遗传学经典课件第03章连锁遗传分析与染色体作.ppt

第三章 连锁遗传分析与染色体作图 本章学时数：3-5学时 本章重点: 伴性遗传 连锁与交换定律 着丝粒作图 本章难点：剂量补偿效应 *1安徽大学生命科学学院 本章主要内容 l1.性别决定、伴性遗传 l2.剂量补偿效应 l3. 连锁交换定律 l4. 真菌遗传分析与着丝粒作图 l5. 人类基因组的染色体作图 2019/1/202安徽大学生命科学学院 性染色体 由常染色体进化而来，一对同源 染色体中的一条发生变化，成为异 型同源染色体（部分同源）。 非同源部分 同源部分 X Y 1891年，德国学者 Henking在半翅目昆虫减 数分裂中发现一种异染色 质，在一半的精子中含有 ，而另一半精子中则没有 ， 并命名为X染色体，意 为“未知染色体”。 l? Date3安徽大学生命科学学院 性别决定的不同方式 1.染色体决定性 别 性染色体差异（ XY、ZW、XO） 性染色体数目差 异 性指数 染色体组数 2.基因决定性别 3.环境决定性别 -生活环境 -温度 -激素 -发育阶段 -感染 ？ Date4安徽大学生命科学学院 染色体决定性 别的不同方式 ： A、XY B、XO C、ZW D、染色体组数 Date5安徽大学生命科学学院 性染色体差异 lXY型性决定：全部哺乳动物和一些昆虫、植物、鱼、两栖 类 XX “雄性异配” XY lZW型性决定：鸟类和一些鳞翅目昆虫、某些两爬动物 ZZ ZW “雌性异配” 家蚕2n=54+ZZ/ZW Date6安徽大学生命科学学院 性染色体数目差异 XO型和ZO型（部分双翅目、直翅目、鳞翅目昆虫） 中华飞蝗 2n=23 XO 2n=24 XX Date7安徽大学生命科学学院 性指数性染色体数（X或Y）和 常染色体组数间的数值比 性染色体组组成XYXX XXYXOX/3AXYYXXX 性指数(X)1/2111/21/31/23/2 表型 果蝇蝇超超 人 /超超 Date8安徽大学生命科学学院 染色体组数与蜜蜂的性别决定 Date9安徽大学生命科学学院 生活环境决定性别 后螠（bniella)是一 种海生蠕虫，雌雄个 体体型大小悬殊，雄 虫很小，生活在雌虫 的子宫里面。幼虫在 水中自由游泳，落在 海底就发育成为雌虫 ，落在雌虫的口吻上 就发育成雄虫。 Date10安徽大学生命科学学院 温度决定性别 l青蛙: 20 30 l扬子鳄： 温度高 温度低 正常发育 全部发育成 Date11安徽大学生命科学学院 激素影响性别 人：保胎药过多，胎儿性别发育受到影响 牛：异卵双胎，如果雄激素先产生，雌胎 易发育成间性不育 鸡： 非芦花ZbZb ZBW 芦花 ZBZb ZbW 芦花 非芦花 如果在孵化前用雄激素，子代将全是 Date12安徽大学生命科学学院 发育阶段 黄鳝： 体长20cm为 体长53cm为 体长在20cm-53cm之间时， 都可能 称为“性反转” 2003年，科学家证实当个体体积达到成体体积的 70%时，发生性反转。 Date13安徽大学生命科学学院 感染改变性别 果蝇： 当受到“性比率螺旋体”感染后，后 代全部是。 Date14安徽大学生命科学学院 伴性遗传 基因是位于染色体上的，性染色体上也有 基因存在。 因此 性染色体上的基因的遗传一定和性别 有某种关系 Date15安徽大学生命科学学院 果蝇的伴性遗传 1909年，摩尔根(Thomas Hunt Morgan)发现了 一只白眼果蝇 摩尔根进行的实验 P: 红眼白眼 F1: 红眼(白眼为隐性) 1237 F2: 红眼:红眼:白眼:白眼 2459 1011 0 782 Date16安徽大学生命科学学院 回交（测交）： T:红眼 (来自 F1) 白眼 T1: 红眼:红眼:白眼:白眼 计数 129 132 88 86 比例： 1 ： 1 ： 1 ： 1 P: 白眼 红眼（纯种） F1: 红眼 白眼 F2: 红眼:红眼:白眼:白眼 比例：1 ： 1 ： 1 ： 1 交叉遗传 Date17安徽大学生命科学学院 摩尔根的解释 不同于Mendel规律的两个现象： (1). 显性纯合体与隐性纯合体或杂合体杂交，可以得到 隐性纯合体。 (2). 性状的遗传因性别而异，并出现交叉遗传现象。 