第四章 连锁遗传与遗传作图ppt课件

1、第四章连锁遗传规律Law of Linkage,分离规律 研究位于一对同源染色体上的一对等位基因的遗传规律,自由组合规律 研究分别位于不同对同源染色体上的几对非等位基因之间的遗传规律,连锁遗传规律 研究位于一对同源染色体上的几对非等位基因之间的遗传规律,非姊妹染色单体不发生交换导致完全连锁,非姊妹染色单体发生交换导致不完全连锁,第一节性状连锁遗传的表现,一、性状连锁遗传的表现,性状连锁遗传现象的发现 Bateson和Punnett于1906在香豌豆的花色和花药形状两对性状的杂交试验中，首先发现性状不按孟德尔自由组合规律遗传的现象。,紫花、长粒花粉(PPLL)红花、圆粒花粉(ppll),紫花、圆

2、粒花粉(PPll)红花、长粒花粉(ppLL),紫花:红花或长粒:圆粒每对等位基因的分离比例都符合3:1的孟德尔分离规律。,试验数据的统计和分析结果,但这两对性状的分离不符合9:3:3:1的比例，也不符合其它基因间互作导致的分离比例，说明这两对性状没有按自由组合规律遗传。 在PPLLppll杂交试验的F2群体中与亲本表型相同的后代数目明显高于非亲本表型的。 因此Bateson和Punnett推测是由于PL和pl这两种亲本型配子多于Pl和pL非亲本型配子的结果。,果蝇的生活周期,普通果蝇(2n =8)属昆虫纲双翅目昆虫。具有生活史短、繁殖率高、染色体数少、饲养简便、突变性状多达400个以上等优点，

3、是遗传学研究的良好材料。 果蝇细胞中包含约13600个基因。在对果蝇与人类基因的比较中发现，三分之二引发人类疾病的基因在果蝇基因组中存在着相似基因。,摩尔根的果蝇杂交试验,测交结果表明，4种基因型间的分离比例不符合基因的自由组合规律。 比例最大的一类同样是与亲本配子型相同的两个基因的组合。 两种亲本型之间的比例以及两种非亲本型之间的比例均接近1:1。,Morgan果蝇测交试验的统计分析结果,亲本(P) pr+pr+vgvg prprvg+vg+,F1 pr+prvg+vg prprvgvg,pr+pr+vgvg prprvg+vg+杂交后代的测交结果,测交后代4种基因型间的比例同样不符合1:1

4、:1:1； 比例最大的仍是与亲本配子基因型相同的两种基因型。,结 论,无论是F2还是测交F1，各基因型之间的比例均不符合Mendel的自由组合规律； 在测交试验中，与亲本表型相同的后代数目总是高于非亲本型后代的数目，表明亲本的这些不同性状有连在一起向后代传递的倾向。但两种亲本型配子间的比例和两种非亲本型配子间的比例都接近11。,连锁遗传：不同性状联系在一起向后代传递的现象。 相引相(coupling phase)：不同显性基因或不同隐性基因相互联系在一起向后代传递。 相斥相(repulsion phase)：显性基因与隐性基因相互联系在一起向后代传递。,相引相,相斥相,Morgan对连锁遗传现

5、象的解释,Morgan提出在相引相中的两对基因可能位于一对同源染色体上。 在相引相中，pr和vg来自同一亲本，由同一条染色体相互联系起来，而pr+和vg+则由另一亲本中的同源染色体相连在一起。 在相斥相中， pr和vg+由同一条染色体相互联系起来，而pr+和vg则由另一亲本中的同源染色体相连在一起。,同一条染色体上基因的遗传,二、完全连锁与拟等位基因,基因的行为与减数分裂中染色体的行为是一致的。因此一对同源染色体上的非等位基因就有可能像一对等位基因那样分离，在后代仍保持在一起。,亲本 灰色、紫眼 黑色、红眼 P b+b+prpr bbpr+pr+,F1 灰色、红眼 黑色、紫眼 b+bpr+pr

6、 bbprpr,灰色、紫眼 黑色、红眼 b+bprpr bbprpr 1 1,灰色、紫眼 灰色、红眼 黑色、红眼 b+b+prpr b+bpr+pr bbpr+pr+ 1 2 1,在测交F1中只出现两种表型，灰色、紫眼和黑色、红眼，它们的比例为1:1，就像是一对等位基因的分离。且测交后代中只有与亲本型相同的表型，说明F1只产生了亲本型的配子。 F1姊妹交或自交，F2也只出现3种基因型和表现型，且按1:2:1的比例分离。 完全连锁(complete linkage)：是指同一染色体上非等位基因不发生分离而被一起传递到下一代的现象。如雄果蝇和雌蚕染色体上的基因不发生交换。,拟等位基因(pseudo

