整理真核生物的遗传分析

1、精品文档第七章真核生物的遗传分析重点：真核生物的基因组；真菌的遗传分析；真核生物重组的分子机制。难点：顺序四分子分析。一方面，随着生物结构和功能复杂程度的增加，需要的基因数量和产物种类越多，因此C值也相应地增加。Figure3.5DNAcontentofthehaploidgenomeisrelatedtotheniorphoh砥Wcomplexityoflowereukarotes,butvariescmiMvely冲thehighercukiirotes.The田ngeofDNAvaluesuiihmapliylumisiiuhctdbyIheshudalaiva.另一方面,第一节真核生物

2、基因组一、C值悖论二、N值悖论三、真核生物基因组DNA的复杂度一、C值悖论基因组（genomR: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因组。genome-Thecompletesetofsequencesinthegeneticmaterialofanorganism.ItincludesthesequenceofeachchromosomeplusanyDNAinorganelles.C值（C-value）:是指生物体的单倍体基因组所含DNA总量。每种生物各有其相对恒定的C值，不同物种的C值之间有很大差别。最小的C值是支原体，小于106bp；最大的C值是某些显花植物和两

3、栖动物，可达1011bp。C值同生物的进化有什么关系？生物的C值，即基因组的DNA总量是不是随着生物的进化而相应地增加？相似的同一类卜物中，以及卜缘关系很近的物种之间，卜看不到这种,律。因此，物种的c值及其进化复杂性之间没有严格的对应关系，这种现象称为C值悖理（Cvalueparadox)C-valueparadox:thelackofdirectrelationshipFigureThemrljniimumgenomesize;Rruindinc-achphylumiiacrcLi.seh.frcjniproknryoiijviULLinniiiilN.精品文档精品文档betweentheC

4、valueandphylogeneticcomplex.人们对C值悖理已经提出许多解释：包括基因组的部分或完全加倍、转座、返座已加工假基因、DNA复制滑动、不等交换和DNA扩增等。Petrov等又提出一个解释是：各种生物基因组的大小是由于基因组中长期积累起来的过量的非编码DNA被清除的速率不同所造成的结果，即DNA丢失的速率愈慢，那么基因组DN哈量愈高。二、N值悖论面对由基因组测序和注释所揭示出来的线虫、果蝇、植物以及人等的有关蛋白质编码基因的数目如何进行解释？比如：人的基因组（3300Mb）25,000个左右的基因；线虫基因组（97Mb）19,000个基因；果蝇基因组（常染色质部分的120M

5、b）-13,600个基因；水稻基因组（389Mb）37,544个基因非常明显，果蝇基因组比线虫基因组大，进化地位比线虫高，而编码基因反而比线虫少；人的基因组应该是最复杂的，人的进化地位最高，但编码的基因还没有水稻基因组的多。物种的基因数目与生物进化程度或生物复杂性的不对应性，这被称之为N值悖理（Nvalueparadox）。从N值悖理说明，生物体的复杂性不仅仅是基因数目的函数，随着生物体复杂性的增加，基因的大小和基因结构的复杂性亦增加。较为复杂的生物通过内含子的可变剪接使一个基因产生多个蛋白质分子。另外，随着生物体复杂程度的增加，其基因组中基因重复程度增加。基因结构复杂性的增加还体现在结构域的

6、数目上。内含子的数目也是随着生物体复杂性的增加而增加的。三、真核生物基因组DNA的复杂度真核生物基因组DNAC值和N值悖理现象都表明其DNA序列的复杂度，为此可通过复性动力学来检测基因组DNA序列的复杂性。也就是通过DNA的变性和复性反应的动力学过程分析DNA序列的性质，由于复性的速率取决于互补的DNA序列之间的随机碰撞，所以DNA复性是一个双分子二级反应。序列复杂性同一类生物中基因组大小相差悬殊，其主要差别在于“多余”DNA的量的差别。“多余”DNA量多，则基因组大；反之，则小。所谓“多余”DNA±要是重复序列。序列复杂性：是指不同序列的总长度，或者说：DNA分子中不重复碱基的总量

7、（用bp来表不）o若一个DN所子长度为106bp,完全不含重复1顺序，则x=106（bp）。DNA复性动力学基因组内单一序列和重复序列的组成情况，可通过DNAM性动力学研究来确定。DNAM性：当变性DNA的两条互补链在除去变性因素后，可以重新或部分恢复成双螺旋结构。dsDNAssDNA复性的速率可用下列公式表不：dC/dt=-kC2其中，C是在t时单链DNA的浓度，k是二级反应常数。上述公式可以重排为-dC/C2=kdt对上式积分整理得：C/C0=1/（1+kC0t）这里C0是t=0时DNA的初始浓度该公式表明反应中单链DNA所占百分数（C/C0）是DNA浓度（C0）同反应时间乘积的函数，通常