P: X+X+ 红眼 XwY 白眼 F1: X+Xw X+Y 红眼 1237 X+- X+Y XwXw XwY F2:红眼 : 红眼 : 白眼 : 白眼 2459 1011 0 782 T: X+Xw 红眼 XwY 白眼 X+Xw X+Y XwXw XwY T1: 红: 红 : 白 : 白 计数 129 132 88 86 比例：1 ： 1 ： 1 ： 1 ？ Date18安徽大学生命科学学院 验证 1.子二代与白眼交配 预期：有一半产生全是红眼的后代；另 一半产生的后代与回交后代相同。 2.白眼与红眼交配 预期：子代中均为白眼；均为红眼 。 3.白眼交配 预期：子代全是白眼，成为稳定品系。 Date19安徽大学生命科学学院 伴性遗传 sex-linked inheritance 由性染色体所携带的基因决定的性状， 遗传时与性别相关联的遗传方式，又叫性 连锁遗传。 具有如下特点： 决定性状的基因在性染色体上； 性状的遗传与性别有关； 正交与反交结果不同； 表现特殊的交叉遗传和隔代遗传现象。 Date20安徽大学生命科学学院 人类的伴性遗传 X-连锁 ? Y-连锁 人类性别畸形 Date21安徽大学生命科学学院 X-连锁隐性遗传病 血友病hemophilia 特点： 男性患者多； 一般为绞花式遗传 （隔代遗传） ？ Date22安徽大学生命科学学院 X-连锁隐性遗传病 由位于X染色体上的隐 性基因（Xd）控制 X+Y、X+X+ 正常 X+Xd 携带者 XdXd、 Xd Y 患者 Xd来自其父亲（也是患者） X+Xd X+Y X+Xd X+X+ X+Y XdY 女儿正常（1/2为携带者） 儿子中一半是患者 色盲color blindness Date23安徽大学生命科学学院 X连锁显性遗传病 l致病的显性基因在X染色体上 女性的发病率约为男性的2倍；而男 性患者往往比女性患者严重。 患者的双亲必有一人患此病。 抗维生素D佝偻病 Date24安徽大学生命科学学院 Y-连锁遗传(Y-linked inheritance) 存在于Y染色体非同源区域的基因所决定 的性状，只能出现在男性，且仅由父亲 传递给儿子，又称为“限雄遗传” 毛耳和决定人类性别的 男性化基因为于Y染色 体上的非同源区。 Date25安徽大学生命科学学院 人类性别畸形 1.性染色体数目变化引起的性别畸形 2.基因突变引起的性别畸形 3.其他类型的性别畸形 Date26安徽大学生命科学学院 性染色体数目变化引起的性别畸形 1.Klinefelter综合征：2n=47，XXY 1/1000 2.Turner综合征：2n=45，XO 新生女婴中1/2500 3.XYY个体：2n=47，XYY 1/5001/3000 卵细胞形成的减数分裂过程中，发生染色 体不分离的结果。 Date27安徽大学生命科学学院 Klinefelter综合征 Date28安徽大学生命科学学院 Turner综合征 Date29安徽大学生命科学学院 Date30安徽大学生命科学学院 基因突变引起的性别畸形 Y染色体上有决定睾丸发育的基因，所以 XY个体为。 X染色体上发生基因突变时，产生了睾丸 雌性化基因，使XY个体出现性别畸形 。称为睾丸女性化。是X-连锁的隐性遗 传病。 Date31安徽大学生命科学学院 其他类型的性别畸形 1.真两性畸形 有两套生殖系统，同时存在两种类型 细胞：2n=46，XX和2n=46，XY。 原因：双受精。两个受精卵互相融合发育。 2.XX男性综合征 2n=46，XX，但外貌男性，不育。 原因：易位。Y上的睾丸决定因子易位到X染色 体上。 Date32安徽大学生命科学学院 性染色体变化对人的影响 .或多或少都影响性腺发育，导致不育 .有男性化作用，无存在时趋向女 性 .少染色体比多染色体影响更大，降低 了生活力。 Date33安徽大学生命科学学院 剂量补偿效应 lBarr小体 l剂量补偿效应 lLyon假说 lX染色体随机失活的分子机制 Date34安徽大学生命科学学院 巴氏小体Barr body lBarr小体 1949年, Barr等人在雌猫神经细胞间期核中发 现, 与性别和X染色体数目有关. l失活的X在间期细胞核中呈现为染色较深的一 个小点，称为性染色质或巴氏小体。 中的X是有活性的，因此，没有巴氏小体 中有一条X是失活的，因此有巴氏小体。 