真核生物的遗传分析

1、第一节第一节 真核生物基因组真核生物基因组n一、基因组与一、基因组与 C值值 基因组：基因组：一个物种单倍体的染色体数目一个物种单倍体的染色体数目及其所携带的全部基因称为该物种的基及其所携带的全部基因称为该物种的基因组。因组。 C值：一个物种单倍体基因组的值：一个物种单倍体基因组的DNA含含量是相对含量是恒定的，通常称为该物量是相对含量是恒定的，通常称为该物种种DNA的的C值。不同物种值。不同物种C值差异很大。值差异很大。n从原核生物到真核生物。其基因组大小从原核生物到真核生物。其基因组大小和和DNA含量是随生物进化复杂程度的增含量是随生物进化复杂程度的增加稳步上升的。随生物结构和功能复杂加稳

2、步上升的。随生物结构和功能复杂程度的增加，需要的基因产物越多，所程度的增加，需要的基因产物越多，所以以C值就越大。值就越大。 最小的最小的C C值值: :支原体支原体(10(106 6bp),bp), 最大的最大的C C值值: :某些显花植物和两栖动物某些显花植物和两栖动物(10(101111bp)bp) nC值悖理：值悖理：C值大小不能完全说明生物进化和值大小不能完全说明生物进化和遗传复杂性的高低，即物种的遗传复杂性的高低，即物种的C值和他进化复值和他进化复杂性之间没有严格的对应性，这种现象称杂性之间没有严格的对应性，这种现象称C值值悖理。悖理。nC值悖理现象使人们认识到真核生物基因组中值悖

3、理现象使人们认识到真核生物基因组中比如存在大量不编码的比如存在大量不编码的DNA序列。序列。一般而言，一般而言，越是简单的生物，基因组中不编码蛋白质的越是简单的生物，基因组中不编码蛋白质的DNA序列越少。序列越少。它们的结构基因的数目越接近它们的结构基因的数目越接近于相应于相应DNA含量所估计的基因数。含量所估计的基因数。二、真核生物基因组的结构特点：二、真核生物基因组的结构特点： A.A.真核生物基因组大部分位于细胞核中，一般真核生物基因组大部分位于细胞核中，一般由多条染色体组成，每条染色体又是由由多条染色体组成，每条染色体又是由DNA分子与蛋白质稳定地结合成染色质的分子与蛋白质稳定地结合成

4、染色质的多级结构。多级结构。B.B.每条染色体的每条染色体的DNA分子具有多个复制起点，分子具有多个复制起点，基因内存在着不表达的插入序列，即内含子。基因内存在着不表达的插入序列，即内含子。功能上密切相关的基因集中程度不如原核生功能上密切相关的基因集中程度不如原核生物，在真核生物中尚未见到有关操纵子的报物，在真核生物中尚未见到有关操纵子的报道。道。C.C.存在大量不编码蛋白质的存在大量不编码蛋白质的DNA序列，果蝇的基序列，果蝇的基因数约为因数约为5000个，占基因组个，占基因组DNA序列的序列的10左右，人的基因数推测为左右，人的基因数推测为50000个，约占基因个，约占基因组组DNA序列的

5、序列的1。D.D.真核生物的蛋白质编码基因往往位于基因组真核生物的蛋白质编码基因往往位于基因组DNA单拷贝序列中，除单拷贝序列外还存在大单拷贝序列中，除单拷贝序列外还存在大量重复序列（量重复序列（repeat sequence），重复序列），重复序列的拷贝数可高达百万份以上，在人的基因组中，的拷贝数可高达百万份以上，在人的基因组中，至少具有至少具有20份拷贝的份拷贝的DNA，占总占总DNA的的30左右。左右。E.E.真核生物基因组中，有许多结构相似、真核生物基因组中，有许多结构相似、功能相关的基因组成所谓的基因家族功能相关的基因组成所谓的基因家族（gene families）。）。F.F.真核

6、生物除了主要的核基因组外，还有真核生物除了主要的核基因组外，还有细胞器基因组，而且细胞器基因组对生细胞器基因组，而且细胞器基因组对生命是必须的，不像原核生物质粒命是必须的，不像原核生物质粒DNA基基因对细菌生存不是必须的。因对细菌生存不是必须的。 真核生物基因组真核生物基因组DNA序列的复杂度序列的复杂度n一、重复序列的检测一、重复序列的检测 通过复性动力学来检测基因组通过复性动力学来检测基因组DNA序列序列的复杂性。的复杂性。 推导出推导出C/C0=1/（1+k C0 t) 其中其中C为单链为单链DNA的浓度，的浓度，t为时间为时间（单（单位为位为s）， k 为重组速率常数为重组速率常数（单

7、位是（单位是Lmols）， C0是是DNA总浓度。总浓度。v当当t=0时，时，C= C0，表明所有，表明所有DNA都是单都是单链。链。vC0 t曲线：曲线： C/C0是起始浓度和经过时间的乘积是起始浓度和经过时间的乘积C0 t的函数，这样的函数绘制的图称的函数，这样的函数绘制的图称。v若当若当t= t1/2时，即时，即C/C0=1/2时，也就是时，也就是50%单单链复性时，则上式方程式为链复性时，则上式方程式为C0 t1/2=1/ k。v若基因组中每一种基因只有一个，即都是单拷若基因组中每一种基因只有一个，即都是单拷贝，则基因组愈大则基因组的复杂性愈大，复贝，则基因组愈大则基因组的复杂性愈大，

