《连锁遗传分析》PPT课件

1、5 连锁遗传分析5.1 性染色体与性别决定5.2 性连锁遗传分析 5.3 剂量补偿效应及其分子机制5.4 连锁交换与重组5.5 遗传的第三定律5.6 染色体作图 5.7 人类的基因定位 7/19/20221熟悉人类性染色体的结构特点，性别决定的几种类型 掌握性连锁遗传分析，连锁交换与重组，连锁与互换定律，重组率计算，三点试验绘制连锁图掌握剂量补偿效应，X染色质，Lyon假说。了解人类的基因定位方法目标与要求7/19/202225.1 性染色体与性别决定 5.1.1 性别与性染色体5.1.2 人类的性染色体5.1.3 性染色体决定性别的几种类型5.1.4 环境因子与性别决定 7/19/20223

2、(1) 性别(2) 性比(3) 性别的遗传方式5.1.1 性别与染色体 性别： 基于生殖器官的结构和功能将生物体分为雌或雄的性质或特点。 性别的遗传方式： 性别(性状)按孟德尔方式遗传，如人类的Y染色体显性。 1：1的性别比，相当于测交结果。 性比： 两性生物雌性与雄性的比例。 雌性：雄性1：1,为恒定的理论比率。 7/19/20224Human Sex RatioShould be 1:1Equal number of X- and Y-bearing sperm.22X44XX44XY22X22X7/19/20225(4) 性染色体性染色体的发现1891年Henking(德)在半翅目昆虫正

3、在进行减数分裂的精母细胞中发现一种特殊染色体 一团异染色质，一半细胞存在，另一半没有。由于对这团异染色质的性质不理解，定名为“X”和“Y”，但并未与性别相联系。7/19/202265.1.2 人类的性染色体形态特点结构特点7/19/20229(1) 人类性染色体形态人类的一对性染色体形态差别较大。大小：Y染色体只有X染色体的1/3；类型：Y染色体近端着丝粒，长臂大部分为异染色质区 变异大。X染色体是近中着丝粒。 7/19/202210（2）人类性染色体结构 Y染色体 (Y chromosome)2003年6月美国完成Y染色体的DNA测序。 长度约60Mb 约78个功能基因 异染色质区几乎无功能

4、基因 许多基因在X染色体上无等位基因如SRY基因，通过活化其它染色体上的基因触发睾丸形成。DAZ1基因：与精子形成与活力有关。7/19/202211 X染色体2005年3月200多位科学家联名发表了X染色体DNA测序结果。 全长155Mb。 1098个蛋白质基因，其中70与疾病有关。7/19/202212 X、Y染色体的假(拟)常染色体区(pseudoautosomal region, PAR)X与Y染色体的共有基因：54个，大多位于染色体短臂(PAR1)与长臂末端(PAR2)。两者在减数分裂时可发生联会并遗传重组。7/19/202213 Y染色体的非重组区(nonrecombining re

5、gion of Y, NRY)或雄性特异区：占Y染色体全长95，存在长度多态。Y染色体的非重组区仍存在和X染色体相对应的共同基因。7/19/2022145.1.3 性染色体决定性别的几种类型 (1) XXXY型 (2) ZZ ZW型 (3) XO型(4) 单倍-双倍型(5) 植物的性别决定7/19/202215(1) XXXY型性别决定XY型是生物界较普遍的性别决定类型。如人类及全部哺乳类、某些两栖类、某些鱼类，以及很多昆虫和雌雄异株的植物等。 XY型的两条性染色体为X染色体和Y染色体，形态上有明显差别。 7/19/20221646,XY46,XX人体细胞46条染色体(2n=46)女性：46,

6、XX 男性：46,XY 7/19/202217 雄(男)性是异配性别(heterogametic sex)，产生比例相等的含X和含Y的两类精子；女性是同配性别(homogametic-sex)，只产生含X的卵子。7/19/202218果蝇与人类的区别: 雌蝇：8，XX；雄蝇：8，XY。 果蝇：7，XO(缺Y染色体)雄性不育。即果蝇Y染色体存在与否和性别决定的关系不如人类那样重要。 7/19/202219(2) ZZZW型性别决定 ZW型：鸟、鳞翅目昆虫、某些两栖及爬行动物。 雄性:同配性别，性染色体为ZZ；雌性:异配性别，性染色体为ZW。FISH标记鸡的Z染色体7/19/202220蚕的性别决

7、定取决于W, 有W雌蚕, 无W无论有几条Z 雄蚕。家蚕的ZW型性别决定雄蚕：56，ZZ ； 雌蚕：56，ZW 二倍体 27对A + ZZ 27对A+Z W 配子 27+Z 27+Z 27+W 雄蚕(同配性别) 雌蚕(异配性别)合子 27对+ZZ 27对+ZW(雄蚕)(雌蚕)7/19/202221(3) XO型性别决定XO型：雌体的性染色体成对: XX，雄体的性染色体成单: XO。如直翅目昆虫蝗虫、蟋蟀和蟑螂等。蝗虫共23或24条染色体。7/19/202222(4)单倍-双倍型性别决定性别决定由染色体组的倍性决定，如蜜蜂。雌蜂可育(蜂皇)：2n=32，经正常减数分裂产生单倍体卵子(n=16)。工

