第4章连锁互换和基因作图

1、第四章 连锁互换与交换定律本章重点本章重点一、连锁遗传：一、连锁遗传：二对性状杂交有四种表现型，亲型多、重组型少；二对性状杂交有四种表现型，亲型多、重组型少；杂种产生配子数不等，亲型相等、重组型相等杂种产生配子数不等，亲型相等、重组型相等。二、连锁和交换机理：二、连锁和交换机理：粗线期交换、双线期交叉，非姐妹染色体交换粗线期交换、双线期交叉，非姐妹染色体交换。三、交换值及其测定：三、交换值及其测定：重组配子数重组配子数/ /总配子数；总配子数；测交法测定，也可用测交法测定，也可用F2 F2 材料进行估计。材料进行估计。确定位置、距离，基因位于染色体上；确定位置、距离，基因位于染色体上；二点测验

2、、三点测验；二点测验、三点测验；连锁群、连锁遗传图。连锁群、连锁遗传图。四、基因定位和连锁遗传图四、基因定位和连锁遗传图：19001900年孟德尔遗传规律重新发现以后，生物界广泛年孟德尔遗传规律重新发现以后，生物界广泛重视，进行了大量试验。重视，进行了大量试验。其中有些属于两对性状的遗传结果不符合独立分配其中有些属于两对性状的遗传结果不符合独立分配规律规律 摩尔根以果蝇为材料进行深入细致研究摩尔根以果蝇为材料进行深入细致研究 提出提出连锁遗传规律连锁遗传规律 创立基因论创立基因论 认为基因成直线排认为基因成直线排列在列在染色体上，进一步发展为细胞遗传学。染色体上，进一步发展为细胞遗传学。第一节

3、、连锁与交换现象的发现第一节、连锁与交换现象的发现19061906年，贝特森（年，贝特森（BatesonBateson W. W.）和潘耐特（和潘耐特（PunnettPunnett R. C. R. C.）在香豌豆）在香豌豆的二对性状杂交试验中的二对性状杂交试验中 首先发现首先发现性状连锁遗传现象。性状连锁遗传现象。贝特生(18611926)：英国生物学家,曾经重复过孟德尔的实验连锁遗传：连锁遗传：原来亲本所具有的两个性状，在原来亲本所具有的两个性状，在F2F2连系在一起连系在一起遗传的现象。遗传的现象。相引组：相引组：甲乙两个显性性状，连系在一起遗传、而甲乙两甲乙两个显性性状，连系在一起遗传

4、、而甲乙两个隐性性状连系在一起的杂交组合。个隐性性状连系在一起的杂交组合。如如：PLPL/ /plpl。相斥组：相斥组：甲显性性状和乙隐性性状连系在一起遗传，而乙甲显性性状和乙隐性性状连系在一起遗传，而乙显性性状和甲隐性性状连系在一起的杂交组合。显性性状和甲隐性性状连系在一起的杂交组合。如：如：P Pl l/p/pL L。第一个试验：相引相第一个试验：相引相 P P 紫花紫花、长花粉粒长花粉粒(PPLL)(PPLL)红花红花、圆花粉粒、圆花粉粒(ppll(ppll) )F1F1紫紫、长长PpLlPpLl F2F2紫紫、长长紫紫、圆、圆红红、长长红红、圆、圆 P_L_P_L_P_ll ppLP_

5、ll ppL_ _ ppllppll总数总数实际个体数实际个体数 48314831390390393 1338393 133869526952按按9:3:3:19:3:3:1推算推算 3910.53910.51303.5 1303.51303.5 1303.5 434.5434.569526952以上结果表明以上结果表明 F2F2：. . 同样出现四种表现型；同样出现四种表现型；. . 不符合不符合9:3:3:19:3:3:1；. . 亲本组合数偏多，重新组合数偏少（与理论数相比）。亲本组合数偏多，重新组合数偏少（与理论数相比）。第二个试验：相斥相第二个试验：相斥相P P紫花紫花、圆花粉粒、圆

6、花粉粒(PPll(PPll) ) 红花红花、长花粉粒、长花粉粒(ppLL(ppLL) )F1F1紫紫、长、长PpLlPpLl F2F2紫紫、长、长紫紫、圆、圆红红、长、长红红、圆、圆P_L_P_L_P_llP_llppLppL_ _ppllppll总数总数实际个体数实际个体数226226959597971 1419419按按9:3:3:19:3:3:1推算推算235.8235.878.578.578.578.526.226.2419419结果与第一个试验情况相同。结果与第一个试验情况相同。组合二：紫花、圆花粉粒紫花、圆花粉粒红花、长红花、长花粉粒花粉粒结果：lF1两对相对性状均表现为显性，F2

