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第五章真核生物的

连锁分析连锁与交换定律真菌类的遗传学分析重组的分子机理人类的连锁分析第一节连锁与交换定律※连锁现象的发现※连锁※交换※基因定位※干涉和并发率※连锁与交换定律的意义一、连锁现象的发现连锁遗传和自由组合在杂交现象上有何不同？ 1906年，Bateson和Punnett研究香豌豆（Lathyrusodoratus）的花色、花粉形状这两对相对性状的遗传时，首次发现连锁现象。BatesonPunnett在F2中，与自由组合相比，连锁遗传表现为亲组合远远地多，重组合远远地少；在测交结果中，连锁遗传表现为亲组合远远地多于重组合（如双杂合体的测交后代对1׃1׃1׃1比例的明显偏离）。连锁相（linkagephase）杂合体中两显性基因在同一染色体上，为相偶相（couplingphase）,或称为相引相，如AB/ab；如果两显性基因分别位于一对同源染色体上，为相斥相（repulsionphase），如Ab/aB。二、连锁（linkage）1、完全连锁与不完全连锁处于同一条染色体上的基因遗传时较多地联系在一起的现象为连锁。X+Y测交一：♂bv配子BVbVBvbv测交二：P♀灰身长翅×♂黑身残翅BbVvbbvv灰长黑残灰残黑长BbVvbbvv41.5%：BbvvbbVv41.5%8.5%8.5%：：亲组合83%重组合17%不完全连锁的特点：①子代不仅产生亲本型配子，还有少数重组型配子。②两种亲本型配子数大致相等，两种重组型配子数也大致相等。2、连锁遗传：亲本所具有的两个性状，在F2中常常联系在一起遗传的现象或者说连锁基因往往伴同而遗传的现象。三、交换（crossingover）1、玉米中的连锁与交换玉米是非常好的遗传学分析材料。sSsSSssSPShShCCshshcc×交叉发生在Sh-C的外面交叉发生在Sh-C之间ShshCcShshCcShshCcF1两个连锁基因之间每发生一个交叉，产生一半的重组类型。如果AB/ab形成的配子中Ab占5%，问双杂合体的性母细胞中理论上有多少在A和B两个连锁基因之间产生一个交叉？c重组合ShshCShshCcShshCc亲组合ShshCcShshCc2、影响交换的因素1）着丝粒着丝粒对附近基因的交换值有明显的影响，使基因的交换值降低。2）性别一般来说，异配性别个体较少发生交换。如人类和许多哺乳动物雌性交换值大于雄性，有的动物（如鸽子）雄性交换值大于雌性。3）年龄一般年龄越大，交换值越小。位于着丝粒附近的基因的交换值降低最多，离着丝粒越远受影响越小。4）温度在适合生物生长的范围内，提高温度可以提高交换值，该影响以着丝粒区为最大。5）射线、化学物质等因素放线菌素D、丝裂霉素C可使交换值增加。3、几点说明1）交换一般是对等的，不多一个基因，不少一个基因；也有不对等的，不对等的交换可以导致染色体结构的变异；2）交换不是仅发生在同源染色体的非姊妹染色单体之间，在姊妹染色单体之间也发生交换；4）交换不仅可以发生在基因与基因之间，也可在基因内发生。3）在一个细胞中，各对同源染色体之间的交换不是完全独立的，而是存在相互影响；处在同一染色体上的两个或两个以上的基因遗传时联合在一起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结果。4、连锁交换定律位于同一染色体上及其同源染色体上的许多连锁基因统称为一个连锁群。5、连锁群某种生物的连锁群数目应该等于其单倍体染色体数n。每个连锁群相当于一对同源染色体。要了解某种生物的基因获得突变体两个或多个基因遵循什么遗传规律？基因位于哪条染色体上？将连锁基因定位于某条染色体上四、基因定位利用杂交、测交或自交，分别求出基因间的交换值和相对距离，然后在染色体上确定基因间的排列顺序，这一过程称为基因定位（mapping）.1、交换值1%交换值去掉%后定义为1个图距单位（mapunit），即两个基因间距离的数量单位，也称为centmorgan,cM.3、两点测交（验）：进行三次杂交、三次测交分别求出三对基因间的交换值，进行基因定位的方法。