8、蜂：2n=32不育。雄峰：n=16由单倍体卵(未受精)发育而成。如何形成配子？工蜂遗传结构与蜂皇相同7/19/202223减单极纺锤体 无核细胞质正常(16个二分体)不存活2个精细胞精子 (n=16)减雄蜂的减数分裂：7/19/202224(5) 植物的性别决定 雌雄同株：大多高等植物，无明显性别决定。雌雄异株：少数，大多异配性别，XX雌，XY雄。取决于Y染色体带有雄性决定作用很强的雄性基因。 几种雌雄异株的植物女娄菜银杏大麻7/19/2022255.1.4 环境因子与性别决定 (1)爬行类的温度依赖型性别决定受精卵孵化所处的温度决定性别，例如有些龟鳖类和所有鳄鱼。海龟卵2227孵化时全雄性；

9、在32孵化时全雌性。只在2832同一批卵才会孵化出雌性和雄性两种个体。 7/19/202226后螠雌体大, 10cm, 有一长的口吻长可延伸至1m, 远端分叉。雄虫小只有13mm, 共生在雌虫的子宫中。性别决定完全由机遇决定。(2)后螠的位置性别决定Bonellia viridis7/19/202227幼虫：自由游泳，中性。幼虫落在海底发育成为雌虫；幼虫落在雌虫口吻上进入雌虫的口子宫发育为共生的雄虫。雄虫生活在雌虫体内，使卵受精。将正在雌虫口吻上发育的幼虫从母体移走，则发育为间性。偏雌或偏雄程度取决于呆在口吻上的时间。 7/19/2022285.2 性连锁遗传分析 5.2.1 黑腹果蝇的伴性遗

10、传分析 5.2.2 遗传染色体学说的直接证据5.2.3 果蝇性别决定的染色体机制5.2.4 人类的性连锁遗传分析 7/19/2022295.2.1 黑腹果蝇的伴性遗传分析(1)黑腹果蝇一种双翅目昆虫。属名“Droso”“露水”，“phila”“喜欢”；种名“melano”“黑色”，“gaster” “消化管”，直译“黑肠喜露”果蝇(fruit fly)：夏季大量出现于水果摊。 野生型果蝇性状：红眼，灰褐色身体，长翅膀，全身有直立刚毛。(Drosophila melanogaster)7/19/202230(2)果蝇作为遗传学实验研究对像的优点：体小(34mm)，饲养简便、经济，凡能发酵的食料都

11、能成为它的良好培养基。繁殖力强，每只雌蝇平均产卵20个/每天；生活周期短，25平均l0d/世代。染色体数目少 4对形态特点明显，突变种类多。 7/19/202231(3)摩尔根的果蝇实验及发现的问题1909年，摩尔根从自己培养的黑腹果蝇中发现了第一个白眼雄蝇(称为“例外”)。他用这个“例外”做了一系列精巧设计的实验，发现了性连锁遗传。 实验1：正常杂交实验2：测交实验3：反交7/19/202232实验1.(白眼只在雄蝇中出现)白眼红眼F1全红眼红眼对白眼为显性。 F1自交F2果蝇4252只，出现大量白眼，但全为雄蝇。结果红眼：白眼=3：1雌性：雄性=1：1？基因型？7/19/202233实验2

12、. (测交出现了雌性白眼)F1雌蝇(红眼)和最初的白眼雄蝇测交，结果： 典型孟德尔测交比分析7/19/202234测交结果证实：F1红眼是杂合体，白眼是隐性纯合体(Ft出现雌性白眼)。aa如何解释实验1的白眼全为雄性的现象？白眼白眼反交7/19/202235实验3.(F1性状分离，白眼全为雄性) 白眼 红眼 来自测交子代母亲把白眼性状只传给了儿子机理？继续自交试验出现了白眼雌蝇，红：白=1：1测交比7/19/202236结果分析:白眼性状是隐性性状(测交结果证实)；隐性性状为什么在“F1杂合子”表现 (实验3的F1只从母本继承到了一个白眼基因)？设想：白眼雄蝇无相应的显性等位基因？ 或：雄蝇不

13、存在白眼基因杂合子？性别相关？7/19/202237(4)摩尔根对 实验问题 的解释 性状遗传与性别有联系性染色体与性别有关新问题与性别有关系的性状与性染色体有关？联系推测7/19/202238 摩尔根假设：控制白眼的隐性基因w位于X染色体上，Y染色体无相应显性等位基因。单一白眼基因表现隐性白眼性状。7/19/202239实验1，F2中仅雄性表现白眼:F1雄性无白眼；F2雄性从F1雌性得到一个Xw基因白眼(XwY)。F2雌性无XwXw纯合子,因而无白眼。7/19/202240实验2测交结果出现白眼，是因为：杂合F1产生两类配子(Xw，X+)，其中Xw卵子与Xw精子结合纯合子雌性白眼。7/19/

14、202241实验3, F1性状分离，出现雄性白眼的原因:用雌性白眼 (测交所得)与红眼杂交，F1雄性只能得到来自母方带有白眼基因的X染色体。验证7/19/202242摩尔根假设的验证若摩尔根假设合理，当: 白眼白眼F1应全为白眼，而且是真实遗传的。实验结果与预期相符，假设得到了证实。 7/19/202243(5)伴性遗传 控制性状的基因位于性染色体上，性状遗传与性别相联系的遗传方式称为伴性遗传(sex-linked inheritance)。控制性状的基因位于X染色体上，其遗传方式称伴X遗传(X-linked inheritance)。如果蝇白眼性状。7/19/202244伴性遗传的规律(两条