8、用C0t来表示。如C/C0对C0t作图可以得到下图的曲线，称为Cot曲线（见图54）。当C/C0=0.5,即复性反应完成一半时精品文档精品文档(t1/2)的Cot值定义为C0t1/2,雕舸触%别匕做嬲蜘螂燃瞰,雉薜断地抽做机笄直躺明期歌域枇。蒯州嘱_蒯躯肌而idoItLFm行的门先败。一仃金。IWWM1BMM18幻灯片19C0t1/2除了决定于基因组的大小以外，还取决于每个基因的核甘酸序列的重复次数。重复次数越少则复性越慢，C0t1/2越大。真核生物基因组的复性曲线往往出现2个或3个明显不同的C0t1/2位置，说明这类基因组中包含着重复次数显然不同的几个成分。19幻灯片20下图是假设的一个真核

9、生物基因组复性曲线。占网邮的再升比船旌.bp安等1*15-*PNA*性访力¥丽定段世街基国加成三*111升射”区真核生物基因组序列的类型:1）单拷贝序列精品文档精品文档在一个基因组中只有一个拷贝或23个拷贝。真核生物的大多数基因在单倍体中都是单拷贝的。2)中度重复序列中度重复序列中的重复单位平均长度约300bp,重复次数为10102。另一类中度重复序列的重复次数为103105。以回文形式存在的中度重复序列个物种来说，当基因组DNA切断成数百个碱基对的片段进行超离心时，常在主要DNA带的前面或后面有一个次要的DNA相伴随，这样的DNA被称为卫星DNA隐蔽卫星DNA(crypticsat

10、elliteDNA):是用密度梯度离心时，存在于DNAi带中的高度重复序列。果蝇(D.virilis)基因组中有3种主要的卫星DNA它们的核心序列非常相似，改变一个碱基，足以从I型卫星序列变成n或出型卫星序列。n或出型卫星序列为D.virilis特有，I型卫星序列存在于与上述果蝇相似的其他果蝇类中。果蝇(D.virilis)的卫星DNA同上6鲫度蝮物栅舫辞整敝性醐时保I-四线II3)高度重复序列通常这些序列长度为6200bp,重复次数在106以上。这些重复序列大部分集中在染色体的异染色质区，特别是在着丝粒和端粒附近。高度重复序列中常有一些AT含量很高的简单串联重复序列。大多数高等真核生物都有2

11、0%A上的高度重复序列，而且数目变化很大，这类序列的多少对C值的影响可能最大。23幻灯片24卫星DNA(satelliteDNA)是一类高度重复的DNA列。各种DNM氯化葩梯度离心中，平衡时的浮力密度决定于它的GC含量，GC含量越高，浮力密度越大。对一M用：灿口n,rnnI则：,il：U1I.HI1L题中!乩IlffiR刎期碓施刷AM帆相船楣*第二节真菌类的四分子分析与作图一、顺序四分子的遗传分析二、非顺序四分子的遗传分析一、顺序四分子的遗传分析粗糙链胞霉是子囊菌的真菌，属于低等真核生物，能进行无性繁殖和有性繁殖。精品文档精品文档AKDWorw科人船I41CU|Mtio44Garmlnmion

12、CdnidifIdMXUDl和发生了交换的减数分裂，其产物（四分子）中的等位基因在排列方式上是不同的。前者称为第一次分裂分离，又称MI模式；后者称为第二次分裂分离，或称为MH模式。第一次分裂分离和第二次分裂分离AFMi阑w呷坏IonttgahnvA；Enlm0|p4GBiminBrlinfjr&nidiuENucharluiiOnVSflAlaliMtEtllU鸣11filing%tw口HifutkvifnuctouiMing忡随氏”ndiMriiytl6iinlirniilBiorarm西晔luteM粗糙链抱霉减数分裂的特点：1）每次减数分裂结果（四个抱子，或其有丝分裂产生的八个子囊

13、抱子）都保存在一个子囊中；2）具有严格的顺序：四分子或八分子在子囊中呈直线排列一一直线排列四分子或直线排列八分子。并且其子囊抱子在子囊中的排列顺序与处在减数分裂中期I赤道板上染色单体的排列顺序完全一致链抱霉减数分裂的4个产物留在一起，称作四分子，并且是顺序四分子。对四分子进行遗传学分析，称作四分子分析。四分子分析是一种作图技术，仅用来对某些单倍体真核生物包含在一个结构内的一个减数分裂的产物，减数分裂四分子进行基因作图。有序排列的子囊抱子顺序四分子在遗传分析上具有很多优越性：1 ）子囊抱子是单倍体；2 ）子囊胞子在子囊中直线排列；3 ）着丝粒可看成是一个基因座位。着丝粒作图着丝粒作图：利用四分子