7、alleles)：是指完全连锁的、且控制同一性状的两对或两对以上的非等位基因。它与真正的等位基因的区别在于拟等位基因突变体相互杂交的F1在功能上得到互补，将表现为野生型。,拟等位基因的性状互补现象,三、不完全连锁与重组,不完全连锁(incomplete linkage)：在位于同源染色体上的两对或两对以上非等位基因的杂交试验中，F1通常不仅产生频率高于自由组合所期望的亲本型配子，同时也会产生频率低于自由组合所期望的非亲本型配子，即非等位基因之间的不完全连锁。 交换(cross over)：发生不完全连锁的原因是在减数分裂同源染色体配对过程中，非姊妹染色单体之间的部分片段发生了互换。交换导致相互

8、连锁的基因重新排列产生非亲本型配子(重组型配子)。这就是Morgan的染色体交换假说。,减数分裂中同源染色体之间的交换及其产物,重组的类型及其发生机制,重组(recombination)：产生新基因组合或染色体组合的过程。减数分裂过程中可发生染色体间重组和染色体内重组两种类型的重组。 染色体间重组：是在减数分裂过程中非同源染色体自由组合所产生的。 染色体内重组：是在减数分裂过程中同源染色体非姊妹染色单体之间发生部分交换所产生的。,染色体间重组,对于一对非等位基因来说，由染色体间重组产生的两种重组型在理论上总是占后代的50%，即后代中各种类型各占25%。,染色体内重组,基因交换可发生在任何两个非

9、姊妹染色单体之间，但两个特定基因间的交换不会发生在减数分裂的所有孢母细胞中。 在发生交换的孢母细胞中4个减数分裂产物的50%是重组型的，而在无交换发生的孢母细胞中只产生亲本型，因此即使所有孢母细胞中都发生交换，重组型的数量也不会超过总配子的50%。 但位于同一染色体上的不同基因如果相距很远，也会产生类似自由组合规律的结果。,相引相,相斥相,Morgan的连锁遗传定律,同一染色体上紧密靠近的基因总是相互联系在一起遗传，不进行独立分配(自由组合)，它们的重组是减数分裂过程中染色体片段交换的结果。,第二节重组率的测定,一、连锁的表示法,在连锁遗传中，用一根横线表示一条染色体。线上面的基因位于一条染色

10、体，线下面的基因位于另一条同源染色体上。 两条短横线之间用一个“”表示交换。,二、重组率及其测定,重组率：是指重组型配子占总配子数的百分比，用Rf表示。 Rf (重组型配子数/总配子数) 100% 交换值：重组率通常又称为交换值。但严格地讲，交换值不能等同于重组率。因为非等位基因之间可能发生多重交换，但不一定形成重组型配子，导致用重组率代表交换值会造成偏低估计。,重组率在050%之间变动，重组率越接近0，则连锁强度越大，发生交换的孢母细胞越少。反之，则连锁强度越小，发生交换的孢母细胞越多。,重组率的测定,测交法：用隐性亲本与F1杂合体测交，再根据测交子代性状发生重组的个体数计算重组频率。在测交

11、后代中重组表现型的类型和数目即代表了F1重组型配子的类型和数目。,重组型配子数为151+154， 总配子数为2839。 Rf (305/2839)100% 10.7%,自交法： 计算步骤： 求F2代纯合隐性个体的百分率。 以上百分率开方即得隐性配子的百分率。 两个显性基因配子的百分率等于隐性配子。 相引相的重组配子百分率Rf12(隐性配子百分率)1/2。 相斥相的重组配子百分率Rf2(隐性配子百分率)1/2。,相引相,双隐性个体红花、圆粒比例1338/69520.192 Rf 1-2(0.192)1/20.1212 %,相斥相,双隐性个体红花、圆粒比例1/4190.0024 Rf 2(0.00

12、24)1/20.0989.8 %,第三节染色体作图,染色体作图：确定相互连锁的基因在染色体上的相对位置以及它们之间的遗传距离的过程，又称为基因定位(gene mapping)。,玉米性状基因的连锁图,遗传图距：在基因定位中，将1%的重组率定义为一个遗传图距单位或一个厘摩(cM)。 方法： 两点测验(two-point test crosses) 三点测验(three-point test crosses),一、两点测验,基本原理：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。 番茄果色紫色(P)对红色(p)为显性 有毛茎杆(H)对