15、)：当同配性别传递纯合显性基因、异配性别传递隐性基因时：F1雌、雄都为显性性状。F2性状呈3显性：1隐性分离；性别分离呈1:1X+X+ XwYX+Xw X+YX+X+ X+Xw X+Y XwY性别同隐性亲本外祖父的性状外孙7/19/202245 当同配性别传递纯合隐性基因时：F1表现性状分离(交叉遗传)：母亲的性状儿子;父亲的性状女儿。F2性状与性别比均为1:1。7/19/202246决定性状的基因位于性染色体上；性状的遗传与性别有关；正交与反交F1的结果不同；表现特殊的交叉遗传规律。伴性遗传的特点：摩尔根将一特定基因(白眼,w)和一条特定染色体(X)联系起来，为遗传的染色体学说提供了第一实验

16、证据，开辟了细胞遗传的新方向。 7/19/2022475.2.2 遗传染色体学说的直接证明伴性遗传的直接证据是由Morgan的学生和同事C.B.Bridges (1916)提出的。 Bridges在重复白眼果蝇伴性遗传的研究工作中又发现了例外:初级例外次级例外7/19/202248雌白(XwXw)雄红(X+Y)子代出现了极少比例(1/2000)的雄红和雌白(例外)。其中雄性红眼不育。 初级例外(1) Bridges的杂交实验 7/19/202249用初级例外的雌白雄红(正常)子代出现了极少(4%)的雄红和雌白(次级例外)。其中雄红又可育。 次级例外如何解释初级与次级例外?7/19/202250

17、(2) Bridges的假设 Bridges的分析： 例外白雌的表型是偏母的(Xw一定来自母本)。 例外红雄的表型是偏父的(X+一定来自父本)初级例外现象7/19/202251初级例外的白雌与正常红雄杂交,再次出现较高频率(4)的偏母的白雌和偏父的红雄例外子代，且雄蝇可育。 原因次级例外现象7/19/202252X染色体不分开：雌蝇在配子形成时，有的细胞发生X染色体不分离产生含XX和不含X染色体的异常卵子。初级例外产生的原因 7/19/202253异常卵子与正常精子结合，有4种组合方式，两种死亡，两种例外。例外白雌：XwXwY (果蝇XXY为雌性)；例外红雄：X+O (果蝇XO核型为不育雄性)

18、。 雄配子异常雌配子XwXwOX+XwXwX+(死亡)X+O(例外红雄，不育)YXwXwY(例外白雌)OY(死亡)7/19/202254 X染色体次级不分开：Bridges假设XwXwY的白眼雌蝇在减数分裂时以两种方式分离： 两条X正常分离两条X再次不分离次级例外产生的原因7/19/202255 分离1. 白雌(XwXwY)的两条X染色体分离：多数 产生“不例外”的雌性红眼和雄性白眼, 全部存活。正常雄红果蝇产生两种配子例外白眼雌 (XwXwY)产生的配子X染色体分离(多数)X染色体不分离XwXwYXwXwYX+XwX+(红眼雌)X+XwY(红眼雌)X+XwXw (多1条X,死)X+Y (红眼

19、雄)YXwY(白眼雄)XwYY(白眼雄)XwXwY (白眼雌)YY (无X,死)7/19/202256正常雄红果蝇产生两种配子例外白眼雌 (XwXwY)产生的4种类配子X染色体分离X染色体不分离(8%)XwXwYXwXwYX+XwX+(红眼雌)X+XwY(红眼雌)X+XwXw (多1条X,死)X+Y (红眼雄)YXwY(白眼雄)XwYY(白眼雄)XwXwY (白眼雌)YY (无X,死)分离2. 白雌(XwXwY)两条X染色体仍不分离: 8由此产生的合子只有一半能完成发育( 、类死亡)，所以例外果蝇的数目约占4。7/19/202257Bridges在显微镜下观察例外果蝇的染色体：例外白雌有2X+

20、1Y，例外红雄只有1X，无“J”形Y染色体。X染色体是白眼基因(w)的载体得到了直观、无可辩驳地证明。7/19/202258（3）人类X染色体不分开现象人类X染色体不分离,导致性器官发育畸形和功能障碍。如Klinefelter综合征和Turner综合征。 核型与性状的关系与果蝇的区别？7/19/2022597/19/202260Klinefelter综合征外观男性。患者睾丸发育不全(小)，生精小管玻璃样变性，不育，25%患者有乳房发育。Developed breastsRudimentary testistall7/19/202261患者核型47,XXY。发生原因：配子发生时X染色体不分离。发

21、病率1/800.46,XXXX046,XYXXXXX0YXXYY047，XXY7/19/202262Turner综合征外观女性，卵巢发育不全，原发性闭经，个子矮小，皮肤粗糙，外生殖器幼稚，乳房不发育。发病率1/3500。核型45,X046,XXXX046,XYXXXXX0YXXYY045,XO7/19/202263 (1)生殖力基因果蝇的Y染色体不像人类对雄性决定至关重要。但果蝇的Y染色体上有生殖力基因，在发育后期精子形成时有转录活性，所以XO的果蝇虽是雄性，但缺乏生殖力基因产物的作用不育。5.2.3 果蝇性别决定的染色体机制7/19/202264 (2)雌雄嵌合体(gynandromorph

22、ism)：指在雌雄异体生物中，雌雄性同时出现在同一个体上的现象，即个体的一半或一部分是雌性，另一半或另一部分是雄性。原因：个体在发育早期卵裂(有丝分裂)时某细胞丢失一条X染色体。如果蝇红眼(W)长翅(V)的杂合体(WwVv)发育的雌雄嵌合体。7/19/202265果蝇体内无调控性别发育的性激素，各细胞独立分化。The XX cell is the precursor for this side of the fly, which developed as a femaleThe X0 cell is the precursor for this side of the fly, which d

