第四章 连锁遗传分析与染色体作图 - 第三章 连锁遗传分析与染色体作图

1、第一节第一节 连锁与交换定律连锁与交换定律问题问题: :基因在染色体上如何排列？基因在染色体上如何排列？同一条染色体上的基因之间在遗传时如何相同一条染色体上的基因之间在遗传时如何相互作用？互作用？内容：内容：I. 连锁交换定律连锁交换定律 II. 基因定位与染色体作图基因定位与染色体作图III. 人类基因组和染色体作图人类基因组和染色体作图 相引与相斥相引与相斥 1906 ，贝特逊贝特逊（Bateson, W.） 庞尼特庞尼特（Punnet, R.C） 香豌豆香豌豆（Lathyrus doratus） 一、一、 连锁交换定律连锁交换定律（一）（一） 连锁交换定律的发现连锁交换定律的发现Bate

2、son-Punnet 香豌豆杂交试验香豌豆杂交试验P: 紫花长花粉紫花长花粉红花圆花粉红花圆花粉 F1: 紫花长花粉紫花长花粉 表型表型 观察数观察数(O) 期望比例期望比例 期望值期望值(E)F2: 紫长紫长 4831 9 3910.5紫圆紫圆 390 3 1303.5红长红长 393 3 1303.5红圆红圆 1338 1 434.5 总计总计 6952 2 = (Oi-Ei)2/Ei=3371.58 df=4-1=3, 差异极显著，差异极显著， 结果不符合自由组合定结果不符合自由组合定律，律， F2代中性状的亲组合类型远远多于重组类型。代中性状的亲组合类型远远多于重组类型。P: 紫花圆花

3、粉紫花圆花粉红花长花粉红花长花粉 F1: 紫花长花粉紫花长花粉 表型表型 观察数观察数(O) 期望比例期望比例 期望值期望值(E)F2: 紫长紫长 226 9 235.8紫圆紫圆 95 3 78.5红长红长 97 3 78.5红圆红圆 1 1 26.2 总计总计 419 2 = (Oi-Ei)2/Ei=32.4 df=4-1=3, 差异极显著，差异极显著， 结果不符合自由结果不符合自由组合定律。组合定律。Batson等：等：互引相互引相(coupling phase) 前一种亲本组合前一种亲本组合 互斥相互斥相(repulsion phase) 后一种亲本组合后一种亲本组合1912年，年，摩尔

4、根：摩尔根： 连锁交换定律连锁交换定律 凡是伴性遗传的基因，相互之间总是连锁的。凡是伴性遗传的基因，相互之间总是连锁的。描述亲本花色花粉粒形状两个显性性状连在一起遗传P1紫花(显)长花粉粒(显)两个隐性性状连在一起遗传P2红花(隐)圆花粉粒(隐)一个显性性状与另一个隐性性状P1紫花(显) 圆花粉粒(隐)一个隐性性状与另一个显性性状P2红花(隐) 长花粉粒(显)相引相相斥相描述亲本花色花粉粒形状两个显性性状连在一起遗传P1紫花(显)长花粉粒(显)两个隐性性状连在一起遗传P2红花(隐)圆花粉粒(隐)一个显性性状与另一个隐性性状P1紫花(显) 圆花粉粒(隐)一个隐性性状与另一个显性性状P2红花(隐)

5、 长花粉粒(显)相引相相斥相 连锁连锁(linkage): 1、摩尔根的试验、摩尔根的试验：P: 灰体长翅灰体长翅(BBVV) 黑体残翅黑体残翅(bbvv) F1:灰体长翅灰体长翅(BbVv) 测交测交1：灰体长翅灰体长翅(BbVv) 黑体残翅黑体残翅(bbvv) 灰体长翅灰体长翅(BbVv) : 黑体残翅黑体残翅(bbvv) =1 : 1测交测交2： 灰体长翅灰体长翅(BbVv) 黑体残翅黑体残翅(bbvv) 灰体长翅灰体长翅(BbVv) : 0.42 黑体长翅黑体长翅(bbVv) : 0.08 灰体残翅灰体残翅(Bbvv) : 0.08 黑体残翅黑体残翅(bbvv) : 0.42 测交子代

6、虽然出现了四种类型，但是重组类型测交子代虽然出现了四种类型，但是重组类型显著少于亲本类型。显著少于亲本类型。l摩尔根的解释：摩尔根的解释：l 基因基因B、V处于同一条染色体上，而处于同一条染色体上，而其等位基因其等位基因b、v位于同源染色体的另一位于同源染色体的另一条上。减数分裂时不能独立分配和自由条上。减数分裂时不能独立分配和自由组合。组合。2、完全连锁、完全连锁(Complete linkage):如如测交测交1：基因完全：基因完全连锁，不能发生重组。例连锁，不能发生重组。例雄果蝇雄果蝇和和雌家蚕雌家蚕P: 灰体长翅灰体长翅(BBVV) 黑体残翅黑体残翅(bbvv(bbvv) ) F1:

7、灰体长翅灰体长翅(BbVv) 黑体残翅黑体残翅(bbvv(bbvv) ) 灰体长翅灰体长翅(BbVv) : 黑体残翅黑体残翅(bbvv(bbvv) =) =1 : 1B VB Vb vb vB Vb vb vb vB Vb vb vb v3、 不完全连锁不完全连锁(Incomplete linkage)： 如如测交测交2，基因可以发生部分重组，但亲，基因可以发生部分重组，但亲本类型多于重组类型。本类型多于重组类型。 灰体长翅灰体长翅(BbVv) 黑体残翅黑体残翅(bbvv(bbvv) ) 灰体长翅灰体长翅: 黑体黑体长翅长翅: 灰体灰体残翅残翅: 黑体残翅黑体残翅 (BbVv) (b bbVv

8、) ( (Bbvv) ( bbvvbvv) ( bbvv) ) B Vb vB vb VB Vb vb vb vb vb vb vb v42% 8% 8% 42%Results of gamate formation where two hererozygous genes are (a) on two different pairs of chromoses; Results of gamate formation where two hererozygous genes are (b)on the same pair of homologs, but where no exchange o

9、ccurs between themResults of gamate formation where two hererozygous genes are (c) on the same pairs of homologs, where an exchange occurs between two nonsister chromatids. (1)相引相引是两个基因位于同一条染色体上， 相斥相斥则反之。 (2)同源染色体在减数分裂时发生交换交换 ( crossing-over ) (3)位置相近的因子相互连锁连锁。(孟德尔遗传的随机分离与相引Science,191134.384) 1）.交换

10、的机制交换的机制： Janssens, 1909 交叉型假设交叉型假设（chiasmatype hypothesis) 要点：要点： (1). 减数分裂前期的粗线期，非姊妹染色减数分裂前期的粗线期，非姊妹染色单体之间由于在粗线期发生交换单体之间由于在粗线期发生交换(crossing over)而在双线期出现而在双线期出现交叉交叉(chiasma)。(2). 相互连锁的两个基因之间如发生交换，会相互连锁的两个基因之间如发生交换，会导致这两个基因发生重组。导致这两个基因发生重组。A Ba bA ba B交换交换A BA ba Ba bA Ba bA Ba bA Ba b复制复制 交换交换发生过交换

11、的性母细胞产生的配子，只有一半是发生过交换的性母细胞产生的配子，只有一半是重组子，另一半是亲组合型。重组子，另一半是亲组合型。 交换的特点交换的特点：2）交换率）交换率（crossoverrate）：）：又称交换值或又称交换值或重组率重组率(RF ，recombination frequency)。l 交换率交换率= 重组合重组合( (亲组合重组合亲组合重组合) ) 100100单位单位: : 图距单位图距单位 m.um.u. . (map unit) )或厘摩或厘摩( (centimorgan cM)以玉米的测交实验为例说明交换率测定方法。以玉米的测交实验为例说明交换率测定方法。 总配子数重

12、组型配子数交换值100(%)C与与Sh连锁，亲本为互引相时：连锁，亲本为互引相时：分析：分析：不论哪种基因组合的交配方式，测交后代中亲不论哪种基因组合的交配方式，测交后代中亲组合的频率都是组合的频率都是97%左右（高），重组合的频率仅左右（高），重组合的频率仅占占3%左右（低）。左右（低）。 RF值越小，基因间的连锁强度越大。值越小，基因间的连锁强度越大。 RF值越大，基因间的连锁强度越小；接近值越大，基因间的连锁强度越小；接近50%时，基因间的连锁关系难以判断，必须用大量时，基因间的连锁关系难以判断，必须用大量的测交后代的数据方可鉴别。的测交后代的数据方可鉴别。连锁现象在生物界普遍存在。连锁

13、现象在生物界普遍存在。连锁群连锁群(linkage group) ：连锁群的数目连锁群的数目=单倍体染色体数单倍体染色体数(n) 人类人类 果蝇果蝇l 摩尔根摩尔根l遗传学第三大定律遗传学第三大定律：连锁交换定律连锁交换定律。 l内容内容：l 处在同一染色体上的两个或多个基因联合处在同一染色体上的两个或多个基因联合在一起传入子代的频率大于重新组合的频率在一起传入子代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时，同源染色重组类型的产生是由于配子形成时，同源染色体的非姊妹染色单体间发生了局部交换的结果体的非姊妹染色单体间发生了局部交换的结果。 1. 分离定律是自由组合定律和连锁交

14、换定律的基础；分离定律是自由组合定律和连锁交换定律的基础； 2. 自由组合定律和连锁交换定律是生物体遗传性状发自由组合定律和连锁交换定律是生物体遗传性状发生生变异变异的主要机制；的主要机制； 3. 自由组合与连锁交换的区别：自由组合与连锁交换的区别： (1)染色体间重组染色体间重组(interchromosomal recombination) 染色体内重组染色体内重组(intrachromosomal recombination) (2)自由组合受生物染色体对数的限制，而连锁交换自由组合受生物染色体对数的限制，而连锁交换则受其染色体本身长度的限制。则受其染色体本身长度的限制。 生理学及遗传学

15、家生理学及遗传学家JBSHaldane（英）（英） 凡是较少发生交换的个体必定是异配性别凡是较少发生交换的个体必定是异配性别个体。个体。霍尔丹定律。霍尔丹定律。 在一定条件下，相同基因之间的交换值是在一定条件下，相同基因之间的交换值是相对稳定的。相对稳定的。双交换（双交换（double crossingover）双交换特点（双交换特点（1）（）（2）（）（3）A ba B 单交换单交换A Ba b A Ba b双交换双交换A Ba bA C Ba c b A c Ba C b双交换双交换Consequences of a double exchange between two nonsiste