7、出现四种表现型；lF2四种表现型个体数的比例与9:3:3:1相差很大，并且两亲本性状组合类型(紫圆和红长)的实际数高于理论数，而两种新性状组合类型(紫长和红圆)的实际数少于理论数。（二（二) )、连锁遗传的解释、连锁遗传的解释试验结果是否受分离规律支配？试验结果是否受分离规律支配？第一个试验：第一个试验：紫花紫花: :红花红花(4831+390):(1338+393)=5221:1731 3:1(4831+390):(1338+393)=5221:1731 3:1长花粉长花粉: :短花粉短花粉(4831+393):(1338+390)=5224:1728 3:1(4831+393):(1338

8、+390)=5224:1728 3:1第二个试验：第二个试验：紫花紫花: :红花红花(226+95):(97+1)=321:98 3:1(226+95):(97+1)=321:98 3:1长花粉长花粉: :短花粉短花粉(226+97):(95+1)=323:96 3:1(226+97):(95+1)=323:96 3:1 以上结果都受分离规律支配，但不符合独立分配规律。以上结果都受分离规律支配，但不符合独立分配规律。 F2F2不符合不符合9:3:3:19:3:3:1，则说明，则说明F1F1产生的四种配子不等产生的四种配子不等。可用可用测交法测交法加以验证，加以验证，测交后代的表现型种类以及测交

9、后代的表现型种类以及比例可反映出比例可反映出F1F1配子的种类和比例。配子的种类和比例。利用测交法验证连锁遗传现象利用测交法验证连锁遗传现象: :特点：特点：连锁遗传的表现为：连锁遗传的表现为： 两个亲本型配子数是相等，两个亲本型配子数是相等，50%； 两个重组型配子数相等，两个重组型配子数相等，50%。第二节 连锁交换规律的建立连锁交换规律的建立1908年摩尔根利用果蝇进行遗传试验，1910年发现了果蝇的白眼和残翅突变型，由此材料试验，发现了连锁与交换定律。1、完全连锁、完全连锁lB/VB/V，b/vb/v是非等位基是非等位基因，因，lF1F1代形成配子没有发代形成配子没有发生交换生交换l后

10、代各占后代各占50%50%l杂种个体形成配子是杂种个体形成配子是非姊妹染色体之间，非姊妹染色体之间，没有发生交换的遗传没有发生交换的遗传现象现象- -完全连锁完全连锁l这是因为在果蝇中，雄性是完全连锁的，即基因B和V同处于一条染色体上，基因b和v 处于同源染色体的另一条染色体上。F1杂合雄蝇（BbVv）只产生两种类型的配子，不产生重组类型，所以用双隐性雌蝇测交的后代，只能有两种表现型。l如果在同一染色体上的连锁基因在遗传时完全不分离在传递到下一代，叫做2.不完全连锁不完全连锁l摩尔根用F1灰身长翅的雌果蝇和黑身残翅的雄果蝇进行测交，后代出现了四种类型：灰身长翅、灰身残翅、黑身长翅、黑身残翅。而

11、且两种亲本类型灰身长翅和黑身残翅数目比较多，两种新类型灰身残翅、黑身长翅比较少，这是因为同源染色体上连锁的非等位基因在杂合子形成配子时，（在统计中）少部分发生分离，产生重组配子，出现了性状重组个体，这样的连锁遗传情况叫做。果蝇（相斥组）：果蝇（相斥组）：红眼正常翅红眼正常翅pr+pr+pr+pr+vgvgvgvg紫眼长翅紫眼长翅prprprprvg+vgvg+vg+ +F1 F1 红眼长翅红眼长翅紫眼正常翅紫眼正常翅 pr+pr+prprvg+vg+vgvg prprvgvgprprvgvg配子配子 pr+vg+ pr+vg+ prprvgvg+ pr+ pr+vg prvgvg prvgpr