23、eveloped as a male7/19/202266(3)X染色体数目与性别决定 Bridges用三倍体和正常(2n)杂交，观察性染色体与性别决定的关系。3n产生4种卵子, 正常(2n)产生两种精子。2n雄性产生配子3n雌性(3A3X) 产生的配子AX2A2XA2X2AXAX2A2X3A3X2A3X3A2XAY2AXY3A2XY2A2XY3AXY7/19/2022673n 2n结果染色体组成核型X/A性别7/19/202268杂交结果显示：果蝇的性别决定并不取决于X和Y染色体，而取决于X/A的比率关系： 当X/A=1正常雌性；X/A = 0.5雄性； 1X/A0.5间性; X/A 0.5

24、超雄死亡 X/A=1.5超雌死亡果蝇的多个雌性决定基因分散于X染色体，雄性决定基因不在Y，而是分散在各常染色体上，因此，果蝇性别取决于X染色体上雌性决定基因与常染色体上雄性决定基因间的平衡性别决定的基因平衡理论。7/19/202269与人类XY性别决定机制的区别：有两类：XXY(2A+XXY), 正常; XO(2A+X), 不育间性，X/A=0.67。正常雌蝇不育雄蝇果蝇性别决定方式说明Y染色体只在A与X不稳定时起作用，在2A+2X稳定时不起任何作用。7/19/202270(1) X连锁遗传与Y连锁遗传Y染色体非配对区的基因表现为伴Y遗传X染色体非配对区的基因表现伴X遗传；显性遗传隐性遗传5.

25、2.4 人类的性连锁遗传分析 7/19/202271决定遗传性状或遗传病的显性基因位于X染色体上，这些性状或疾病的遗传方式称为伴X显性遗传(sex-linked dominant inheritance,XD)。这类性状或疾病在群体中的发生率女性高于男性，而且女性多为杂合子发病。例如抗维生素D佝偻病(vitamin D resistant rickets)。 伴X显性遗传7/19/202272抗维生素D佝偻病女患者基因型：XRXR, XRXr；主要是后者。男患者的基因型：XRY由于X染色体上显性基因(R)的作用使肾小管对磷的重吸收发生障碍，患者血磷下降，尿磷增高，肠对磷、钙的吸收不良，表现身材

26、矮小，脊柱侧突，下肢进行性弯曲，呈膝内翻或外翻。7/19/202273XD的系谱特征女性患者多于男性患者；女性患者的病情较轻。患者的双亲之一为患者；女患者的子女约有1/2发病；男患者的儿子正常，女儿均为患者(交叉遗传)。XaXaXAYXA YXaXAXaXaYXaXAXaXaY7/19/202274决定一些遗传性状或遗传病的隐性基因位于X染色体上，这些性状或疾病的遗传方式称为伴X隐性遗传(X-linked recessive inheritance，XR)。例如：血友病A (hemophilia A) 红绿色盲(color blindness)伴X隐性遗传7/19/202275血友病A是基因突

27、变导致凝血因子缺乏。主要临床表现：体表及体内任何部位，如皮肤、粘膜、肌肉及器官内反复自发性或在轻微损伤后出血不止，关节腔出血可致关节积血变形。血友病A7/19/202276XR的系谱特点：系谱中往往只有男性患者；患者的双亲正常，母亲是致病基因携带者；患者的兄弟、舅父、姨表兄弟、外甥中常见同病患者，患者的同胞姐妹(5，6, 8)有1/2可能性为致病基因携带者。 7/19/202277Hemophilia has played an important role in Europes history, for it suddenly cropped up in the children of Gr

28、eat Britains Queen Victoria. It became known as the Royal disease because it spread to the royal families of Europe through Victorias descendants. Royal diseaseLeopold7/19/202278Leopold died from hemorrhage of the brain at the age of 31.7/19/202279红绿色盲患者不能辨别红绿色。位于X染色体上的基因突变某些颜色受体缺陷色觉缺陷。由于Y染色体上无相应等位基

29、因，男性为半合子(half-zygous)。男患者基因型(XCY)，而女患者基因型则为XcXc的纯合体。7/19/202280若一个色盲女性与一个正常男性婚配，则他们的儿子全部色盲，女儿全部为表型正常，但均为携带者。 我国男性发病率为7，女性发病率为0.5。XcXc XY Xc X Y XXc XcY XXc XY X Xc X YXX XXc XcY XY进行性肌营养不良7/19/202281存在于Y染色体非配对区上的基因所决定的性状，仅随Y染色体的行为存在男性向男性的传递，称Y连锁遗传(Y-linked inheritance)，表现所谓限雄遗传(holandric inheritance

30、)现象。例，外耳道多毛综合征(hairy ears)。 伴Y遗传7/19/202282男性青春期后出现外耳道(缘)成丛的23 cm黑色硬毛，常伸于耳孔之外。外耳道多毛综合征7/19/202283 (1)果蝇的截毛基因(bobbed bristles，bb) 果蝇X与Y染色体上有对应的控制刚毛形态的等位基因(bb) . 野生型(或Xbb+或Ybb+)控制正常刚毛，突变型基因(Xbb或Ybb)使刚毛成为短而细的截毛。5.2.5 其他伴性基因的遗传分析7/19/202284突变纯合体(XbbXbb)杂合体(Xbb+Ybb)或(XbbYbb+)子代结果为：所有雌蝇(Xbb+Xbb)刚毛正常，所有雄蝇(