13、无毛茎杆(h)为显性,PPHH pphh,PpHh pphh,由于4种测交后代的比例不符合孟德尔两对基因的1:1:1:1分离比例，说明P和H之间存在连锁。其重组率为： Rf (55+60)/800 0.14414.4% 故P与H之间的遗传图距为14.4 cM。,用两点测验法确定三对基因的相对位置,举例：已知玉米籽粒的有色(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。下面将确定C、 Sh、 Wx这三对基因的相对位置。,基本步骤,第一步：确定C和Sh是否连锁，并求出重组率。,CCShSh ccshsh,CcShsh ccshsh,RfC-Sh(15

14、2149)/8368 0.0363.6%,第二步：确定Sh和Wx是否连锁，并求出重组率。,WxWxshsh wxwxShSh,WxwxShsh wxwxshsh,RfWx-Sh(15311488)/14895 0.20320.3%,第三步：根据以上计算结果可以推断出这三个基因的可能排列顺序有如下两种：,第一种,第二种,第四步：计算出Wx和C之间的重组率。,WxWxCC wxwxCCcc,WxwxCc wxwxcc,RfWx-C(739717)/6714 0.21721.7% 因此确认第一种排列方式符合这三对连锁基因的实际情况。,遗传图谱(genetic map)：将基因在染色体上的相对位置和距

15、离描绘出来的图，又称为连锁遗传图谱(linkage genetic map)。在遗传图谱上代表一对等位基因的位置称为基因位点。 遗传图谱的作用： 根据遗传图谱中基因位点间的遗传距离，可以估计出后代各基因型的频率。,PPhh ppHH,PpHh pphh,若P-H之间的遗传距离为14.4 cM，则我们可以预测出测交后代中： PpHh或pphh的比例1/2Rf7.2%； Pphh或ppHh的比例1/2(1Rf)42.8%。,用重组率表示的遗传图距是一个相对值，基因位点间的遗传图距不能等同于位点间的实际物理距离，但两者基本上呈正比； 相同的遗传图距在不同生物中所代表的物理距离可以相差几十倍； 改变测

16、交群体的大小，可能得到基因位点间不同的遗传图距估计值，但位点间的物理距离是不变的； 遗传图谱中只能标明基因位点间的相对位置和距离，而不能确定位点在染色体上的具体位置以及它们位于哪一条染色体上。,两点测验的特点,方法简单； 若用于确定3对以上非等位基因的位置，则需进行多次不同的杂交和测交，工作量大； 由于杂交亲本的遗传背景、后代群体的大小和生长条件等的变化，常导致两点测验的准确性较低。,二、三点测验,基本原理：通过一次杂交和一次用隐性亲本测交，同时确定三对基因在染色体上的位置。 特点： 可以纠正两点测验的缺点，使估算的交换值更加准确； 通过一次试验可以同时确定三对连锁基因的位置。,VvBbLl

17、vvbbll,对于v-b这对基因之间的4种基因型： vb30219321 +29820318 v+ 10572177 +b 11580195 四种基因型比例不符合1:1:1:1的比例，因此v-b之间是连锁的。其中、为重组配子类型，因此： Rfv-b()/1011 36.8%,1. 三点杂交,b-l的四种基因型： bl30280382 +29872370 b+11519134 +l10520125 同理可以判断b-l之间也是连锁的，其中、为重组配子类型，因此： Rfb-l()/1011 25.6%,v-l的四种基因型： vl302105407 +298115413 v+721991 +l8020

18、100 v-l之间也是连锁的，其中重组配子型为、，因此： Rfv-l()/1011 18.9%,因此v和b之间的重组频率最高，应当相距最远，l在v和b位点之间，用遗传图表示如下：,由此可见，通过一次三因子杂交和测交分析，不仅可以确定3个基因间的遗传距离，而且还可以弄清楚它们在染色体上的排列顺序。,2. 双交换与染色体作图,从上述遗传图中可以看出v与b之间的遗传距离应等于44.5cM，比直接计算出来的v与b之间的遗传距离36.8cM高出7.7cM，其原因何在？,44.5,从表格中可以看出，和类型的配子比例最高，应为亲本型，因此三因子杂合体基因型应为+/vlb。而比例最低的两种类型为和，其基因型分