8、复性速率愈小，性速率愈小， k愈小，则愈小，则C0 t1/2愈大，所以愈大，所以C0 t1/2与非重复序列的基因组大小成正比。即：与非重复序列的基因组大小成正比。即： 基因组基因组A的的C0 t1/2 基因组基因组B的的C0 t1/2 基因组基因组A的核苷酸对数的核苷酸对数 基因组基因组B的核苷酸对数的核苷酸对数=n二、二、DNA序列的类别序列的类别v（一）单拷贝序列（一）单拷贝序列（unique sequence)：非重复序列，在一个基因组中只有一个非重复序列，在一个基因组中只有一个拷贝或拷贝或2-3个拷贝。真核生物大多数基因个拷贝。真核生物大多数基因在单倍体中都是单拷贝的。动物细胞基在单倍

9、体中都是单拷贝的。动物细胞基因组中将近一半因组中将近一半DNA是中度或高度重复是中度或高度重复的，特别是植物和两栖类生物中单拷贝的，特别是植物和两栖类生物中单拷贝DNA序列降低，而中度和高度重复序列序列降低，而中度和高度重复序列增加。增加。v（二）中度重复序列（二）中度重复序列（moderately repetitive sequence)：重复单位长度约：重复单位长度约300bp，重复次，重复次数为数为10102，人的珠蛋白基因属于这种少量重，人的珠蛋白基因属于这种少量重复序列。另一类中度重复序列的重复次数为复序列。另一类中度重复序列的重复次数为103 105，该序列常以，该序列常以回文序列

10、方式回文序列方式出现在基出现在基因组的许多位置上，一些回文序列中间间隔着因组的许多位置上，一些回文序列中间间隔着单拷贝序列，另一些中间不存在单拷贝序列，单拷贝序列，另一些中间不存在单拷贝序列，因此经过变性复性后，前者可看到茎因此经过变性复性后，前者可看到茎-环结构，环结构，后者可形成发夹结构。后者可形成发夹结构。P116图图6-6v（三）高度重复序列（三）高度重复序列（high repetitive sequence)，一般重复次数在，一般重复次数在106以上，以上，通常这些序列长度为通常这些序列长度为6-200bp，如卫星，如卫星DNA。大多集中在异染色质区，特别在着。大多集中在异染色质区，

11、特别在着丝粒和端粒附近。常带有一些丝粒和端粒附近。常带有一些AT含量很高含量很高的简单串联重复序列。因序列简单，缺乏的简单串联重复序列。因序列简单，缺乏转录所必须的启动子，故无转录能力。但转录所必须的启动子，故无转录能力。但复制能力却和单一序列一样快。复制能力却和单一序列一样快。n三、卫星三、卫星DNA （satellite DNA） 概念：对一个物种来说，当基因概念：对一个物种来说，当基因DNA切切断成数百个碱基的片段进行超速离心时，断成数百个碱基的片段进行超速离心时，其浮力密度曲线是覆盖一定浮力密度范其浮力密度曲线是覆盖一定浮力密度范围的，但有些围的，但有些DNA片段都含有异常高或片段都含

12、有异常高或异常低的异常低的GC含量，常在主要含量，常在主要DNA带的前带的前面或后面有一个次要的面或后面有一个次要的DNA带相伴随，带相伴随，这些小的区带就象卫星一样围绕着这些小的区带就象卫星一样围绕着DNA主带，称卫星主带，称卫星DNA。高度重复顺序的功能高度重复顺序的功能1. 调节反向序列常存在于调节反向序列常存在于DNA复制起点区的附复制起点区的附近。另外，许多反向重复序列是一些蛋白质近。另外，许多反向重复序列是一些蛋白质（包括酶）与（包括酶）与DNA的的结合位点结合位点2. 参与基因表达的调控参与基因表达的调控DNA的重复顺序可以转的重复顺序可以转录到核内不均一录到核内不均一RNA（h

13、nRNA）分子中，并）分子中，并形成发夹结构，这对形成发夹结构，这对稳定稳定RNA分子分子，免遭分解，免遭分解有重要作用有重要作用3. 参与转位作用参与转位作用 几乎所有转位因子的末端都包括反向几乎所有转位因子的末端都包括反向重复顺序，长度由几个重复顺序，长度由几个bp 到到1400bp，形成回文结构，在转位作用中既能连接形成回文结构，在转位作用中既能连接非同源的基因，又可以被参与转位的特非同源的基因，又可以被参与转位的特异酶所识别。异酶所识别。4. 与进化有关与进化有关 不同种属的高度重复顺序，具有种属特不同种属的高度重复顺序，具有种属特异性，但相近种属又有相似性。如：人异性，但相近种属又有