l可以通过巴氏小体的有无初步判断胎儿的性别 。 Date35安徽大学生命科学学院 剂量补偿效应 dosage compensation effect l剂量补偿效应 在XY性别决定生物中，使性连锁基因在两 种性别中有相等或几乎相等的有效剂量的 遗传效应. 一条染色体失活 X染色体的转录速率不同 Date36安徽大学生命科学学院 Lyon假说 l正常雌性哺乳动物体细胞的两条X染色体中有 一条是失活的，结果使X连锁基因得到剂量补 偿,保证雌性和雄性个体具有相同的有效基因 产物. 哪一条失活是随机的 失活发生在胚胎早期,某细胞中某一条X染色体一旦 失活，其后代细胞中该X染色体均处于失活状态。 杂合体雌性在伴性基因的作用上是嵌合体,显隐性 基因都有表达. lXX X* (失活的X染色体形成barr氏小体 ） 染色体失活是发 育过程中独特的 调节机制 Date37安徽大学生命科学学院 玳瑁猫- Lyon假说的证据 l黄O对黑o显性 l雌性杂合个体X 染色体随机失 活 Date38安徽大学生命科学学院 X染色体随机失活的机制 l在失活的X染色体上，有一些基因仍然 表达，称为逃避失活基因：MIC2 ,XG, STS, RPS4X. l失活基因和表达基因是穿插排列的. lX染色体上存在一个特异性失活位点 xic,即X失活中心. 680-1200kb. l同一区域发现一个基因XIST,X染色体失 活特异转录子.不编码pr,产物是 RNA(17kb) Date39安徽大学生命科学学院 连锁基因的交换与重组 Date40安徽大学生命科学学院 人类有23对染色体，而基因数目为3 万多个。每条染色体上必然有很多基因 。基因在染色体上是如何排列的呢？ 同一条染色体上的基因之间在遗传时 又是如何相互作用的呢？ Date41安徽大学生命科学学院 连锁与交换 linkage and crossover 1906年，Bateson 和punnett 研究香豌豆，发现 来自同一亲本的基因较多地连在一起。 P 紫长 红园 F1 紫长 F2 紫长 紫园 红长 红园 284 21 21 55 预期 9 3 3 1 Date42安徽大学生命科学学院 互引相和互斥相 l互引相 coupling phase 当两个非等位基因a和b处在一个染色体上, 而在其同源染色体上带有野生型A和B时, 这些基因被称为处于互引相 l互斥相 repulsion phase 若每个同源染色体上各有一个突变基因和 一个野生型基因,则称为互斥相 Date43安徽大学生命科学学院 连锁 linkage 玉米： 糊粉层有色C对无色c显性 种子饱满Sh对凹陷sh显性 P CSh/CSh csh/csh 有色饱满 无色凹陷 F1 CSh/csh csh/csh （T-cross） CSh/csh Csh/csh cSh/csh csh/csh 4032 149 152 4035 预期 1 1 1 1 重组合类型明 显少于亲组合 类型，说明连 锁的存在 Date44安徽大学生命科学学院 Date45安徽大学生命科学学院 交换值 重组值，重组合后代数占整个后代数的百 分比。 重组合个体数 （重组合个体+亲组合个体数） 重组值在0-50%之间，不超过50%。 为0时完全连锁， 为50%时自由组合无连锁。 Date46安徽大学生命科学学院 交换 crossover 连锁说明两个基因在同一染色体上 重组合类型则说明两个基因间存在着交换 Date47安徽大学生命科学学院 不交换（完全连锁） 雄果蝇和雌家蚕是完全连锁的。 果蝇：黑体红眼灰体紫眼 bbRR BBrr 测交 Br/bR br/br Brbr bRbr（1：1） 测交 Br/bR br/br Brbr bRbr BRbr brbr 19 19 1 1 Date48安徽大学生命科学学院 对果蝇和家蚕而言，重组值指的是雌果蝇 或雄家蚕的重组值。 重组值=2/(2+18)=5% ！虽然知道雄果蝇和雌家蚕是完全连锁的，但为什 么呢？到底是什么机制干扰了交换的发生，还需要研 究 Date49安徽大学生命科学学院 连锁群 linkage group 凡是位于同一条染色体上的基因构成一个连 锁群(linkage group)。 