遗传学第6章 真核生物的遗传分析

1、第六章第六章 真核生物的遗传分析真核生物的遗传分析基因组基因组：一个物种单倍体的染色体数目及其所携带的全部基：一个物种单倍体的染色体数目及其所携带的全部基因。因。一、一、C值悖理值悖理 C值值：一个物种基因组的：一个物种基因组的DNA含量是相对稳定的，通常称含量是相对稳定的，通常称为该物种为该物种DNA的的C值，即单倍体所含值，即单倍体所含DNA量。量。 C值悖理值悖理：物种的：物种的C值及其进化复杂性之间没有严格的对应值及其进化复杂性之间没有严格的对应关系。关系。第一节第一节 真核生物基因组真核生物基因组二、二、N值悖理值悖理 N值：一个物种基因组的基因数目。值：一个物种基因组的基因数目。

2、N值悖理：生物的基因数目与生物在进化树上的位置不完值悖理：生物的基因数目与生物在进化树上的位置不完全相关。全相关。三、真核生物基因组三、真核生物基因组DNA序列的复杂度序列的复杂度 单拷贝序列（非重复序列）单拷贝序列（非重复序列） 中度重复序列中度重复序列 高度重复序列高度重复序列第二节第二节 真菌类的四分子分析与作图真菌类的四分子分析与作图比德尔在比德尔在红色面包霉红色面包霉 的生化研究中取得的生化研究中取得 杰出成果而获诺贝尔奖杰出成果而获诺贝尔奖 粗糙链孢霉，粗糙链孢霉，也称也称红色面包霉。红色面包霉。属于子囊菌，具有核结构，属于子囊菌，具有核结构，属真核生物。属真核生物。特点：个体小、

3、生长迅速、易于培养；可进行特点：个体小、生长迅速、易于培养；可进行无性生殖无性生殖或有性生殖或有性生殖。 粗糙链孢霉的无性世代是单倍体粗糙链孢霉的无性世代是单倍体 染色体上各显性或隐性染色体上各显性或隐性基因均可从表现型上直接表现出来，便于观察和分析。基因均可从表现型上直接表现出来，便于观察和分析。 一次只分析一个减数分裂产物，方法简便。一次只分析一个减数分裂产物，方法简便。一、一、 顺序四分子的遗传分析顺序四分子的遗传分析无性世代无性世代:菌丝体菌丝体分生孢子分生孢子菌丝体菌丝体有性世代有性世代:四分子：脉孢菌二倍体合子减数分裂形成的四分子：脉孢菌二倍体合子减数分裂形成的4个单倍体子囊孢个单

4、倍体子囊孢子子, 称为四分子。它们以直线方式排列在子囊中称为四分子。它们以直线方式排列在子囊中,又称为顺序四又称为顺序四分子分子(ordered tetred)。 受精受精 同步分裂形成二倍性母细胞同步分裂形成二倍性母细胞 减数分裂减数分裂 有子有子囊壳囊壳 的的 子囊子囊 有性孢子有性孢子 A型母体核型母体核 a 型母体核型母体核 粗糙脉胞菌生活史粗糙脉胞菌生活史1)减数分裂的减数分裂的4个产物个产物,呈现有规律的排列呈现有规律的排列.2)8个子囊孢子中个子囊孢子中,两相邻者的基因型一致两相邻者的基因型一致.1、 着丝粒作图 以着丝粒作为一个座位，测定某一基因与着丝粒之间的以着丝粒作为一个座

5、位，测定某一基因与着丝粒之间的距离，并进行基因在染色体上的位置作图。距离，并进行基因在染色体上的位置作图。 1) 减数分裂的减数分裂的4个产物个产物,呈现有规律的排列呈现有规律的排列.2) 8个子囊孢子中个子囊孢子中,两相邻者的基因型一致两相邻者的基因型一致.（1）原理）原理如果基因与着丝粒之间发如果基因与着丝粒之间发生交换，则该基因与着丝粒生交换，则该基因与着丝粒分离不同步，在第二次减数分离不同步，在第二次减数分裂时才分开，即分裂时才分开，即第二次减第二次减数分裂分离数分裂分离（M）。）。 如果基因与着丝粒之间没有如果基因与着丝粒之间没有发生交换，则该基因与着丝发生交换，则该基因与着丝粒同步

