第六章染色体及连锁群

1、第六章 染色体和连锁群Chromosome and Linkage group基本知识遗传的染色体假说：Sutton在1903年根据基因的行为与染色体的行为的平行关系提出了遗传的染色体假说。遗传的染色体学说：Sutton提出的遗传的染色体假说由摩尔根的学生Bridges在1916年发现果蝇X染色体不分开现象得到充分的证实。因此，基因在染色体上的假说也就成了学说。染色体与基因的关系：一条染色体上不只是一个基因，而是带有很多基因，并且在染色体上是以直线方式排列的。6.1 基因连锁的发现1906年,W.Bateson和R.C.Punnet研究了香豌豆两对性状的遗传。一对是花的颜色,紫花对红花为显性，

2、一对是花粉形状，长形对圆形为显性。紫长PPLL 红圆ppll紫长PpLl 紫长 紫圆 红长 红圆 P_L_ P_ll ppL_ ppll观察数 284 21 21 55按孟德尔理论数 215 71 71 24花色和花粉形状分离比符合3:1，表明都是由单基因控制的，但不符合两对因子的分离比9:3:3:1Punnet 认为似乎两对基因在杂交子代中的组合并不是随机的，而是原来属于同一亲本的两个基因更倾向于进入同一配子，此叫做相引(coupling)，原来属于不同亲本的两个基因之间在形成配子时相互排斥，称为相斥(repulsion)。紫圆PPll 红长ppLL紫长PpLl 紫长 紫圆 红长 红圆 P_

3、L_ P_ll ppL_ ppll 观察数 226 95 97 1按孟德尔理论数 235.8 78.5 78.5 26.2结果和前次的相近，仍不符合孟德尔定律，亲本组合比理论数多，重组组合比理论数少。 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、B时，这些基因被称为处于相引相(couplingphase)(AB/ab)；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，则称为相斥相(repulsion phase)(Ab/aB)。 赫钦森(C. B. Hetchinson,)玉米测交试验 籽粒颜色： 有色(C)、无色（c） 籽粒饱满程度：饱满(Sh)、凹陷(sh)

4、 相引相测交试验； 相斥相测交试验。测交：相引相测交：相斥相亲本表现型亲本基因型F1表 现 型F1基 因 型Ft表 现 型 有色饱满 有色凹陷 无色饱满 无色凹陷Ft基 因 型CcShshCcshshccShshccshshFt个 体 数6382137921096672比 例(%)1.548.848.21.5有色饱满CcShsh有色凹陷无色饱满CCshshccShSh1910年，Morgan和Bridges用果蝇进行了大量的杂交实验，提出了连锁交换定律，被后人誉为遗传的第三定律。红长 紫残 PPVV ppvv红长PpVv 紫残 ppvv红长 紫残 红残 紫长PpVv ppvv Ppvv ppV

5、v 1339 1195 151 154 果蝇红眼对紫眼为显性，长翅对残翅为显性红残 紫长 PPvv ppVV红长PpVv 紫残 ppvv红长 紫残 红残 紫长PpVv ppvv Ppvv ppVv 157 146 965 1067 结果同Bateson等一样，都是亲本组合多于理论 数，重组组合少于理论数。pvpvPPVVPpvPV配子PVpvF1两对位于同一染色体上等位基因的简单遗传连锁交换规律处在同一染色体的两个或两个以上的基因遗传时，联合在一起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过程中，同源染色体的非姐妹染色单体间发生了局部交换的结果。连锁和交换的重组称为染色体内重组(i

6、ntra-chromosomal recombination)，因染色体自由组合而 产 生 的 重 组 称 为 染 色 体 间 重 组 ( i n t e r -c h r o m o s o m a l r e c o m b i n a t i o n ) 。pvPVPVpvpPvV减数分裂中染色体的交换亲代染色体 减数分裂 交换的染色体 染色体交换连锁与交换的遗传机理PF1同源染色体联会 (偶线期)非姊妹染色单体交换 (双线期)终变期交叉与交换的关系交叉与交换的关系1. 区别：交叉指的是一种细胞学现象，在显微镜下可见。交换是一种遗传学的概念，在显微镜下不能看 到，只能通过子代的表型来推算