Morgan等在1914年就发现果蝇有4个连锁群，到 1967年测定了至少1000个基因都分别属于这4个连 锁群。 连锁群的数目应该（一般）等于单倍体染色体数(n) ？ Date50安徽大学生命科学学院 连锁交换定律 处在同一染色体上的两个或多个基因联合 在一起传入子代的频率大于重新组合的 频率. 重组类型的产生是由于配子形成时，同源 染色体的非姊妹染色单体间发生了局部 交换的结果。 Date51安徽大学生命科学学院 三大遗传定律的关系 分离定律是自由组合定律和连锁交换定律的基础； 自由组合定律和连锁交换定律是生物体遗传性状发 生变异的主要机制； 自由组合与连锁交换的区别在于：自由组合是染色 体间重组(interchromosomal recombination)，而 交换则是染色体内重组(intrachromosomal recombiation)。 另外，自由组合受到生物染色体对数的限制，而连 锁交换则受到其染色体本身长度的限制。只要我们 在染色体上发现的突变愈多，由交换而产生的重组 类型的数量也愈大。从这个意义上说，自由组合是 有限的，连锁交换相对地说限度较小。 Date52安徽大学生命科学学院 三点测交 three-point test cross 1911年，Morgon 提出：重组值可能是由基 因在染色体上的位置决定的。 Date53安徽大学生命科学学院 三点测交 1.定义：将3个基因包括在同一次交配中，例如用3个 基因的杂合体abc/+与3个基因的隐性纯合体 abc/abc做测交。 2.三点测交的优点： 一次试验等于三次两点试验。 各重组值是在相同条件下（同一基因型、 同一环境下）得到的。 得到双交换的资料 Date54安徽大学生命科学学院 ABC/ABCabc/abc ABC/abcabc/ abc ABC/ abcABc/ abc abc/abc AbC/ abcaBC/ abcAbc/ abc abC/ abcaBc/ abc AB重组率 = (AbC+Abc+aBC+aBc)/ all BC重组率 = (BcA+BcA+cBA+cBa)/ all AC重组率 = (AcB+Acb+aCB+aCb)/ all Date55安徽大学生命科学学院 双交换 两个基因间发生两次交换。 双交换的结果是这两个基因间的关系不变 。 abc + Date56安徽大学生命科学学院 三点测交的实例 果蝇，a、b、c为X连锁基因。 ab+/+c abc/Y 8种配子 1种abc ab+，+c 亲组合 a+c，+b+ a+，+bc 重组合 +，abc a ec b ct c cv Date57安徽大学生命科学学院 杂交子代的表型由产生的配子决定 表型 个体数目 比例 类型 重组位置 a-b a-c b- c a b + 2125 + + c 2207 a + c 273 + b +265 a + +217 + b c 223 + + + 5 a b c 3 合计 5318 100% 18.4% 10.2% 8.4% 81.5% 亲本型 10.1% 单交换型 8.3% 单交换型 0.1% 双交换型 亲组合 重组合 Date58安徽大学生命科学学院 作图mapping ？ ？ Date59安徽大学生命科学学院 基因直线排列定律 三点试验中，两边两个基因对之间的 重组值一定等于另外两个重组值之和减 去两倍的双交换值。 三点试验测交的8种后代中，个体数最少的2种是 双交换的产物，数目最多的是亲本型。 双交换型与亲本型比较，发生交换的基因位于三 个基因的正中间。 亲组合型：ab+，+ + c 双交换型：abc ，+ + + c 位于中间 acb Date60安徽大学生命科学学院 并发率和干涉 干涉 interference：每发生一次单交换时，其邻 近也发生一次交换的机会要减少一些的现象 。 并发率 coincidence 反映干涉的大小 并发率越大，干涉越小。 Date61安徽大学生命科学学院 并发率与干涉 当 0 C 1 0 I 1 正干涉 C = 0 I = 1 完全干 涉 C 1 I 0 负干涉 C = 1 I = 0 无干涉 交换促进交换 Date62安徽大学生命科学学院 遗传学图 Genetic map 遗传学图：根据基因直线排列定律，把位于同一 连锁群上的基因按相对位置作成连锁图。 