特点：工作量大，精确性差。2、重组频率（重组值、交换值）重组频率=重组合亲组合+重组合重组频率是根据测交或自交的结果计算出来的。例：玉米第9染色体上三对基因间的连锁分析：子粒颜色：有色(C)对无色(c)为显性；饱满程度：饱满(Sh)对凹陷(sh)为显性；淀粉粒：非糯性(Wx)对糯性(wx)为显性。三次杂交、三次测交：※(CCShSh×ccshsh)F1×csh/csh※(wxwxShSh×WxWxshsh)F1×wxsh/wxsh※(wxwxCC×WxWxcc)F1×wxc/wxc4、三点测交（验）：用三杂合体与三隐性个体测交，把三个基因包括在同一次交配中，从而确定这三个基因在染色体上的位置的方法。特点：省时省工；精确；三杂合体的获得比较难。5、黑腹果蝇中的三点试验实例：A.H.Sturtevant1891-1970提出“基因的直线排列定律”，创用三点测交方法，并绘制出世界上的第一张连锁图。01.030.733.757.6ywvmrSturtevant在1913年绘制的果蝇X染色体第一张基因连锁图(括号内为现在较为精确的数据)y:黄体w:白眼v:辰砂眼m:小翅r:斜截翅(1.5)(33.0)(36.1)(54.5)实例一：三个突变基因ec棘眼sc缺少某些胸部刚毛cv翅上横脉缺失♀棘眼果蝇×♂缺胸刚毛,缺横脉果蝇ec++/ec+++sccv/Y配子ec+++sccvYec++/+sccvec++/Y正常♀棘眼♂三杂合体♀缺胸、缺脉果蝇×♂棘眼果蝇+sccv/+sccvec++/Y+sccvec++Y+sccv/ec+++sccv/Y正常♀缺刚毛、缺脉♂三杂合体亲组合82.7%重组合7.6%重组合9.7%对只有6种表型子代的三点测交试验，计算出三个重组值后，即可准确地对基因进行定位。表型实得数ec+++sccvecsc+++cv+sc+ec+cv8108286288891031980♀ec++/+sccv×♂ecsccv/Y测交临时基因顺序sceccv7.69.7ec+++cvscec+++cvscec+++cvsc♀+ec+/sc+cv♂sceccv/Y三杂合体正确基因型实例二：三个突变基因ec棘眼ct截翅cv缺失横脉棘眼、截翅果蝇×缺失横脉果蝇♀ecct+/++cv×ecctcv/Y♂测交三杂合体表型ecct+++cvec+cv+ct+ec+++ctcv+++ecctcv5318实得数2125220727326521722353亲组合81.5%重组合10.1%重组合8.3%重组合0.1%ec-cv间的重组值=10.1%+0.1%=10.2%ct-cv间的重组值=8.3%+0.1%=8.4%ec-ct间的重组值=10.1%+8.3%=18.4%10.28.4eccvct？18.46、双交换位于同一对同源染色体上的三对等位基因间，同时发生的两次单交换。一般双交换的频率很低，所以子代个体数目少。ctec++cv++cv根据双交换的特点―两基因对之间发生双交换的结果等于不交换，所以，从双交换产物即可准确地判断三基因的顺序。ctec+++cv表型ecct+++cvec+cv+ct+ec+++ctcv+++ecctcv5318实得数21252207273265217223537、重组值和交换值重组值不完全等于交换值，当基因间的距离较远时要对重组值进行校正。基因间的距离越近，重组值和交换值越吻合；基因间的距离越远，由于双交换或多交换的发生，重组值比交换值低估得就越多。交换值是指同源染色体的非姊妹染色单体间有关基因的染色体片断发生互换的频率.（实际发生的所有交换）8、基因直线排列定律三点试验中，两边两个基因对间的交换值等于两边两个基因对间的重组值加上两倍的双交换值。为什么是两倍的双交换值？ctec+++cv解题思路：1、三基因是否为连锁基因？2、排列顺序怎样？