7、它的发生与否。2. 联系：交叉是交换的结果（先交换后交叉）。6.2 基因重组与染色体交换的证实 1931年,McClintock和她的女博士生B.Creighton以玉米为材料进行了一项试验，为染色体交换导致遗传重组提供了第一个有力的证据。Barbara Mcclintock(1902-92)Harriet B.Creighton(1909-)9号染色体，色素基因C有色对c无色，非糯Wx对糯wxcWxCwx纽结(knob)来自第8号染色体的附加片段减数分裂配 子cWxcwxCwxCWxcWxCwxcWxcwxcWxcwxCwxCWxcWxcWxcWxcwxcwxcWxcwxcwxCWxcWxc

8、wxCWxCwxcWxCwxcwxcWxcwx有色非糯在B.Creighton和McClintock的结果发表没几周，C.Stern又发表了果蝇实验的证据。Curt Stern(1902-81)减数分裂配 子c+C +Y染色体的易位片段缺失的片段cBC+CBcB果蝇X染色体，c为隐性突变，纯合体为粉红色，正常为红色，B为显性突变，表型为棒状眼。c+c+C +cBc+C+CBcBc+C+C+c+CBCBc+c+c+c+cBcB6.3 交换和重组值染色体内重组是交换的结果，但交换不一定导致重组。两基因间发生奇数次交换才导致重组。不能进行自由组合的基因群称为连锁群(linkage group)，排列

9、在同一条染色体上及其同源染色体上的基因属于同一连锁群。一个二倍体生物的连锁群数应和其染色体对数相等。在少数的生物中如雄果蝇和雌家蚕都不发生重组，称为完全连锁。1922年英国的J.B.S.Haldane提出，凡较少发生交换的个体必定是异配性别个体。雄果蝇及雌蚕的连锁基因一般不发生交换，为完全连锁。雄果蝇及雌蚕的连锁基因一般不发生交换，为完全连锁。*摩尔根说这是由于基因之间的交换（crossing over）产生的。这种连锁，后来叫不完全连锁（non-complate linkage)如果两个位置间发生交换，就导致两个连锁基因的重组，即不完如果两个位置间发生交换，就导致两个连锁基因的重组，即不完全

10、连锁。全连锁。发生交换的所产生的配子中，亲本组合和重组合各占发生交换的所产生的配子中，亲本组合和重组合各占50%50%。如如F F1 1性母细胞减数分裂时有性母细胞减数分裂时有6%6%的发生有效交换，则有的发生有效交换，则有3%3%的重组配的重组配子。子。. .概念：概念： 交换值（重组值）交换值（重组值）: :在测交实验中重组型在测交实验中重组型配子占所有配子占所有 类型配子总数的百分数。类型配子总数的百分数。 重组值重组值= 一般用测交方法进行一般用测交方法进行 重组值重组值= 重组型配子数重组型配子数 全部配子总数全部配子总数100% 测交后代重组型数测交后代重组型数 测交后代总数测交后

11、代总数100%100%交换值交换值. .交换值的含义：交换值的含义：(1)(1)、交换值不可能大于、交换值不可能大于50%50%。 (2)(2)、交换值的大小代表了连锁基因的连锁、交换值的大小代表了连锁基因的连锁强度，反映了基因间在色体上的相对距离强度，反映了基因间在色体上的相对距离 。0 0时时 ？ 50%50%时时 ？ 0- 50%0- 50%时？时？(3)(3)、它反映了发生交换的细胞占细胞总数、它反映了发生交换的细胞占细胞总数的百分率。的百分率。. .连锁与交换规律的实质：连锁基因在遗连锁与交换规律的实质：连锁基因在遗传传递中共同行动而表现出完全连锁；又传传递中共同行动而表现出完全连锁

12、；又由于在形成配子中部分细胞的同源染色体由于在形成配子中部分细胞的同源染色体之间发生了交换，所以产生了少量重组类之间发生了交换，所以产生了少量重组类型而表现出不完全连锁。（连锁基因在染型而表现出不完全连锁。（连锁基因在染色体上呈直线排列并在遗传上表现出连锁色体上呈直线排列并在遗传上表现出连锁与交换现象。与交换现象。Morgan 1911年的有一天，他说，我突然理解到连锁强度的变化与基因之间的距离的关系。 讨论：重组配子讨论：重组配子50%当全部孢母细胞发生交换，结果产生当全部孢母细胞发生交换，结果产生1/2亲型配子，亲型配子，1/2重组型配子（等于重组型配子（等于独立遗传）独立遗传）重组率测定