19、别为+l+和v+b，与+/vlb基因型相比较，可以发现它们是由于v与l、以及l与b之间各发生了一次交换的结果。,对于v与b而言，双交换类型与亲本型没有区别，这就导致了前面在直接计算v与b之间的遗传图距时出现偏低估计。由于双交换类型是两次单交换的结果，为了对此进行校正，因此在计算v-b之间的遗传图距时双交换类型必须计入两次： Rfv-b() 2()/1011 45.5%,双交换(double crossover)：在一段染色体区域同时发生两次交换的现象。由双交换形成的重组型配子称为双交换型配子。 双交换类型在三因子测交后代中数目最少是其显著特征。 当两个基因相距小于5cM时，不易发生双交换； 若

20、两个基因相距很远，则易发生双交换乃至多重交换。 单交换(single crossover)：在一段染色体区域只发生一次交换的现象。,3. 利用三点测验数据直接推导基因排列顺序及遗传图距,根据亲本型配子比例最高的原则，可以确定+和vbl为亲本型配子，因此三因子杂合体的基因型以及基因的排列顺序有三种可能：+/vbl、+/vlb、+/bvl； 根据双交换型配子比例最低的原则，可以确定+l+和v+b为双交换型配子； 三种可能的杂合体基因型中只有+/vlb才能产生+l+和v+b双交换型配子，因此可以确定三个基因的正确排列顺序应为v-l-b。,计算遗传图距： v与b之间的双交换值(20+19)/10113

21、.86%； v与l之间的单交换值(80+72)/1011100% + 3.86%18.9%； l与b之间的单交换值(115+105)/1011100% + 3.86%25.6%。,三、干扰与符合,在双交换中若各个单交换事件是独立发生的，则双交换发生的概率应为两次单交换频率的乘积，如v-l的交换值为18.9%，l-b的交换值为25.6%，两者的乘积为4.84%，但实际的双交换值为3.86%，可见v-l间的交换和l-b间的交换不是独立的，说明一个区域的交换可能影响相邻区域再发生交换的频率。,干扰(interference)：实际的双交换值与理论上期望得到的双交换值不相符的现象。 符合系数(C)：实

22、际获得的双交换类型的数目或频率与理论上期望得到的双交换类型的数目或频率的比值。 C实际双交换值/理论双交换值 干扰值(I)1C I0，无干扰，理论值与观察值一致，C1； I1，无双交换发生； 0I1，存在干扰现象，理论值与观察值不一致。,四、连锁群,连锁群(linkage map)：位于同一染色体上的所有基因构成一个连锁群。对于一个有n对同源染色体的个体，就有n个连锁群。 绘制方法： 在绘制连锁群的遗传图时，以排列于最端部的位点为0，从上端或左端开始向下或向右按顺序排列。图中的遗传距离从0位点开始，采用累加方式表示。 如果发现新的基因，可补充入遗传图谱，如果新基因位于最顶端位点的上部或最左边位

23、点的前面，则0就让位于新基因。,玉米的连锁遗传图,五、连锁交换定律的应用,连锁规律的发现，证实了染色体是控制性状遗传的基因的载体。通过交换值的测定进一步确定基因在染色体上具有一定的距离和顺序，呈直线排列。这为遗传学的发展奠定了坚实的科学基础。 指导杂交育种工作：为了打破连锁，可根据交换值的大小而确定种植群体和后代选择的数量。,如水稻抗稻瘟病基因(P)与晚熟基因(L)都是显性，且它们是连锁遗传关系，交换值为2.4%，如果让一个抗病、晚熟的品种和一个感病、早熟的品种杂交，计划在F3代选出抗病、早熟(PPll)的5株纯合株系。根据连锁规律，首先推算出F1产生的配子种类，然后根据交换值计算Pl配子所占

24、比例。,F2代中出现抗病、早熟(P_ll)的概率为(1.2%)2+2 (48.8%1.2%)=1.19%，其中PPll纯合体的概率仅为1.4410-5。所以要想从F3代选出的5株抗病、早熟(PPll)的纯合株系，F2群体至少要3.5万株。,第四节真菌类的着丝粒作图,一、红色面包霉的特点,真菌类的子囊菌具核结构，属真核生物；个体小，生长迅速，易于培养；除可进行无性生殖，也可进行有性生殖。 无性世代是单倍体，染色体结构和功能类似于高等生物，染色体上每个基因不管是显性还是隐性都可直接表现出来。,红色面包霉的生活史,二、四分子分析,红色面包霉的有性过程是由两个不同的交配型菌丝通过接合受精形成二倍体的合子(2n)。二倍体合子立即进行两次减数分裂，产生出4个单倍体的子囊孢子，称为四分孢子或四分子。对四分子进行遗传分析就叫四分子分析(tetrad analysis)。 四分子再经过一次有丝分