第四章-连锁遗传

单林娜制作1第4章连锁遗传第4章连锁遗传4.1连锁遗传规律4.2连锁遗传的细胞学基础4.3交换和重组率4.4基因定位和染色体作图4.5连锁遗传规律的应用2ToP932023/2/43本章要点：本章主要介绍基因的连锁与互换，性别决定与性连锁。重点介绍同源染色体上非等位基因的传递规律和性连锁。掌握连锁互换规律的本质和性连锁。介绍连锁互换规律在实践中的应用。了解性别控制以及性别控制在实践中的应用。重点内容：连锁与互换的实质，基因定位，性别决定，伴性遗传。2023/2/44本章要点：难点内容：交换值的测定，基因定位，伴性遗传。概念：完全连锁、不完全连锁、连锁遗传、重组、交换值、交叉率、单交换，双交换，连锁图、连锁群、干扰、并发系数、性染色体、常染色体、伴性遗传、限性遗传、从性遗传。下一章第一节4.1连锁遗传规律4.1.1性状连锁遗传的发现

1905贝特森（Bateson,W.）

庞尼特（Punnet,R.C）香豌豆（Lathyrusdoratus）

相引（coupling）

相斥（repulsion)香豌豆杂交实验（组合1）（紫花、长粒花粉）（红花、圆粒花粉）香豌豆杂交实验（组合2）香豌豆杂交实验对于这一有趣的现象，庞尼特提出了新的假设，认为似乎两对基因在杂交子代中的组合并不是随机的，而是原来属于同一亲本的两个基因更倾向于出现同一配子中，叫做相引（coupling），原来属于不同亲本的两个基因（P和l，p和L）之间在形成配子时相互排斥，称为相斥（repulsion）。这个假说的缺陷是什么？是不能解释为什么孟德尔研究的两对性状都是自由组合的。8Batson等：相引组(couplingphase)

前一种亲本组合

相斥组(repulsionphase)

后一种亲本组合94.1.2连锁法则的建立1910摩尔根（Morgan，T.H.）布里吉斯（Bridges,C.B.）建立连锁法则

(lawoflinkage)

果蝇杂交实验

红眼和紫眼（purple，Pr）长翅和残翅（vestigial，Vg）染色体内重组(intrachromosomalrecombination)

染色体间重组(interchromosomalrecombination)

10果蝇杂交实验（相引组）P♀红长×紫残♂（Pr+Pr+Vg+Vg+）（PrPrVgVg）

F1

红长×紫残（测交）（Pr+PrVg+Vg）(PrPrVgVg）

F2

红长紫残红残紫长

(Pr+Vg+)(PrVg)(Pr+Vg）(PrVg+)

1339119515115411果蝇杂交实验（相斥组）P♀红残×紫长♂

F1

红长×紫残（测交）

F2

红长紫残红残紫长（Pr+Vg+）（PrVg）（Pr+Vg）（PrVg+）

157146965106712摩尔根提出连锁定律1910年摩尔根提出连锁遗传的假设，主要有三个论点：相引是两个基因位于同一条染色体上，相斥则反之；同源染色体在减数分裂时发生交换

(crossing-over)重组；位置相近的因子相互连锁

(孟德尔遗传的随机分离与相引，Science,1911,34.384)。连锁和交换的重组称为染色体内重组（intrachromo-somalrecombination），因染色体自由组合而产生的重组称为染色体间重组（interchromo-somalrecombination）。13图4-1两对位于同一条染色体上的