14、相似性。如：人与非洲绿猴的与非洲绿猴的卫星卫星 DNA长度仅差长度仅差1个碱个碱基（前者为基（前者为171 bp，后者为，后者为172bp），），而且碱基序列有而且碱基序列有65是相同的，表明它是相同的，表明它们来自共同的祖先们来自共同的祖先5. 同一种属中不同个体的高度重复顺序同一种属中不同个体的高度重复顺序的重复次数不一样，这可以作为每一个的重复次数不一样，这可以作为每一个体的特征，即体的特征，即DNA指纹指纹6. 卫星卫星 DNA 成簇的分布成簇的分布在染色体着丝在染色体着丝粒附近，可能粒附近，可能与与减数分裂时染色体配对减数分裂时染色体配对有关有关，即同源，即同源染色体之间的联会可能依

15、染色体之间的联会可能依赖于具有染色体专一性的特定卫星赖于具有染色体专一性的特定卫星DNA顺序顺序第二节第二节 真菌类的遗传分析真菌类的遗传分析n 红色面包霉的特点红色面包霉的特点n易于繁殖、培养、管理；易于繁殖、培养、管理；n可直接观察基因表现，无需测交；可直接观察基因表现，无需测交；n可获得、分析单次减数分裂的结果；等。可获得、分析单次减数分裂的结果；等。n红色面包霉减数分裂特点：红色面包霉减数分裂特点：n每次减数分裂结果每次减数分裂结果(四个分生孢子，四个分生孢子，或其有丝分裂产或其有丝分裂产生的八个子囊孢子生的八个子囊孢子)都保存在一个子囊中；都保存在一个子囊中；n四分子或八分子在子囊中

16、呈直线排列四分子或八分子在子囊中呈直线排列直列四分直列四分子，直列八分子子，直列八分子，具有严格的顺序，具有严格的顺序。一、顺序四分子及其遗传分析一、顺序四分子及其遗传分析n四分子分析四分子分析(tetrad analysis)：n红色面包霉减数分裂的红色面包霉减数分裂的4个产物保留在一起个产物保留在一起，称四分子，称四分子，对四分子表现进行的遗传分析对四分子表现进行的遗传分析，称为四分子分析。，称为四分子分析。n四分子分析的优越性：四分子分析的优越性：1、可把着丝粒看作一个、可把着丝粒看作一个座位座位2、子囊孢子的对称性，证明减数分裂是一个交互、子囊孢子的对称性，证明减数分裂是一个交互过程。

17、过程。3、可以检验染色单体的交换是否有干涉，还可、可以检验染色单体的交换是否有干涉，还可用于基因转变的研究。用于基因转变的研究。4、证明双交换可以包括、证明双交换可以包括4线中的线中的两线、两线、3线或线或4线。线。（一）染色体作图（一）染色体作图（centromere mapping)：利用四分：利用四分子分析法，测定基因与着丝粒间的距离。子分析法，测定基因与着丝粒间的距离。n染色体作图的依据：在非姐妹染色单体间没有发生着丝染色体作图的依据：在非姐妹染色单体间没有发生着丝粒和基因间交换的减数分裂，称第一次分裂分离（粒和基因间交换的减数分裂，称第一次分裂分离（first-division se

18、gregation)或叫或叫M1模式分离。模式分离。 P118 若发生了交换，称第二次分裂分离（若发生了交换，称第二次分裂分离（second-division segregation)或称或称M2模式分离。模式分离。P118 例：红色面包霉的连锁与交换例：红色面包霉的连锁与交换n红色面包霉有一个与赖氨酸合成有关的基因红色面包霉有一个与赖氨酸合成有关的基因(lys)：n野生型野生型能够合成赖氨酸，记为能够合成赖氨酸，记为lys+，能在基本培养，能在基本培养基基(不含赖氨酸不含赖氨酸)上正常生长，成熟子囊孢子呈黑色；上正常生长，成熟子囊孢子呈黑色；n突变型突变型不能合成赖氨酸，称为赖氨酸缺陷型，记

19、为不能合成赖氨酸，称为赖氨酸缺陷型，记为lys-，在基本培养基上生长缓慢，子囊孢子成熟较迟，在基本培养基上生长缓慢，子囊孢子成熟较迟，呈灰色。呈灰色。n用用不同接合型不同接合型的的lys+和和lys-杂交，可预期八个孢子中杂交，可预期八个孢子中lys+和和lys-呈呈4:4的比例，事实也是如此。的比例，事实也是如此。n在对子囊进行在对子囊进行镜检镜检时发现孢子中时发现孢子中lys+和和lys-有六种排列方式有六种排列方式，即我们教材，即我们教材p80表表3-7所示的六种排列方式。所示的六种排列方式。P80 P80 表表3-73-7粗糙脉孢菌粗糙脉孢菌+X-+X-杂交子代子囊类型杂交子代子囊类型

20、(1)(1)(2)(2)(3)(3)(4)(4)(5)(5)(6)(6)子子囊囊类类型型+ + +- - - - -+ + + +- -+ +- - -+ +- -+ + +- - -+ +- -+ + +- -子囊子囊型型1051051291299 95 510101616分裂分裂类型类型M M1 1M M1 1M M2 2M M2 2M M2 2M M2 2未交换型未交换型交换型交换型六种子囊孢子排列方式六种子囊孢子排列方式第一次分裂分离与第二次分裂分离第一次分裂分离与第二次分裂分离n(1-2)两种排列方式：野生型两种排列方式：野生型lys+和突变型和突变型lys-在在 M1彼此分离，称第