16、r chromatids. 基因在染色体上的位置是相对恒定的。根据是两基因在染色体上的位置是相对恒定的。根据是两个基因之间的重组值个基因之间的重组值(率率)的相对恒定性。不同基因间的相对恒定性。不同基因间的重组值不同。的重组值不同。 摩尔根摩尔根(1911) ：重组值重组值(交换值交换值)的大小反映着的大小反映着基因座在染色体上距离的远近。于是将交换的百分率基因座在染色体上距离的远近。于是将交换的百分率直接定为染色体上基因座之间的距离单位。直接定为染色体上基因座之间的距离单位。 AHSturtevant ：“基因的直线排列基因的直线排列”原理原理任何任何3个距离较近的个距离较近的a、b、c连锁

17、基因，若已分别测得连锁基因，若已分别测得a、b和和b、c间的距离，间的距离，那么那么a、c的距离，就必然等于前二者距离的和或差。的距离，就必然等于前二者距离的和或差。1基因定位基因定位(gene mapping) 2染色体图染色体图(chromosome map)3图距图距(map distance) 图距单位图距单位(map unit，mu)： “厘摩厘摩” (centimorgan, cM)，l cM=l%重组值去掉重组值去掉%的数值。的数值。1). 测交并计算重组值：测交并计算重组值： bi-w: 5.3cM w-y: 1.1 cM (1) w-y-bi (2) y-w-bi y-bi:

18、 5.5 cM2). 画出基因连锁图。画出基因连锁图。 (1) w y bi 1.1 cM 4.2cM (2) y w bi 1.1 cM 5.3cM 1. 工作量大，需要作三次杂交，三次测交；工作量大，需要作三次杂交，三次测交；2. 不能排除不能排除双交换的影响，准确性不够高双交换的影响，准确性不够高。当两基因位点间超过当两基因位点间超过5个遗传单位时，两点测验的个遗传单位时，两点测验的准确性就不够高。准确性就不够高。MorganSturtevant：用用3个基因的杂合体个基因的杂合体abc/+与与3个基因的隐性纯合体个基因的隐性纯合体abc/abc做测交。做测交。以下用实验说明其遗传分析的

19、方法：以下用实验说明其遗传分析的方法： 表型表型 个体数目个体数目 比例比例 类型类型ec ct + 2125+ + cv 2207ec + cv 273 + ct + 265ec + + 217 + ct cv 223+ + + 5 ec ct cv 3 合计合计 5318 100% 81.5% 亲本型亲本型 10.1% 单交换型单交换型 8.3% 单交换型单交换型 0.1% 双交换型双交换型 ec-ct间的重组值是间的重组值是18.4%，但不等于，但不等于ec-cv及及cv-ct间两间两个重组值分量之和，即个重组值分量之和，即10.2%+8.4%=18.6%=/=18.4%。计。计算的算的

20、ec-ct重组值为什么低于重组值为什么低于ec-cv及及cv-ct间重组值之和间重组值之和? 因为在双交换类型中，末端两个基因因为在双交换类型中，末端两个基因(ec和和ct)之间虽同时之间虽同时发生了两次交换，但看不到重组，对于发生了两次交换，但看不到重组，对于ec-ct来讲，双交来讲，双交换的结果等于不交换。只有当基因换的结果等于不交换。只有当基因cv存在时，才能从表存在时，才能从表型上辨认出双交换。型上辨认出双交换。后代后代8种个体中，种个体中，+和和ec ct cv为双交换产物，计为双交换产物，计算算ec-cv及及cv-ct重组值时都用了此数值，但计算重组值时都用了此数值，但计算ec-c

21、t的的重组值时却未用到，因为重组值时却未用到，因为ec-ct间双交换的结果并不出间双交换的结果并不出现重组，所以现重组，所以ec-ct之间的实际交换值为重组值加之间的实际交换值为重组值加2倍倍双交换值，即双交换值，即18.4%+2*0.1%=18.6%。对。对ec-ct的交换的交换值作上述校正之后，它们之间的图距就是值作上述校正之后，它们之间的图距就是18.6cM，正，正好等于好等于 ec-cv和和cv-ct图距之和。因此当三点测交后代图距之和。因此当三点测交后代出现出现8种表型时，表明相距较远的末端两个基因间必种表型时，表明相距较远的末端两个基因间必定有双交换发生，而末端两基因间的重组值往往

22、会低定有双交换发生，而末端两基因间的重组值往往会低估了交换值，此时需要用两倍双交换值来作校正。若估了交换值，此时需要用两倍双交换值来作校正。若相距较近的相距较近的3个基因的三点测交，往往不出现双交换个基因的三点测交，往往不出现双交换类型，测交后代只有类型，测交后代只有6种表型，无需校正。种表型，无需校正。1）. 干涉干涉(interference, I) 在三点测交中每发生一次在三点测交中每发生一次 单交换都会影响它邻近发生另一次单交换，这单交换都会影响它邻近发生另一次单交换，这种现象称作干涉或染色体干涉。种现象称作干涉或染色体干涉。2）. 正干涉和负干涉正干涉和负干涉 第一次交换发生后，引起