12、vgprvgFtFt pr+pr+prprvg+vg+vgvgprprprprvg+vg+vgvg pr+pr+prprvgvgvgvg prprprprvgvgvgvg红眼长翅红眼长翅紫眼长翅紫眼长翅红眼正常翅红眼正常翅紫眼正常翅总数紫眼正常翅总数 个数个数 157 157 1067 1067 965 965 14614623352335结果：结果：亲本亲本组合组合=(1067+965)/2335)=(1067+965)/2335)100%=100%=87.02%87.02% 重新重新组合组合=(157+146)/2335)=(157+146)/2335)100%=12.98%100%=12

13、.98% 证实证实F1F1所成的四种配子数不等所成的四种配子数不等。 上述结果均说明重组型配子数占总配子数的百分率上述结果均说明重组型配子数占总配子数的百分率 50%50%。重组率（交换值）：重组率（交换值）：重组型的配子百分数称为重组率。重组型的配子百分数称为重组率。 当两对基因为连锁遗传时，其重组率总是当两对基因为连锁遗传时，其重组率总是5050。相引组或相斥组中一对同源染色体的四条非姐妹染色单相引组或相斥组中一对同源染色体的四条非姐妹染色单体，体，两个基因之间的染色体区段内两个基因之间的染色体区段内仅有两条非姐妹染色单体仅有两条非姐妹染色单体发生交换发生交换（crossing over)

14、crossing over)。重组型配子数目只是少数。重组型配子数目只是少数。生物性状很多，控制这些性状的基因自然也多，而生物生物性状很多，控制这些性状的基因自然也多，而生物的染色体数目有限的染色体数目有限 必有必有许多基因位于同一染色体许多基因位于同一染色体上上 引起连锁遗传。引起连锁遗传。 连锁连锁：若干非等位基因位于同一染色体而发生连系遗传：若干非等位基因位于同一染色体而发生连系遗传的现象。的现象。 完全连锁完全连锁：同源染色体上非等位基因间不能发生非姐妹：同源染色体上非等位基因间不能发生非姐妹染色单体之间的交换染色单体之间的交换 F1F1只产生两种亲型配子只产生两种亲型配子、其自交或、

15、其自交或测交后代个体的表现型均为亲本组合。测交后代个体的表现型均为亲本组合。非等位基因完全连锁的情形很少，一般是不完全连锁。非等位基因完全连锁的情形很少，一般是不完全连锁。不完全连锁（部分连锁）：不完全连锁（部分连锁）：F1F1可产生多种配子，后代可产生多种配子，后代出现新性状的组合，但新组合较理论数为少。出现新性状的组合，但新组合较理论数为少。如玉米颜色基因如玉米颜色基因CcCc和籽粒饱满度基因和籽粒饱满度基因ShshShsh是位于玉米是位于玉米第第9 9对染色体上的两对对染色体上的两对不完全连锁不完全连锁的非等位基因。的非等位基因。 由连锁遗传例证中可见由连锁遗传例证中可见两个问题两个问题

16、：1 1相引组和相斥组都表现为不完全连锁，后代中均出现相引组和相斥组都表现为不完全连锁，后代中均出现重组类型，且重组率很接近重组类型，且重组率很接近 其其重组型配子是重组型配子是如何出现的如何出现的? ?2 2为何重组型配子数为何重组型配子数 亲型配子数，亲型配子数，其重组率其重组率50%NPD），我们可以说两个基），我们可以说两个基因是连锁的。因是连锁的。一旦我们知道两个基因是一旦我们知道两个基因是连锁连锁的，以及我们知道了每一种的，以及我们知道了每一种减数分裂四分子类型减数分裂四分子类型的相对数目，通过下述公式我们就可的相对数目，通过下述公式我们就可以算出两个以算出两个基因间的距离基因间的

17、距离：其中：重组子数目其中：重组子数目 = /T + NPD，非重组子数目，非重组子数目（即亲本型数目）（即亲本型数目）= /T + PD。 现在通过实例来说明如何对两个基因进行连锁分析和作图现在通过实例来说明如何对两个基因进行连锁分析和作图: : 脉孢霉脉孢霉: : 烟酸依赖型烟酸依赖型nicnic 腺膘呤依赖型腺膘呤依赖型adeade nic + nic + + ade + ade 必有必有6 66 63636种子囊类型，种子囊类型， 可归纳为可归纳为7 7种基本子囊型。种基本子囊型。 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 PD NPD T T PD NPD T PD N