等位基因的简单遗传Pprvgpr+vg+prvgpr+vg+

配子

prvgpr+vg+F1pr+vg+prvg14图4－2在减数分裂中染色体交换PrVgPrVgPrVgPrVgPrVg+PrVg+

Pr+Vg+

Pr+VgPr+VgPr+Vg+Pr+Vg+Pr+Vg+154.2连锁遗传的细胞学基础4.2.1玉米实验

4.2.2果蝇实验16在同一染色体上连锁的基因，为什么会在其测交后代中出现一定频率的重组？即：形成新组合的机制是什么？早在1909年，Janssens就提出了交叉型假说（chiasmatypehypothesis）；他描述了蝾螈Salamander减数分裂前期I染色体的交叉（细胞学上可观察到的同源染色体间的相互交换），Janssens认为（但没有证明）交叉可能是父本和母本同源染色体的物理交换位点。17交叉（chiasma）现象:Chiasmaisasiteatwhichtwohomologouschromosomesappeartohaveexchangedmaterialduringmeiosis.Crossing-overdescribesthereciprocalexchangeofmaterialbetweenchromosomesthatoccursduringmeiosisandisresponsibleforgeneticrecombination.18摩尔根也假设杂交F2表型的产生与减数分裂期交叉形成（Chiasmaformation）的联系，Morgan和E.cattell（1912年）用crossing-over（交换）这一术语来描述由于染色体相互交换的过程产生连锁基因间的重组合。摩尔根假设：相同染色体上的两个基因出现不完全连锁是由于减数分裂期交叉使它们彼此物理上的分开(也没有证明)。191931:cytologicalchiasmatacorrelatewithgeneticrecombination

（将细胞学上的交叉现象与遗传重组联系起来）HarrietCrieghtonandBarbaraMcClintock(maize);CurtStern(flies)20BarbaraMcClintock(1902-1992)1983NobelPrizeinPhysiologyorMedicineCurtSternMcClintock(left)4.2.1玉米实验

1931年，麦克林托克（McClintock,B）克莱顿（Creighton,B）

No.9染色体

C:色素基因

Wx:糯质基因或蜡质基因

knob:节结,纽结2122waxystarchyknob

Cwx8cwxcWxcwx

产生配子产生配子

Cwx8cwxcWxCWx测交

cwx8

Cwx8cWxCWxcwx8

cwxcwxcwxcwx

亲组合重组合通过杂交后比较亲本型后代和遗传重组后代的染色体，发现亲本型的后代都保持了亲本的染色体排列，而重组型后代的染色体也发生了重组4.2.2果蝇实验斯特恩（Stern，C.）

X染色体上有两个突变基因：

car（Carnation）粉红眼隐性基因

B（Bareye）棒状眼显性基因24CbcBY染色体的易位片段♀

Cbcb

♂

红色棒眼

cBY粉红圆眼精子

cbY

cb粉红♀

Y粉红♂亲组合cB棒眼

cB棒眼卵子

cb红色♀

Y红色♂

Cb圆眼Cb圆眼

cb粉红♀

Y粉红♂重组合

cb圆眼

cb圆眼卵子cb红色♀

Y红色♂

CB棒眼

CB棒眼26连锁定律的基本内容遗传的第三定律———连锁定律（lawoflinkage），是指位于同一染色体上的基因联合在一起伴同遗传的频率大于重新组合的频率；重组体或重组子（recombinant）的产生是由于在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。27自由组合与连锁的差别：28自由组合连锁不同源的染色体同源的染色体

染色体间重组染色体内重组

受染色体对数的限制染色体本身长度的限制

4.3交换和重组率4.3.1概念4.3.2重组率的测定294.3.1概念交换率(crossing-overFraction或crossing-overfrequency)是指在所有配子中，两基因间发生交换的平均次数与总配子数的比率。交换发生在减数分裂过程中，无法直接测定，只有通过基因之间的重组来估计交换发生的频率。重组率(RecombinationFraction或recombinationfrequency)是指重组型配子数占总配子数的百分率。重组型配子数难以测定，常用重组型个体数代表。304.3.2重组率的测定(一)、测交法测交后代(Ft)的表现型的种类和比例直接反映被测个体(如F1)产生配子的种类和比例。(二)、自交法以香豌豆花色与花粉粒形状两对相对性状，P-L重组率测定为例。31例1测交：有色饱满x无色皱缩

