減数分裂シミュレーター：交叉と独立の分配Meiosis Simulator: Crossing Over and Independent Assortment

1予想しよう（触る前に）Predict (before you touch anything)

1. 2n=4 の細胞が減数分裂をすると、できる細胞はいくつで、1つの細胞の染色体数はいくつになると思いますか。When a cell with 2n=4 goes through meiosis, how many cells do you think are made, and how many chromosomes does each one have?💡 DNAの複製の回数と、細胞が分裂する回数をそれぞれ数えてみましょう。Count how many times DNA is copied and how many times the cell divides.
2. 交叉が起こらないとき、1つの細胞の減数分裂からできる4つの配偶子の遺伝子の組み合わせは何種類になると思いますか。交叉が起こるとどうなるでしょうか。Without crossing over, how many different gene combinations do you think the four gametes from one meiosis will have? What changes if crossing over happens?💡 第二分裂で分かれる姉妹染色分体は、もともと同じDNAを複製したものです。The sister chromatids that separate in meiosis II are copies of the same original DNA.

2動かしてみようTry it

1. 「交叉の回数(長いペア)」を 0 回、「分配パターン(中期Iの向き)」を 0 にして「最初から」を押す。「次へ ▶」で1段階ずつ進め(1回目でその段階の終わり、2回目で次の段階)、右上の段階名と、その下の染色体数・DNA量の表示を S期 から 第二分裂 終期II まで記録する。Set "Crossovers (long pair)" to 0 and "Assortment pattern (Metaphase I orientation)" to 0, then press "Restart". Use "Next ▶" to go one stage at a time (the first press finishes the stage, the second moves to the next) and record the stage name and the chromosome number / DNA amount line from Interphase (S phase) to Meiosis II: Telophase II.
2. 交叉 0 回のまま、「分配パターン」を 0・1・2・3 と変え、「中期Iの向き → 左極」の説明と「4つの配偶子」の遺伝子型の一覧を記録する。Keeping 0 crossovers, set "Assortment pattern" to 0, 1, 2 and 3. Record the "Metaphase I orientation → left pole" text and the genotypes listed under "The 4 gametes".
3. 「交叉の回数」を 1 回にして「最初から」を押し、第一分裂 前期I で黄色の交叉(キアズマ)が どの染色分体どうしの間に起こるか(交叉の説明文)を確認する。終期IIまで進めて、4つの配偶子の遺伝子型と染色体の色の帯を見る。Set "Crossovers" to 1 and press "Restart". In Meiosis I: Prophase I, check between which chromatids the yellow crossover (chiasma) happens (see the crossover text). Go on to Telophase II and look at the genotypes and the colored bands on the chromosomes of the four gametes.
4. 「交叉の回数」を 2 回・3 回にして、配偶子の遺伝子型がどう変わるかを比べる。最後に配偶子のボタン(例:「配偶子2」)をタップして拡大図と受精デモを見る。Set "Crossovers" to 2 and 3 and compare how the gamete genotypes change. Finally tap a gamete button (for example "Gamete 2") to see the zoomed view and the fertilization demo.