14、分析法，测定基因与着丝粒间的距离。原理：在一对非姐妹染色单体间没有发生着丝粒和基因交换的减数分裂briMUA2实验材料：红色面包霉wyvcmnwtakwntndrti(wwi野生型：能合成赖氨酸，记为lys+,能在基本培养基（不含赖氨酸）上正常生长，成熟子囊胞子呈黑色；赖氨酸缺陷型：不能合成赖氨酸，记为lys-,在基本培养基上生长缓慢，子囊抱子成熟较迟，呈灰色。用不同接合型的lys+和lys-杂交，在对子囊进行镜检时发现子中六种排列方式。lys+和lys-有计次分裂分离:十+一一一一十十第二次分裂分离：十一十一+一一十一+一一十一十着丝点距离：将着丝点当作一个基因位点看待，计算基因位点与着丝点

15、间精品文档精品文档的交换值，估计基因与着丝点间的遗传距离，称为着丝点距离。+ade+ade+ade+ade+adenicadenic+nicadenicadenic+nicadenic+ade+adenic+nicadenicadenic+nic+nicadenic+M1M1M1M1M1M2M2M1M2M2M2M2M2M2(PD)(NPD)(T)(T)(PD)(NPD)(T)80819059015两个连锁基因的作图nic+与+ade杂交，这两对基因形成的36种不同子囊型可归纳为7种基本子囊型。根据nic与ade之间交换的情况，基本子囊又可划分为以下几种类型：亲二型(PD)：只有两种基因型，而且

16、跟亲代相同。非亲二型(NPD):有两种基因型，都跟亲本不同，是重组型。四型(T):有四种基因型，两种基因型跟亲代相同，两种基因型跟亲代不同。表3nic+x+ade得到不同子囊型的后代链抱霉的连锁图的制作：1)先计算nic与着丝粒之间的重组值；RF(着丝粒-nic)=(4)(5)(6)+1000X1/2X100%=(5+90+1+5)+1000X1/2=5.05%2)再计算ade与着丝粒之间的重组值；RF(着丝粒-ade)=(3)(5)(6)+1000X1/2X100%=(90+90+1+5)+1000X1/2=9.30%3)算出上述两个重组率后，还有三种可能性要考虑：无连锁，位于两个不同的染色

17、体上；有连锁，位于同一染色体的着丝粒的两旁；有连锁，位于同一染色体的着丝粒的同侧。(1)(2)(3)(4)(5)(6)a)首先判断nic、ade基因是独立分配精品文档精品文档还是连锁。PD=808+90=898,NPD=1+1=2如果这两个基因是自由组合的，可以预期PDNPD=1而实验结果是PD>>NPD说明这两个基因不是自由组合，而是相互连锁的。在判断两个基因是否连锁时，四分子类型中的T型的数据说明不了问题。PDNPD=1或=1,则不连锁；PDNPD>1,则连锁。b)再判断这两个基因在着丝粒同侧还是异侧。可以看出，着丝粒nic间不起交换，而着丝粒ade间发生交换(M1M2的

18、子囊数是90;着丝粒ade间不起交换，而着丝粒nic间发生交换(M2M1的子囊数是5。两者子囊数之比90:5=18:1远远超过两重组率之比9.30%:5.05%=1.84:1。这表明，着丝粒nic的交换与差丝粒ade间交换不是独立的。排除二者在着丝粒异侧的可能性。着丝粒nic间发生交换，大部分时间在着丝粒ade间也发生交换，这说明nic与ade应位于着丝粒的同侧。4)再计算nic-ade之间的重组值；RF(nic-ade)=(NPD+1/2T)+总子囊数=(2)+(6)+0.5(3)(4)+1000=(1+1)+0.5(90+5+5)+1000=5.2%5)最后画出正确的遗传图。单倍体a和a细

19、胞融合产生一个二倍体细胞，a/a该二倍体细胞在正常营养条件下是稳定的，而且通过出芽繁殖。而在氮饥饿时，a/“细胞产生抱子，进行减数分裂。在酵母中减数分裂产生的四个子囊抱子在子囊中是随机排列的。衣藻的生活周期：和酵母一样，衣藻具单倍体营养细胞当氮源受限时，衣藻细胞形态上发生变化而成为配子。有两种交配型：mt+,mt-同型配子间不能融合，仅相反交配型的配子能够融合产生二倍体的合子。在经过成熟过程后，该合子进入减数分裂，四个减数分裂的产物作为非顺序四分子在一个子囊中。非顺序四分子分析以酿酒酵母为例，如果要研究A、B基因是否连锁，并计算图距，首先要知道ABXab时，无论有无连锁，只产生下列3种可能的无

