花の色の遺伝子型をデータから推定する
ある植物の花の色には赤と白があり、赤い花をつくる遺伝子をA、白い花をつくる遺伝子をaとすると、Aはaに対して優性で、AAとAaは赤、aaは白になる。Yさんは、赤い花をつける個体P、白い花をつける個体Q、赤い花をつける個体Rを用意し、次の3つの交配を行った。実験1：PのめしべにQの花粉をつけると、子は12個体でき、すべて赤であった。実験2：RのめしべにQの花粉をつけると、子は11個体でき、赤が6個体、白が5個体であった。実験3：Pを自家受粉させると、子は40個体でき、すべて赤であった。どの実験でも、子は十分に育てて花の色を調べた。Yさんは「実験1の子がすべて赤だったのだから、PはAAである」と結論したが、友人のZさんは「12個体だけでは断定できないのではないか」と言った。また、実験2で赤と白がほぼ同じ数になった理由を、減数分裂と受精のしくみから説明する必要が出てきた。
1. PとRの遺伝子型を推定し、根拠を説明せよ。
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Qの遺伝子型 白い花なのでaaしかない。
Pの推定
- Pは赤なのでAAまたはAa。
- 実験1：P×aaで子がすべて赤。もしPがAaなら、子の半分はaa（白）になるはずで、12個体すべて赤になるのは不自然。
- 実験3：Pを自家受粉させて40個体すべて赤。もしPがAaなら、子の3/4が赤・1/4が白になるはずで、40個体すべて赤になる確率は(3/4)^40でごくわずか。
- よってPはAA。
Rの推定
- Rは赤なのでAAまたはAa。
- 実験2：R×aaで赤6・白5とほぼ1：1。もしRがAAなら子はすべて赤になる。1：1に近い分離が起きるのは、RがAaでAとaを1：1でつくるときだけ。
- よってRはAa。
理論どおりの比と実際の子の数を照らし合わせ、もし別の遺伝子型だとすれば結果が起きる確率が極端に低いことを根拠にするのがポイントである。
2. 実験1の結果（12個体すべて赤）だけでPをAAと断定できるか。もし実験3の結果がなかった場合、PがAaである可能性をどう評価すればよいか。
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12個体だけでの評価 PがAaだとすると、Qはaaなので子が白になる確率は1/2。12個体すべてが赤になる確率は(1/2)^12＝1/4096≒0.024%となる。
判断のしかた
- 0.024%は非常に小さいが、0ではない。「絶対にありえない」と証明したわけではなく、仮定したときにこの結果が起きる確率が極端に低いので、その仮定は支持できないという判断である。
- したがって、実験1だけでもPはAAと考えるのが妥当だが、データが12個体と少ないため、Zさんのように「もう少し確かめたい」と考えること自体は科学的に正しい態度である。
実験3が加わった効果 実験3で自家受粉の子40個体がすべて赤であれば、PがAaである確率は(3/4)^40と極めて小さくなる。2つの独立な実験が同じ結論を支持するので、確実性が大きく上がる。
まとめ 少ないデータで断定せず、結果が起きる確率を見積もり、必要なら追加の実験で確かめる、という手続きが答えになる。
3. 実験2で赤と白がほぼ1：1になった理由を、Rの減数分裂と受精の過程（染色体の動き）に触れて説明せよ。また、実験2の子のうち赤い花の1個体にQの花粉をつけたとき、白い花の子ができる確率を求めよ。
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減数分裂と受精
- RはAaなので、対になっている染色体の一方にA、他方にaがある。
- 減数分裂のとき、対になる染色体は分かれて別々の生殖細胞に入る（分離の法則）。その結果、Aをもつ卵（花粉）とaをもつ卵（花粉）が1：1でできる。
- Qはaaなので、つくる生殖細胞はすべてa。
- 受精の組み合わせは、Aの卵×aの花粉→Aa（赤）と、aの卵×aの花粉→aa（白）が同数になる。だから赤：白≒1：1になる。
- 実際には11個体と数が少ないため、6：5のようにぴったり1：1にならないぶれが生じる。
赤い子にQの花粉をつけた場合
- 実験2の赤い子は、Qからaしか受け取っていないので必ずAaである。
- Aa×aaでは、子がaa（白）になるのはaの卵とaの花粉が合わさるときで、確率は1/2。
答え：1/2（50%）