CCSSccss

F1有色饱满x无色皱缩

CcSsccssF2有色饱满无色皱缩有色皱缩无色饱满

40324035149152亲型配子=

4032＋4035＝8067交换型配子=149+152=301重组率＝

(301/(8067+301))100%=3.6%32例2自交法：香豌豆P-L基因间交换值测定(1)设F1产生的四种配子PL,Pl*,pL*,pl的比例分别为：

a,b,c,d；则有：

a+b+c+d=1，a=d,b=c33香豌豆P-L基因间交换值测定(2)F2的4种表现型(9种基因型)及其理论比例为：P_L_(PPLL,PPLl,PpLL,PpLl)：

a2+2ab+2ac+2bc+2adP_ll(PPll,Ppll)： b2+2bdppL_(ppLL,ppLl)： c2+2cdppll： d234d2香豌豆P-L基因间交换值测定(3)而F2中双隐性个体(ppll)的实际数目是可出直接观测得到的(本例中为1338)，其比例也可出直接计算得到(1338/6952)，因此有：35香豌豆P-L基因间交换值测定(4)相斥相的分析：364.4 基因定位和染色体作图4.4.1基因定位4.4.2两点测验4.4.3三点测交4.4.4干扰与符合4.4.5连锁遗传图和作图函数374.4.1基因定位基因定位：确定基因在染色体上的位置。思路：基因在染色体上各有其一定的位置→确定基因的位置主要是确定基因间的距离和顺序→基因之间的距离是用交换值来表示的。步骤：准确地估算出交换值→确定基因在染色体上的排列顺序→把基因标志在染色体上。方法：两点测验和三点测验384.4.2两点测验

先用三次杂交、再用三次测交（隐性纯合亲本）分别测定两对基因间是否连锁，然后根据其交换值确定它们在同一染色体上的位置。A

B

Ca

b

c

分别测出Aa-Bb间重组率，确定是否连锁；分别测出Bb-Cc间重组率，确定是否连锁；分别测出Aa-Cc间重组率，确定是否连锁。如果上述3次测验确认3对基因间连锁，根据交换值大小，确定这三对基因在染色体上的位置。39两点测验举例如：玉米C（有色）对c（无色）、Sh（饱满）对sh（凹陷）、Wx（非糯性）对wx（糯性）为显性。为证实三对基因是否连锁遗传，分别进行3个试验：第一组试验：CCShSh

×

ccshsh

↓

F1

CcShsh

×

ccshsh第二组试验：wxwxShSh×

WxWxshsh

↓

F1

WxwxShsh

×

wxwxshsh第三组试验：WxWxCC

×

wxwxcc↓

F1

WxwxCc

×

wxwxcc40表4-1玉米两点测验的三个测交结果之一亲本和后代表现型及基因型种子粒数重组型配子(%)种类组合P1P2有色、饱满(CCShSh)无色、凹陷(ccshsh)测交后代F1有色、饱满(CcShsh)亲40323.6无色、饱满(ccShsh)新152有色、凹陷(Ccshsh)新149无色、凹陷(ccshsh)亲403541表4-1玉米两点测验的三个测交结果之二亲本/后代表现型及基因型种子粒数重组型配子(%)种类组合P1P2糯性、饱满(wxwxShSh)非糯性、凹陷(WxWxshsh)测交后代F1非糯性、饱满(WxwxShsh)新153120.0非糯性、凹陷(Wxwxshsh)亲5885糯性、饱满(wxwxShsh)亲5991糯性、凹陷(wxwxshsh)新148842表4-1玉米两点测验的三个测交结果之三43亲本/后代表现型及基因型种子粒数重组型配子(%)种类组合P1P2非糯性、有色(WxWxCC)糯性、无色(wxwxcc)测交后代F1非糯性、有色(WxwxCc)亲254222.0非糯性、无色(Wxwxcc)新739糯性、有色(wxwxCc)新717糯性、无色(wxwxcc)亲2716结果汇总第一组交换值为3.6%，c-sh3.6第二组交换值为20.0%，wx-sh20.0第三组交换值为22.0%，wx-c22.044两点测验据第一、二、三组交换值，三个基因的排列顺序可能:

23.6

20.0

3.6

wx-c为23.6wx

sh

c

与第三组22.0%差异小

2016.43.6wx-c为16.4wxcsh与第三组22.0%差异大

24.622.03.6wx-sh为24.6wxcsh与实际值20.0%差异太大单林娜制作45现在第三组交换值为22.0%，与23.6%较为接近，故以第一种较为正确。两点测验如此可测定第四、五对等基因，逐步定位。两点测验的缺点：两对连锁基因间距离超过5个遗传单位，则两点测定法就不够准确必须进行三次杂交和三次测交，工作量大。46To4.44.4.3三点测交（three－pointtestcross）通过一次杂交和一次用隐性亲本测交，同时测定三对基因在染色体上的位置，是基因定位最常用的方法。特点：(1)纠正两点测验的缺点，使估算的交换值更为准确；(2)通过一次试验可同时确定三对连锁基因的位置47第四节基因定位和遗传作图三点测交

斯特蒂文特（Sturtevant）

abc

当ab+bc=ac时,三点在一条直线上红眼V（Vermilioneyes）翅无横脉Cv（crossveinless）截翅Ct（cut,orsnippedwingedges）48第一步：确定基因在染色体上的位置以玉米Cc、Shsh和Wxwx三对基因为例：P凹陷、非糯、有色×饱满、糯性、无色

shsh++++

++wxwxccF1饱满、非糯、有色×凹陷、糯性、无色

+sh+wx+c

shshwxwxcc49三点测交Ft表现型根据Ft表现型推知粒数交换类别

F1配子基因型

饱满糯性无色+wxc2708亲型凹陷非糯有色sh++2538亲型饱满非糯无色++c626单交换凹陷糯性有色shwx+601单交换凹陷非糯无色sh+c113单交换饱满糯性有色+wx+116单交换饱满非糯有色+++4

双交换凹陷糯性无色shwxc2双交换总数670850ToP53ToP54三点测交Ft中亲型最多，发生双交换的表现型个体数应该最少。∴+wxc

和sh++

亲型配子类型

+++

和shwxc

双交换配子类型其它均为单交换配子类型即F1的染色体基因型为+wxc

和sh++，其排列位置有三种可能性：51三点测交根据F1的染色体基因型有三种可能性：sh++

①wx在中间+wxc+sh+

②sh在中间wx+c++sh

③c在中间wxc

+52？三点测交单交换：在三个连锁基因之间仅发生了一次交换。双交换：在三个连锁基因间，每个基因之间各发生一次交换，结果是位于中间的基因交换了位置。53关键是确定中间一个基因：可以将最少的双交换型与最多的亲型相比，只有sh基因发生了位置改变。亲型配子类型双交换配子类型

+wxc

shwxc

sh++

+++∴sh一定在中间，即第②种排列顺序才有可能出现双交换配子。∴这三个连锁基因在染色体的位置为wxshc54

+sh+wx+cwxsh+++c++cwxsh++++wxshc55双交换配子类型F1的染色体基因型单交换配子类型第二步：确定基因之间的距离估算交换值确定基因之间的距离由于每个双交换都包括两个单交换，估计两个单交换值时，应分别加上双交换值：双交换值=((4+2)/6708)×100%=0.09%wx-sh间单交换=(((601+626)/6708)×100%)+0.09%=18.4%sh-c间单交换=(((116+113)/6708)×100%)+0.09%=3.5%∴三对连锁基因在染色体上的位置和距离确定如下：5621.918.43.5wxshc三点测交实验的意义在于:（1）比两点测交方便、准确。一次三点测交相当于3次两点测交实验所获得的结果；（2）能获得双交换的资料；（3）证实了基因在染色体上是直线排列的。57To4.44.4.4干涉与符合1、在染色体上，一个交换的发生是否影响另一个交换的发生?根据概率理论，如单交换的发生是独立的，则双交换=单交换×单交换上例中

理论双交换

=

0.184×0.035×100%

=0.64%实际双交换值只有0.09%，说明存在干涉。58干涉与符合2、表示干涉程度通常用并发系数或并发率或符合系数(coefficientofcoincidence，C)表示。即观察到的双交换率与预期的双交换率的比值称为并发系数或并发率(coefficientofcoincidence，C)。

C＝实际双交换值／理论双交换值＝双交换发生率／两个单交换发生率的乘积

=0.09/0.64=0.140，干涉严重。593、并发系数常变动于0—1之间如果并发系数＝1，则说明两个单交换之间没有干涉，完全独立；如果并发系数＝0，则说明发生了完全干涉,两基因紧密连锁，一点发生交换后其邻近一点就不交换。如果并发系数＞1，则说明发生了负干涉：一个交换的发生增加了另一交换发生的概率。60干涉与符合To4.44.4.5