31、XbbYbb)截毛。所有雌蝇为纯合截毛，全部雄蝇刚毛正常。(XbbXbb)产生的配子Xbb+Ybb产生的配子XbbYbb+产生的配子Xbb+YbbXbbYbb+XbbXbb+Xbb(刚毛)XbbYbb(截毛)XbbXbb(截毛)XbbYbb+(刚毛)7/19/202285(2) 芦花斑羽显性基因B的遗传芦花鸡成鸡的体表羽毛呈黑白相间、宽窄一致的横斑状，受控于Z染色体上一对等位基因Bb，W染色体无它的等位基因，芦花基因B对非卢花基因b为显性。 ZZ-ZW 雄：ZBZB(芦花); ZBZb(芦花)；ZbZb(非芦花)雌：ZBW (芦花); ZbW (非芦花)7/19/202286芦花鸡羽毛的性连锁

32、遗传若反交, 芦花(ZBW)非芦花(ZbZb), F1出现性状分离,公鸡全芦花, 母鸡全非芦花羽。非芦花(ZbW)纯芦花 (ZBZB)F1(全芦花羽)。7/19/202287芦花鸡杂交在生产中的应用芦花母鸡非芦花雄鸡，子代生命力旺盛，产蛋率高。养禽场选择这种杂交子代的母鸡，提高鸡的生产性能。选择标准？雏鸡时黑绒羽且有黄头斑者为雄鸡7/19/2022885.3 剂量补偿效应及其分子机制 5.3.1 性染色质体5.3.2 剂量补偿效应与Lyon假说 5.3.3 X染色体随机失活的分子机制 7/19/2022895.3.1 性染色质体1949年Barr发现雌猫神经细胞间期核中有一浓染小体，而雄猫没有

33、巴氏小体(Barr body)。这是一种惰性的异染色质化的小体。 后来发现在大部分正常女性的间期细胞核中也有一浓染小体，而男性无。如何解释与性别有关的浓染小体?7/19/2022905.3.2 剂量补偿效应与Lyon假说 在果蝇和哺乳动物，雌性的细胞有两条X染色体，而雄性只有一条。位于X染色体上的基因雌性有两份，而雄性只有一份。但雌体与雄体无相关基因产物量的差异及表型的差异(如人类的第凝血因子)。这种现象的遗传机制是剂量补偿效应。 7/19/202291剂量补偿效应(dosage compensation effect)：指在XY性别决定机制生物中, X连锁基因在两种性别中有相等或近乎相等的有

34、效剂量的遗传效应。调控机制？7/19/202292哺乳类雌性个体的两条X染色体其中一条随机失活。雄性XY中单条X染色体保持活性。雄性果蝇的单条X染色体超活性，转录速率相当于雌性细胞里两条X染色体的转录速率，达到X连锁基因的剂量补偿效应。剂量补偿有三种调控机制：降低雌性X染色体转录活性。提高雄性X染色体转录活性。X染色体随机失活。如秀丽隐杆线虫, XX个体为雌雄同体，两条X染色体的基因转录活性同时减弱雄性一条X染色体的表达量剂量补偿。 7/19/202293（3）Lyon假说 哺乳动物以X染色体失活机制达到剂量补偿效应 (Lyon hypothesis)。Lyon假说的主要内容：失活补偿性：正常

35、雌性哺乳动物体细胞，两条X染色体只有一条有遗传活性(activation X, Xa)，另一条发生遗传失活(inactivation X，Xi)。使X连锁基因在雌性XX和雄性XY具有相同的有效基因产物剂量补偿。7/19/202294 失活随机性。父源和母源X染色体随机发生失活。 失活早期性。如人类：第16天胚胎，50006000细胞期。小鼠：46天胚胎期。 失活克隆性：所有由一个细胞分裂而来的子细胞(克隆)保持同一条X染色体失活。因此，杂合体雌性个体为X连锁基因的嵌合体。 7/19/202295Lyon假说的证据：雌性玳瑁猫(calico cat)的毛皮颜色。葡萄糖-6-磷酸脱氢酶(G6PD)

36、活性。 7/19/202296玳瑁猫的毛色受控于一对X连锁的等位基因O黄色；o黑色。雌性杂合体(XOXo) X染色质随机失活，导致形成黑、黄色随机嵌合的斑块。雌性玳瑁猫的毛皮颜色7/19/202297G6PD基因(XG)位于X染色体上。杂合体女性(XGXg)的细胞，电泳测定G6PD酶活性，出现A(有酶活性)、B(无酶活性)两条带。检测单个细胞的克隆时，有的克隆只表现A带，有的则只表现B带。葡萄糖-6-磷酸脱氢酶(G6PD)活性7/19/202298（4）X染色质的数目与X染色体的关系由于每个体细胞只保留一条有活性的X染色体，所以X染色体数目Barr小体数目1。46, XX (正常女性)，Bar

37、r小体146, XY (正常男性)，Barr小体047,XXX(超雌), Barr小体31247,XXY(克氏综合征), Barr小体17/19/2022995.3.3 X染色体随机失活的分子机制(1)逃避失活基因失活X染色体上的基因表现为稳定失活，但并非完全失活。人类X染色体上1/3的基因逃避失活。如Xg血型基因、甾固醇硫脂酶基因STS等。导致X染色体数目异常的个体有别于正常个体。7/19/2022100 基因失活与否取决于基因性质而非位置失活X染色体的失活基因与非失活基因穿插排列，说明基因的失活仅与基因性质有关，与位置无关。经历失活的基因：DMD基因，雄激素受体基因(AR)，次黄嘌呤磷酸核