20、序四分子。ABaBabABaBaBabAbAb抱子abAbABPDNPDT二、非顺序四分子的遗传分析酿酒酵母、购巢曲霉和单细胞藻类中的衣藻的每一个子囊中8个子囊抱子的排列是杂乱无序的。这类真菌的遗传分析可采用非顺序四分子分析方法。酿酒酵母的生活周期酿酒酵母有二种交配型：a和“。单倍体营养细胞直接经有丝分裂繁殖，新的细胞由亲本出芽而来。在这3种子囊当中，可以发现只有NPD和T有重组型，故这两种四分子类型是决定重组率的关键。由于T只有1/2重组型，所以RF=1/2T+NPD若RF=0.5,则A、B基因不连锁；RF<0.5,则两基因座连锁。那么在减数分裂过程中A、B间可以发生非交换(NCO、单

21、交换(SCO或双交换(DCO。精品文档精品文档T型四分子既可来自单交换，也可来自双交换。NP皿四线双交换产物。如果假设双交换在四条染色单体间随机发生，那么4种双交换的频率应相同。即DCO=4NPD而T型中来自DCCM数分裂的部分是2NPD所以单交换的大小可以用下式表示：SCO=T-2NPD当我们估算出这一区域上SCODCO勺值之后，可以由这些数值推导出m值(这一区域平均每次减数分裂的交换数)：m=SCO+2DCO=(T2NPD+2X4NPD=T+6NPD根据第五章作图函数一节中已知，将m换算成图距日要乘以50。则：图距=50(T+6NPDcM当PD=0.56,NPD=0.03,T=0.41时，

22、a、b间的图距=50(0.41+6X0.03)=29.5cM,而RFa-b=23.5cMva-b图品巨=29.5cM。这是由于RF无法校正双交换数的影响。该公式也适用于顺序四分子分析。当顺序四分子依次逐个取出培养，在操作上比较困难时，同样可采用非顺序四分子分析方法。第三节真核生物重组的分子机制一、同源重组发生在减数分裂前期二、同源重组的分子机制三、联会复合体与重组一、同源重组发生在减数分裂前期同源重组(homologousrecombination)又称普遍性重组(generalizedrecombination),它的发生是依赖于较大范围的DNAW源序列的联会。真核生物的遗传重组发生在减数分

23、裂时期的同源染色体的非姊妹染色单体之间，而且染色体或DNA子之间相互交换对等的部分。同源重组中负责DNA!已对和重组的蛋白质无碱基序列的特异性，只要两条DN附列接近，重组就可以在此序列中任何一点发生。当然也存在重组热点，即某类序列发生重组的概率高于其它序列。此外，真核生物的染色质状态影响重组，如异染色质及其附近区域很少发生重组。而且两个DNA子序列同源区越长越有利于同源重组。在真核生物中，基因重组发生在减数分裂前期IottttM沿省委条配对的柒色体，费更合仲向前乩/取现期条色体分开.网由交叉揩舞集也在一学性变网柒色体ifi埼瓦核,索上分升;交叉仍隹.所有4枭染色冷体部同见司fr12染色伸交换与

24、DMA分子相互作用的对应关篇精品文档精品文档二、同源重组的分子机制Holliday模型狭义的遗传重组专指因为DNA上子内断裂-接合而引起基因交流的过程。同源重组有时又叫交换(crossingover),它发生在DNA同源序列之间。1964年R.Holliday提出了一个重组的杂合DNA莫型，又称为Holliday模型，用来解释同源重组。Holliday模型的内容：1)重组始于两个配对双链DNA勺同源链中相应位点发生断裂。2)交叉迁移。3) Holliday连接体形成。4)切开方向决定重组结果。5)重组产生一段异源DNA双链区。双链断裂重组模型Holliday模型虽然很好地解释了重组与基因转变的

25、关系，但是两条同源双链DNA子的相应位置同时断裂，似乎难以使人置信。1983年，J.W.Szostak提出了双链断裂重组模型。该模型认为不是在两条同源双链DNA分子的相应位置同时断裂，而是一条染色体的双链断裂(doublestrandbreak,DSB。该模型描述的过程也是一种DNAg伤修复过程。双链断裂重组模型的内容：一条染色体的两条链都发生了断裂，断裂是由内切酶水解磷酸二脂键的结果。DNA断裂之后由核酸外切酶扩大缺口。接着是断裂链的游离3'端插入到具有完整双链的同源染色体中，形成D-环结构。在DN咪合酶的作用下，断裂两条链分别以完整链为模板开始合成。解离酶交割Holliday交叉点