3、基因间距离如何？看测交结果中亲组合子代数是否远远多于重组合子代数；看遵循的遗传规律。如果有双交换子代，根据双交换的特点，确定三个基因的顺序。计算基因间的重组值。+wxc2708sh++2538++c626shwx+601sh+c113+wx+116+++4shwxc2举例：某一三点测交结果如下：亲本型+wxcsh++双交换型+++shwxc+sh+wx+cwxshc+++三基因的顺序为：wxshc+wxc2708sh++2538++c626shwx+601sh+c113+wx+116+++4shwxc2计算基因间的重组值：4+26708X100%=0.09%双交换值=

601+6266708=18.4%X100%+0.09%wx-sh重组值=116+1136708X100%+0.09%=3.5%sh-c重组值=

601+626+116+1136708=21.72%X100%wx-c重组值=三个基因的连锁图：21.7218.43.5wxshc9、连锁图（linkagemap）根据基因之间的交换值，把一对同源染色体上的各个连锁基因的次序及位置标定出来，绘制成的一种简单线性示意图，也称遗传学图（geneticmap）。关于连锁图的几点说明：§一般以最先端的基因位置为0，如发现有新基因在更先端时，把0点让给新的基因，其余的基因座作相应的移动；§基因在连锁图上有一定的位置，称为座位（ｌｏｃｕｓ）；§两个基因间的交换值在0~50%之间；在连锁图上，可出现50单位以上的图距，因为图距是累加的；§要从连锁图上的数值得知基因间的交换值，仅仅限于邻近的基因座位之间。§如果新基因发现较少，或者某一连锁群的基因定位用的标记基因与新基因相距较远，难以得到准确的交换值，需要进行校正。§连锁图的绘制是大量资料、很长时间的积累过程。五、干涉和并发率1、干涉：在两条非姊妹染色单体上，一个位置上的一个单交换对于邻近位置上的交换发生的影响，称为染色体的干涉或交叉干涉。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；引起邻近发生第二次交换机会增加的情况称为负干涉。2、并发率（并发系数）：表示干涉的大小。干涉=1–并发率实际双交换率两个单交换率的乘积=并发系数=实际双交换率预期双交换率如果干涉是0.8，问：三杂合体ec++/+cvct测交结果中各种表型子代的预期频率是多少？※假设：1018eccvct0表型ecct+++cvec+cv+ct+ec+++ctcv+++ecctcv5318实得数2125220727326521722353亲组合81.5%重组合10.1%重组合8.3%重组合0.1%回顾：表型预期频率41.08%41.08%ec+++cvct亲组合eccv+++ct双交换eccvct+++重组合ec+ct+cv+重组合0.08%0.08%4.92%4.92%3.92%3.92%六、连锁与交换定律的意义1、理论意义☻证实了基因是位于染色体上的；☻许多基因位于一个染色体上，能保证在细胞分裂过程中使每个子细胞都准确地获得每一个基因；☻交换对于上生物的进化有重要意义，基因重组使变异丰富，为自然选择提供更大的可能性。2、实践中的应用增加育种工作的计划性和预见性。例如：大麦正常高杆（Br）对矮杆（br）为显性；抗条锈病（T）对不抗条锈病（t）为显性；两基因间的交换值为12%；育种目标：矮杆、抗病的新品种（brbrTT）。BrTbrt44%BrtbrT44%6%6%亲组合重组合亲组合重组合BrTbrtBrtbrT44%44%6%6%F1BrT/brt高、抗P高、抗条锈病×矮、不抗BrT/BrTbrt/brtbrT/brt2.64%brT/brt2.64%brT/brT0.36%复习举例：例1：一双杂合体的连锁关系未知，其测交结果如下，AaBbaabbAabbaaBb42%42%8%8%请问双杂合体的连锁相为相引相还是相斥相？