23、邻近发生第二次交换第一次交换发生后，引起邻近发生第二次交换机会降低的情况称为正干涉机会降低的情况称为正干涉(positive interference) ，引起第二次交换机会增加的为负干涉引起第二次交换机会增加的为负干涉(negative interference) 。 观察到的双交换率与预期的双交换率的比值称做观察到的双交换率与预期的双交换率的比值称做并发系数并发系数(coefficient of coincidence，C)。 干涉干涉I=l-C。C愈大，干涉愈小；愈大，干涉愈小；C=l时，时，I=0, 没没有干涉；有干涉；I=1表示干涉完全，实验中无双交换，后代表示干涉完全，实验中无双交

24、换，后代只有只有6种表型，一般是由于基因间相距很近，双交换种表型，一般是由于基因间相距很近，双交换不易发生。不易发生。A partial genetic map of the four chromosome of Drosophila melanogaster. 关于遗传学图的补充说明关于遗传学图的补充说明: (1).一般以最左瑞的基因位置为一般以最左瑞的基因位置为0，随研究进展，发现有，随研究进展，发现有新基因在更左端时，把新基因在更左端时，把0点的位置让给新基因，其余的基因点的位置让给新基因，其余的基因座相应移动。座相应移动。 (2). 重组率在重组率在0%-50%之间，但遗传学图上可出现

25、之间，但遗传学图上可出现50个单个单位以上的图距。这是因为这两个基因之间距离较远，发生多位以上的图距。这是因为这两个基因之间距离较远，发生多次交换的缘故，但实际上它们之间的重组率不会超过次交换的缘故，但实际上它们之间的重组率不会超过50%。要从图上得知基因之间的重组率只限于邻近的基因座间。相要从图上得知基因之间的重组率只限于邻近的基因座间。相距较远基因之间的重组率要通过测交才能得知。距较远基因之间的重组率要通过测交才能得知。y w v m r 0.0 1.0 30.7 33.7 57.6基因间的距离与交换值、遗传距离、连锁强度基因间的距离与交换值、遗传距离、连锁强度 一一. 链孢霉（链孢霉（N

26、eurospora crassa）的生活史）的生活史l 分生孢子(conidia)l交配型交配型（matig type）l子囊果子囊果(peri thecium)子实体子实体l子囊子囊(ascus)l子囊孢子子囊孢子(ascospore)分生孢子（分生孢子（n）菌丝菌丝（n）子实体子实体核融合核融合合子核合子核(2n)交配型交配型A交配型交配型B减数分裂减数分裂I减数分裂减数分裂II有丝分裂有丝分裂萌发萌发(n)子囊孢子（子囊孢子（n）粗糙链孢霉属于低等真核生物，特点：粗糙链孢霉属于低等真核生物，特点： (1).子囊孢子是单倍体，无显隐性复杂性，表型子囊孢子是单倍体，无显隐性复杂性，表型直接反

27、映基因型。直接反映基因型。 (2). 一次只分析一个减数分裂的产物。一次只分析一个减数分裂的产物。 (3). 体积小，易增殖，易培养，一次杂交可以产体积小，易增殖，易培养，一次杂交可以产生大量后代，易于获得正确的统计结果。生大量后代，易于获得正确的统计结果。 (4). 进行有性生殖，染色体的结构和功能类似于进行有性生殖，染色体的结构和功能类似于高等动、植物。高等动、植物。 粗糙脉孢菌的营养菌丝体是分节的，每一节粗糙脉孢菌的营养菌丝体是分节的，每一节内含有许多单倍体的核，它的每一节都有不成对内含有许多单倍体的核，它的每一节都有不成对的的7条染色体。分生孢子萌发，菌丝生长，形成条染色体。分生孢子萌

28、发，菌丝生长，形成菌丝体，菌丝再长出分生孢子散开去，继续无性菌丝体，菌丝再长出分生孢子散开去，继续无性繁殖周期。繁殖周期。 两种不同的接合型相互结合两种不同的接合型相互结合:一种接合型菌株一种接合型菌株(A)的分生孢子落在另一种接合型菌株的分生孢子落在另一种接合型菌株(a)的子实体的受的子实体的受精丝上。其细胞核进人受精丝中，形成异核体。经精丝上。其细胞核进人受精丝中，形成异核体。经多次有丝分裂，两种细胞核在子囊多次有丝分裂，两种细胞核在子囊(ascus)中融合成中融合成合子核合子核(2n)。接着合子核在子囊中进行减数分裂，每。接着合子核在子囊中进行减数分裂，每一个二倍体核产生一个二倍体核产生

29、4个单倍体核。每一单倍体又进行个单倍体核。每一单倍体又进行一次有丝分裂，使每一成熟的子囊中含有一次有丝分裂，使每一成熟的子囊中含有8个子囊孢个子囊孢子，其中邻接的每一对孢子有相同的基因型。子，其中邻接的每一对孢子有相同的基因型。1、顺序四分子、顺序四分子1）四分子四分子(tetrad) 一个性母细胞减数分裂的四个产物（子代个一个性母细胞减数分裂的四个产物（子代个体）留在一起体）留在一起. 四分子分析四分子分析(tetrad analysis) 对四分子进行遗传学分析对四分子进行遗传学分析. 顺序四分子顺序四分子(ordered tetrad)： 链孢霉的减数分裂的链孢霉的减数分裂的 四个产物（