26、，释放双链留下的缺口由DNA连接酶缝合。三、联会复合体与重组在减数分裂过程中，同源染色体配对形成联会复合体。多年来，认为联会复合体与重组有关，有可能是DNA1组的必要前提。而近年研究表明，联会复合体是重组的结果，而不是原因。(1)联会复合体在双链断裂后形成对酵母的研究结果证明，不论是同源重组还是位点专一性重组，只有双链断裂才能起始重组。双链断裂也发生在减数分裂早期，而且是在联会复合体形成之前。68精品文档精品文档幻灯片69在一种酵母突变(rad50)中，由于突变阻止平齐末端转变为单链突出端，导致重组无法进行，可见双链断裂对于重组是必需的前提。重组与联会复合体的形成关系密切，果蝇和酵母中研究结果

27、表明，凡是不能进行染色体配对的突变体都不能发生重组。由此可见产生双链断裂并进一步引发重组的系统是很保守的。27M3八、交子代的子囊可形成6种正常分离类型(AAAAaaaaaaaaAAAAAAaaAAaa或aaAAaaAAAAaaaaaAA或aaAAAAaa,这只是四分子中是否发生重组和纺锤体随机取向而形成，两种抱子的比例相等，即等位基因A:a=4:4。后来发现有些抱子分离比例异常，如3:5和6:2以及异常的4:4分离。HybridDHA啪惘_r&mans3.5g£tni自配segisgaton布做。讷解叫岫wm斗由II周侑Uh.J-7国$14Af肝M恤或数牙解币:用中有关田步

28、的:怕国It4山洋f弋圣1也中Q荐第»、口*1明魅在酵母的研究中发现，联会复合体是在双链断裂起始重组之后形成，它一直持续到重组体形成，故联会复合体对于重组的形成不是必需的。而在一些缺失正常联会复合体的突变体中重组型仍可形成，不能进行重组的突变型则不形成联会复合体。这充分说明，联会复合体是重组后形成的。(2)同源染色体配对与联会复合体的形成是两个独立的过程。Zip2突变型中染色体可以配对，但不能形成联会复合体，所以同源染色体之间的识别不依赖于重组或是联会复合体的形成。在酿酒酵母中，同源染色体之间的特异性联系是由基因HOP2空制的，该基因的作用是防止非同源染色体的相互作用。在hop2突变

29、型中，减数分裂虽然产生正常数量的联会复合体，但每个复合体含有非同源染色体。第四节基因转变及其分子机制一、异常分离与基因转变二、基因转变的类型三、基因转变的分子机制一、异常分离与基因转变在四分子分析中已知，一对等位基因杂Mitchell将与维生素B6合成有关的不同的突变型进行杂交，将两个口比哆醇突变株杂交：+pdxpxpdx+取得子一代子囊后，对585个子囊中的抱子依次解剖，进行培养和鉴定。他发现其中4个子囊中有野生型的抱子对出现，可是跟预期的相反，如果这两个基因间发生了重组，重组后应该同时出现的双突变型(pdxpdxp)抱子对却没有发现(表6-7)精品文档精品文档那丁用11114+曲岫+fk+

30、.他+*而P*诲家用*MnII+油卡一J.Pt1飒2-1+内a+他+怎样解释这一现象？不可能是突变，因为它们的频率远比这些基因的正常突变率高得多。分析的方法是灵敏的，如果有双突变的话，就能够检出。Mitchell的上述实验结果用图6-16来表示。conversion),即减数分裂的4个产物中有一个产物发生了基因转变，出现6g+:2g或2g+:6g类型的子囊。见图6-17(a)。半染色单体转变(half-chromatidconversion),即减数分裂的4个产物中，有1个产物的一半或两个产物的各一半出现基因转变，因而形成5:3或3:5和异常4:4即3:1:3:1类型的子囊，基因转变只影响半个

31、染色单体。分离显然是发生在减数分裂后的有丝分裂中，所以又称为减数后分离(postmeioticsegregation)。见图6-17(b),(c)。C十浊P十心P后期的貂i果尿得旬而转果国616叩髓味胞菌的基氏转变尽管pdxp出现异常的3:1分离，但紧密连锁的pdx基因却显示出正常2:2分离。这些反常的情况，好像是一个基因转变为它的等位基因，这种现象称为基因转变(geneconversion)。图6-16中，基因pdxp转变为pdxp+(或+),图中以表示该基因发生了基因转变。所以双突变型的抱子对没有出现。二、基因转变的类型基因转变的类型分为：染色单体转变(chromatid+-+4+gf61