AB/ab相引相例2：一三杂合体的测交结果如下，Aabbcc36%aaBbCc36%aabbCc9%AaBbcc9%AabbCc4%aaBbcc4%AaBbCc1%aabbcc1%请问三杂合体的基因型？三杂合体的基因型：bAc/BaC或cAb/CaB亲本的基因型：bAc/bAcBaC/BaC或cAb/cAbCaB/CaB例3：有ABC/ABC的雌果蝇和abc/Y的雄果蝇杂交，F1自交，得到的F2表型结果如下：ABC2600abc600abC200ABc200Abc195aBC195AbC5aBc5请绘制这三个基因的连锁图。配子ABCabcYPABC/ABCabc/Y♀♂配子八种ABCYF1ABC/abc×ABC/YF2雌果蝇全部为野生型雄果蝇有八种表型例4：在一个果蝇杂交试验中，F2代结果如下：表型雄蝇雌蝇A_B_D_27152aaB_D_106148A_B_dd4A_bbD_13A_bbdd111aaB_dd10aabbD_3aabbdd26配子aBDAbdYPaBD/aBDAbd/YF1aBD/Abd×aBD/YF2雌果蝇为aaB_D_或A_B_D_雄果蝇有八种表型配子八种aBDY自交法计算重组值测交法是进行基因定位最准确、最简便的一种方法。有时，不同基因型组合的成活率也有所不同，为了防止成活率差异造成的影响，一般采用相引相和相斥相资料的平均值。小麦、水稻等自交作物因人工授粉比较麻烦，测交法难于应用。有时，双隐性个体或不能成活，或生活力很弱，在开花授粉前死亡。这些情况下，就可以根据F2资料计算交换值（有专门的方法）。o－s之间的交换值是20%POs/OsxoS/oSF1Os/oSOsoSOSos♂♀OsoSOSos40%40%10%10%40%40%10%10%Os/Os16%Os/oS16%Os/oS16%oS/oS16%Os/OS4%oS/OS4%Os/OS4%Os/os4%OS/oS4%os/oS4%os/OS4%os/oS4%OS/OS1%os/OS1%os/OS1%os/os1%POs/OsxoS/oSF1Os/oSF2表型OsoSOSos总数为1000；10POS/OSxos/osF1OS/osF2表型OsoSOSos总数为1000；400姊妹染色单体交换姊妹染色单体交换（sisterchromatidexchange，SCE）指某一染色体的两条姊妹染色单体之间同源片段的互换，是染色体在DNA复制过程中产生的非正常交换现象。早在1938年，McClintock在玉米中观察到SCE的存在。参考《遗传学实验教程》实验9、实验24和实验25。第二节真菌类的遗传学分析※粗糙脉胞菌的生活史※四分子分析和着丝粒作图※粗糙脉胞菌的连锁分析※染色单体干涉※基因转变分生孢子分生孢子交配型A交配型a原子囊壳子囊孢子子囊孢子子囊一、粗糙脉孢菌的生活史二、四分子分析和着丝粒作图1、四分子分析（tetradanalysis）单一减数分裂或者说一次减数分裂的四个产物留在一起，称作四分子，对四分子进行遗传学分析，称作四分子分析。2、顺序四分子（orderedtetrad）链孢霉的四分子按照减数分裂的结果，以直线方式依次排列在一个子囊中，为顺序四分子，便于进行遗传分析。3、着丝粒作图把着丝粒看作一个座位，利用四分子分析法，测定某一基因与着丝粒间的距离。第一次分裂分离M1M1型子囊第二次分裂分离M2M2型子囊M2子囊数总子囊数=12××100%有关基因与着丝粒之间的重组值重组的子囊孢子总的子囊孢子×100%=交换型子囊数×4总子囊数×8×100%=三、粗糙脉胞菌的连锁分析nic+×ade+36种子囊型nic菸酸依赖型nic+ade腺嘌呤依赖型ade+1、只考虑各型子囊的排列结果：7种基本子囊型2、考虑到nic和ade之间的连锁与交换：亲二型（PD），非亲二型（NPD），四型（T）分离M1M1M1M1M1M2M2M1M2M2M2M2M2M2类别PDNPD T TPD NPDT数目808 1 90 590 1 5+a+++++a+a++++序号1 2 3 4 56 