真核生物的遗传分析

关于真核生物的遗传分析第一页，共六十四页，2022年，8月28日C值悖论生物体单倍体DNA总量称为C值。高等生物具有比低等生物更复杂的生命活动，所以，理论上应该是它们的C值也应该更高。但是事实上C值没有体现出与物种进化程度相关的趋势。这种生物学上的DNA总量与进化地位的矛盾，称为C值悖论。第二页，共六十四页，2022年，8月28日分类最小基因组支原体0.58X106细菌2.8X106酵母3.0X107霉菌5.5X107蠕虫1.1X108昆虫0.5X109鸟类0.2X1010两栖类0.1X1010哺乳类2.8X1010

第三页，共六十四页，2022年，8月28日

进化地位高，结构复杂的生物的同类生物最小基因组比较，符合进化程度越高，生物基因组越大的规律。

第四页，共六十四页，2022年，8月28日N值悖论生物基因数目与生物在进化树中位置不存在正相关的事实。原因：1.内含子可变剪切2.转录后加工3.基因组重复序列4.基因调控元件的复杂性第五页，共六十四页，2022年，8月28日DNA序列的分类基因序列和非基因序列基因序列：以起始密码子开始，终止密码子结束的一段DNA序列，称为开放阅读框（openreadingframe,ORF）非基因序列：基因序列以外的DNA序列。编码序列和非编码序编码序列：编码RNA和蛋白质的DNA序列。非编码序：内含子和基因的间隔序列。第六页，共六十四页，2022年，8月28日单一序列和重复序列单一序列：基因组中只有一份的DNA序列。重复序列：基因组中重复出现的序列。例如，STR，SNP，微卫星DNA等。第七页，共六十四页，2022年，8月28日第二节真菌类的遗传分析---四分子分析顺序四分子分析非顺序四分子分析:

着丝粒作图重组作图重组作图(一)着丝粒作图

1概念:

例如：Lys-XLys+四分子分析一顺序四分子分析第八页，共六十四页，2022年，8月28日Fig9.6aCulturesofNeurosporacrassa.©2003JohnWileyandSonsPublishersCredit:FromanINTRODUCTIONTOGENETICANALYSIS5ebyGriffithsetal.Copyright©1993byW.H.FreemanandCompany.Usedbypermission.第九页，共六十四页，2022年，8月28日Fig9.8PhotomicrographshowingsegregationofdarkandlightascosporesinNeurospora.©2003JohnWileyandSonsPublishersCredit:ScienceSource/PhotoResearchers第十页，共六十四页，2022年，8月28日Fig6.7SegregationpatternsinNeurosporaasci.©2003JohnWileyandSonsPublishers第十一页，共六十四页，2022年，8月28日FigProductionoforderedtetradsofascosporesinNeurospora.©2003JohnWileyandSonsPublishers第十二页，共六十四页，2022年，8月28日1、着丝粒作图：由于顺序四分子的特点，可将着丝粒看成一个基因座位，通过不同类型的子囊孢子接合来测定基因与着丝粒之间的遗传距离。2、顺序四分子分析：例：子囊孢子颜色性状遗传：B基因控制子囊孢子为黑色，b基因控制子囊孢子为浅灰色，两种类型孢子接合，经减数分裂对子代孢子颜色进行分析。一顺序四分子分析第十三页，共六十四页，2022年，8月28日亲本：合子：减数分裂Ⅰ减数分裂Ⅱ有丝分裂B。。。。b。。。。。。。。Bb染色体复制且配对，进入减数分裂Bb。。。。BBBbbb。。。。。。两种基因型分离分裂模式：第一次分裂分离亲本型（M1型）Bb第十四页，共六十四页，2022年，8月28日亲本：合子：减数分裂Ⅰ减数分裂Ⅱ有丝分裂B。。。。b。。。。。。。。Bb染色体复制且配对，进入减数分裂Bb。。。。BbBBbb。。。。。。两种基因型分离Bb分裂模式：第二次分裂分离重组型（M2型）第十五页，共六十四页，2022年，8月28日考察两种子囊的数目，可镜检区分子囊的类型，M2型子囊中只有一半孢子发生交换，故B基因与着丝粒的重组值：RF.=1/2（M2型子囊数）/全部子囊数第十六页，共六十四页，2022年，8月28日２着丝粒距离的计算基因与着丝粒的交换值：

=

交换型子囊数(M2)×(1/2)×100%[交换型子囊数(M2)+非交换型子囊数(M1)]Lys-.交换值=

（9+5+10+16）×(1/2)×100%105+129+9+5+10+16=7.3%３作图:0(着丝点）Lys07.3第十七页，共六十四页，2022年，8月28日第十八页，共六十四页，2022年，8月28日FigCentromeremappinginNeurospora.InCross1,themutantstrain,thi-,requiresthiamin;inCross2,themutantstrain,chol-,requirescholine.©2003JohnWileyandSonsPublishers第十九页，共六十四页，2022年，8月28日（二）两连锁基因的作图１杂交实验