6、分离，即粒同步分离，即第一次分裂第一次分裂分离（分离（M）。）。(2)方法：方法： 以着丝点为位点，估算某一个基因与着丝粒的重组值，以着丝点为位点，估算某一个基因与着丝粒的重组值，进行进行着丝点作图着丝点作图。 粗糙链孢霉粗糙链孢霉赖氨酸缺陷型赖氨酸缺陷型lys遗传：遗传：基本培养基上正常生长的粗糙链孢霉菌株基本培养基上正常生长的粗糙链孢霉菌株野生型野生型 lys成熟后呈成熟后呈黑色黑色；由于基因突变而产生的一种不能合成赖氨酸的菌株由于基因突变而产生的一种不能合成赖氨酸的菌株 赖氨酸缺陷型赖氨酸缺陷型lys ，其子囊孢子成熟后呈，其子囊孢子成熟后呈灰色灰色。 11 lys lys 子囊孢子子囊

7、孢子黑色黑色灰色灰色8 个子囊孢子个子囊孢子按黑色、灰色排列顺序，可有按黑色、灰色排列顺序，可有 6 种方式。种方式。非交换型非交换型(1)+ + + + - - - -(2)- - - - + + + +交换型交换型(3)+ + - - + + - -(4)- - + + - - + +(5)+ + - - - - + +(6)- - + + + + - - 其中：其中： (1)、(2)非交换型；非交换型；(3) (6)交换型，都是由于交换型，都是由于着丝点与着丝点与+/-等位等位 基因基因间发生了间发生了交换交换，其交换均发生在同源染色体非姐妹染色单，其交换均发生在同源染色体非姐妹染色单

8、体间，即发生于四线期体间，即发生于四线期(粗线期粗线期)。1100%2 交交换换型型子子囊囊数数交交换换值值交交换换型型子子囊囊数数非非交交换换型型子子囊囊数数在交换型子囊中，每发生一个交换后，一个子囊中就有在交换型子囊中，每发生一个交换后，一个子囊中就有半数半数孢子发生重组：孢子发生重组：表表6-3 粗糙脉孢菌粗糙脉孢菌Lys+Lys-杂交子代子囊类型杂交子代子囊类型(1)(2)(3)(4)(5)(6)子子囊囊类类型型+-+-+-+-+-+-+-子囊型子囊型105129951016分裂类型分裂类型M1M1M2M2M2M2未交换型未交换型交换型交换型二、遗传第三定律二、遗传第三定律1、重组率的

9、测定：、重组率的测定： 重组率（值）：重组率（值）：测交后代中重组型或交换型数目占测交后代测交后代中重组型或交换型数目占测交后代总数目的百分率。总数目的百分率。 重组率（重组率（RF）=（重组型数目总数目）（重组型数目总数目）100 交换率（值）：交换率（值）：遗传物质局部交换的频率。遗传物质局部交换的频率。 两个连锁基因的作图两个连锁基因的作图P nic + + ade n + + a (2n) 减数分裂减数分裂 36种不同组合种不同组合 可归纳为种基本的子囊型可归纳为种基本的子囊型表表6-4 粗糙脉孢菌粗糙脉孢菌 n + + a 杂交结果杂交结果子囊型（1）（2）（3）（4）（5）（6）（

10、7）四分子基因型顺序+ a+ an +n + + +n an a+ + an +n a+ an a+ +n + + an + + an + +n a+ +n a+ +n a+ an +分离发生时期M1 M1M1 M1M1 M2M2 M1M2 M2M2 M2M2 M2四分子类 型PDNPDTTPDNPDT实 得子囊数80819059015说明及分析方法：1、 7种基本子囊型中的四个基因型次序是各不一种基本子囊型中的四个基因型次序是各不一样的，分别由样的，分别由7种不同的交换方式而来。种不同的交换方式而来。2、分离发生的时期：分别判断、分离发生的时期：分别判断每一对基因每一对基因分离发分离发生的时

11、期（生的时期（M1或或M2），用于计算基因与着丝粒的），用于计算基因与着丝粒的图距。图距。3、子囊型分类：只考虑、子囊型分类：只考虑两对基因间两对基因间是否发生了重组，用于是否发生了重组，用于计算两对基因间的重组值。计算两对基因间的重组值。 亲二型（亲二型（PD）：两种基因型，与亲代相同。）：两种基因型，与亲代相同。 非亲二型（非亲二型（NPD）：两种基因型，与亲代不同。）：两种基因型，与亲代不同。 四型（四型（T）：四种基因型，两种与亲代相同，两种为重组）：四种基因型，两种与亲代相同，两种为重组型。型。4 连锁关系的判断连锁关系的判断结论：结论：nic 与与 ade 连锁连锁连锁判断：连锁判