30、子代链孢霉）不仅留在一起，而且四个产物（子代链孢霉）不仅留在一起，而且 以以直线方式顺序排列在子囊中。直线方式顺序排列在子囊中。 脉孢菌减数分裂的脉孢菌减数分裂的4个产物保留在一起，称为四个产物保留在一起，称为四分子分子(tetrad)，但是，子囊的外形是如此狭窄，以致分，但是，子囊的外形是如此狭窄，以致分裂的纺锤体不能重叠，只能纵立于它的长轴之中，所裂的纺锤体不能重叠，只能纵立于它的长轴之中，所有分裂后的核有分裂后的核8个子囊孢子都从上到下顺序排列个子囊孢子都从上到下顺序排列成行，可以推知，第一对子囊孢子来自一条染色单体，成行，可以推知，第一对子囊孢子来自一条染色单体，第二对孢子则是来自这条

31、染色单体的姊妹染色单体第二对孢子则是来自这条染色单体的姊妹染色单体;第第三和第四对子囊孢子是来自前一条染色体同源染色体三和第四对子囊孢子是来自前一条染色体同源染色体的姊妹染色单体。所以，脉的姊妹染色单体。所以，脉孢孢菌减数分裂所产生的四菌减数分裂所产生的四分子是属于顺序四分子分子是属于顺序四分子(orded tetrad)。 顺序四分子在遗传分析上有很多优越性顺序四分子在遗传分析上有很多优越性 (1)可以把着丝粒作为一个座位可以把着丝粒作为一个座位(locus)，计算基因，计算基因与着丝粒的重组率，即着丝粒作图。与着丝粒的重组率，即着丝粒作图。 (2) 子囊中子囊孢子的对称性，证明减数分裂是子

32、囊中子囊孢子的对称性，证明减数分裂是一个交互过程。一个交互过程。 (3). 可以检验染色单体的交换有否干涉现象，还可以检验染色单体的交换有否干涉现象，还可利用它来进行基因转变可利用它来进行基因转变(gene conversion)的研究。的研究。 (4). 证明双交换不仅可以包括证明双交换不仅可以包括4线中的两线而且可线中的两线而且可以包括以包括3线或线或4线线 利用四分子分析法，测定基因与着丝利用四分子分析法，测定基因与着丝粒间的距离称为着丝粒作图。粒间的距离称为着丝粒作图。问题：问题：高等动植物中能否用高等动植物中能否用着丝粒作图着丝粒作图来来确定某基因在染色体上的位置？确定某基因在染色体

33、上的位置？AAaa 如果着丝粒与某杂合基因座之间没有发生交换，如果着丝粒与某杂合基因座之间没有发生交换，则减数分裂中，等位基因则减数分裂中，等位基因A和和a的分离发生在第一次减的分离发生在第一次减数分裂期间。数分裂期间。MIAAaanAAaaAAaanAAaa2nM A A A A A M A M A A a a A a a a a a a a (a) 第一次分裂分离第一次分裂分离 如果着丝粒与某杂合基因座之间发生了交换，则如果着丝粒与某杂合基因座之间发生了交换，则减数分裂中，等位基因减数分裂中，等位基因A和和a的分离发生在第二次减的分离发生在第二次减数分裂期间。数分裂期间。AaAaAaAaA

34、aAaAAaaAaAaMII2nnnn A A A A A M a M a a A A a a A a a A a a (b) 第二次分裂分离 第一次分裂分离: 第二次分裂分离: 8个子囊孢子排列类型 利用四分子分析法，测定基因与着丝粒间的距离，利用四分子分析法，测定基因与着丝粒间的距离，即根据子囊孢子基因型的排列顺序，计算基因与着丝粒即根据子囊孢子基因型的排列顺序，计算基因与着丝粒的重组率，确定基因与着丝粒之间的距离和排列顺序。的重组率，确定基因与着丝粒之间的距离和排列顺序。实验说明：两种链孢霉杂交：实验说明：两种链孢霉杂交： 野生型菌株野生型菌株(lys+，或十，或十)，子囊孢子：黑色。，

35、子囊孢子：黑色。 赖氨酸缺陷型赖氨酸缺陷型(lys 或或 )，子囊孢子：灰色。，子囊孢子：灰色。重组率重组率= 交换型子囊数交换型子囊数 总子囊总子囊 1/2100 赖氨酸缺陷型赖氨酸缺陷型(lys-) X 野生型野生型(lys+)序号子囊类型子囊数序号子囊类型子囊数 分裂类型分裂类型1. I2. 非交换型非交换型3. 4. II5. 交换型交换型6. RF= * *100% II(MI+MII) 9+5+10+16105+129+9+5+10+16=* *100% =7.3%=7.3cMlys+/-7.3cM例：烟酸依赖型例：烟酸依赖型(n +) X 腺嘌呤依赖型腺嘌呤依赖型(+ a)序号序

36、号 1 2 34567 +a+a+a+子子 +a+anan+nana囊囊 n+nan+a+a型型 n+ nanan+n+nan+分离分离 MIMI MIMI MIMII MIIMI MIIMII MIIMII MIIMII类别类别 PD NPDTTPDNPDT数目数目 80819059015(1). 对子囊进行分类统计，不考虑孢子排列顺序，根据性状组合将四分子分对子囊进行分类统计，不考虑孢子排列顺序，根据性状组合将四分子分为三种类型：为三种类型：1) PD: 亲二型（亲二型（parental ditype)：孢子有：孢子有2种基因型，且与亲代相同种基因型，且与亲代相同.2) NPD: 非亲二型