21、一次分裂分离彼此分离，称第一次分裂分离(first division segregation)。n着丝粒和着丝粒和lys基因位点间不发生非姊妹染色基因位点间不发生非姊妹染色单体交换，因此这两种子囊类型就是单体交换，因此这两种子囊类型就是非交非交换型子囊换型子囊。n(3-6)四种排列方式：第一分裂产物中野四种排列方式：第一分裂产物中野生型与突变型未发生分离，野生型和突生型与突变型未发生分离，野生型和突变型变型 M2发生分离，称第二次分裂分离发生分离，称第二次分裂分离(second division segregation)。n着丝粒与基因位点间发生非姊妹染色着丝粒与基因位点间发生非姊妹染色单体交

22、换，因此这四种子囊均为单体交换，因此这四种子囊均为交换交换型子囊型子囊。非交换型、交换型子囊的形成着丝点距离与着丝点作图着丝点距离与着丝点作图n将着丝点当作一个基因位点看待，计算基因位点与着将着丝点当作一个基因位点看待，计算基因位点与着丝点间的交换值，估计基因与着丝点间的遗传距离，丝点间的交换值，估计基因与着丝点间的遗传距离，称为称为着丝点距离着丝点距离。n每个交换型子囊中，基因位点与着丝粒间发生一次交每个交换型子囊中，基因位点与着丝粒间发生一次交换，其中半数孢子是重组型换，其中半数孢子是重组型(重组型配子重组型配子)。因此，交换。因此，交换值（重组率值（重组率RF）的计算公式为：）的计算公式

23、为：M1/2RF= 100% M+MRF 0-lys= (9+5+10+16) 1/2 / (105+129+ 9+5+10+16) 100%=7.3%n即着丝粒与即着丝粒与 lys 间的距离为间的距离为7.3cM。（二）两个连锁基因的作图二）两个连锁基因的作图n粗糙链孢酶有两个突变型：粗糙链孢酶有两个突变型：烟酸依赖型烟酸依赖型(nic)-需在培养基中添加烟酸才能生长需在培养基中添加烟酸才能生长腺嘌呤依赖型腺嘌呤依赖型(ade)-需在培养基中添加腺嘌呤才能生长需在培养基中添加腺嘌呤才能生长 nic+ +ade,必有必有6 6=36种不同的子囊型，但若把种不同的子囊型，但若把着丝粒在减数分裂中

24、的随机趋向造成的不同归为一类着丝粒在减数分裂中的随机趋向造成的不同归为一类，可归纳为，可归纳为7种基本子囊型种基本子囊型 。 如只考虑性状组合，不考虑孢子排列顺序，还可把子如只考虑性状组合，不考虑孢子排列顺序，还可把子囊分为囊分为3种类型：种类型：子囊型子囊型四分子基四分子基因型次序因型次序+ ade+ adenic +nic + + + + +nic adenic ade+ + adenic +nic ade+ adenic ade+ +nic + adenic + adenic + +nic ade+ +nic ade+ +nic ade+ adenic +分离发生分离发生的时期的时期MM

25、M MMMMMMMMMMM 四分子四分子类别类别PDNPDTTPDNPDT实得子囊实得子囊数数808190590151、亲二型（、亲二型（parental ditype PD)，2种基因型，都为亲型，包括和种基因型，都为亲型，包括和2、非亲二型（、非亲二型（non-parental ditype，NPD)：2种基因型种基因型,都为重组型，包括和。都为重组型，包括和。3、四型（、四型（tetratype,T)：4种基因型，种基因型，2亲本亲本2重组，包括重组，包括、和、和n1、判断、判断nic和和ade是独立分配还是连锁：是独立分配还是连锁： 若独立分配，则若独立分配，则PD：NPD=1或或1

26、若连锁，则若连锁，则PD：NPD 1 实际上：实际上： PD：NPD1，所以两基因连锁。，所以两基因连锁。n2、计算着丝粒和两基因间的、计算着丝粒和两基因间的RF： RF（0-nic)=(M1/2) / (M+M) 100%=1/2 (5+90+1+5)/1000 100%=5.05%;图距图距=5.05cM RF（0-ade)=(M1/2) / (M+M) 100%=1/2 (90+90+1+5)/1000 100%=9.3%;图距图距=9.3cMv根据根据RF值可知两基因在染色体上有值可知两基因在染色体上有两种可能排列方式两种可能排列方式： nic ade nic ade 5.05 9.3

27、 5.05 9.3n3、判定两基因在染色体的同臂还是异臂上：、判定两基因在染色体的同臂还是异臂上：v估算两基因的RF值： RF（nic-ade)=重组型/（亲本型+重组型） 100%=（1/2T+NPD）/（T+PD+NPD） 100%= 1/2（90+5+5）+（1+1）/1000 100%=5.2%，图距=5.2cM 0 nic ade 5.05 5.2 10.25v利用两连锁都处在利用两连锁都处在M时的时的PD和和NPD四分子类型四分子类型出现的频率来判断它们处在同臂还是异臂上：出现的频率来判断它们处在同臂还是异臂上： 类型同一染色体上标记基因交换产物在异臂上在同臂上PDMM + a n

