《连锁遗传》PPT课件.ppt

第4章 连锁遗传,4.1 连锁遗传的表现 4.2 连锁和交换的遗传机理 4.3 基因定位与连锁遗传图 4.4 分子标记的类型和作用原理, 4.1 连锁遗传的表现,1. 连锁遗传的现象,性状连锁的遗传现象是贝特生（Bateson）等于1905年在香豌豆的两对性状杂交试验中首先发现的。,Bateson等的香豌豆实验,连锁遗传的定义 同一亲本所具有的两对性状，有联系在一起遗传的倾向，这种现象称为连锁（linkage）。,相引相(coupling phase)和相斥相(repulsion phase) 相引相:一亲本的两对基因均为显性，另一亲本的两对基因均为隐性,这种组合方式称为相引相(如第一个试验)。 相斥相:两个亲本都分别带有一对显性基因和一对隐性基因,这种组合方式称为相斥相(如第二个试验) 。,2. 性状的分解分析 第一个试验： 紫花:红花=(4831+390):(1338+393)=5221:17313:1 长花粉:圆花粉=(4831+393):(1338+390)=5224:17283:1 第二个试验: 紫花:红花=(226+95):(97+1)=321:983:1 长花粉:圆花粉=(226+97):(95+1)=323:963:1,说明两个单位性状的综合分离不符合自由组合定律，但每个单位性状而言，仍是受分离定律支配的。,自由组合遗传的前提是：F1个体形成的不同配子比例相同。对于2对相对性状而言，F1产生四种配子，比例为1:1:1:1。 如果不是这样，F2就不可能获得原来的理论比例。由此可以推论，在连锁遗传中，F1形成多种的配子不相等。 可用测交法加以验证，因为测交后代的表现型种类及比例就是F1配子的种类及其比例的具体反映。,3. 连锁遗传的原因与验证,上述测交结果可以看出，F1虽然形成四种配子，但四种配子的比例显然不符合1:1:1:1, 而是两种亲型配子pr+vg+和prvg多，两种重组型配子pr+vg和prvg+少。并且，两种亲型配子数大致相等，为1:1；两种重组型配子数也大致相等，为1:1。,相引相：（果蝇眼色与翅膀长的遗传）,测交试验,相斥相：（果蝇眼色与翅膀长的遗传）,相斥相的测交试验结果与相引相的基本一致，同样证实两对非等位基因不是独立分配的，而常常是连系在一起遗传, 导致亲型配子(pr+vg和prvg+) 数偏多，重组型配子(pr+vg+和prpr) 数偏少，而且分别为1:1。,这些结果均说明重组型配子百分率 50%。,4. 重组率(percentage of recombination) 重组率是指杂合体产生重组型配子的频率，即重组型配子数占配子总数的百分率。 重组率通常是通过测交后代出现的重组型个体的多少来计算。在测交后代中，重组率可以用重组型个体数占个体总数的百分率来计算。,重组型配子数 重组率（%） 100 配子总数,重组型个体数 重组率（%） 100 测交子代的个体总数,理论上，重组率的变动范围在0-50%之间。 当重组率为0时，说明两对基因之间不发生交换，为完全连锁。 当重组率为50%时，两对基因服从独立分配，不存在连锁关系。当0 重组率50%时，两对基因为不完全连锁。,1.完全连锁和不完全连锁 连锁的本质 Bateson发现连锁遗传现象不久，Morgan用果蝇为材料，证明: 具有连锁关系的基因位于同一染色体上。,4.2 连锁和交换的遗传机理,(1) 完全连锁（complete linkage） 指同源染色体上的两个非等位基因总是连系在一起而遗传的现象。F1自交或测交，其后代个体的表现型只表现为亲本组合的类型。 完全连锁后代的表现与一对基因的遗传很近似，即自交结果为3:1分离, 测交结果为1:1分离。,完全连锁遗传的自交后代和测交后代的比较,(2)不完全连锁（incomplete linkage） 指同源染色体上的两个非等位基因并不总是连系在一起遗传的现象，测交后代中大部分为亲本类型，少部分为重组类型的现象。 不完全连锁F1不仅产生亲本型配子，也产生重组型配子，但不符合9:3:3:1的分离比例。,2. 交换与不完全连锁的形成,问题提出：重组型的配子如何产生的？为什么 重组率总是少于50%？ 回答这些问题，就必须从减数分裂过程中非姊妹染色单体之间发生的交换谈起。,二分体,四分体,全部亲本型,1/2亲型 1/2重组型,F1,F1,新,新,由于发生了交换而引起同染色体间非等位基因的重组，打破原有的连锁关系，因而表现出不完全连锁。 