现代遗传学连锁交换定律

第六章连锁交换定律现代遗传学本章内容第一节连锁与交换

1、连锁交换现象；2、交换发生的机制3、交换型配子的形成；4、发生交换的一般规律第二节交换率及其测定

1、交换率测定的方法；2、影响交换率的因素第三节基因定位和连锁遗传图

1、基因定位；2、干涉和并发率；3、连锁遗传的实际运算；4、连锁群和连锁遗传图第四节人类的遗传分析

背景1900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。其中有些属于两对性状的遗传结果不符合自由组合定律→摩尔根以果蝇为材料进行深入细致研究→提出连锁遗传定律→创立基因论→认为基因成直线排列在染色体上，进一步发展为细胞遗传学。第一节连锁和交换位于同一条染色体上的基因叫连锁基因；位于同一条染色体上的非等位基因总是联系在一起遗传的方式称为连锁。一、连锁

(linkage)二、交换

(crossover)

一、连锁（一）性状连锁遗传的发现1906年，贝特生（BatesonW.）和庞尼特（PunnettR.C.）在香豌豆的二对性状杂交试验中首先发现性状连锁遗传现象。他们的两个实验如下：结果与第一个实验结果相同。

连锁遗传及其杂交组合连锁遗传：原来为同一亲本所具有的两个性状，在F2中常常有连系在一起遗传的倾向。相引组：甲乙两个显性性状，连系在一起遗传、而甲乙两个隐性性状连系在一起的杂交组合。如：PL/pl。相斥组：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。如：Pl/pL。（二）连锁遗传的解释利用测交法验证连锁遗传现象:

特点：连锁遗传的表现为：♥两个亲本型配子数是相等，>50%；♥两个重组型配子数相等，<50%。实验验小小结结：：亲本本具具有有的的两两对对非非等等位位基基因因（（Cc和Shsh或pr+pr和vg+vg）不不是是独独立立分分配配，，而而是是连连系系在在一一起起遗传传，，如如C-Sh、c-sh或pr+vg+和prvg常常常连连系系在在一起起。。∴F1配子子中中总总是是亲亲本本型型配配子子（（CSh和csh或pr+vg+和prvg）数数偏偏多多，，重重新新组组合合配配子子（（Csh、cSh或pr+vg和prvg+）数数偏偏少少。。实验验小小结结：：♥上述述结结果果均均说说明明重重组组型型配配子子数数占占总总配配子子数数的的百百分分率率<50%。重组组率率（（交交换换值值））：重重组组型型的的配配子子百百分分数数称称为为重重组组率率。。♥当两两对对基基因因为为连连锁锁遗遗传传时时，，其其重重组组率率总总是是<50％％。。∵无无论论相相引引组组或或相相斥斥组组的的杂杂交交组组合合方方式式，，在在减减数数分分裂裂时时有有一一部部分分细细胞胞中中的的同同源源染染色色体体的的两条条非非姐姐妹妹染染色色单单体体发生生了了交交换换（crossingover)。∴重重组组型型配配子子数数目目只只是是少少数数。。（三三））完完全全连连锁锁和和不不完完全全连连锁锁1完完全全连连锁锁(completelinkage)同源源染染色色体体上上非非等等位位基基因因间间不能能发生生非非姐姐妹妹染染色色单单体体之之间间的的交交换换→F1只产产生生两两种种亲型型配配子子、其其自自交交或或测测交交后后代代个个体体的的表表现现型型均均为为亲本本组组合合。完全全连连锁锁由于于F1杂合合雄蝇蝇(BbVv)只只产产生生两两种种类类型型的的配配子子，数数目目相相等等，，所所以以用用双双隐隐性性雌雌蝇蝇测测交交的的后后代代，，只只能能有有两两种种表表现现型型，，比例例为为1:12、、不不完完全全连连锁锁完全全连连锁锁的的情情形形很很少少，，一一般般是是不不完完全全连连锁锁。。不完完全全连连锁锁（（部部分分连连锁锁））：同同一一染染色色体体上上的的两两个个非非等等位位基基因因之之间间或多多或或少少地发发生生非非姊姊妹妹染染色色单单体体之之间间的的交交换换→F1代除除产产生生亲亲型型配配子子外外，，还还可可产产生生少少量量的的重重组组型型配配子子。。如玉米米颜颜色色基基因因Cc和籽籽粒粒饱饱满满度度基基因因Shsh是位位于于玉玉米米第第9对对染染色色体体上上的的两两对对不不完完全全连连锁锁的的非非等等位位基基因因。。不完完全全连连锁锁灰身身长长翅翅灰灰身身残残翅翅黑黑身身长长翅翅黑黑身身残残翅翅当两两对对非非等等位位基基因因为为不完完全全连连锁锁时，，F1不仅产生生亲本型型配子也产产生重组型配配子，比例：：0.42:0.42:0.08:0.08。♥由连锁遗传传例证中可见：：1．相引组和和相斥组组都表现现为不完完全连锁锁，后代代中均出出现重组组类型，，且重组组率很接接近，其重组型型配子是是如何出出现的?2．为何重组组型配子子数<亲亲型配子子数，其重组率率<50%?二、交换换1．交换换：成对染色色体非姐姐妹染色色单体间间基因的的互换。。2．交换换的过程程：杂种减数数分裂时时期(前前期I的的粗线期期)。3．根据染色体细胞学行行为和基因位置上的的变化关关系可以以说明连连锁和交交换的实实质。例如玉米米有色饱饱满基因因（一）交换型配配子形成的过过程1、在减减数分裂裂的偶线期同源染色色体联会和基因配配对。2、粗线期时同源染染色体的的非姐妹妹染色单单体之间间发生交换。3、后期I时同源染染色体的的分离。4、后期II时产生各各类配子。（二）发发生交换的一般规规律1、连锁锁遗传也也可以发发生基因重组组，是变异异的来源源之一2、交换换的配子子数总是是少于亲型配子子数3、交换的配配子比例例是交换换的性母母细胞比比例的一半4、交换换不仅可可以发生生在基因因与基因因之间，也可在基基因内部部发生5、生物物的交换换一般是是对等的，可是也也有不对对等的6、同源源染色体体的基因因之间相距的远远近可决定基基因之间间的交换率。在全部孢孢母细胞胞中，各各联会的的同源染染色体在在C与Sh基因因间不可可能全部部都发生生交换，，故重组率<50%；例如玉米米F1的的100个孢母母细胞中中，交换换发生在在Cc和和Shsh相连连区段之之内的有有7个，则重组组率为3.5%。