28、 +两线双交换 + a n +单交换+ an + an +MMNPD + a n + + a n + + + n a + + n an若两连锁基因在异臂上，则若两连锁基因在异臂上，则PD与与NPD都由双都由双交换形成且机会相等，所以交换形成且机会相等，所以PD=NPD。但事实。但事实上上PDNPD故此情况不可能故此情况不可能 nic和和ade在同臂上在同臂上 已知已知RF（0-nic)+ RF（nic-ade)=5.05%+ 5.2% RF（0-ade)=9.3% 即即RF（0-nic)+ RF（nic-ade) RF（0-ade)原因：着丝粒和原因：着丝粒和ade间发生过双交换，但在计算间发

29、生过双交换，但在计算 RF（0-ade)时却没有计算在内，而在计算时却没有计算在内，而在计算RF（0-nic)和和 RF（nic-ade)时都各计算一次。时都各计算一次。校正着丝粒与 ade间的重组值子囊型每一子囊被计算为重组子的染色单体数子囊数在所有子囊中被计算为重组子的染色单体数 o-n n-a o-a o-n n-a o-a234567总数 0 4 0 0 2 2 2 2 0 2 0 2 2 4 2 2 2 2 19059015 0 4 0 0 180 180 10 10 0 180 0 180 2 4 2 10 10 10 202 208 372n由上表可以看出由上表可以看出202+2

30、08 372，n低估的重组值低估的重组值= （202+208-372）/4000 100%=0.95%nRF（0-nic)+ RF（nic-ade) = RF（0-ade)+0.95%=9.3% +0.95%=10.25%n1、携带基因、携带基因a的链孢霉品系与携带基因的链孢霉品系与携带基因b的品的品系杂交，结果如下：系杂交，结果如下：（1）a+ a + +b +b 78%（2）a+ + + ab +b 15%（3）a+ a b + +b 6%（4）a+ +b a + +b 1%问：问：（1）a和和b与着丝点的重组值是多少？与着丝点的重组值是多少？（2）a与与b连锁吗？若连锁请绘出连锁吗？若连

31、锁请绘出a、b及着丝点及着丝点的遗传图。的遗传图。n一、同源重组一、同源重组 1.同源重组同源重组（交换）（交换）：两个染色体或：两个染色体或DNA分分 子子相互交换对等部分的过程。相互交换对等部分的过程。 例：同源染色体非姐妹单体交换；细菌的转化、例：同源染色体非姐妹单体交换；细菌的转化、转导、结合；噬菌体的重组转导、结合；噬菌体的重组 2.条件：条件：2个个DNA分子序列同源（相同或相近），分子序列同源（相同或相近），且同源区域越长越有利。且同源区域越长越有利。 3.功能：功能： A：维持种群的遗传多样性；：维持种群的遗传多样性； B：有助于：有助于DNA的损伤修复；的损伤修复； C：使真

32、核生物产生第一次减数分裂中染色体：使真核生物产生第一次减数分裂中染色体正确分离到子细胞至关重要的瞬间物理连接。正确分离到子细胞至关重要的瞬间物理连接。第三节第三节 真核生物重组的分子机制真核生物重组的分子机制n同源重组中负责同源重组中负责DNA配对和重组的蛋白配对和重组的蛋白质因子无碱基序列的特异性。对于真核质因子无碱基序列的特异性。对于真核生物来说，染色质状态对重组也有影响，生物来说，染色质状态对重组也有影响，如异染色质及其附近区域很少发生重组。如异染色质及其附近区域很少发生重组。而大肠杆菌的同源重组需要而大肠杆菌的同源重组需要RecA 蛋白蛋白质的参与。质的参与。二、同源重组的分子机制二、

33、同源重组的分子机制（一）重组双方（一）重组双方DNA分子的断裂与重接分子的断裂与重接 1. 证据：证据： 1961，M.Meselson and J.J.Wergle两个双标记两个双标记噬菌体感染大肠杆菌。噬菌体感染大肠杆菌。(c.mi) )噬菌体噬菌体1 13C和和14N “重重”链链 (+.+) ) 噬菌体噬菌体2 12C和和14N “轻轻”链链同时感染同时感染大肠杆菌大肠杆菌子代噬菌体子代噬菌体CsCl密度梯度离心密度梯度离心重链重链重链和轻链重链和轻链轻链轻链2、几个概念：、几个概念： 重组核心：两个重组核心：两个DNA分子的连接分子的连接 连接分子连接分子/接合分子接合分子 重组连接

34、点重组连接点/重组结合点重组结合点 杂种杂种DNA/异源双链异源双链DNA区区n二、同源重组的二、同源重组的Holliday模型模型(如图如图） Robin Holliday于于1964年提出了重组的杂合年提出了重组的杂合DNA模型，又称模型，又称Holliday模型。该模型对重模型。该模型对重组过程的解释如下：组过程的解释如下：A、同源的非姐妹染色单体联会；、同源的非姐妹染色单体联会；B：同源非姐妹染色单体：同源非姐妹染色单体DNA中两个方向相同的中两个方向相同的单链，在单链，在DNA内切酶的作用下，在相同位置内切酶的作用下，在相同位置同时切开；同时切开；C：切开的单链交换重接：切开的单链交