座位Locus: 基因在遗传学图上的特定位置。 基因定位gene mapping:根据重组值确定不同基因 在染色体上相对位置和排列顺序的过程。 图距map distance：两个基因在染色体图上的距 离的数量单位。用“厘摩”表示，cM 作图原则：以不存在双交换的一对基因的重 组值作图，再向两边找另外的基因。 Date63安徽大学生命科学学院 真菌类遗传分析 粗糙链孢霉作为遗传材料的优点 顺序四分子及其遗传分析 着丝粒作图(centromere mapping) 粗糙链孢霉连锁作图 染色单体干涉 Date64安徽大学生命科学学院 粗糙链孢霉作为遗传材料的优点 l世代短，易培养，后代多 l真核生物、进行有性生殖 l单倍体，无需考虑显隐性 l子代能直接反映配子的基因和表型 Date65安徽大学生命科学学院 顺序四分子及其遗传分析 l四分子(tetrad): 一个性母细胞减数分裂 的四个产物（子代个体）留在一起 l顺序四分子(ordered tetrad): 链孢霉的 减数分裂的四个产物（子代链孢霉）不 仅留在一起，而且以直线方式顺序排列 在子囊中。 Date66安徽大学生命科学学院 粗糙链孢霉的减数分裂 Date67安徽大学生命科学学院 着丝粒作图 centromere mapping 利用四分子分析法，测定 基因与着丝粒间的距离 称为着丝粒作图。 Date68安徽大学生命科学学院 着丝粒作图 赖氨酸缺陷型(lys-) 野生型(lys+) 序号 子囊类型 子囊数 分裂类型 I 非交换型 II 交换型 Date69安徽大学生命科学学院 第一次分裂分离 Date70安徽大学生命科学学院 第二次分裂分离 Date71安徽大学生命科学学院 产生过程 Date72安徽大学生命科学学院 计算 发生一次交换，一个子囊中有半数孢子发生重 组。 着丝粒与lys基因间的重组值： 重组孢子数 交换型子囊数81/2 总数 （交换型+非交换型）8 去掉%后作为着丝粒与基因间的图距 100% Date73安徽大学生命科学学院 粗糙链孢霉的连锁 粗糙链孢霉nic+和+ade杂交 将产生36种子囊型，根据基因型和两对基因各自 分开的时间分为7种基本子囊型。 序号 1 2 34567 +a+a+a+ 子 +a+anan+nana 囊 n+nan+a+a 型 n+ nanan+n+nan+ 分离 MIMI MIMI MIMII MIIMI MIIMII MIIMII MIIMII 类别 PD NPDTTPDNPDT 数目 80819059015 Date74安徽大学生命科学学院 连锁作图 nic距着丝粒的重组值 =（5+90+1+5）/10001/2 100% =5.05% ade与着丝粒之间的重组值 =9.30% nic与ade之间的重组值： =5.20% 5.05 5.20 nic ade Date75安徽大学生命科学学院 染色单体干扰 考虑二次交换的情况 2-3， 二线双交换 1 2-3、1-4四线双交换 1 2-3、1-3或2-4三线双交换 2 如果二次交换不符合 二线：三线：四线=1：2：1时 认为有染色单体干扰存在。 Date76安徽大学生命科学学院 人类基因组的染色体作图 家系分析法 细胞学与剂量效应法 体细胞杂交法 原位分子杂交 分子标记 Date77安徽大学生命科学学院 家系分析法 根据甲膑综合征与ABO血型的平行关系确定与 ABO的连锁，简单计算重组率。 a、性连锁分析 如果某一性状只出现在 男性，则可定位于Y染色体 。 如果某性状呈“男-男” 式传递，可确定该基因与X 染色体连锁。 Date78安徽大学生命科学学院 家系分析法 b、外祖父法 为确定X染色体上连锁基因的重组关系， 可通过对外祖父性状的检查来确定母亲的基 因在染色体上的关系。 母亲是双重杂合体时，有两种类型； 顺式相（cis phase）突变基因和野 生型基因分别在两条X染色体上。 反式相（trans phase）突变基因和 野生型基因在同一条X染色体上。 通过外祖父法，可以确定母亲双重杂合体 是哪一种类型。 Date79安徽大学生命科学学院 细胞学与剂量效应法 Acp1为红细胞型酸性磷酸酯酶基因 细胞学观察 基因表达 No.2P缺失 酶活性大大下 降 No.2三体 酶活性大大上升 Date