所谓交换，是指同源染色体的非姊妹染色单体之间的对应片段的交换，从而引起相应基因间的交换与重组。,交换都发生在同源染色体相靠近的非姊妹染色体之间，而另外两条不 交换。,一部分染色体交换发生在连锁基因之内重组配子 1/2重组、 1/2亲型配子,另一部分交换发生在连锁基因之外，非重组配子,所以重组型配子自然少于50%,举例： C Sh 假定在杂种（ ）的100个孢母细胞内，有 c sh 7个交换发生在基因之内，其他93个交换发生在两连锁基因之外，交换后的情况见下表。,亲本组合=（193+193）/400 100%=96.5% 重新组合=（7+7）/400 100%=3.5%,重组率（3.5%） 等于发生基因之内交换的孢母细胞的百分数一半。,. 连锁遗传的细胞学基础, 在减数分裂过程中，位于同一染色体上距离靠近的两个基因，在基因分离时有保持在一起的倾向; 同一染色体上两个基因发生的部分连锁是减数分裂过程通过出现交换使它们彼此分开的结果; 由于交换发生在同源染色体的两个非姐妹染色单体之间，因此任何一个交换只涉及一对同源染色体上4条染色单体中的两条染色单体，所以重组型配子自然少于50%。,. 连锁群 根据连锁遗传的关系，一个生物的一系列基因座位可以划分为若干个连锁群（linkage group）。,连锁群在染色体中具有不同的连锁程度并按线性顺序排列的一组基因座位。 基因座位的连锁关系可以通过重组率来分析。 一个生物连锁群的数目通常与染色体的对数是一致的，即与二倍体生物中的单倍体染色体数目相同。,1、基因定位 定义：是指确定基因在染色体上的位置。 确定基因的位置主要是确定基因之间的距离和顺序，它们之间的距离是用交换值来表示的。,4.3 基因定位与连锁遗传图,遗传距离的数值用交换值去掉百分号表示。如交换值为3.5%，遗传距离为3.5，即这两个基因在染色体上间距3.5个遗传单位。,基因定位的方法 (1) 两点测验,两点测验（two-point testcross）是测定基因（标记）间距离的基本方法。 基本步骤（方法）：首先通过一次杂交和一次用隐性亲本测交来确定两对基因是否连锁；然后再根据其交换值来确定它们在同一染色体上的位置。,两点测验的缺点: 两点测验只能测定两基因(标记)之间的距离，但不能确定两基因(标记)的排列顺序。 要确定三个基因之间的排列顺序，必须分别进行3次杂交和3次测交，工作繁琐。,举例： 已知玉米子粒的有色（C）对无色（c）为显性，饱满（Sh）对凹陷（sh）为显性，非糯性（Wx）对糯性（wx）为显性。确定这三对基因的相对位置。,基本思路（技术路线）： 第一步：确定Cc和Shsh是否连锁，并求出交换值。 为了解决这个问题，先让CCShSh和ccshsh杂交，再让F1与纯合隐性亲本ccshsh测交，根据测交后代的表现型分析它们是否连锁，如果是，求出交换值，即遗传距离。,第二步：确定Wxwx和Shsh是否连锁，如果是，求出交换值。 方法同上，先杂交后测交，求出的交换值。,第三步： 根据以上结果，画出三个基因在染色体上可能的排列。,第四步：确定Cc和Wxwx是否连锁，如果是，求出交换值。 方法同上，先杂交后测交，利用求出的交换值, 与第三步推出的可能排列进行比较分析，最后确定三个基因的排列顺序。,表4-1 玉米两点测验的三个测交的结果 表 现 型 及 基 因 型 试验类别 亲本和后代 种 类 亲本组合或 种子粒数 重新组合 P1 有色、饱满(CCShSh) 第一个 P2 无色、凹陷 (ccshsh) 试验 有色、饱满(CcShsh) 4032 (相引组) 测交后代 无色、饱满(ccShsh) 新 152 无色、凹陷 (Ccshsh) 新 149 无色、凹陷(ccshsh) 4035 P1 糯性、饱满(wxwxShSh) 第二个 P2 非糯性、凹陷 (WxWxshsh) 试 验 非糯性、饱满(WxwxShsh) 新 1531 (相斥组) 测交后代 非糯性、凹陷(Wxwxshsh) 5885 糯性、饱满(wxwxShsh) 5991 糯性、凹陷(wxwxshsh) 新 1488 P1 非糯性、有色(WxWxCC) 第三个 P2 糯性、无色(wxwxcc) 试 验 非糯性、有色(WxwxCc) 2542 (相引组) 测交后代 非糯性、无色(Wxwxcc) 新 739 糯性、有色 (wxwxCc) 新 717 糯性、无色(wxwxcc) 2716, Cc和Shsh两对基因是连锁的 交换值=(152+149)/(4032+4035+152+149) 100%=3.6% 即距离为3.6个遗传单位。