35、换重接;D：形成交联桥结构；：形成交联桥结构；E：交联桥沿配对：交联桥沿配对DNA分子分子“移动移动”。两个亲本。两个亲本DNA分子间造成一大段异源双链分子间造成一大段异源双链DNA（ Holliday结构）结构）F：E和和F相同；相同；G：绕交联桥旋转：绕交联桥旋转1800；H：形成：形成Holliday异构体；异构体；I、通过两种方式之一切断、通过两种方式之一切断DNA单链，若左右切，单链，若左右切，则形成非重组体，若上下切则形成重组体。则形成非重组体，若上下切则形成重组体。 由上可知：无论由上可知：无论Holliday结构断裂是否导结构断裂是否导致旁侧遗传标记的重组，它们都含有一个异致旁

36、侧遗传标记的重组，它们都含有一个异源双链源双链DNA区。区。n第四节第四节 基因转变及其分子机制基因转变及其分子机制（一）异常分离与基因转变（一）异常分离与基因转变 遗传重组导致异源双链遗传重组导致异源双链DNA片段的片段的形成，即异源双链形成，即异源双链DNA含有错配碱基序含有错配碱基序列，由此解开基因间重组特性，而等位列，由此解开基因间重组特性，而等位基因重组又为异源双链模型的发展提供基因重组又为异源双链模型的发展提供了证据。子囊菌类可用来研究等位基因了证据。子囊菌类可用来研究等位基因重组事件。重组事件。1.基因转变（基因转变（1938，H.Vinkle），一个基），一个基因转变为它的等位

37、基因。因转变为它的等位基因。 pdxp：酸度敏感的：酸度敏感的VB6需要型需要型 pdx：酸度不敏感的：酸度不敏感的VB6需要型需要型2.Mitchell： + pdxp x pdx +孢子对孢子对子囊子囊12341+ pdxppdx + +pdx +2+ +pdx + pdxp+ pdxp3+ pdxp+ +pdx + +4pdx + pdxppdx +pdx +3.基因转变：子囊菌等容易研究，子囊孢子颜色，基因转变：子囊菌等容易研究，子囊孢子颜色，粗糙链孢霉、粪生粪壳菌、面包酵母粗糙链孢霉、粪生粪壳菌、面包酵母 共转变：一个基因内部不同突变位点同时发生共转变：一个基因内部不同突变位点同时发

38、生 基因转变的现象基因转变的现象 极化子：染色体基因转变频率呈现从一端向另极化子：染色体基因转变频率呈现从一端向另一端递减的极性现象的小区。一端递减的极性现象的小区。4.粪生粪壳菌粪生粪壳菌 g+（黑）（黑） x g-（灰）（灰） n（二）基因转变的类型（二）基因转变的类型 染色单体转变：染色单体转变：6：2分离比分离比 减数分裂减数分裂4个产物中，一个出现基因转变个产物中，一个出现基因转变 半染色单体转变：半染色单体转变：5：3；3：1：1：3 减数分裂四个产物中，一个或减数分裂四个产物中，一个或2个的一半出现个的一半出现 减数分裂后分离：等位基因的分离发生在减数减数分裂后分离：等位基因的分

39、离发生在减数分裂后的有丝分裂中。分裂后的有丝分裂中。n（三）、基因转变的分子机制（三）、基因转变的分子机制第三节第三节 基因家族基因家族n一、基因家族的类型和一、基因家族的类型和Alu家族家族v基因家族：真核生物的基因组中有许多来源相基因家族：真核生物的基因组中有许多来源相同、结构相似、功能相关的基因，这样的一组同、结构相似、功能相关的基因，这样的一组基因称为基因家族（基因称为基因家族（gene family)。v根据基因家族的复杂程度，可将其分为根据基因家族的复杂程度，可将其分为3种类种类型：型：A：简单的多基因家族；：简单的多基因家族；B：复杂的多基：复杂的多基因家族；因家族；C：不同场合

40、表达的复杂多基因家族。：不同场合表达的复杂多基因家族。（P174图图7-7）vAlu家族：一类长度相似、性质相似的重复序家族：一类长度相似、性质相似的重复序列，称为列，称为Alu家族。家族。n二、基因簇和假基因二、基因簇和假基因v基因簇：一个基因家族的成员紧密连锁成蔟状基因簇：一个基因家族的成员紧密连锁成蔟状排列在某一染色体，构成一个基因簇（排列在某一染色体，构成一个基因簇（gene cluster)。v假基因：在多基因家族中，某些成员并不产生假基因：在多基因家族中，某些成员并不产生有功能的基因产物，但在结构和有功能的基因产物，但在结构和DNA序列上与序列上与有功能的基因具有相似性，这种成员称