37、（非亲二型（non-parental ditype)：孢子有：孢子有2种基因型，且与亲代不种基因型，且与亲代不同同. 如果如果 PD:NPD=1:1，则两个基因自由组合，否则连锁。，则两个基因自由组合，否则连锁。3) T: 四型（四型（tetratype):孢子有孢子有4种基因型，种基因型， 2种与亲代相同种与亲代相同, 2种与亲代不同种与亲代不同. 链孢霉的连锁作图链孢霉的连锁作图 nic（nicotinic) ad（adenine） PD为亲二型亲二型（parental ditype） NPD为非亲二型非亲二型 ( nonparental ditype ) T为四型四型（tetratyne

38、）表： nicnic + + + + ad ad 得到不同子囊型的后代得到不同子囊型的后代 （1 1） （2 2） （3 3） （4 4） （5 5） （6 6） （7)7) ad ad adad adad ad ad ad nic ad nicad nic ad nic nic ad nicnic ad nic ad ad nicnic + + nic ad nicnic ad nic adad adad nicnic + + nic ad nic ad nic nic ad nic ad nic nicnic nic ad nicnic ad nic M M 1 1 M M 1 1 M M

39、 1 1 M M 1 1 M M 1 1 M M 2 2 M M 2 2 M M 1 1 M M 2 2 M M 2 2 M M 2 2 M M 2 2 M M 2 2 M M2 2 （PDPD） （NPDNPD）（T T） （T T） （PDPD） （NPDNPD） （T)T) 808 808 1 1 90 5 90 5 90 901 1 5 5无交换无交换 0%单交换单交换 50%四线双交换四线双交换 100%二线双交换二线双交换 50%单交换单交换 0%四线多交换四线多交换 100%三线双交换三线双交换 50%子囊型子囊型 染色体图染色体图 交换类型，重组率及四分子类型交换类型，重组率及

40、四分子类型 + ade + ade + ade + ade (1) + ade (5) nic + nic + + ade nic + nic + nic + nic + + + + + + + + +(2) + + (6) nic ade nic ade + + nic ade nic ade nic ade nic ade + + + ade + + + nic(3) + ade (7) nic + nic + + ade nic ade nic ade nic + nic + + ade + ade(4) nic ade + + nic + nic +RF.-n= * *100% II

41、MI+MII 5+90+1+5 1000=* *100% =5.05%=5.05cM序号序号 1 2 34567 +a+a+a+子子 +a+anan+nana囊囊 n+nan+a+a型型 n+ nanan+n+nan+分离分离 MIMI MIMI MIMII MIIMI MIIMII MIIMII MIIMII类别类别 PD NPDTTPDNPDT数目数目 80819059015-n 5.05 序号序号 1 2 34567 +a+a+a+子子 +a+anan+nana囊囊 n+nan+a+a型型 n+ nanan+n+nan+分离分离 MIMI MIMI MIMII MIIMI MIIMII

42、MIIMII MIIMII类别类别 PD NPDTTPDNPDT数目数目 80819059015RF.-a= * *100% II MI+MII 90+90+1+51000=* *100% =9.3%=9.3cM -a 9.3RFn-a= NPD+ T PD+ NPD + T(1+1) + (90+5+5) 1000=5.2%=5.2cM（5）画出基因连锁图：）画出基因连锁图：-n 5.2 -a5.05 9.3+0.95=10.25 -n -a 5.05 9.3lRFRF（着丝粒（着丝粒- -nicnic） = (4)(5)(6)(7) 1000 1/2 100% = (5+90+1+5) 1

43、000 1/21/2 = 5.05 % = 5.05 (m.u)5.05 % = 5.05 (m.u)lRFRF（着丝粒（着丝粒- -adad） = (3) (5) (6) (7) 1000 1/2 100% = (90+90+1+5) 1000 1/21/2 = 9.30 % = 9.30 (m.u)% = 9.30 (m.u)lnic 和和ad 这两个基因是否连锁这两个基因是否连锁 ?lRF(RF(nicad) ) = ( NPD+1/2 T) 总子囊数总子囊数 = (2) + (6) + 0.5 (3) (4) (7) 1000 = (1+1) + 0.5 ( 90+5+5 ) 1000

44、 = 5.2 % = 5.2 (m.u.)lnic 和和 ad 分别位于着丝点的两侧还是同侧？分别位于着丝点的两侧还是同侧？ (1)若若nicnic和和adad不在同不在同 nic ad 一条染色体上：一条染色体上： 5.05 9.035.05 9.03 (2) 若若nicnic和和adad 连锁，连锁， nic ad 但在着丝但在着丝点两侧：点两侧： 5.05 9.039.03 (3) 若若nicnic和和adad 连锁连锁, , nic ad 在着丝点同侧在着丝点同侧: : 5.055.05 9.03 图：图： nic,adnic,ad 座位着丝点作图分析座位着丝点作图分析l因亲组合因亲组