, Wxwx和Shsh两对基因也是连锁的 交换值=(1531+1488)/(5885+5991+1531+1488) 100%=20% 即为20个遗传单位。,Wxwx和Cc的交换值为 (739+717)/(2542+2716+739+717) 100%=22%, 与23.6% 比较接近，所以可确认第一种排列顺序符合这三对连锁基因的 实际情况。, 最常用的方法：是通过一次杂交和一次用隐性亲本测交，同时确定三个基因之间的遗传距离和排列顺序的方法。 可达到二个目的：纠正两点测验的缺点，使估算的交换值更加准确；二是通过一次试验同时确定三对连锁基因的位置。,(2) 三点测验（three-point testcross）, 基本原理 3对基因之间可能只发生一次交换，也可能发生二次交换（即双交换）, 发生二次交换的可能性肯定是较少的，所以先找出发生双交换的个体。然后罗列出三对基因可能的排列顺序。再分析可能交换的基因型，以推出亲本的基因排列，确定三对基因的排列顺序。,基因位置排定后，进一步估算交换值，以确定它们的距离。值得注意的是每个双交换都包括两个单交换，所以在估算两个单交换值时，应该分别加上双交换值，才能正确反映实际发生的单交换频率。,举例：玉米Cc、Shsh和Wxwx三对基因的定位,通过一次杂交和一次用隐性亲本测交，其杂交和测交结果见下表。,、判断这三对基因是不是独立遗传 如果是，则测交后代八种表现型比例彼此相等，仅为一类比例。 结果: 不等(差别很大)不是独立遗传,B、判断是否为二对基因连锁（位于同一条染色体上）、一对独立（即位于另一条染色体上） 如果是，则测交后代8种表现型就应该每4种表现型的比例一样，总共应只有两类比例值。,结果：不是。事实是测交后代的遗传比例是每两种表现型一样，共有4类不同的比例，因此确定为三对基因连锁遗传。,C、找出两种亲本表现型和两种双交换表现型，并写出F1和两种双交换配子的基因型 在测交后代群体内，亲本型的个体数应该最多，双交换表现型的个体数应该最少 。,基因排列顺序为wx sh c 或c sh wx，即sh位于wx和c中间。,E、对三种排列的基因型进行双交换观察, 看哪一种排列双交换后将产生 sh wx c和 + + +的配子, ,确定基因排列顺序：比较亲本型与双交换类型， 一般亲型与双交换型有差异的基因居中。,即sh位于wx和c中间。,F、计算wx和sh, sh和c之间的交换值 双交换值=(4+2)/6708100%=0.09% wx和sh间的单交换值 =(626+601)/6708 100%=17.5% wx + c + + c wx sh + + sh +, wx和sh间的实际单交换值,=17.5% 0.09%= 18.4%, sh和c间的实际单交换值,=2.41%+ 0.09%= 3.5%,2、交换干扰与作图函数 (1) 交换干扰 随染色体上两基因（标记）间距离的增加，两基因（标记）座位之间发生双交换的可能性就越大。 如果各个交换事件是独立的，根据概率定律，双交换出现的频率应等于两个单交换频率的乘积。,干扰 一个单交换发生后, 在它邻近再发生第二个 单交换的机会就会减少，这种现象称为干扰。 例：上例理论双交换值=0.1840.035=0.64%, 而实际双交换值（由重组推算的）只有0.09%，所以出现干扰现象。,符合系数 对于受到干扰的程度，通常用符合系数来表示。 实际双交换值 符合系数（C）= 理论双交换值 例：上例的符合系数=0.09/0.64=0.14 符合系数经常变动于0-1之间。当符合系数为1时，表示没有干扰；当=0时，发生完全干扰。,干扰值：I=1-C 当I=0时，没有干扰，C=1。当I=1时，则没有双交换发生，发生完全干扰。 大多数情况下0I1。但在一些特殊情况下，实际观察值比理论值大，称为负干扰，即一个单交换发生可提高另一单交换发生的频率。,(2) 作图函数,计算两个相距较远的基因座之间的图距时，如果中间没有其他基因座可用，则两个基因座之间实际发生的双交换就不能被鉴定出来。而由于双交换的结果，会使根据重组值估计的两个基因座位间的距离估计值偏低。因此，采用一些数学的方法矫正。,作图函数（mapping function）: 真实的遗传图距与重组率之间的函数关系。 图距单位（map unit）：通常为厘摩（centiMorgan，缩写成cM），它表示观测重组率经作图函数校正后的真实遗传距离。