　　　ハエが動くため、識別困難であるが・・・
　　　　　　＊メスは眼が野生型かヘテロバー
　　　　　　＊オスは眼が野生型か、ホワイトか、バーであり、体色が野生型かイエローである。
　　　　　　　（それ以外の形質が出て来る組み合わせは行っていない）
　　(3)　カビが発生していないかどうかチェックする
　　(4)　このカードを提出しなさい。教員がチェックして返却する。
　　（雌雄の形質の判断が誤っている人は生物室にて麻酔して確認をやり直す。
　　　正しく判断した人は数日後にF1のハエを追い出す）

【付録３】　　交配推定のヒント

　　　　　　　　例えばあなたのハエ飼育びんが21だったら、
　　　　　　　　　Ｐは♂seで♀vgでした。
　　　　　　　　　飼育びんに入っていたのはそのF1です。

　　　考え方
　　第一段階　　♂se　セピア眼　　　　　　♀vg　痕跡はね

　　第二段階　　　se　se　　　　　　　　　　　　vg　vg　　　　　　　　　　遺伝子は対であるから

　　第三段階　　vg＋　vg＋　se　se　　　　　　vg　vg　se＋　se＋　　野生型の遺伝子を併記
　　
　　第四段階　　　　　　vg＋　se　　　　　　　　　　vg　　　　se＋　　　配偶子の遺伝子型を推定

　　第五段階　　　　　　　　　　　　vg＋vg　se＋　se　　　　　　　　　　F1の遺伝子型から表現型を決定
　　　　　　　　　　　　　　　　　　（はねは野生型、眼色は野生型）
　　　　　　　
　　　ただし、第Ⅰ染色体はX染色体であり、オスはXY型であるから注意が必要。

【付録４】　　F2　羽化に関するモニター・カード
　　(1)カビはありませんか　　（ある　ない）
　　(2)毎日の観察記録をつけていますか　（いる　いない）
　　(3)Ｆ1を追い出しましたか　（出した　出していない）
　　(4)夜タオルを巻いていますか　（いる　　いない）
　　(5)壁面にのぼり始めた幼虫がいますか　（いる　　いない）
　　(6)さなぎが見られますか　　（ある　　ない）

【付録５】　Ｆ2とＰを推定するためのヒント　　右に見ていきます

あなたのＦ1が
野生型である
Red eye, Brown body,
and Normal wing		 →Ｆ2の♂に第Ｉ染色体上の
突然変異形質が出現しない		 （→両親は
常染色体上の突然変異形質）
→Ｆ2の♂に第Ｉ染色体上の
突然変異形質が出現する		 (white, yellow) →Ｐのオスは
第Ｉ染色体上の突然変異形質
あなたのＦ1が
突然変異体である		 →メスだけがヘテロバー Ｐのメスがバー →Ｆ2にＰのオスの突然変異
形質が出る
→メスがヘテロバーで
オスがバー		 Ｐのオスがバー →Ｆ2にＰのメスの突然変異
形質が出る
→オスだけがホワイト Ｐのメスがホワイト
→オスだけがイエロー Ｐのメスがイエロー

【付録６】　F2の比率を出すための計算資料　　★最初に断っておきますが，今回配布したハエは
　　　　二遺伝子雑種で，ひとつは伴性形質で，もうひとつは常染色体の形質です。
　　　　　しかもメスの突然変異体とオスの突然変異体を交配して生まれたＦ1です。