18、PD T T PD NPD T 808 1 90 5 90 1 5 808 1 90 5 90 1 5 结果分析结果分析 是否连锁：是否连锁： PD=808+90=898, NPD=1+1=2: PD=808+90=898, NPD=1+1=2: PDNPD, PDNPD,不是自由组合是连锁不是自由组合是连锁 同臂、异臂：同臂、异臂： 着丝点和着丝点和nicnic的重组频率的重组频率 （5+90+1+55+90+1+5）/1000/10001001000.50.55.055.05 着丝点和着丝点和adeade的重组率的重组率 （90+90+1+590+90+1+5）/1000/10001001

19、000.50.59.39.3单独和着丝点的交换比例为单独和着丝点的交换比例为8 8：1 1 和和9.39.3：5.055.051.81.8：1 1不同。不同。 两个在同臂。两个在同臂。 作图作图 nicnicadeade的重组率（的重组率（1/2T+NPD)/(T+NPD+PD)=5.2%1/2T+NPD)/(T+NPD+PD)=5.2%5.055.055.205.20一、人类基因定位方法一、人类基因定位方法（一）家系分析与基因定位（一）家系分析与基因定位 1、有时得到合适的家系，也可简单地计算重组率。如一方亲体是双杂合体，而且连锁相（linkage phase）知道，另一方亲体为双隐性。这样

20、的婚配相当于测交试验。 相偶相偶（xoupling相引组）。两显性基因在同一染色体上。 相斥相斥（repulision相斥组）。两显性基因分别位于一对同源染色体上。 如 甲膑综合症（指甲和膑骨畸形或缺如）和ABO血型的连锁分析。 图示：Npa IB/npa i npa i/npa i显性遗传2 2、把某一性状的遗传与某一染色体畸变联、把某一性状的遗传与某一染色体畸变联系起来系起来，把基因定位在某一染色体的某一区，把基因定位在某一染色体的某一区域，作成域，作成细胞学图（cytological mapcytological map）。）。 l例如, 某一家系中，红细胞酸性磷酸酯酶1（acid ph

21、osphatase 1）活性的缺乏与2号染色体缺臂远端的微小缺失相关联。 (二)体细胞遗传学与细胞学图的制作l体细胞遗传学体细胞遗传学（somatie cell genetics）是以高等生物的体细胞为实验材料,采用细胞离体培养，细胞融合以及遗传物质在细胞间转移等方法，研究真核细胞内基因的结构、功能及其表达规律和条件等的遗传学分支学科。它涉及到众多领域，如为基因定位，植物育种等提供了完全崭新的方法，也是基因工程和人类遗传性疾病基因治疗的基础。 l它可以绕过减数分裂过程，应用细胞培养方法，研究体细胞融合、突变、分离以及连锁和交换等等。把基因定位在染色体上，作成细胞学图细胞学图。 1、体细胞杂交

22、：已成功地应用于异种、异属、异纲、已成功地应用于异种、异属、异纲、异门、甚至动物和植物细胞之间，突破了有性生殖中异门、甚至动物和植物细胞之间，突破了有性生殖中种的特异性的限制。不同种的体细胞互相融合就形成种的特异性的限制。不同种的体细胞互相融合就形成种间体细胞杂种。种间体细胞杂种。如人、鼠细胞融合如人、鼠细胞融合 杂种细胞杂种细胞 在有丝分裂时，专一丢失人的染色体，随即留下在有丝分裂时，专一丢失人的染色体，随即留下n n条人类染色体，就获得不同细胞系（克隆）条人类染色体，就获得不同细胞系（克隆）l促融促融 因子因子 ： l（1 1）仙台病毒：）仙台病毒： 通常有几个特定的附着点（atlachment point）。附着到宿主细胞上，并由此进入细胞。如果两个细胞靠近在一起，它就能同时附着到两个不同的细胞，促进两个细胞膜的融合。 l（2 2）聚乙二醇）聚乙二醇（PEG）可能使细胞膜部分降解，并在细胞质间形成细胞质桥，促进细胞融合。小鼠细胞为营养缺陷型，要使这种细胞能够生长，非得在培养基上添加某种营养物不可。这种营养缺陷可由人体染色体上的有关基因的作用来弥补，所以培养基上不添加某种营养物质杂种细胞也可保持下去。 l杂种细胞的形成(图)： 人的成纤维细胞与带有选择性遗传标记的小鼠细胞混合培养，在促融因子作用下，有些细胞融合，先形成异核体。异核体的两个核