41、为有功能的基因具有相似性，这种成员称为。真核生物基因结构示意图真核生物基因结构示意图 第五节第五节 真核生物基因的丢失、扩增与重排真核生物基因的丢失、扩增与重排n基因丢失基因丢失v概念概念:一些低等真核生物如原生动物、线虫、一些低等真核生物如原生动物、线虫、昆虫等的发育中，许多体细胞常丢失一些基因昆虫等的发育中，许多体细胞常丢失一些基因或染色体，以消除这些基因的活性。只有要发或染色体，以消除这些基因的活性。只有要发育成性细胞的那些细胞保留完整的基因组。这育成性细胞的那些细胞保留完整的基因组。这种现象称种现象称。如马蛔虫和小麦瘿蚊等。如马蛔虫和小麦瘿蚊等。v根据研究，调控染色体丢失的主要物质是核

42、酸。根据研究，调控染色体丢失的主要物质是核酸。v细胞的全能性：高等生物很多生物的不同类型细胞的全能性：高等生物很多生物的不同类型细胞常有发育成完整个体的潜在能力，即具有细胞常有发育成完整个体的潜在能力，即具有个体发育所必须的全部基因，这种能力称为个体发育所必须的全部基因，这种能力称为。不育瘿蚊n基因扩增基因扩增 基因扩增基因扩增(gene amplification)是指基因组内是指基因组内某些基因的拷贝数专一地大量增加的现象。它某些基因的拷贝数专一地大量增加的现象。它 是细胞在短期内为满足发育或生理适应的需要是细胞在短期内为满足发育或生理适应的需要而产生足够多的基因产物的一种调控手段，它而产

43、生足够多的基因产物的一种调控手段，它的实质是通过的实质是通过差别的基因复制差别的基因复制(differential gene replication)而完成的。如两栖类和昆虫而完成的。如两栖类和昆虫的卵母细胞的卵母细胞rRNA基因基因(rDNA)的扩增，由于卵的扩增，由于卵母细胞成长过程中需要合成大量的蛋白质以满母细胞成长过程中需要合成大量的蛋白质以满足它在受精后发育的需要这就需要卵母细胞足它在受精后发育的需要这就需要卵母细胞中积累大量的核糖体，为此首先必须合成大量中积累大量的核糖体，为此首先必须合成大量的的rRNA。n基因重排基因重排 基因重排基因重排(gene rearrangement)

44、是指是指DNA分分子核苷酸序列的重新排列，不仅可形成新的基子核苷酸序列的重新排列，不仅可形成新的基因，还可调节基因的表达。如哺乳动物免疫球因，还可调节基因的表达。如哺乳动物免疫球蛋白基因就是通过个编码区的重排而形成的。蛋白基因就是通过个编码区的重排而形成的。第六节 遗传标记n遗传标记：可识别的等位基因。遗传标记：可识别的等位基因。常用基因的连锁分析、基因定位、遗传作常用基因的连锁分析、基因定位、遗传作图和基因转移的鉴定。图和基因转移的鉴定。一、形态标记一、形态标记 即植物的外部形态特征。主要包括肉眼可见即植物的外部形态特征。主要包括肉眼可见的外部特征，如：矮秆、紫鞘、卷叶等；也包的外部特征，如

45、：矮秆、紫鞘、卷叶等；也包括色素、生理特性、生殖特性、抗病虫性等有括色素、生理特性、生殖特性、抗病虫性等有关的一些特性。形态标记简单直观、经济方便；关的一些特性。形态标记简单直观、经济方便；但其数量在多数植物中是很有限的，且多态性但其数量在多数植物中是很有限的，且多态性较差，表现易受环境影响，并且有一些标记与较差，表现易受环境影响，并且有一些标记与不良性状连锁。此外形态标记的获得需要通过不良性状连锁。此外形态标记的获得需要通过诱变、分离纯合的过程，周期较长。因此形态诱变、分离纯合的过程，周期较长。因此形态标记在作物遗传育种中的作用是有限的。标记在作物遗传育种中的作用是有限的。 二、细胞学标记二

46、、细胞学标记 即植物细胞染色体的变异：包括染色体核即植物细胞染色体的变异：包括染色体核型（染色体数目、结构、随体有无、着丝粒位型（染色体数目、结构、随体有无、着丝粒位置等）和带型（置等）和带型（C带、带、N带、带、G带等）的变化。带等）的变化。与形态标记相比，细胞学标记的优点是能进行与形态标记相比，细胞学标记的优点是能进行一些重要基因的染色体或染色体区域定位。但一些重要基因的染色体或染色体区域定位。但细胞学标记材料需要花费较大的人力和较长时细胞学标记材料需要花费较大的人力和较长时间来培育，难度很大；同时某些物种对染色体间来培育，难度很大；同时某些物种对染色体变异反应敏感；还有些变异难以用细胞学

47、方法变异反应敏感；还有些变异难以用细胞学方法进行检测。因此到目前为止，真正应用于作物进行检测。因此到目前为止，真正应用于作物遗传育种研究中的细胞学标记还很少。遗传育种研究中的细胞学标记还很少。三、生化标记三、生化标记 主要包括同工酶和等位酶标记。同工酶是：指主要包括同工酶和等位酶标记。同工酶是：指结构不同、功能相似的酶，也即具有同一底物结构不同、功能相似的酶，也即具有同一底物专一性的不同分子形式的酶。属于一个以上基专一性的不同分子形式的酶。属于一个以上基因座位编码的酶的不同形式；而等位酶是指由因座位编码的酶的不同形式；而等位酶是指由一个基因座位的不同等位基因编码的酶的不同一个基因座位的不同等位