亲本组合合=((193+193)/400)×100%=96.5%重新组合合=((7+7)/400)×100%=3.5%∴两对对连锁基基因间发发生交换换的孢母母细胞的的百分率率，恰是是交换配子子（重组组型配子子）百分分率的两两倍。连锁与交交换定律律：位于同源源染色体体上的非非等位基基因在形形成配子子时，多多数随所所在的染染色体一一起行动动，只产产生亲型型配子；；若同源染染色体上上的非姊姊妹染色色单体之之间发生生了交换换，就可可产生少少数的重重组型配配子。第二节交交换率率及其测测定一、交换换率crossoverrate又称交换值、、重组率率或者重组值等，指同同源染色色体非姐姐妹染色色单体间间有关基基因的染染色体片片段发生交换换的频率率，一般利利用交换换型配子子数占总总配子数数的百分分率进行行估算，，常用R表示。交换率（R）=（交换型型配子数数/总配配子数））×100%=（交换型型染色单单体数/涉及的的总染色色单体数数）××100%二、交换换率的测测定（一）测测交法上例玉米米测交：：相引组交换值为为3.6%，两两种重组组配子各各1.8%；相斥组交换值为为2.99%，，两种重重组配子子各1.5%。用测交法法测定交交换值的的难易不同同：玉米、烟烟草较易易：去雄雄和授粉粉容易，，可结大大量种子子；麦、稻、、豆较难难：去雄雄和授粉粉困难，，种子少少，故宜宜用自交测定定法（F2资料）。。（二）自自交法例如第一一节中的的香豌豆资资料：F2有4种表表现型紫紫长紫紫圆红红长红红圆F1有4种配配子PLPlpLpl设各配子子的比例例为abcdF2组合为(aPLbPlcpLdpl)2♣其中F2中纯合双双隐性ppll个体数即即为d2；组成F2表现型ppll的F1配子必然然是pl，其频频率d。已知香豌豆ppll个体数为为1338株（（相引组组）；∴表现现型比率率=d2=1338/6952×100%=19.2%。。•亲本本型配子子（pl–PL））的频率率相等，，均为44%；；•重组组型配子子（Pl–pL））的频率率各为6%。∴F1形成的4种配子子比例为为44PL∶6pl∶6pL∶∶44pl或0.44∶0.06∶∶0.06∶0.44交换值=6%××2=12%→两种重组组型配子子之和。因亲本的的基因组合合方式不同而不不同的计计算交换率（斥）＝2X1/2(X为隐隐性纯合合体所占占概率））交换率（引）＝1－2X1/2(X为隐隐性纯合合体所占占概率））由于交换换值具有有相对稳定定性，常以该该数值表表示两个个基因在在同一染染色体上上的相对对距离（（遗传距距离）。。例如：3.6%即可称称为3.6个遗遗传单位位。遗传单位位值愈大，两基因因间距离离愈远，，愈易交交换。三、影响响交换率率的因素素基因间连连锁程度度或基因因间距离离交换值的的幅度经经常变化化于0～50%之间：当交换值值→0%，连连锁强度度越大，两个连连锁的非非等位基基因之间间交换越少；当交换值值→50%，，连锁强强度越小，两个连连锁的非非等位基基因之间间交换越大。∴交换换值的大大小主要要与基因因间的距距离远近近有关。。内外环境境的变化化性别染色体结结构和数数目的变变异第三节基基因定定位和连连锁遗传传图一、基因因定位－确定基基因在染染色体上上的位置置。确定基因因的位置置主要是是确定基基因间的的距离和顺顺序→基因之间间的距离离用交换值来表示。。准确地估估算出交交换值→确定基因因在染色色体上的的相对位置置→把基因标标记在染染色体上上。两点测验验和三点测验验是基因定定位可以以采用的的两种方方法。1．两两点测测验：：♣通过三次杂杂交和三次测交交（隐性性纯合合亲本本）分分别测测定两两对基基因间间是否连连锁，然后后根据据其交换值值确定它它们在在同一一染色色体上上的位位置。。测出Aa-Bb间重重组率率，确确定是是否连连锁；；测出Bb-Cc间重重组率率，确确定是是否连连锁；；测出Aa-Cc间重重组率率，确确定是是否连连锁。。♣如上述述3次次测验验确认认3对对基因因间连连锁根据交交换值值大小小确定3对基基因在在染色色体上上的位位置。。例如:已知玉玉米子子粒有有色(C)对无无色(c)为显显性，，饱满满(Sh)对凹凹陷(sh)为为显性性，非非糯性性(Wx)对糯糯性(wx)为为显性性。