,Haldance函数,Kosambi函数,在C=1假定下，Haldance（1919）在假定完全不发生交换干扰情况下，给出了两个座位之间的真实图距m与重组率r之间的关系： m = -(1/2) ln(1-2r) 其中m为作图距离，以cM为单位。,利用Haldane的公式，22%的重组率相当于29.0cM。,Haldance函数,Kosambi（1944）在不作此假定(完全不发生交换干扰)的情况下推导出如下的作图函数： 1+2r m = (1/4) ln 1-2r,当r = 0.22 时，m = 23.6 cM。,Kosambi函数,比较Haldance作图函数与Kosambi作图函数： 共同点：当图距越小时，越接近重组率； 两者的差异：利用Kosambi的作图函数计算的图距要小于利用Haldance作图函数计算的图距（原因在于假定的前提不同）。,3、连锁遗传图,连锁图(linkage map)或遗传图(genetic map)：能反映连锁群上各基因之间连锁关系的图谱。 标记间的连锁分析通常采用多点分析的方法进行，其图距单位（map unit）通常为厘摩（cM）。,存在于同一染色体上的基因，组成一个连锁群(linkage group)。把一个连锁群的各个基因之间的距离和顺序标志出来，就能形（绘）成连锁遗传图。, 特点 一种生物连锁群的数目与染色体的对数是一致的。即有n对染色体就有n个连锁群，如水稻有12对染色体，就有12个连锁群。, 绘制方法 要以最先端的基因点当作0，依次向下排列。以后发现新的连锁基因，再补充定出位置。如果新发现的基因位置应在最先端基因的外端，那就应该把0点让给新的基因，其余基因的位置要作相应的变动。 连锁遗传图例（图）,水稻第12染色体的分子标记连锁图 （资料来源: Harushima Y. et.al.,1998）,作 业,P89: 3, 8,小 结 摩尔根和他的同事们通过对果蝇的研究，发现了连锁遗传的规律，使连锁遗传规律成为遗传学的第三大定律。连锁遗传规律是指原来为同一亲本所具有的两个性状，在F2中常常有连系在一起遗传的倾向。 连锁遗传性状在杂种二代（ F2 ）分离比例不符合(3:1)n。其实质是：控制不同相对性状的不同等位基因分别载荷在同一对同源染色体上，非等位基因随非姐妹染色体重组交换可能发生重组。,就单个相对性状来讲，F2分离符合分离规律，但不同相对性状之间的分离则决定于彼此的重组率。 重组率是重组型配子的百分数，重组率越高，非等位基因之间交换频率越高，杂种后代重组型性状的频率就越高，反之，则越低。 当重组率等于0时，称为完全连锁，即非等位基因之间不发生交换。重组率大于0时，称为不完全连锁，即非等位基因之间发生不同程度的交换。重组率最高不超过50%，即小于50%。,重组率也称为交换值，交换值的计算公式为： 重组型的配子数 交换值（%）= X 100% 总配子数 交换值的范围为0-50%，当交换值越接近于0时，连锁程度越大；当交换值越接近于50时，连锁程度越小。,基因定位是确定基因在染色体上的位置。基因定位有两种：一是物理定位，即确定基因在染色体的真实位置；另一是遗传定位，即确定基因在染色体上的相对位置，即主要确定基因之间的距离和顺序。通常用交换值表示两个基因在同一染色体上的相对距离（即遗传距离）。 传统的基因遗传定位方法有两点测验和三点测验法。其中三点测验方法是最常用的。,存在于同一染色体上的基因组成一个连锁群，所以一种生物连锁群数目与染色体的对数是一致的。 连锁遗传图是把一个连锁群的各个基因之间的距离和顺序标志出来构成的线性图。 通过遗传作图，能反映基因在染色体上的排列以及基因间的遗传距离，清楚地表明基因在基因组中的位置。,典型问题 以三对基因为例，连锁遗传典型分析题目有两类： 1、已知基因间距离（重组率），求杂合体自交产生的配子种类与比例（无干扰或已知符合系数） 例子：在杂合体ABy/abY内，a和b之间的交换值为6%，b和y之间的交换值为10%。(1)在没有干扰的条件下，这个杂合体自交，能产生几种类型的配子？(2)在符合系数为0.26时，配子的比例如何？,解： （1）这个杂合体自交，能产生ABy、abY、aBy、AbY、ABY、aby、Aby、aBY 8种类型的配子。 （2）在符合系数为0.26时，其实际双交换值（%）为： 0.26(0.060.1)100=0.156,ab间交换值by间交换值=0.060.1,故其配子的比例