48、基因编码的酶的不同分子形式。分析方法是从植物组织的蛋白粗提分子形式。分析方法是从植物组织的蛋白粗提物中通过电泳和组织化学染色法将酶的多种形物中通过电泳和组织化学染色法将酶的多种形式转变成肉眼可辩的酶谱带型。式转变成肉眼可辩的酶谱带型。n与形态标记、细胞学标记相比，生化标与形态标记、细胞学标记相比，生化标记具两个方面的优点：一是表现近中性，记具两个方面的优点：一是表现近中性，对植物经济性状一般没有大的不良影响；对植物经济性状一般没有大的不良影响；二是直接反映了基因产物差异，受环境二是直接反映了基因产物差异，受环境影响较小。但目前可使用的生化标记数影响较小。但目前可使用的生化标记数量还相当有限，且

49、有些酶的染色方法和量还相当有限，且有些酶的染色方法和电泳技术有一定难度，因此其实际应用电泳技术有一定难度，因此其实际应用受到一定限制。受到一定限制。 四、分子标记（四、分子标记（DNA标记）标记）几种主要的分子标记几种主要的分子标记（一）（一）RFLP标记：称为限制性片段长度标记：称为限制性片段长度多态性，是指用某一种限制性内切酶来多态性，是指用某一种限制性内切酶来切割来自不同个体的切割来自不同个体的DNA分子上，内切分子上，内切酶的识别序列有差异，酶的识别序列有差异，这种差异反映在酶切片这种差异反映在酶切片段的长度和数目上。段的长度和数目上。特点特点A 无表型效应，无表型效应，RFLP标记的

50、检测不受标记的检测不受环境条件和发育阶段的影响。环境条件和发育阶段的影响。B RFLP标记在等位基因之间是共显性的，标记在等位基因之间是共显性的，因此在配制杂交组合时不受杂交方式的影因此在配制杂交组合时不受杂交方式的影响。响。C 在非等位的在非等位的RFLP标记之间不存在上位标记之间不存在上位效应，因而互不干扰效应，因而互不干扰D RFLP标记起源于基因组标记起源于基因组DNA的自身变的自身变异，在数量上几乎不受限制异，在数量上几乎不受限制E DNA需要量大，检测技术繁杂，难以需要量大，检测技术繁杂，难以用于大规模的育种实践中。用于大规模的育种实践中。n(二二)、AFLP标记标记 AFLP：即

51、扩增片段长度多态性：即扩增片段长度多态性DNA（amplified fragment polymorphism DNA)，指基因组指基因组DNA经酶切后形成的限制性片段，在经酶切后形成的限制性片段，在PCR引物识别下进行引物识别下进行PCR扩增反应，然后直接扩增反应，然后直接进行电泳分离和染色，由扩增产物所显示出来进行电泳分离和染色，由扩增产物所显示出来的多态性。此法既具有的多态性。此法既具有RFLP的优点如稳定性的优点如稳定性好、不受基因互作和环境条件影响，带纹丰富好、不受基因互作和环境条件影响，带纹丰富等特点，又具有等特点，又具有PCR的用量少，灵敏度高、快的用量少，灵敏度高、快速高效的功

52、能优点，是一种理想的分子标记。速高效的功能优点，是一种理想的分子标记。vPCR（polymerase chain reaction)：聚合酶链式反应的简称。它是利用聚合酶链式反应的简称。它是利用DNA复制过程的一种模拟。其基本方法是试复制过程的一种模拟。其基本方法是试管内用一对与目的片段两侧两条链互补管内用一对与目的片段两侧两条链互补的引物，在的引物，在DNA聚合酶的作用下引发某聚合酶的作用下引发某段特异段特异DNA进行反复复制，使之迅速扩进行反复复制，使之迅速扩增，便于进一步分析研究。增，便于进一步分析研究。n (三三)、RAPD标记标记 williams等人等人(1990)首次运用随机引物

53、扩增首次运用随机引物扩增寻找多态性寻找多态性DNA片段作为分子标记，并将此法片段作为分子标记，并将此法 命名为随机扩增多态命名为随机扩增多态DNA(random ampilfid polymorphism DNA，RAPD)。实际上。实际上RAPD是一种特殊形式的是一种特殊形式的AFLP，它，它与一般的与一般的AFLP的的最大区别是用于扩增多态性最大区别是用于扩增多态性DNA引物不是专一引物不是专一的而是随机的的而是随机的。nRAPD标记是建立于标记是建立于PCR技术基础上的，技术基础上的，利用一系列不同的随机排列碱基顺序的利用一系列不同的随机排列碱基顺序的寡聚核苷酸单链为引物，对所研究的基寡聚核苷酸单链为引物，对所研究的基因组因组DNA进行进行PCR扩增。扩增产物通过扩增。扩增产物通过电泳、染色来检测扩增产物电泳、染色来检测扩增产物DNA的多态的多态性，这些产物性，这些产物DNA片段的多态性反映了片段的多态性反映了基因组相应区域的基因组相应区域的DNA多态性。多态性。n从原核生物到真核生物。其基因组大小从原核生物到真核生物。其基因组大小和和DNA含量是随生物进化复杂程