3確かめようCheck

1. DNAの複製は何回起こり、染色体数とDNA量はどのように変化しましたか。How many times was DNA copied, and how did the chromosome number and DNA amount change?→ DNA複製は S期 の1回だけで、DNA量は 2→4 になる。第一分裂 終期I で各細胞が n=2(染色体2本・染色分体4本)、DNA量2になり、第二分裂 前期II では「複製なし」と表示される。最後は4細胞それぞれが n=2(染色体2本)、DNA量1になる。DNA is copied only once, in S phase, so the DNA amount goes 2→4. At Telophase I each cell has n=2 (2 chromosomes, 4 chromatids) and DNA amount 2, and Prophase II says it is "not copied". At the end each of the 4 cells has n=2 (2 chromosomes) and DNA amount 1.
2. 第一分裂 後期I と 第二分裂 後期II では、それぞれ何が分かれましたか。What separated in Anaphase I, and what separated in Anaphase II?→ 後期I では相同染色体(母由来と父由来)が両極へ分かれ、姉妹染色分体はセントロメアで結合したままだった。後期II でセントロメアが分かれ、姉妹染色分体が初めて分離した。In Anaphase I, the homologous chromosomes (maternal and paternal) moved to opposite poles, while sister chromatids stayed joined at the centromere. In Anaphase II, the centromeres split and the sister chromatids separated for the first time.
3. 交叉 0 回で分配パターンを 0〜3 に変えると、配偶子の遺伝子型はどうなりましたか。With 0 crossovers, what happened to the gamete genotypes when the assortment pattern was changed from 0 to 3?→ パターン0 は ABC|D と abc|d、1 は abc|D と ABC|d、2 は ABC|d と abc|D、3 は abc|d と ABC|D(各2個ずつ)になった。1回の減数分裂では2種類だが、中期Iの向きが長いペア・短いペアで独立に決まるため、全体では ABC|D・ABC|d・abc|D・abc|d の 2²=4 種類の配偶子ができうる。Pattern 0 gave ABC|D and abc|d, 1 gave abc|D and ABC|d, 2 gave ABC|d and abc|D, and 3 gave abc|d and ABC|D (two of each). One meiosis gives only 2 types, but because the long and short pairs orient independently at metaphase I, 2² = 4 types are possible overall: ABC|D, ABC|d, abc|D and abc|d.
4. 交叉を 1 回にすると、配偶子はどう変わりましたか。交叉はどの染色分体の間で起こっていましたか。With 1 crossover, how did the gametes change? Between which chromatids did crossing over happen?→ パターン0 では ABC|D、ABc|D、abC|d、abc|d の4種類がそろい、ABc や abC のように母由来(青)と父由来(赤)の帯が混ざった組換え型の染色体ができた。交叉は「母の染色分体2×父の染色分体1」のように必ず母由来と父由来の非姉妹染色分体の間で起こっていた。With pattern 0, four different gametes appeared: ABC|D, ABc|D, abC|d and abc|d. Recombinant chromosomes such as ABc and abC have both maternal (blue) and paternal (red) bands. The crossover was always between non-sister chromatids, one maternal and one paternal, e.g. "maternal chromatid 2 × paternal chromatid 1".

4考えようThink further

1. ヒト(2n=46)では、交叉を考えなくても独立の分配だけで何種類の配偶子ができうるでしょうか。このシミュレーションの結果から考えてみましょう。In humans (2n=46), how many kinds of gametes are possible from independent assortment alone, without counting crossing over? Use the result of this simulation to reason it out.→ このシミュレーションでは相同染色体のペアが2組(n=2)で 2²=4 種類だった。各ペアの向きが独立に決まるので、ペアが23組なら 2²³(約840万)種類になる。さらに交叉が加わると、組み合わせはもっと増える。In this simulation there are 2 homologous pairs (n=2), giving 2² = 4 kinds. Since each pair orients independently, 23 pairs give 2²³ (about 8.4 million) kinds. Crossing over increases the number of combinations even more.
2. もし第一分裂と第二分裂の間にもう一度DNA複製が起こると、配偶子の染色体数やDNA量はどうなり、受精するとどんな問題が起こるでしょうか。If DNA were copied again between meiosis I and meiosis II, what would happen to the chromosomes and DNA amount in the gametes, and what problem would fertilization cause?→ 配偶子のDNA量が半減せず(体細胞の半分にならず)、受精卵のDNA量や染色体数が世代ごとに増えてしまう。複製が1回・分裂が2回であることで、配偶子は n になり、受精で 2n に戻る(受精デモの「接合体 2n=4」)。The gametes' DNA amount would not be halved, so the DNA (and chromosome number) of the zygote would increase every generation. Because there is one round of copying and two divisions, gametes are n and fertilization restores 2n ("Zygote 2n=4" in the fertilization demo).

よくある誤解Common misconceptions

• 「第二分裂の前にもう一度DNAが複製される」という誤解。DNA複製はS期の1回だけで、第一分裂と第二分裂の間には起こらない。"DNA is copied again before meiosis II." DNA is copied only once, in S phase, not between meiosis I and meiosis II.
• 「交叉は姉妹染色分体どうしで起こる」という誤解。交叉は相同染色体の非姉妹染色分体(母由来と父由来)の間で起こるので、新しい遺伝子の組み合わせができる。"Crossing over happens between sister chromatids." It happens between non-sister chromatids of homologous chromosomes (maternal and paternal), which is why it creates new gene combinations.

用語（日本語 / English）Key terms (Japanese / English)