13、玉米籽粒的糊粉层颜色基因C和饱满度基因Sh是连锁的。杂交亲本为相引相时，有如下结果：有色饱满 无色凹陷 CSh/CSh csh/csh 无色凹陷 csh/csh有色饱满 有色凹陷 无色饱满 无色凹陷 CSh/csh Csh/csh cSh/csh csh/csh 4032 149 152 4035有色饱满 CSh/csh重组型重组率RF=301/8368=3.6%基因间的距离越长，发生交换的机会越多，因此交换值(crossing-over value) 的大小可以用来表示基因间距离的长短。但由于无法直接测定交换率，只有通过基因的重组率(recombination frequency)来估计交换

14、频率。重组频率(RF)=重组型配子数目/(亲组型配子数目+重组型配子数目)。单位是图距单位m.u.(map unit)或厘摩(centimorgan, cM)。有时虽发生了交换(如双交换)，但没有导致重组，因此，重组值并不完全等于交换值,而是重组值小于交换值。在图距10以内曲线近似直线，重组率几乎等于交换率，可直接看作是图距。当图距大于10时，重组率总是小于交换率，不能直接被看作为图距，必须加双交换的值予以校正。重组率最大值不可能超过50%。 Haldane图谱函数,示交换值和真实图距的关系0 0101020203030404050500 01 12 23 34 4相应的图距单位（100 x，

15、x是交换率）观察到的重组值RF(%)6.4 基因定位与染色体作图6.4.1 基因直线排列原理及相关概念基因定位(gene mapping)：根据重组值确定不同基因在染色体上的相对位置和排列顺序的过程。染色体图(chromosome map)：又称基因连锁图(linkage map)或遗传图(genetic map)。依据基因之间的交换值(或重组值)，确定连锁基因在染色体上的相对位置而绘制的一种简单线性示意图。图距(map distance)：1%重组值(交换值)去掉其百分率的数值定义为一个图距单位(map unit, mu)，后人为了纪念现代遗传学的奠基人Morgan，将图距单位称为厘摩(ce

16、ntimorgan, cM)，1cM=1%重组值去掉%的数值。任何3个距离较近的a,b,c连锁基因，若已分别测得a,b和 b,c间的距离，那么a,c间的距离，就必然等于前二者距离的和或差。这就是摩尔根学生A.H.Sturtevant第一次提出的基因的直线排列原理。Alfred H.Sturtevant1891-1970在果蝇X染色体上，除白眼(w)、黄体(y)基因外，还有隐性的粗脉翅(bi)基因，经测交得知biw的交换值为5.3% (5.3cM)，wy的距离为1.1cM，那么biy的距离究竟是多少？从理论上推测，这取决于w、y、bi这三个基因在X染色体上的排列顺序，它们不外乎下列两种方式:(1

17、)wybi或(2)ywbi。决定哪一种是合理的排列就必须测定biy的交换值。测交的结果为5.5%(5.5cM)。这样经过3次两点测交(two-point testcross)，就可把第(2)种排列关系确定下来。两点测验：通过三次亲本间两两杂交，杂种F1与双隐性亲本测交，考察测交子代的类型与比例。例：玉米第9染色体上三对基因间连锁分析：子粒颜色：有色(C)对无色(c)为显性；饱满程度：饱满(SH)对凹陷(sh)为显性；淀粉粒：非糯性(Wx)对糯性(wx)为显性.(1).(CCShShccshsh)F1ccshsh(2).(wxwxShShWxWxshsh)F1 wxwxshsh(3).(wxwx

18、CCWxWxcc)F1wxwxcc两点测验的3个测交结果两点测验：步骤(2/3)2. 计算三对基因两两间的交换值 估计基因间的遗传距离。两点测验：步骤(3/3)3. 根据基因间的遗传距离确定基因间的排列次序并作连锁遗传图谱。C-Sh: 3.6Wx-Sh: 20Wx-C: 22两点测验：局限性1. 工作量大，需要作三次杂交，三次测交；2. 不能排除双交换的影响，准确性不够高。当两基因位点间超过五个遗传单位时，两点测验的准确性就不够高。6.4.2 三点测交(three-point testcross)与染色体作图为了进行基因定位，摩尔根和他的学生Sturtevant改进了上述两点测交，创造了三点测