第一组组试验验：CCShSh×ccshsh↓F1CcShsh×ccshsh为了明明确这这三对对基因因是否连连锁遗遗传，分别别进行行了以以下三三个试试验:第二组组试验验：wxwxShSh×WxWxshsh↓F1WxwxShsh×wxwxshsh第三组组试验验：WxWxCC×wxwxcc↓F1WxwxCc×wxwxcc第一组组试验验：CCShSh×ccshsh↓F1CcShsh×ccshsh第一组组试验验：CCShSh×ccshsh↓F1CcShsh×ccshsh40324035149152交换值值＝(149＋152)/(4032+4035+149+152)××100%＝3.6%第二组组试验验：wxwxShSh×WxWxshsh↓F1WxwxShsh×wxwxshsh交换值值＝(1531＋＋1488)/(1531＋＋5991＋5885＋＋1448)××100%＝20%第三组组试验验：WxWxCC×wxwxcc↓F1WxwxCc×wxwxcc交换值值＝(739＋717)/(2542＋＋739＋＋717＋＋2716)××100%＝22%第一、、二个个试验验结果表表明，，Cc和和Shsh是连锁锁遗传传的，，Wxwx和Shsh是连锁锁遗传传的。。所以以Cc和Wxwx肯肯定是是连锁遗遗传的，根据这这二个个试验验结果果，这这三对对基因因在同同一染染色体体上的的排列列顺序有两两种可可能：：第三个个试验验结果表表明，，Wxwx和Cc两两对基基因在在染色色体上上相距距22个个遗传传单位位。这与23.6个个遗传传单位位接近近。所以，，可以以确定定第一种种排列列顺序序符合合实际际。这样就就把这这三对对基因因的相相对位位置初初步确确定下下来。。用同样样的方方法和和步骤骤，还可以以把第四对对、第第五对对及其它它各对对基因因的连连锁关关系和和位置置确定定下来来。不过，，如果果两对对连锁锁基因因之间间的距距离超过5个遗遗传单单位，，两点测测验法法便不不如下下面介介绍的的三点测测验法法的准确确性为为高。。是基因因定位位最常常用的的方法法，它它是通通过一次杂杂交和一次测测交，，同时确确定三三对基基因在在染色色体上上的位位置。。采用三三点测测验可可以达达到两两个目目的：：一是纠纠正两两点测测验的的缺点点，使使估算算的交交换值值更加加准确确；二是通通过一一次试试验同同时确确定三三对连连锁基基因的的位置置。2.三三点点测验验现仍以以玉米米Cc、、Shsh和Wxwx三对基基因为为例，，说明明三点点测验验法的的具体体步骤骤。(1)确确定基基因在在染色色体上上的位位置：：利用三三点测测验，，首先先要在在Ft中找出双双交换换类型型(即个个体数数最少少的)，然然后以亲本本类型型(即个个体数数最多多的)为对对照，，在双双交换换中居中的基因因就是是三个个连锁锁基因因中的的中间间基因因，它它们的的排列列顺序就被确定下来。。凹陷、、非糯糯、有有色饱满、、糯性性、无无色根据F1的的染色色体基基因型型有三三种可可能性性：sh++================wx在在中间间+wxc+sh+================sh在在中间间wx+c++sh================c在中中间wxc+单交换换：在三个个连锁锁基因因之间间仅发发生了了一次次交换换双交换换：在三个个连锁锁区段段内，，每个个基因因之间间都分分别要要发生生一次次交换换Ft中中亲型最最多，发生生双交换换的表现现型个个体数数应该该最少。∴+wxc和sh++为亲型型+++和和shwxc为双交换类类型其它均为单交换换配子类型型第②种排列顺序序才有可能能出现双交交换配子。。所以这三个个连锁基因因在染色体体的位置为为wxshc。关键是确定中间间一个基因因．一般以最少的双双交换型与与最多的亲亲型相比，可以以发现只有sh基基因发生了位置置改变，所所以sh一定在在中间。(2)确确定基因之之间的距离离：－估算交换换值确定基基因之间的的距离。由于每个双双交换中都都包括两个个单交换，，故估计两个个单交换值值时，应分分别加上双双交换值：：双交换值=〔(4+2)/6708〕〕×100%=0.09%wx-sh间单交换换=〔(601+626)/6708〕〕×100%+0.09%=18.4%sh-c间间单交换换=〔(116+113)/6708〕〕×100%+0.09%=3.5%∴三对连锁基基因在染色色体上的位位置和距离离确定如下下：|--------------21.9-------------|