32、53SS4;4读朝俄均(Sl：l：H)UI7邨E蛹髀三、基因转变的分子机制由Holliday模型和DSB起始重组模型都已清楚表明在对称的异源双链区存在着不配对碱基(如G-A,C-T),形成两个杂种分子。异源DNA稳定，细胞内的修复系统能够识别不配对碱基，并以切除修复的方式完成修复过程，杂种分子得到校正。异源DNA勺修复正确修复和错误修复精品文档精品文档.以菖HGTJLT上-1-丁上一lTgl-T雄"'frr-L,c_2.一LkL-r=T蝌堂tfffJT-+H-l-T卅"中fIL_J_cJLicJ-4R=.II.修复所需酶核酸外切酶：识别错配DNA片段，随机切除其中的

33、一条DNA单链。DNA多聚酶：修复缺口，合成新链与留下的单链配对。连接酶：将合成的新链与所在的旧链连接，成连续的链。修复结果正确修复：A所在的链被切走，最后被修复为野生型（如果本来的链就应是野生型）。错误修复：G所在的链被切走，被修复为突变型（如果本来的链就应是野生型）两种校正方式：根据切除修复原理，基因转变的几种类型产生的分子机制可以归纳如下：1 ）两条单链都未校正，留给下次有丝分裂，则呈现3:1:1:3的异常分离；2 ）一条单链正确校正，一条未校正，则呈现5:3的异常分离。3 ）一条单链正确校正，一条单链错误校正，则呈现6:2的异常分离；4 ）两条单链都得以正确校正，则呈现正常分离。Si-

34、11螂B基因转变不仅是专一的，而且是有方向的，它不仅涉及单个位点（或基因座），而且涉及染色体的一个区段，如一对含有两个基因差异的突变型杂交时，在某些子囊中可以发生几个基因同时发生转变的现象，称为共转变（coconversion）。共转变的频率大于独立转变的预期频率，两个基因距离越近，共转变频率越大，即在异源双链的同一区域内沿相同方向同时被修复校正的概率越大。基因转变的极化子模型（polaronmodel）:该模型假定内切酶首先作用于基因的一端，从起点开始，基因转变频率由高到低形成一个梯度，在染色体上呈现基因转变极化现象的这样一个区域称为一个极化子（polaron）,有时一个极化子就相当于一个基

35、因。第五节体细胞交换与基因定位一、单倍体化与体细胞交换二、有丝分裂交换与基因定位一、单倍体化与体细胞交换在真核生物的体细胞中也会发生基因重组。一种绿色霉菌一一构巢曲霉在自然界一般以单倍体状态存在，其分生抱子是单核精品文档精品文档的。将两个不同营养缺陷型菌株所产生的分生池子大量混合接种在基本培养基的表面，可以得到少量的原养型菌落。由于这些原养型菌落细胞含有来自两亲本的细胞核，因此称为异核体(heterokaryon)。大量异核体中的核仍保持单倍体状态，但有少数单倍体细胞核融合成为二倍体细胞核或合核体(synkaryon)。利用分生抱子颜色突变的遗传标记来鉴别一种菌落是二倍体还是异核体。如构巢曲霉

36、野生型(w+y+)分生抱子是绿色的，突变型有黄色分生抱子(w+y)和白色分生抱子(wy+)。二倍体比异核体较为稳定，但是从大量二倍体分生抱子中也可以得到少数体细胞分离子(segregant),所谓分离子是重组体和非整倍体或单倍体的总称。在这里产生非整倍体或单倍体的过程称为单倍体化(haploidization),产生重组体的过程称为体细胞交换(somaticcrossingover)。单倍体化单倍体化是在有丝分裂过程中子染色体不分离的结果。正常的体细胞有丝分裂时，两条子染色体各自趋向一极，使两个子细胞中各有一条。最初是Bridges观察果蝇杂合基因型M+M(M是决定细长刚毛性状的显性基因)的雌

37、蝇时，发现有些具有M基因的雌蝇长出了一块扇形的野生型刚毛。表明杂合体的等位基因在表型上发生了分离。Bridges证明这是有丝分裂不分离(mitoticnondisjunction)造成的。2n+1也称为三体，它常失去一条染色体而成为二倍体。在此过程中，可以由杂合体转变为纯合体；2n-1也称为单体，生长迟缓，且不稳定，常进一步失去其他染色体而最后成为一个稳定的单倍体。在单倍体化过程中，如果排除染色体携带的是某一个显性基因，那么相应的隐性基因所决定的性状就得以表现。单倍体化过程使隐性性状表现的现象也称分离。此外，杂合体细胞在有丝分裂后的子细胞核重建时，发生一条染色体丢失的现象称为有丝分裂染色体丢失