45、合(M1M1)约占约占80，表明是连锁的；，表明是连锁的；不同步不同步： M2M15 M1M290 o 5.05 nic ad 9.03 o nic 之间发生交换的子囊为之间发生交换的子囊为 101 o ad 之间发生交换的子囊为之间发生交换的子囊为186同步同步：M2M2= 90 + 1+ 5 = 96 o nic 之间发生交换的子囊为之间发生交换的子囊为 101次交换中有次交换中有96次次 o ad 之间也发生了交换之间也发生了交换 如前所述，重组通常总是交互的，如在一个如前所述，重组通常总是交互的，如在一个杂合体杂合体Aa中，如果一染色体把基因中，如果一染色体把基因A交给其同源交给其同源

46、染色体，则它的同源染色体必定把染色体，则它的同源染色体必定把 a回交给它。回交给它。所以在真菌如链孢霉中，一个座位上的两等位基所以在真菌如链孢霉中，一个座位上的两等位基因分离时，应该呈现因分离时，应该呈现2：2分离，即野生型与突变分离，即野生型与突变型孢子为型孢子为4：4分离。分离。19301930年年WinklerWinkler把真菌中不规则分离现象解释为基把真菌中不规则分离现象解释为基因转变（因转变（conversionconversion）。）。Lindegren,C.CLindegren,C.C（19491949）报道了酵母有规律的异常）报道了酵母有规律的异常分离现象：交配型分离现象：

47、交配型A Aa a的杂交中，有些子囊所含的的杂交中，有些子囊所含的孢子为（孢子为（3A+1a3A+1a），也称为基因转变。），也称为基因转变。5050年代中期年代中期Mitchell M.B.Mitchell M.B.发现了链孢霉中的异常发现了链孢霉中的异常分离，认为其不是由于整个染色体的异常行为，而分离，认为其不是由于整个染色体的异常行为，而是由于特定位点的是由于特定位点的“基因转变基因转变”所致，即属于基因所致，即属于基因内重组。内重组。Olive, E1-AniOlive, E1-Ani和和KitaniKitani等在粪壳菌（等在粪壳菌（Sodaria Sodaria fimicolaf

48、imicola）中也发现了异常分离。认为这种异常分）中也发现了异常分离。认为这种异常分离是有丝分裂的产物，称为减数后分离离是有丝分裂的产物，称为减数后分离（postmeiotic segreationpostmeiotic segreation） + pdxp pdx + 585个子囊，其中4个特殊 子子 囊囊孢孢 子子 对对第一对第一对 + pdxp pdx + + + pdx +第二对第二对 + + pdx + + pdxp + pdxp第三对第三对 + pdxp + + pdx + + +第四对第四对 pdx + + pdxp pdx + pdx + 1 2 3 4 重组？！重组？！ 相

49、反的重组子未出现。相反的重组子未出现。 突变？！突变？！ 其出现的概率比正常的突变率高的多。其出现的概率比正常的突变率高的多。pdx + + pdxp pdx + + pdxppdx + pdx + pdx pdxp pdx + + + + + + pdxp + pdxp 正常分离正常分离 正常正常2：2 异常异常3：1 基因转变往往伴有转换区外基因的重组，但基因转变往往伴有转换区外基因的重组，但区外基因的重组是正常的交互形式，所以虽然区外基因的重组是正常的交互形式，所以虽然pdxp位点出现异常的位点出现异常的3：1（或（或6：2）分离，但邻）分离，但邻接的接的pdx位点仍显示正常的位点仍显示

50、正常的2：2分离。分离。 在粪生粪壳菌中也发现此现象。被广泛研究的在粪生粪壳菌中也发现此现象。被广泛研究的是是g基因，其决定子囊孢子的颜色：基因，其决定子囊孢子的颜色： g+为黑色为黑色 g-为灰色为灰色 g+ g- 正常正常4：4 5：3 6：2 3：1：1：3 异常（异常（0.080.06%）+gg+ +g+ + + + + + g g 6：2+/gg+ + + + + g g g 5：3+/g+/g + + + g + g g g 异常异常4：4 此菌异常分离子代中，虽此菌异常分离子代中，虽g+/g-呈现异常分离，但邻近的呈现异常分离，但邻近的A/a基因仍呈现正常分离。基因仍呈现正常分离

51、。A A a aAAaag+A g+Ag+a g-ag+Ag-Ag-ag-a非重组孢子对非重组孢子对重组孢子对，其中一个孢重组孢子对，其中一个孢子发生基因转变子发生基因转变重组孢子对，其中一个孢重组孢子对，其中一个孢子发生基因转变子发生基因转变非重组孢子对非重组孢子对 A g+ A g+ a g+ A g+ 全部校正 4 : 4 a g+ 6 :2 a g 正常分离 正常分离 a g A g+ 未校正 A g+ A g+ a g A g+ a g 部分 a g+ 校正 a g a g+ a g+ 5 : 3 A g+ A g+ 异常 a g+ 4 : 4 分离 A g+ 异常分离 A g A

52、g a g a g A g a g a g a g 图 23-7 基因转变和减数后分离（一）各种模型理论（一）各种模型理论 1 1、交叉理论交叉理论（chiasmatatype hypothesis） 1909年Janssens并提出了交叉型理论 2 2、断裂重接（愈合）模型断裂重接（愈合）模型 1937年Darlington提出 3、模板选择学说模板选择学说（copy choice copy choice ） Belling J.首先提出，1933年他又撤回了这 一假设。 4、 19481948年年HersheyHershey提出提出模板选择学说模板选择学说 1 2. 断裂重接模型 3. 4