Pn+X+a

(n)(n)+n+a(2n)

减数分裂

36种不同组合

7种不同类型子囊型第二十页，共六十四页，2022年，8月28日表6-4中的第5类包括：+an++an+n++an++a+a+an+n+n+n++a+a第二十一页，共六十四页，2022年，8月28日表6-4粗糙脉孢菌n+x+a杂交结果第二十二页，共六十四页，2022年，8月28日2计算着丝粒距离

nic--.＝M2/(M1+M2)×(1/2)×100%=(5+90+1+5)/1000X100%×(1/2)=5.05%ade--.＝M2/(M1+M2)×(1/2)×100%=(90+90+1+5)/1000×(1/2)×100%=9.30%两基因可能的位置关系：三种：自由组合连锁：着丝粒两侧着丝粒同侧第二十三页，共六十四页，2022年，8月28日３分型与连锁关系的判断亲二型(PD):非亲二型(NPD):四型(T):连锁判断：自由组合连锁结果

NPD/PD=1NPD/PD‹12/898

结果表明：nic与ade连锁

第二十四页，共六十四页，2022年，8月28日4两个连锁基因位置的判断（同臂或不同臂）（1）利用连锁基因都处于MII时，PD和NPD四分子类型频率判断第二十五页，共六十四页，2022年，8月28日（2）比较n和a分别为MI和MII时的子囊数进行判断+/n+/aM1

M1809M1M290M2M15M2M296如果两基因各在一侧：M2(a)/M2(n)≈2实验结果：M1M2/M2M1=90/5=18(倍)与实验不符，说明两基因在同侧。5作图：

nicade

05.0510.25第二十六页，共六十四页，2022年，8月28日202+208-372=3838/4000=0.95%9.3+0.95=10.25表6-6第二十七页，共六十四页，2022年，8月28日二非顺序四分子遗传分析

子囊：PDNPDTABaBabABaBaBabAbAbabAbABRF（重组值）=1/2T+NPD/总子囊数X100%

重组值可能被低估，可用PD、NPD、T三种子囊的频率推导出两基因间平均每个减数分裂的交换数(m)；

m=SCO+2DCO交换值(X)=1/2m；

m=T+6NPD交换值(X)=(T+6NPD)X50%

第二十八页，共六十四页，2022年，8月28日图6-113种无序四分子的形成

abPDABNCO

abTABSCO

abTABDCO

abNPDABDCO第二十九页，共六十四页，2022年，8月28日如果假设双交换在四条染色单体间随机发生：

DCO（4线双交换）=4NPD如果假设双交换在三条染色单体间随机发生：

DCO（3线双交换）=4T=2NPDT=SCO（单交换）+DCO（3线双交换）

SCO=T-DCO（3线双交换）=T–2NPDm=SCO+DCO=（T-2NPD）+2（4NPD）

=T+6NPD例如：PD=0.56；NPD=0.03；T=0.41

交换值=1/2m=（T+6NPD）X50%

图距=50（T+6NPD）=50(0.41+6X0.03)=29.5第三十页，共六十四页，2022年，8月28日第三节遗传重组的分子机制学习要点：1.概念：转座子；基因转变；负干涉；共转换；极化子2.同源重组、位点专一重组和异常重组的异同。3.同源重组的过程(HollidayModel)

第三十一页，共六十四页，2022年，8月28日遗传重组的类型根据对DNA和序列和所需蛋白质因子的要求，可有三种类型的重组。其共同点是双股DNA间的物质交换，但其发生的情况有所不同。一、同源重组

它的发生是依赖大范围的DNA同源序列的联会。重组过程中，两个染色体或DNA分子交换对等的部分⒈需要重组的蛋白质参与，eg.大肠杆菌中的RecA蛋白、RecBC蛋白；⒉蛋白质因子对DNA碱基序列的特异性要求不高；（存在重组热点和序列长度的影响）⒊真核生物染色质的状态影响重组的频率。第三十二页，共六十四页，2022年，8月28日三、异常重组

完全不依赖于序列间的同源性而使一段DNA序列插入另一段中，但在形成重组分子时往往是依赖于DNA复制而完成重组过程。eg.转座作用,需要转座酶和对转座区域DNA的复制。二、位点专一性重组

重组依赖于小范围同源序列的联会，发生精确的断裂、连接，DNA分子并不对等交换

eg.λ-phageDNA对E.coli的整合(attP→attB),需要有15bp的同源序列和专一性的蛋白质因子参与。第三十三页，共六十四页，2022年，8月28日一、断裂与重接模型重组双方DNA分子的断裂与重接