38、(mitoticchromosomeloss),从而也导致表型的分离。体细胞交换杂合二倍体的体细胞交换是产生分离子的第二个途径：例如构巢曲霉，其体细胞在有丝分裂过程中，同源染色体间可发生染色体交换，即体细胞交换。由于体细胞交换可导致原杂合精品文档精品文档二倍体的部分基因纯合化，这种现象也称为有丝分裂交换（mitoticcrossingover）。以构巢曲霉5个隐性基因paba（对氨基苯甲酸）、y（黄色抱子）、ad16（嗯吟16）、ad8（嗯吟8）、bi（生物素）的杂合二倍体pabay+ad8+/+ad16+bi为例，说明在发生体细胞重组后形成末端ad8与bi基因纯合二倍体的过程。zFigure

39、&SBodysurfaa1phenotype邛用疝口ninaD阳邺/北strain/词源上Theallelecausesshort,twb屈(singed)bristles,andthuyalleleResultsinayellowk)dycolomtion；闾Singleyellowspotinnormal-bodycolorbackgn)und；向winspcHofyelbwcdorandsingedbrisfe；(c)Singlesingini-bristlespo!innormal*bn5tlephenctypebackground.图-20曲的体触醐1936年，C.Stern

40、首次在果蝇的有丝分裂中发现了连锁基因的交换。在果蝇的X染色体上有两对连锁基因：y（黄体）对y+（灰体）隐性，sn（短的曲刚毛）对sn+（长的直刚毛）隐性。基因型为杂合体的雌果蝇应表现出野生型的灰体直刚毛。但是Stern发现，部分雌蝇的灰体上单独有一小块黄体，或少数个体的直刚毛中嵌合出一块单独的焦刚毛，更有趣的是出现一小块黄体与一小块焦刚毛的挛生斑。李生斑）SingleblTwinfpotc）SingleyellowspotsiegedspotStern注意到，字生斑的发生频率较高，并不是一个偶然事件，且挛生斑的两部分是相连的，即这种挛生斑一定是某种遗传事件的交互产物。这种现象无法用体细胞突变等

41、来解释，他认为最好的解释是由于体细胞在有丝分裂过程中发生了同源染色体间的交换而产生的。111镌飕施LiffT精品文档精品文档二、有丝分裂交换与基因定位基因定位一般是通过有性过程中细胞的减数分裂、同源染色体联会、基因间的重组率来确定基因的位置。由于在有丝分裂过程中一般不发生基因重组，所以在无性生殖的生物中无法通过遗传重组进行基因定位。有丝分裂交换可用于那些不进行有性生殖的生物如黑曲霉(Aspergillusniger)、酱油曲霉(A.sojae)等的基因定位。有丝分裂交换进行基因定位的原理：是依据体细胞同源染色体的交换使得染色体远端的杂合基因纯合化的规律，用来确定基因的排列位置和距离。性fr1他

42、婢一趟的期离着丝粒愈近的基因纯合的机会愈小，愈远的则大，而且着丝粒一端的基因纯合不影响着丝粒另一端基因d的纯合。因此，如果发现两个染色体臂上的基因同时出现纯合化现象，就有可能是一条染色体丢失的结果。真菌在二倍体的有丝分裂过程中，偶尔发生同源染色体交换，导致连锁基因的重组，这一遗传变异过程称为准性生殖(parasexuality)。准性生殖产生的重组体细胞一般和营养体细胞没有形态、生理上的差异，而且不产生在特殊的囊器中。准性生殖过程中染色体交换和染色体的减少是不规律且不协调的，这便是准性生殖过程与有性生殖过程中基因重组的主要区别。第六节真核生物基因的删除与扩增及重排一、基因删除二、基因扩增三、基

43、因重排一、基因删除某些原生动物，如线虫、昆虫和甲壳类动物等在个体发育中，许多体细胞常常丢掉整条或部分的染色体，只有将要分化形成生殖细胞的那些细胞一直保留全部染色体。通过丢失染色体，丢失某些基因而删除这些基因的活性的现象称为基因删除(geneelimination)。如马蛔虫受精卵细胞内只有一对染色体(2n=2),其上具有若干个着丝粒，在发育为成体的早期阶段，只有其中一个着丝粒行使功能，保证正常的有丝分裂。当个体发育到一定阶段后，在将要分化形成体细胞的那些细胞中，这对染色体破碎，形成许多小的染色体，而其中一些小染色体并不含着丝粒，因而在以后的细胞分裂过程中丢失，但是在那些将要分化形成生殖细胞的细