53、. 1 2. 模板选择复制 模型 3. 4. 图 23-3 断裂重接模型和模板选择复制模型的比较 断裂重接模型断裂重接模型不能解释基因转变和极化子现象模板选择复制模型模板选择复制模型存在的问题： (1) 违背了半保留复制； (2) DNA复制应在S期，重组应在粗线期，不应同时发生。 (3)不能解释3线和4线交换。（二）（二） Holliday 模型模型 基因重组的模型都必须解释异源双基因重组的模型都必须解释异源双链的形成以及基因转变往往伴随着两侧链的形成以及基因转变往往伴随着两侧基因重组这一现象。基因重组这一现象。19641964年美国学者年美国学者Robin Holliday提出了著名的Ho

54、llidayHolliday模型。模型。 (1) 5 A B 3 (8) A 3 5 B3 55 a b 3 两臂旋转 联会 (2) 5 A B 3 b 3 5 a3 55 a b 3 (9) A 酶切 B (3) 5 A B 33 5 b 3 5 a5 a b 3 游离端移动联会 (4) 5 A B 3 (10) A A 3 5 B B 3 55 a b 3 游离端交叉连接 b b(5) 5 A B 3 a a3 53 5 (11) A B A b5 a b 3 形成单链交叉 a b a B(6) 5 A B 33 5 3 5 A B A b 5 a b 3 分支点移动(7) A a b a

55、 B B a b 图 238 Holiday 重组模型。g+ g-g+: 5-ACAGT-33-TGTCA-5 5-ACATT-33-TGTAA-5g-: 5-ACAGT-33-TGTCA-53-TGTAA-55-ACATT-3 重组重组 5-ACAGT-33-TGTAA-53-TGTCA-55-ACATT-3G（+）A（g）GC A丢失丢失TAG丢失丢失野生型（野生型（+） 突变型（突变型（g）三、重组类型三、重组类型（一）同源重组同源重组 (homologous recombination )或 普遍性重组普遍性重组（generalized recombination ）（二）位点特异性重

56、组位点特异性重组(site-specific recombination) 如1、在在att位点的整合位点的整合u 2、倒位重组：沙门氏细菌、倒位重组：沙门氏细菌（Salmonella） u 的相转变的相转变u Mu噬菌体噬菌体G片段的倒位片段的倒位u 3、 酵母交配型转变的重组酵母交配型转变的重组（三）非同源重组非同源重组 如转座如转座 噬菌体 P O P 包装 感染宿主 P O P B O B Int Int IHF IHF Xis B O P P O B 图 23-21噬菌体的整合和切离 四、转座四、转座1951年McClintock：转座转座（Transposition） 跳跃基因跳跃

57、基因(jumping gene) 1、原核生物中的转座因子的发现和检出原核生物中的转座因子的发现和检出 1967年年Shapiro才在才在E.coli的的半乳糖操纵子半乳糖操纵子(gal K,T,E）中发现了转座因子（）中发现了转座因子（transposable element）。）。l2原核转座因子的类型原核转座因子的类型l(1) 插入序列插入序列(IS)l(2) 复合转座子。复合转座子。 l(3) TnA家族家族 l (4)Mu噬菌体噬菌体表 23-4 IS 的结构和功能DR(bp)IR(bp)中心区域(bp)靶的选择拷贝数IS 1923768随机58IS25411327热点5 (在 F因

58、子上为1)IS41113181428AAN20TTT1 或 2IS54161195热点？IS10R9221329NGCTNAGCNIS50R991531热点IS9039181057随机 表 23-5 复合转座子的结构和功能转 座因子长 度(bp)遗 传标记末 端 组件方向二组件的关系组件的功能Tn9033100KanRIS903反向相同二者皆有功能Tn92500CamRIS 1正向推测相同预计有功能Tn109300TetRIS 10R有功能IS 10L反向有 2.5%的差异无功能Tn55700KanRIS 50R有功能IS 50L反向1 bp 的改变无功能 IS 组件相同，方向相反 camR

59、ISL ISR IS 组件 IS 组件 中的 IR 中的 IR 图 23-31 复合转座子结构的(Tn9) 转录单位 IR res IR tnpA tnpR ampR 38 3066 19 558 861 38tnpA GUA AUG tnpR -58 0 +105 mRNA mRNA 图 23-34 TnA 的结构和转录 3转座机制转座机制l (1) 类型la、 复制型转座复制型转座（replicative transposition）lb、 非复制型转座非复制型转座（nonreplicative l transposition）lc、 保守转座保守转座（conservative tranp

60、osition）4转座的共同中间体转座的共同中间体 Tn 从 3 末端复制 产生共合体 靶 单链交错切割 共合体 重组 转座子被切开的 末端和靶被切开 的末端连接 交叉结构(单链转移复合 图 2341 转座模型。Mu 转座产生交换结构，此结构通过复制产生共合体， 共合体中的转座子之间发生交换产生 2 个重组子。 转座酶结合在 Tnd 两端 转座子末端被交错剪切 + 另一条链也被切 受体也被交错切割 图 23-42 交换结构经剪切释放 供体被释放 Tn 连接到靶上 后导致非复制型转座子插入到靶 DNA 中，DR 包在两侧，供体留 下了一个双链缺口。 图 23-43 Tn 的两条链先后被切割，然后