7+a +++ana n+na nan+ nan++++a++ +an+nanan+n+na n+子囊型3、基因定位nic和着丝粒间的重组值=M2子囊数总子囊数12××100%(4)+(5)+(6)+(7)总子囊数=12××100%=5.05%(3)+(5)+(6)+(7)总子囊数=12××100%=9.30%间的重组值ade和着丝粒可能的连锁关系：5.05nic9.30ade或5.05nic9.30ade类别PDNPD T TPD NPDT数目808 1 90 590 1 5+a+++++a+a++++序号1 2 3 4 56 7+a +++ana n+na nan+ nan++++a++ +an+nanan+n+na n+子囊型5.05nic10.25ade5.20nic-ade间的重组值=×100%重组的子囊孢子数总的子囊孢子数总子囊数×8×100%NPD子囊数×8+T子囊数×4=?9.3总子囊数×100%NPD+12T=+an++an+n++an++a子囊型(2)NPD+n+a四线双交换++na++nana++na++子囊型(3)Tn+na+++a+an+单交换+++an+nan+nan+nanan+nan++++++a+a+a+a+++++++a+++a+a+++a++n+n+nanananan+n+子囊型(1)PD+an+无交换+a+an+n++a+an+n+++++nana++++nana+++an+nan+na+++a+ana++n++ana++n+++n++ana++n++a+a子囊型(4)T+an+二线双交换++n+++n+n+++n++++a+anananana+a+a+ana+anana+ana+a++++n+n+n+n+++++子囊型(5)PD+an+单交换+an++an+n++an++a+a+an+n+n+n++a+a+a+an+n++a+an+n+子囊型(6)NPD+an+四线多交换++++nana++na++nana++na++++++nananana++++++++nana子囊型(7)+an+三线双交换+an+++na+an+++na四、染色单体干涉在两非姊妹染色单体间发生一个交换后，对在相同的两条染色单体间发生第二次交换的概率的影响。指两条同源染色体的4条染色单体参与多线交换机会的非随机性。染色体的干涉影响基因间的交换值，染色单体的干涉影响交换发生的形式。如第二个交换发生在任意两个非姊妹染色单体间的机会是相等的，即不存在染色单体干涉的话，二线双交换：三线双交换：四线双交换应该是1：2：1。a+ca+c+b++b+1234类别PDNPD T TPD NPDT数目808 1 90 590 1 5+a+++++a+a++++序号1 2 3 4 56 7+a +++ana n+na nan+ nan++++a++ +an+nanan+n+na n+子囊型交换类型未交换四线双交换二线单交换二线双交换二线单交换四线三交换三线双交换一般认为不存在染色单体干涉现象。由于有多线交换的存在，基因间的交换值会不会大于50%呢？A(B)Ca(b)cA(b)Ca(B)c双交换双交换A(B)Ca(b)CA(b)ca(B)c双交换单交换单交换A(B)ca(b)cA(b)Ca(B)C双交换单交换单交换二线双交换A(B)Ca(b)c三线双交换A(B)Ca(b)c三线双交换A(B)Ca(b)c四线双交换A(B)Ca(b)cA(B)ca(b)CA(b)ca(B)C单交换非交换单交换双交换为484，亲组合重组合为11。如果AC之间无标记基因，双交换与非交换产生的配子在表型上是一样的；只能根据单交换的结果计算交换值，尽管AC基因之间发生了两次交换，最大的交换值与一次交换的结果相同，是50%。只要4条染色单体参与交换的机会均等，就两个基因对之间，尽管可以多线交换，但产生重组型与亲本型配子的比例最大也是1：1。可以推论：偶数次交换的结果与不交换相同，奇数次交换的结果与单交换相同。