12、断： 自由组合自由组合 连锁连锁 实际结果实际结果 PD/NPD1 PD/NPD1 898/25 重组值的计算重组值的计算6 6 作图：作图： 0 0 nicnic adeade 5.05 5.25 5.05 5.25 9.3 9.310.2510.2510.2510.259.30=0.959.30=0.95，双交换的结果被遗漏了。，双交换的结果被遗漏了。子子囊囊型型 每一子囊被计算为重每一子囊被计算为重 组子的染色单体数组子的染色单体数 .n na .a子子囊囊型型在所有子囊中被计算为在所有子囊中被计算为重组子的染色单体数重组子的染色单体数 .n na .a2345670 4 00 2 22

13、 2 02 0 22 4 22 2 219059015 0 4 0 0 180 180 10 10 0 180 0 180 2 4 2 10 10 10总数总数 202 208 372202+208-372 = 38 38/ 4000=0.95% 9.3+0.95=10. 256.2.2 非顺序四分子遗传分析子囊：子囊： PD NPD T AB aB ab AB aB aB ab Ab Ab ab Ab AB RF=1/2T+NPD/总子囊数总子囊数100% 由于由于RF无法校正双交换，重组值可能被低估。无法校正双交换，重组值可能被低估。根据根据PD、NPD、T三种子囊的频率，可以推导出两三种

14、子囊的频率，可以推导出两基因间平均每次减数分裂的交换数基因间平均每次减数分裂的交换数(m)，m0.5即即两基因间的图距。两基因间的图距。a b A Ba b A BNCOSCODCO二线二线PDTA BDCO四线四线a b DCO三线三线PDA Ba b T NPDa b a b DCO三线三线A BTA B如果假设双交换在四条染色单体间随机发生：如果假设双交换在四条染色单体间随机发生： DCO(所有双交换所有双交换) =4NPD其中其中: DCO（3线双交换线双交换)=T（三线）（三线）=2NPD 而而: T（总）（总）=SCO（单交换）（单交换）+ DCO（3线双交换）线双交换）所以所以:

15、 SCO=T（总）（总）-DCO（3线双交换）线双交换） =T（总）（总） 2NPD因此因此: m=SCO+2DCO(所有双交换所有双交换) =T（总）（总）-2NPD+2（4NPD） =T（总）（总）+6NPD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一、一、 同源重组同源重组(Homologous recombination) 同源重组：同源重组：DNA 同源序列间发生的重组同源序列间发生的重组,或称非特异性重组。或称非特异性重组。特点：特点：同源重组是双链同源重组是双链DNA 间的反应。间的反应。反应中涉及的酶可以用任何一对同源序列作为底物。反应中涉及的酶可以用任何一对同

16、源序列作为底物。存在重组热点。存在重组热点。基因组中重组频率受染色体结构影响。如在基因组中重组频率受染色体结构影响。如在异染色质附近，交换受到抑制。异染色质附近，交换受到抑制。两个两个DNA分子序列同源区越长越有利于重组。分子序列同源区越长越有利于重组。 二、二、 同源重组的分子模型同源重组的分子模型 Holliday模型模型 Holliday R.于于1964年提出，适用于原核类和真核类，既年提出，适用于原核类和真核类，既说明了同源重组的过程，又解释了基因转变现象。说明了同源重组的过程，又解释了基因转变现象。 双链断裂起始重组模型双链断裂起始重组模型重组机制重组机制A Ba bA Ba bA

17、 Ba bA Ba bA Ba bABabABabABabABabABABababAbaB横切横切纵切纵切 正常分离正常分离:重组是交互的重组是交互的,两等位基因分离时两等位基因分离时,呈现呈现2：2或或1：1：1：1或或1：2：1的分离。的分离。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、一、异常分离异常分离与基因转变与基因转变 1、异常分离、异常分离: 减数分裂是非交互的。两等位基因分离时减数分裂是非交互的。两等位基因分离时,呈现呈现3：1或或1：3的分离。的分离。6-7 基因转变基因转变(gene conversion)：一个基因转变为它的等：一个基因转变为它的等位基因的遗

18、传学现象。位基因的遗传学现象。2、基因转变、基因转变 基因转变往往伴有转变区外基因的重组，但区外基因的重基因转变往往伴有转变区外基因的重组，但区外基因的重组是正常的交互方式，仍显示正常的组是正常的交互方式，仍显示正常的2：2(或或4：4)分离。分离。染色单体转变：减数分裂的一个产物染色单体转变：减数分裂的一个产物(一条染色单体一条染色单体)的的两条链两条链均发生了基因转变。均发生了基因转变。6：2或或2：6。二、二、 基因转变的类型基因转变的类型半染色单体转变：基因转变只影响半个染色单体，即半染色单体转变：基因转变只影响半个染色单体，即一条一条DNA链链。5：3或或3：5或或3：1：1：3。三、基因转变的分子机制三、基因转变的分子机制 实