44、胞中则不存在染色体破碎现象。又如在小麦瘤蚊的个体发育过程中，其卵的后端含有一种称为极细胞质的特殊细胞质。在极细胞质中的核保留全部40条染色体，但位于其他细胞质区域的核则发生染色体消减而丢失了32条染色体，只保留了8条，这种现象称为染色体消减(chromosomalelimination)。有40条染色体的细胞生殖细胞只有8条染色体的细胞体细胞如用尼龙线结扎卵，使细胞核不能向极细胞质移动，或用紫外线照射极细胞质，那么所有的核都丢失32条染色体，其结果体内没有生殖细胞而发育成为不育的境蚊。精品文档精品文档户4&彳曼之乱再+工自心串丈声*生再*1年HMV*,民,用/是用“刑I事”MW臬也博*

45、田此分析表明在极细胞质中有含有丰富RNA勺颗粒，它是核糖体颗粒的集合体。用离心的方法使这种颗粒移动，让极细胞质以外的核也接触到这种颗粒，结果这些细胞核的染色体就不再发生丢失。此外，紫外线照射可使极细胞质中这类颗粒性物质失活，使染色体消减而无法分化为生殖细胞。说明调控染色体丢失的主要物质是核酸。二、基因扩增基因扩增(geneamplification)：基因组内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而产生足够多的基因产物的一种调控手段，其实质是通过差别的基因复制(differentialgenereplication)而完成的。如两栖类和昆虫的卵母细胞r

46、DNA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足它在受精后发育的需要，这就需要在卵母细胞中积累大量的核糖体，为此必须首先合成大量的rRNA。爪蟾的卵母细胞便是通过rDNA的扩增而大量合成rRNA=体细胞rDNA的拷贝数：500个卵母细胞中的拷贝数约：2000000个以供转录合成卵裂期所需要的1012个核糖体。扩增前爪蟾的每一个rDNA单位中包含18SrRNA基因、5.8SrRNA基因和28SrRNA基因，它们成簇存在，重复串联在一起形成核仁组织区(nucleolarorganizer)。不同的真核生物中这一基因簇的重复单位的排列基本类似。高等真核生物中有4种rRNA,其中18S、

47、5.8S和28SrRNA为主体rRNA,它们的基因组成重复单位；而5SrRNA基因与主体rRNA基因分隔开，独立成为串联重复单位，每个重复单位由5SrRNA基因和非转录区组成。5SrRNA基因没有基因扩增现象。主体rRNA基因在卵母细胞中扩增后，并不完全是以一条长链rDNA串联重复形式存在，而是以独立的染色体外分子形式出现，形成一个个环状rDNA小分子，每个环状rDNA分子可能来自基因组上的一个rDNA拷贝并含间隔区在内。rDNA扩增就以此环状rDNA重复单位作为模板，以滚环方式进行复制。扩增后的rDNA虽然不在染色体上，但仍包含在核仁中，每一个核仁中包含一个复制单位，因此卵细胞核中的核仁数往

48、往增加到几百个。当卵细胞成熟后，rDNA便失去了继续存在的意义，因而非但扩增停止，而且所扩增的rDNA也开始逐渐降解。当受精卵分裂至数百个细胞后，这类染色体外的rDNA分子便完全消失了。基因扩增的原因1 )由于发育过程的需要而出现基因扩增现象。在一些昆虫、两栖动物、鱼类的卵母细胞发育中和原生动物的大核形成过程中都观察到rDNA扩增；2 )外界环境条件的改变，也会造成基因扩增。在哺乳动物离体培养的细胞系中加入二氢叶酸还原酶(dihydrofolatereductase,DHFR的抑制剂氨甲蝶吟(methotrexate,MTX)后，可以使该酶的结构基因dhfr扩增达到40400个拷贝，于是细胞产

49、生更高的酶活性来增强对氨甲蝶吟的抗性。三、基因重排基因重排(generearrangement)是指DN心子的核甘酸序列的重新排列，序列的重排不仅可形成新的基因，还可调节基因的精品文档精品文档表达。酿酒酵母中接合型（matingtypes）的决定属于基因重排。单倍体酵母有两种接合型:a和a,分别由基因MATa（mating的缩写）和基因MA五所控制。两个不同接合型细胞可接合，相同接合型细胞不能接合。根据分泌物质的不同识别不同的接合型：MATOffl胞产生a因子，MAT”细胞产生“因子，它们是促进不同接合型细胞相互接合的物质基础。typeinterconversion）。flHapla蔚matetodiploids然usibielaciorshaplod«*i34ww的他沏1tortceptorsIIIIIIfl84iIISurfacereceptor:Surfa