　　　各列を下に見ていきます。
F１の雌雄の形質 雌雄とも野生型の場合 オスが劣性形質の場合
（白眼または黄体色）		 F1にバー（棒眼）が出たとき→ オスは野生型で
メスがヘテロバーの場合		 オスがバーで、
メスがヘテロバーの場合
　　↓ 　　↓ 　　↓ 　　↓ 　　↓ 　　↓
Pの
伴性形質		 Pの♀は伴性優性で♂は劣性 Pの♀は伴性劣性で♂は優性 Pの
伴性形質		 Pの♀は正常眼で♂はバー Pの♀はバーで♂は正常眼
Ｆ2の
伴性形質		 ♀は優性，
♂は優性1：劣性1		 ♀は優性1：劣性1
♂は優性1：劣性1		 Ｆ2の
伴性形質		 ♀はヘテロバー1：正常1
♂はバー1：正常1		 ♀はバー1：ヘテロバー1
♂はバー1：正常1
Ｆ2の
常染色体形質		 ♀♂とも
優性３：劣性１		 同左 Ｆ2の
常染色体形質		 同左 同左
F2野生型♀ 2/4*3/4=6/16 1/4*3/4＝3/16 F2野生型♀ 1/4*3/4＝3/16 0/4*3/4＝0/16
Ｆ2野生型♂ 1/4*3/4＝3/16 1/4*3/4＝3/16 F2野生型♂ 1/4*3/4＝3/16 1/4*3/4＝3/16
Ｆ2伴性形質Ａ♀ 白眼or黄体色
0/4*3/4＝0/16		 白眼or黄体色
1/4*3/4＝3/16		 バー
♀		 0/4*3/4＝0/16 1/4*3/4＝3/16
Ｆ2伴性形質Ａ♂ 白眼or黄体色
1/4*3/4=3/16		 白眼or黄体色
1/4*3/4＝3/16		 バー
♂		 1/4*3/4＝3/16 1/4*3/4＝3/16
Ｆ2形質Ｂ♀ セピア眼,黒檀色or痕跡翅
2/4*1/4＝2/16		 セピア眼,黒檀色or痕跡翅
1/4*1/4＝1/16		 ヘテロバー♀ 1/4*3/4＝3/16 1/4*3/4＝3/16
Ｆ2形質Ｂ♂ セピア眼,黒檀色or痕跡翅
1/4*1/4＝1/16		 セピア眼,黒檀色or痕跡翅
1/4*1/4＝1/16		 セピア眼,黒檀色or痕跡翅 1/4*1/4＝1/16 0/4*1/4＝0/16
Ｆ2形質ＡＢ♀ 0/4*1/4＝0/16 1/4*1/4＝1/16 セピア眼,黒檀色or痕跡翅 1/4*1/4＝1/16 1/4*1/4＝1/16
Ｆ2形質ＡＢ♂ 1/4*1/4＝1/16 1/4*1/4＝1/16 バーandセピア眼等♀ 0/4*3/4＝0/16 1/4*1/4＝1/16
バーandセピア眼等♂ 1/4*1/4＝1/16 1/4*1/4＝1/16
ヘテロバ－andセピア眼等♀ 1/4*1/4＝1/16 1/4*1/4＝1/16

【付録７】　　統計的検定　　　カイ二乗検定

　　　　帰無仮説｢実験値と期待値に有意な差はない｣を立てます。
　
　　　　A）実験値を各形質ごと、性別に記録します。全数　N　を算出します。
　　　　　理論的に出現しない形質は無視します。
　
　　　　B)全数N　に　理論比をかけて、各形質ごとに期待値を算出します。
　
　　　　C)実験値と期待値の差を算出します。
　
　　　　D）Cの値を二乗し、期待値で割って出した値をすべて加算してカイ二乗値を出します。
　
　　　　E)標本から得られたカイ二乗値と有意水準5％のカイ二乗値を比べます。
　　　　　有意水準のカイ二乗値は階級数から1を引いた自由度を出して読み取って下さい。
　
　　　　F)もし標本のカイ二乗値が小さかったら、帰無仮説は棄却できません。
　　　　　つまり実験値と期待値の差は偶然によるものとみなしてよいわけです。
　　　　　しかし、標本のカイ二乗値が大きい場合には帰無仮説は棄却できません。
　　　　　なぜそのような結果になったのかを考察してみよう。

形質と性
理論比 　　（例） 3/16 3/16 3/16 3/16 1/16 1/16 1/16 1/16
A：実験値 全数　N=
B：期待値
C：実験地－期待値
D：Cの二乗/期待値 カイ二乗＝　
自由度 1 2 3 4 5 6 7 8 9
有意水準5％の
カイ二乗値		 3.8 6.0 7.8 9.5 11.1 12.6 14.1 15.5 16.9

2003年の実習では83％の生徒が実験値と期待値の差は偶然によるものと結論されました。

　　　　　　 統計的検定を課すことについて

　私・池田博明は、交配結果を考察する際に、統計的検定を課すことにした。
　検定法はカイ二乗検定である。
　生徒は統計的検定について事前に学習していないので，形算方法は記入計算用プリントで丁寧に指示しておくが，理論的説明は省略した。
　統計処理の威力は使ってみて初めて分かるものであり，理論を理解することは意外に大変だからである。
　｢天気予報に確率予報というのがあるが，70％の確率で雨が降るというのと同じようなものだ｣という程度の説明をするだけにした。
　また，｢実験値と期待値に有意な差はない｣という帰無仮説を棄却せざるを得ない結果になったとき，通常は失敗だったと考察してしまうものだが，そのときにこそ，原因を考える楽しみが生まれることを強調する。
　産卵数が少なくてＦ2の羽化数が百匹に達しなかった生徒でも，検定により実験値を評価することが可能なことを学ぶことができるという意図であった。