|------18.4------|-----3.5------||----------------|--------------|wxshc（1）在染色体上上，一个交换的的发生是否否影响另一一个交换的的发生?根据概率理理论，如单单交换的发发生是独立立的，则双交换=单交换换×单交换换=0.184×0.035×100%=0.64%实际双交换换值只有0.09%，说明存在干涉。。3.干涉涉和并发率率干涉(interference)：在一对染染色体中，，一个位置置上的一次次单交换影影响邻近位位置上基因因交换发生生的现象。。并发系数=实际双双交换值/理论双交交换值=0.09/0.64=0.14→0，干扰严严重。并发系数常常变动于0→1之间。并发系数等等于1时，，无干扰，，两个单交交换独立发发生；并发系数等等于0时，，表示完全全干扰，即一点发生生交换后其其邻近一点点就不交换换。0<C<1，存在正正干涉；C>1，I<0，存存在负干涉涉。（2）表示干涉程程度通常用用并发率或并并发系数表示：染色单体干干涉(chromotidinterference)：：是指两条条同源染色色体的4条条染色单体体参与多线线交换机会会的非随机机性。如果果有染色单单体干涉的的存在，可可以使二线线双交换、、三线双交交换和四线线双交换发发生的概率率不呈1：：2：1的的比例。正正的染色单单体干涉提提高四线双双交换的频频率，负的的染色单体体干涉则可可提高二线线双交换的的频率。1、连锁群群(linkagegroup)：存在于同一染色体体上的全部基基因。生物的连锁锁群数目等等于该物种种单倍体染色体数。。对具有两性性分化的动动物，等于于单倍体染染色体数加上1。二、连锁群群和连锁遗遗传图:2、连锁遗遗传图（linkagemap)一条染色体体的多个基基因按一定定顺序、间隔一定定距离作线性排列的位置图称称为连锁图图或遗传学学图。染色单体干干涉(chromotidinterference)：：是指两条条同源染色色体的4条条染色单体体参与多线线交换机会会的非随机机性。如果果有染色单单体干涉的的存在，可可以使二线线双交换、、三线双交交换和四线线双交换发发生的概率率不呈1：：2：1的的比例。正正的染色单单体干涉提提高四线双双交换的频频率，负的的染色单体体干涉则可可提高二线线双交换的的频率。12342-3二线双交换换1-4四线双交换换1-3,2-4三线双交换3、连锁遗遗传图的绘绘制①通过基因定位的方法，把把多个连锁锁基因标记记在同一条条直线上，，最外端的的一个基因因为原点o，其他基因因以其顺序序下排，距距离累加。。②位于最外端端基因之外外的新发现现基因，则则把o点让给给新基因，其余基因因作相应变变动。③虽然两基因因间的实际际交换率不不会达到50％，但但在连锁图上上，由于多次次实验多个个图距相加加，两基因因之间的相相对距离可可以超过50cM。第四节人人类的遗传传分析人类基因定定位的局限限：不能直接用用人体做实实验，只能依据据统计值进进行分析，，误差较大大后代个体数数目少，性状的分分离比难以以确定。直到1967年，常常染色体仅仅定位了5个基因，，确立了3个连锁群群，而且没没有一个连连锁群与特特定的染色色体相连。。人类遗传分分析的方法法一、系谱分分析法二、体细胞胞杂交定位位法三、分子原原位杂交法法一、系谱分分析法早期的人类类遗传学研研究，确定基因因属于哪个个染色体一一般都通过过系谱分析析法。如，红绿色盲基基因是1911年通过系系谱分析最最早发现的的人的性连连锁基因。。根据系谱分分析，一般般只能判断断基因位于性染色色体上还是是常染色体体上，但不能进进一步确定定它究竟在在哪一个常常染色体上上。二、体细胞胞杂交定位位法1、体细胞胞杂交somaticcellhybridization两种基因型型不同的体体细胞融合合成一个细细胞的过程程，融合后后的细胞称称为杂种细细胞。2、杂种细细胞的选择择和特点HAT选择择法：只有杂种细细胞能够在在含有次黄黄嘌呤(H)、氨基基喋呤(A)和胸腺腺嘧啶核苷苷(T)的的HAT选选择培养基基上生长。。杂种细胞在在最初的几几代中包含含两种亲本本细胞的所所有染色色体，但在在以后的繁繁殖过程中中，人类的染色色体逐渐丢丢失减少，最后只剩剩一至数条条染色体。。3、人类基基因定位的的方法