1.证据：

1961，两个双标记λ噬菌体感染大肠杆菌。(c.mi)λ噬菌体1

13C和14N“重”链

(+.+)λ噬菌体2

12C和14N“轻”链同时感染大肠杆菌子代噬菌体CsCl密度梯度离心重链重链和轻链轻链同源重组的分子机制第三十四页，共六十四页，2022年，8月28日第三十五页，共六十四页，2022年，8月28日试验结论：菌株A与菌株B必定发生DNA链的断裂和重接，各类重组型的密度梯度离心呈现中间条带，说明遗传重组是通过两条链断裂后重接完成。二、同源重组的Holliday模型：1、同源的非姐妹染色单体联会。2、同源的非姐妹染色单体两个方向相同的两条链，在内切酶作用下，在相同位置上形成切口。3、切开的单链交换重接，形成交联桥，或称Holliday中间体。4、形成的Holliday中间体，通过平面旋转，形成Holliday异构体。第三十六页，共六十四页，2022年，8月28日5、不同的切割、重接模式形成亲本型和重组型染色体。6、不论怎样方式切割、重接，在两个异源双链中都存在一段异源DNA。第三十七页，共六十四页，2022年，8月28日第三十八页，共六十四页，2022年，8月28日第三十九页，共六十四页，2022年，8月28日

两个环状DNA分子配对、断裂、重接形成“8”字型结构中间物，根据切割的位置不同，可分别形成两个亲本环、大的单体环或者是滚环结构。也可以形成“χ”结构三、环状DNA分子的重组第四十页，共六十四页，2022年，8月28日第四十一页，共六十四页，2022年，8月28日第四十二页，共六十四页，2022年，8月28日四、基因转变及其分子机理4.1异常分离与基因转变基因转变(geneconversion)：一个基因转变为它的等位基因的遗传学现象。基因转变的类型：

A.染色单体转换；

B.半染色单体转换。第四十三页，共六十四页，2022年，8月28日4.2基因转变（geneconversion）：

粪生粪壳菌：野生型黑色子囊孢子与突变型灰色子囊孢子的杂交（g+×g-）中曾发现：p207

5:3占0.06％6:2占0.05％不规则的4:4占0.008％(异常分离)

第四十四页，共六十四页，2022年，8月28日5：36：2不规则4：4第四十五页，共六十四页，2022年，8月28日Mitchell：+pdxpxpdx+第四十六页，共六十四页，2022年，8月28日第四十七页，共六十四页，2022年，8月28日4.3基因转变的分子机制实质是重组过程中留下的局部异源双链区，在细胞内的修复系统识别下不同的酶切/不酶切产生的结果。*不同的切除会产生不同的结果。第四十八页，共六十四页，2022年，8月28日4.4基因转变与高度负干涉正干涉：一次交换后引起邻近的第二次交换的频率下降。负干涉：一个区域发生交换后使邻近的交换频率增加的遗传学现象。共转变：彼此相距很近的几个位点的基因同时发生转变。极化现象：越靠近断裂位点的基因，越容易发生转换，越远的越不容易发生转换。极化子：染色体上呈现基因极化现象的区域。第四十九页，共六十四页，2022年，8月28日五、Meselson-Radding模型

Holliday模型中为对称的杂合双链，而实际情况有不均等分离现象，1975年Meselson-Radding

提出模型解释这种不对称重组现象：

1.单链切断

2.链置换

3.单链入侵

4.泡切除

5.链同化（碎链吸收）

6.异构化——Holliday7.分支迁移第五十页，共六十四页，2022年，8月28日第五十一页，共六十四页，2022年，8月28日六体细胞交换与基因定位

曲霉菌中,曾经发现许多需要腺嘌呤的营养缺陷型。其中,有两个缺陷型ad16和ad8都是隐性的,ad16和ad8是同一染色体上的等位基因(属于同一座位),但又不在同一位点上,两者之间可以发生交换。因为交换不是发生在减数分裂中,而是出现在二倍体菌丝的有丝分裂中,所以叫做体细胞交换(somaticcrossingover)或有丝分裂交换(mitoticcrossingover)。第五十二页，共六十四页，2022年，8月28日ad16菌株和ad8菌株杂交,二倍体杂种是缺陷型,但在后代中出现少量野生型。其中，顺式排列的（ad16ad8/++）是野生型，反式排列的（ad16+/+ad8）是突变型。基因型产物类型顺式ad16ad8有缺陷

++

正常野生型反式

ad16+有缺陷

+ad8有缺陷突变型第五十三页，共六十四页，2022年，8月28日所谓座位（locus，loci），是指基因在遗传学图上的位置。基因内的不同位点（sites）上可以发生突变,基因内的不同位点间可以发生重组。所谓位点，是指基因内能发生独立突变的最小单位。当两个突变型彼此不能重组时，这两个突变型便占据了同一个位点。与单一功能相关的紧密连锁的一系列位点构成一个座位。第五十四页，共六十四页，2022年，8月28日Fig.Somatic-cellhybridizationexperimentstolocatethehumanTK+andHPRT+genesonspecificchromosomes.七体细胞融合与基因定位第五十五页，共六十四页，2022年，8月28日八基因删除小麦瘿蚊卵的结扎实验第五十六页，共六十四页，2022年，8月28日基因扩增DNA序列中由于寡核苷酸拷贝数目的变化，引起生物表型