19、交方法，即将3个基因包括在同一次交配中。进行这种测交，一次实验就等于3次两点试验。已知在果蝇中棘眼(ec)、截翅(ct)和横脉缺失(cv)这3个隐性突变基因都是X连锁的。把棘眼、截翅个体与横脉缺失个体交配,得到3个基因的杂合体ec ct +/+ + cv (ec、ct、cv的排列不代表它们在X染色体的真实顺序)，取其中3杂合体雌蝇再与3隐性体ec ct cv/Y雄蝇测交，测交后代如下表。序号表型实得数1ec ct +2125亲本型2+ + cv22073ec + cv273单交换I型4+ ct +2655ec + +217单交换II型6+ ct cv2237+ + +5双交换型8ec ct c

20、v3合计5318ec ct +/ + + cv ec ct cv/Y测交后代数据结果分析1、归类2、确定正确的基因顺序 用双交换型与亲本类型相比较，发现改变了位置的那个基因一定是处于中央的位置，因为双交换的特点是旁侧基因的相对位置不变，仅中间的基因发生变动。于是可以断定这3 个基因正确排列顺序是ec cv ct。亲本型ec ct + + cv双交换型+ + +ec ct cv3、计算重组值，确定图距(1)、计算ctcv的重组值 忽视表中第一列(ec/+)的存在，将它们放在括弧中，比较第二、三列：(ec) ct +2125非重组(+) + cv2207(ec) + cv273非重组(+) ct

21、+265(ec) + +217重组(+) ct cv223(+) + +5重组(ec) ct cv3ctcv间重组率=(217+223+5+3)/5318=0.0842=8.42%=8.42cM3、计算重组值，确定图距(2)、计算eccv的重组值 忽视表中第二列(ct/+)的存在，将它们放在括弧中，比较第一、三列：ec (ct) +2125非重组+ (+) cv2207ec (+) cv273重组+ (ct) +265ec (+) +217非重组+ (ct) cv223+ (+) +5重组ec (ct) cv3eccv间重组率=(273+265+5+3)/5318=10.2%=10.27cM3

22、、计算重组值，确定图距(3)、计算ecct的重组值 忽视表中第三列(+/cv)的存在，将它们放在括弧中，比较第一、二列：ec ct (+)2125非重组+ + (cv)2207ec + (cv)273重组+ ct (+)265ec + (+)217重组+ ct (cv)223+ + (+)5非重组ec ct (cv)3ecct间重组率=(273+265+217+223)/5318=18.39%=18.39cM4、绘染色体图eccvct10.278.4218.3918.69在计算eccv和cvct的重组值时都利用了双交换值，可是计算ecct时没把它计在内，因为它们间双交换的结果并不出现重组。所以

23、ecct之间的实际双交换值应当是重组值加2倍双交换值。即18.39%+20.15%=18.69%。当三点测交后代出现8种表型时,表明有双交换发生,此时需用2倍双交换值来作校正。若3个基因相距较近，往往不出现双交换类型,后代只有6种表型,无需校正。5、资料整理表型实得数比例重组发生在eccvcvctecctec + ct212581.5%+ cv +2207ec cv +27310.1%+ + ct265ec + +2178.3%+ cv ct223+ + +50.1%ec cv ct3总计5318110.2%8.4%18.4%亲本的基因型为：ec + ctec + ct+ cv +ec + c

24、t+ cv +ec cv ct0.0 1.030.7 33.757.6ywvmrSturtevant在1913年绘制的第一张基因连锁图(果蝇X染色体)(括号内为现在较为精确的数据)y:黄体 w:白眼 v:辰砂眼 m:小翅 r:斜截翅(1.5)(33.0) (36.1)(54.5)染色体作图每个基因的位置是用从一组连锁基因的一端算起的图距来表示。一般以最左端的基因位置为0，其他基因的位置通过它与最邻近的基因间的重组率之和来确定。随着研究的进展，发现有新的基因在更左端时，就把0点的位置让位给新的基因，其余的基因座作相应的移动。重组率在050%之间，但在遗传图上，可以出现50个单位以上的图距。因此要从图上数值得知基因间的重组率只限于邻近的