38、糖转移酶基因(HPRT)、G6PD基因等。7/19/2022101 (2)失活中心：X染色体上存在一个特异性失活位点 X失活中心(X inactive center，XIC)。线索与证据：小鼠：当小鼠X染色体缺失一个特定区域(XIC, 6801200kb)时，导致X染色体不失活。7/19/2022102人类：1991年Brown将XIC精确定位在Xql3(450kb)，将这个序列作为转基因插入常染色体时,该常染色体也发生失活。XIC的性质：是一个顺式作用位点，编码X染色体失活特异转录子(X inactive specific transcripts, XIST)核RNA(17kb) 不进入细胞

39、质, 缺乏可读框，不编码蛋白, 且只影响处于同一DNA分子上的DNA序列。7/19/2022103在失活X染色体上XIST 特异、稳定地覆盖于X染色体上，抑制基因活性 X染色体失活。 调控机制：XIST启动子的甲基化与去甲基化可调控失活与活化。7/19/2022104X 染色体失活启动模型a)失活前，Xist RNA 不稳定，并被阻遏因子抑制与染色体结合。b) Xist RNA转录活性增强、结构稳定，阻遏因子释放。c) X染色体失活前稳定的Xist RNA覆盖在整条X染色体上。d) 被Xist RNA 覆盖后的基因沉默,并迅速扩展至整条X染色体。e) 染色质修饰，如X连锁基因的启动子甲基化，组

40、蛋白去乙酰化以及macroH2A组蛋白异构体积聚等使X染色体高度螺旋化。7/19/20221055.4 连锁交换与重组5.4.1 果蝇的完全连锁与不完全连锁5.4.2 连锁群7/19/20221065.4 连锁交换与重组“基因位于染色体上”的染色体学说的提出，伴性遗传的发现，使人们对染色体上基因的传递方式引起了极大兴趣。Morgan在进一步研究中证明：一条染色体上带有许多基因，这些基因在染色体上呈直线排列，由此也发现了遗传学的第三定律。 前人的工作7/19/2022107互引相与互斥相在摩尔根之前Bateson和Punnett(1905-1908)研究香豌豆花色(紫和红)，花粉粒形状(长和圆)

41、的遗传。做了两个实验，提出了两个概念。Bateson and Punnett7/19/2022108实验1紫长红圆Fl(紫长) F2:紫长:紫圆:红长:红圆预期比值：9:3:3:1实际比值：11:1:1:32 = 3371.58， P0.05。7/19/2022109实验2紫圆红长Fl紫长F2紫长:紫圆:红长:红圆预期：9:3:3:1实际：8.6: 3.6: 3.7: 0.12 = 32.40 P0.05。7/19/2022110测交紫长:紫圆:红长:红圆 1:7:7:1紫长:紫圆:红长:红圆 7:1:1:77/19/2022111共性：F1表型相同；F2表型比率不符合自由组合律预期比率, 亲

42、本多.“差别”：测交结果测交1子代比例：双显+双隐两性状“重组”测交2子代比例：双显+双隐两性状“重组”两实验结果的共性与差别7/19/2022112新现象：F1形成配子时两对基因间未发生自由组合，而更多保持亲代组合与显隐性无关。Bateson未合理解释新现象, 仅提出两个术语: Bateson的解释例外互引相 (测交1结果)互斥相 (测交2结果)7/19/2022113互引组描述亲本花色花粉形状互引相非等位基因间的两个显性性状(PL)或两个隐性性状(pl)联合遗传P1紫(显)长(显)P2红(隐)圆(隐)互斥相非等位基因的一个显性性状与另一个隐性性状(Pl、pL)联合遗传P1紫(显)圆(隐)P

43、2红(隐)长(显)7/19/20221145.4.1 完全连锁与不完全连锁 直到1912年Morgan通过黑腹果蝇杂交试验，合理解释了Bateson的实验结果，并提出了连锁与互换定律。黑腹果蝇的两对常染色体基因：灰体(B)对黑体(b)显性，长翅(V)对残翅(v)显性。 BBVV bbvv7/19/2022115灰体长翅(BBVV)黑体残翅(bbvv) Fl 全部灰体长翅(BbVv)灰体长翅黑体残翅得到杂合体果蝇两种测交，结果不同7/19/2022116F1(灰长)雄蝇黑残雌蝇预期：按自由组合律，测交子代4种表型：灰长(BbVv):灰残(Bbvv):黑长(bbVv):黑残(bbvv)1:1:1:

44、1。观察值：灰长和黑残各50%。 (1) 测交1F17/19/2022117Fl(灰长)雌蝇黑残雄蝇测交后代出现4种类型：灰长:灰残:黑长:黑残=0.42 : 0.08 : 0.08 : 0.42 42% 8% 8% 42%(2) 测交27/19/2022118(3)摩尔根的解释摩尔根设想：基因B和V位于同一条染色体上，b和v位于其同源染色体上。形成配子时，B和V、 b和v不能独立行动，只能随所处的染色体(遗传单位)传递。BVBVbvF1 b v7/19/2022119Fl雄蝇(BbVv)只产生两种类型的配子且数目相等,测交后代只能有两种亲本表型,为1:1。BVbvBVbvbvbvbvBVbv