综合全部的交换结果，最大的交换值也是50%。顺序四分子在遗传分析学上的好处：☆可以简明地看出分离比和计算重组率；☆可以把着丝粒作为一个座位（locus），计算某一基因与着丝粒的重组率；☆子囊中子囊孢子的正确对称性质，证明减数分裂是一个交互过程（reciprocalprocess）；☆可以检验染色单体的交换有否干涉现象;☆四线分析（4-strandanalysis）证明，每一交换只包括4线中的两线，但多重交换可以包括一个双价体的两线、三线或四线。☆可以进行基因转变（geneconversion）的研究；五、基因转变减数分裂是一个交互过程；遗传重组是一个交互过程；1、Mitchell的杂交试验脉孢菌吡多醇缺陷型pdxppdx（对pH是敏感的）遗传重组有时会出现异常分离；遗传重组通常总是交互的。+pdxppdx+XP585个子囊对子囊孢子进行培养和鉴定孢子对子囊1234第一对第二对第三对第四对+pdxppdx+++pdx+++pdx++pdxp+pdxp+pdxp++pdx+++pdx++pdxppdx+pdx+pdxppdx++pdxppdx++pdxppdx++pdxpdxp++正常的2:2分离pdxppdx++pdx++异常的3:1分离2、基因转变（geneconversion）一个基因转变为它的等位基因的现象。如：粪生粪壳菌中的基因转变g-（g）子囊孢子为灰色g+（+）子囊孢子为黑色g-g+x20,0000子囊减数分裂++gg正常分离染色单体转变++gg有丝分裂++gggg++4：4++++g+g+6：2(0.05%)++g+++g+++ggg++5：3(0.06%)3：1：1：:3+++ggg+g(0.008%)半染色单体转变+++/gg++/gg++/g/gg对粪生粪壳菌的基因转变的研究发现：显示5:3和6:2分离的子囊中，约有30%在g座位的这边或那边发生重组；有基因转变的子囊中，基因转变和遗传重组都发生在同样两个染色单体上的子囊比例高达90%。基因转变往往伴随着基因重组基因转变和遗传重组是相关的。+亲本基因型第三节重组的分子机理※基因重组的类型※Holliday模型一、基因重组的类型1、同源重组（homologousrecombination）主要利用两个DNA分子序列的同源性识别重组对象，负责DNA配对和重组的蛋白质因子没有碱基序列的特异性，只要两条DNA序列相同或接近，重组就可以在此序列中的任何一点发生。2、位点特异性重组依赖于小范围同源序列的联会，重组也仅限于在这一范围内，重组发生在特殊位点上，此位点含有短同源序列，有位点专一性的蛋白因子催化。如λ噬菌体整合到大肠杆菌的染色体中。3、转座重组完全不依赖于序列之间的同源性而使一段DNA序列插入另一段DNA中。只依赖于转座区域DNA复制和转座有关的酶完成重组。例如基因的转座。1、Holliday模型对交互遗传重组的解释二、Holliday模型也称为异源或杂种DNA模型RobinHollidy于1964年提出该模型。单链连接联会单链断裂单链交换交联桥Holliday中间体支链迁移DNA双链（染色单体）左右切拆分上下切拆分旋转180º异构化左右切重组合上下切亲组合双链侵入模型交联桥以两种方式进行拆分，旁侧标记基因或是发生交互重组，或是无重组。但是无论那种拆分方式都在两条DNA分子上留下一段异源双链区。所谓异源双链区，就是该段DNA双链的一条单链来自于一个亲本的DNA，另一条单链来自于另一个亲本的DNA。也称为杂种DNA区。

2、单链侵入模型有的研究表明认为：交换产物的形成可能另有途径，而不是由于Holliday中间体的拆分方式产生的。目前对于重组的研究有限，分子水平的结果与细胞学上观察到的现象（如交叉）还无法联系。在酵母中的研究表明：联会复合体是在DNA双链断裂起始重组之后形成，在缺失正常联会复合体的突变体中重组可以发生，不能进行重组的突变体中不形成联会复合体。所以，联会复合体是重组的结果，而不是原因。请注意：3、支链迁移支链迁移能增加异源DNA区的长度。