　60名中，50名（83％）は検定の結果，実験値と期待値の差は偶然の差によるものであると結論できた。残る10名はなんらかの原因を考察しなければならない。
　実際に失敗の原因を考察することで，生徒は色々な事実に気がついたり，観察した事例から新しい発見をすることができた。
　痕跡翅の個体は飛べないために採取する前にエサにくっついてしまい期待値より低くなる傾向があること（痕跡翅の出現は有意に少なかった）。下記に７名の合計数を示す。
　ただし、以下に使用したデータはすべてではなく、データは最終的に雌雄の比が１：１になっている場合と、2週間以内に採取した分の結果である。
　
F2形質 ++♀ ++♂ w♀ w♂ vg♀ vg♂ w♀vg w♂vg
実験値 120 137 83 119 26 32 17 18
理論比 3 3 3 3 1 1 1 1
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（カイ二乗値＝38.90）

　生徒が気づいたことに、麻酔するために採取するとき、白眼のハエは光に対する反応が悪く、移動が遅いことがあった。しかし、データからは白眼のハエの採取が少ないという影響は無かった。
　これらは教科書の座学からは出て来ない，実習がもたらす新しい発見である。

　また生徒自身が気づいた事実ではないが、生徒のデータを分析してみて、私自身が考察できたことがいくつかあった。
　
　（１）雌雄の出現時期には差が無かった。

　（２）ホワイト・セピア眼は白眼であった。
　眼色の劣性突然変異体であるwhiteとsepiaの二重劣性の眼色はどうなるのだろうか。生徒の飼育ビン内には赤眼・白眼・セピア眼の形質しか発見できない。ということはホワイト・セピア眼はセピア眼か白眼になっていると思われる。生徒のデータをカイ二乗検定してみると、ホワイト・セピア眼の表現型がセピア眼であるとすると帰無仮説を棄却しなければならないが、白眼であるとすると帰無仮説を棄却する必要はないことが分かった。
　
F2形質 ++♀ ++♂ w♀ w♂ se♀ se♂ w/se w/se
実験値 97 107 121 108 37 20 0 0
理論比 3 3 4 4 1 1 0 0
（カイ二乗値＝9.52）

　（３）棒眼やヘテロ棒眼が特に採取されにくいという特徴は見られなかったが、バー・エボニー眼は雌雄とも採取されにくい、時にオスが採取されにくかったという結果となった。
　
F2形質 バー
B♀		 バー
B♂		 ヘテロ
バー
B+♀		 正常眼
+♂		 ヘテロ
バー
セピア眼
B+♀se		 セピア眼
♂se		 バー
セピア眼
B♀se		 バー
セピア眼
B♂se
実験値 78 72 71 88 30 27 32 31
理論比 3 3 3 3 1 1 1 1
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（カイ二乗値＝4.82）
　
F2形質 バー
B♀		 バー
B♂		 ヘテロ
バー
B+♀		 正常色
+♂		 ヘテロ
バー
エボニー
B+♀e		 エボニー
♂e		 バー
エボニー
B♀e		 バー
エボニー
B♂e
実験値 72 67 91 74 35 21 16 12
理論比 3 3 3 3 1 1 1 1
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（カイ二乗値＝19.26）　　　
　
F2形質 正常
♀		 正常
♂		 ヘテロ
バー
B+♀		 バー
B♂		 エボニー
♀e		 エボニー
♂e		 ヘテロ
バー
エボニー
B+♀e		 バー
エボニー
B♂e
実験値 119 93 94 100 41 30 34 19
理論比 3 3 3 3 1 1 1 1
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（カイ二乗値＝12.79）


　　　小田原城内高等学校　生物部　『生物室』No1（1967）及びNo.2（1968）より
　　　【pdfによる　ショウジョウバエの遺伝】

　　　　♀ｍ×♂ｅの交配　　　　♀ｗ×♂ｙ　

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