45、bvbvF1灰长1黑残1：7/19/2022120摩尔根将位于同一染色体上的基因联系在一起遗传的现象称连锁(linkage)。完全连锁(complete linkage)：连锁基因在形成配子时,只产生亲本配子,无重组型配子产生的现象，如测交1。雄蝇、雌蚕是完全连锁的。不完全连锁(incomplete linkage)：配子发生时同源染色体上连锁基因间少数重新组合产生重组型配子的现象。测交2 。7/19/2022121不完全连锁重组导致双杂合体F1产生亲本型、重组型4种配子,后代出现4种表型。新类型出现的频率称重组率。 BVbvBVbvbvbvbvBVbvbvbvF1灰长黑残42% ：42% ：

46、 8% ： 8%BvbVBvbvbVbv灰残黑长BVbv7/19/2022122互引相(coupling phase)：两个非等位基因的隐性基因(a、b)位于一条染色体，显性基因(A、B)位于其同源染色体上这些基因处于互引相 ，如紫长红圆。互斥相(repulsion phase)：若每条染色体上各有一个隐性基因和一个野生型基因称为互斥相 ，如紫圆红长。ABabAbaB对互引相互斥相的再解释7/19/20221235.4.2 连锁群 (1)什么是连锁群(linkage group)？位于同一对染色体上的多对等位基因彼此相互连锁构成的基因群。连锁群以联合传递为主。摩尔根等在1914年已发现果蝇有4

47、个连锁群。至2006年1月，已注释的果蝇14065个基因，分别属于这4个连锁群。7/19/2022124第连锁群: 全部伴性遗传的基因 果蝇的第1染色体(性染色体)；2279个基因。第连锁群:第2染色体, 5484个基因第连锁群:第3染色体,6219个基因第连锁群:第4染色体,83个基因7/19/2022125果蝇4个连锁群7/19/2022126(2)生物体连锁群数目与染色体数目的关系生物体连锁群数目单倍体染色体数(n)。如玉米10个连锁群，染色体数目10对(n=10)链孢霉n=7，连锁群7；水稻n=12，连锁群12人类约25000个基因，分别属于24个连锁群(22条常染色体XY)。7/19

48、/2022127玉米10个连锁群7/19/20221285.5 遗传的第三定律5.5.1 交换的细胞学证据5.5.2 遗传的第三定律7/19/20221295.5.1 交换的细胞学证据摩尔根用连锁交换解释了果蝇连锁基因产生重组型的机制。依据? (1)交叉型假设(chiasma type hypothesis)Janssens(1909)依据在两栖类和直翅目昆虫的减数分裂中出现的染色体交叉现象提出交叉型假设。7/19/2022130在减数分裂双线期，同源染色体联会不是简单靠拢，而是在非姊妹染色单体间某些点显示交叉缠结图像，称为交叉(chiasma)。交叉型假设的要点7/19/2022131交叉意

49、味着同源染色体间发生过对应片段交换交换发生在粗线期；而交叉在双线期可见，在终变期消失。因此交换发生在前，交叉仅是在交换过的位置留下的痕迹，是交换的结果。交叉型假设的核心7/19/2022132连锁基因间的重组(recombination)是同源染色体间发生交换的结果，故染色体交换是重组的物质基础。7/19/2022133两连锁基因间是否重组，只能通过观察两基因间是否有重组产物。若交换发生在所观察的特定基因之外，则观察不到特定的重组产物。 交换与染色体上基因的关系A B C D E F Ga b c d e f g 7/19/2022134预期在染色体上相对远距离的基因比近距离的基因交换机会更多

50、。7/19/2022135联会复合体(SC)是保证同源染色体准确配对和交换的重要细胞结构。7/19/20221365.2.3 遗传的第三定律 摩尔根在果蝇实验中观察到连锁与互换现象，结合Janssens的交叉型假设，提出连锁与交换定律(law of linkage，遗传学第三定律)，创立了以染色体遗传为核心的细胞遗传学(Cytogenetics),获1933年诺贝尔奖。7/19/2022137连锁定律的基本内容：处于同一条染色体上两个或两个以上的基因联合遗传的频率大于重新组合的频率。重组子或重组体(recombinant)的产生是由于配子形成过程中，同源染色体的非姊妹染色单体间发生了局部交换的

51、结果。 重组子是重组的产物7/19/2022138(1)重组率的测定 判断某特定的两对基因是否连锁？F1测交测交子代表型比率为1:1:1:1测交子代重组型低于亲本型自由组合连锁7/19/2022139重组率(recombination frequency, RF)：测交子代中重组型或交换型占总数(亲本型重组型)的百分率定义为重组率，计算公式：重组型数目总数目100%重组率(%)=重组率7/19/2022140重组率是衡量连锁基因间连锁程度的度量值。连锁紧密交换机会少重组率低，连锁不紧密交换机会多重组率大。关系 ？A B C D E F G a b c d e f g7/19/2022141交换

52、指染色体局部(等位基因或片段)互换；重组指交换后连锁基因重新组合新连锁关系。交换的遗传学效应只能用重组率来估计，但无法检测其实际大小。交换率与重组率的关系重组率可能掩盖了双交换或多次交换的效应.7/19/2022142以玉米的测交实验为例。观察性状：糊粉层颜色：有色(C) 无色(c)；种子形态：饱满(Sh) 凹陷(sh)。基因Sh与C连锁，sh与c连锁。 重组率测定7/19/2022143 3018368=3.6； 杂交实验两互引相杂交: CSh/CShcsh/csh 重组频率(RF)7/19/2022144两互斥相杂交: cSh/cShCsh/Csh：重组率(RF) 131044595=3结

53、论：亲本型重组型Sh与C连锁。7/19/2022145两基因间连锁关系的确定依据 控制两对相对性状的基因间连锁或自由组合？测交：观察测交子代性状比例507/19/2022146提示：最大重组率为50？ 50重组率的含义：100的性母细胞都发生过任两条非姐妹染色单体之间一次单交换，则重组率为1/2100=50%。7/19/2022147 单交换若两个连锁基因间只发生一次交换，只涉及同源染色体的任何两条非姊妹染色单体，称单交换。 (2)多线交换与最大交换值 7/19/2022148双交换(double crossover)：在连锁的两基因座之间，如A和C, 发生了两次交换，称双交换。涉及染色单体？

54、形成重组类型？7/19/2022149多线交换当两个基因相距较远时，其间的其它基因可能发生两次以上交换，而且交换不仅涉及两条染色单体，而是发生在4条单体之间，称多线交换。多线交换是否交换值增大? 7/19/2022150多线双交换对交换值的影响？7/19/2022151 多线双交换的分析：以三线交换为例：多线双交换对每条染色单体的连锁基因间仅发生单交换有重组发生。多线双交换对每条染色单体的连锁基因间发生双交换无重组发生。7/19/2022152 双交换与重组值 双交换所产生的4种配子，在染色体结构和遗传组成上各有不同，但就A、C基因座而言，无重组发生。 设想, 3、4、5n交换的重组值？7/1

55、9/2022153推论：重组值并非因参与的染色单体(线)多、交换次数多而增大。 结论：第一，连锁基因间偶数次交换的重组值与非交换相同，奇数次交换的结果与单交换相同；第二，最大的重组值是0.50（50）。 两基因间单交换或奇数次交换的重组值7/19/2022154 双交换的特点：两点第一，双交换概率显著低于单交换概率。若两次同时发生的交换互不干扰，各自独立，则双交换发生的概率是两个单交换概率之积。第二，3个连锁基因间双交换的结果，旁侧基因无重组。双交换的重组率低于实际交换值。7/19/20221555.6 染色体作图 5.6.1 基因直线排列原理及其相关概念5.6.2 基因定位的方法5.6.3

56、遗传干涉和并发系数5.6.4 利用作图函数计算大图距 7/19/20221565.6.1 基因直线排列原理及其相关概念(1) 基因定位(gene mapping) 指确定基因在染色体上的相对位置和排列顺序的过程。(2) 染色体图(chromosome map) 又称连锁图(linkage map)或遗传图(genetic map)：依据重组率或采用其它方法确定连锁基因在染色体上的相对位置而绘制的简单线性示意图。7/19/2022157 (3) 图距 (map distance)两个连锁基因在染色体图上的相对距离的数量单位称图距(map distance)。图距单位(map unit, mu)：

57、1%重组率去掉“”的数值定义为一个图距单位。为纪念提出重组值的奠基人摩尔根，将图距单位称为“厘摩” (centiMorgan, cM)。 1mu=1cM=1重组值7/19/2022158(4)基因直线排列原理 位于同一染色体上的两个连锁基因间具有相对恒定重组率，不同基因间的重组率不同。距离排序摩尔根由此设想，重组率反映了各个基因在染色体上的位置关系。7/19/2022159 用基因间的重组率给基因定位依据各个基因间的重组值，确定连锁基因间的相对距离，这种距离称为遗传距离。设想：一次测定三对或三对以上基因间的重组值，确定基因间的排列次序。设想当否？实验验证7/19/20221605.6.2 基因

58、定位的方法二点测交三点测交7/19/2022161 (1) 二点测交(two-point testcross)定义：经过基因间的两两测交确定三个基因间的相对位置和遗传距离。 特点：每次测两对基因间重组值，通过三次杂交，三次测交，计算三个遗传距离，对三对基因定位。7/19/2022162二点测交举例例如，测定果蝇X染色体上的三个基因的关系。 第一步，两亲本杂交得F1； 第二步，测交得重组率； 第三步，用重组率排序。白眼(w) 黄体(y) 粗脉翅(bi)7/19/2022163粗脉翅(bi)白眼(w)的重组率为5.3(5.3 cM)白眼(w)黄体(y) 的重组率为1.1% (1.1cM)； 三个基

59、因位点间的排列方式：不外乎两种：w-y-bi y-w-bi再测定粗脉翅(bi ) 黄体(y)的重组率y w bi y 1.1w bi 5.3？5.5(5.5cM)7/19/2022164 将具体实验结果一般化任何3个距离较近的连锁基因(如abc)，若已测得ab、bc间的距离，那么ac的距离就必然等于前二者距离之和或差。当ab + bc = ac 时，三点在一条直线上。7/19/2022165两点测验局限性：工作量大，需要作三次杂交，三次测交；不能排除双交换的影响，准确性不够高。y w bi 1.15.35.57/19/2022166(2)三点测交三点测交(three-point testcro

60、ss)：通过一次杂交和测交实验，观察3基因(点)间的重组率，并进行基因定位的方法。 特点：一次杂交和测交实验就等于3次3个基因的“两点测交”。7/19/2022167三点测交举例果蝇3基因(XR)测交。棘眼(echinus,ec): 复眼表面多毛,似海胆截翅(cut,ct): 翅末端截短横脉缺失(cross veinless,cv): 翅无横脉3杂合体测交7/19/2022168预计杂合体产生8种配子8种表型 ec ct + + + cv亲本组合7/19/2022169 ec ct + /+ + cv ec ct cv /Y 三点测交结果表型实得数比例交换类型 ec ct +212581.45