连锁遗传图(linkagemap)

和作图函数（一）连锁遗传图（二）交换率和重组率的关系（三）作图函数的推导61（一）连锁遗传图染色体图（chromosomemap）或基因连锁图（linkagemap）或遗传图（geneticsmap）：存在于同一染色体上的基因，组成一个连锁群（linkagegroup），根据一个连锁群的各个基因之间的交换值或重组值，确定连锁基因在染色体上的相对位置而绘制的一种简单线性的示意图，即~。62连锁遗传图的特点:1.连锁群的数目一种生物连锁群的数目与染色体的对数是一致的。即有n对染色体就有n个连锁群，如水稻有12对染色体，就有12个连锁群。连锁群的数目不会超过染色体的对数，但暂时会少于染色体对数，因为资料积累的不多。2.遗传作图的过程与说明以最先端的基因点当作0，依次向下排列。以后发现新的连锁基因，再补充定出位置。如果新发现的基因位置应在最先端基因的外端，那就应该把0点让给新的基因，其余基因的位置要作相应的变动。6364图距（mapdistance）：通常用交换值/重组率来度量基因间的相对距离，也称为遗传距离(geneticdistance)。通常以1%的重组率（交换值）去掉百分率的数值作为一个遗传距离单位/遗传单位，记作1cM（certimorgan,厘摩）,或一个图距单位（mapUnit，mu）。Howcloseisthecorrelationbetweenageneticmapandphysicalreality?Humangenome3300cM,1cM=1000kb65（二）交换率和重组率的关系有时虽然发生了交换（如双交换），但没有导致重组，因此，重组率不完全等于交换率，而是重组率≤交换率。1、两基因间距离较近时，可用重组值来估算交换值。当两个基因间的距离较近，发生多次交换的机会很小的时候，可直接用重组值来估计交换值此时的交换值和重组值大致相等，所以可以根据重组值的大小来作为有关基因间的相对距离，把基因按顺序排列在染色体上，绘制出连锁图。662、两基因间距离较远时不能简单地用重组值来估算交换值如果有关的两个基因座位在染色体上分开较远，比如重组值在12-15%以上，那么在进行杂交试验时，其间可发生多次交换，可是形成的配子却仍然是非重组型的（亲本型的），此时如果简单地把重组值看作是交换值，那么交换值的数值就小于实际数值，图距自然随之缩小，基因定位也就不准确了。67左侧----非姐妹染色单体的交换发生在这二对基因之外，那么产生的配子仍是与亲本的一样。右侧-----非姐妹染色单体的交换发生在这二对基因之内，那么产生的配子有一半是亲本型配子，另一半是重组型配子。单林娜制作68单林娜制作69

0.480.020.020.48由图可看出：1.交换是相等的2.交换发生在四线期，即非姐妹染色单体间。3.在连锁的基因间每发生一个交叉，只有一半的重组类型，如果F1植株的性母细胞在减数分裂时，8%的性母细胞在Sh-C间形成交叉，表示有一半的染色单体在Sh-C发生过交换。所以在形成的配子中，有4%是亲本所没有的重组型。703、在同一染色体上两个相距很远的基因，它们的重组值仍不会超过50％为什么？如果这些基因是自由组合的，子代中可预期得到的相同数目的重组子和亲本型。即重组频率＝50％，这两个基因是不连锁的。不连锁的可能原因：（1）这些基因可能位于不同的染色体上；（2）这些基因可能是在同一条染色体上，但是相隔较远，至少在它们中间出现一个交换。71为什么重组率总是小于50%？

（WhyisRFatmost50%?

）同源染色体的两个基因AB间出现一个交叉，只涉及到两条非姐妹染色单体，在四条染色单体中两条是交换的，两条没有交换，重组型=1/272如果出现多线交换和双交换，是否会改变最大重组值呢？双交换（doublecrossingover):

两个基因间同时发生了两次交换（即，在一个性母细胞内的一对同源染色体的非姐妹染色单体上发生了两次单交换）73单林娜制作74单林娜制作75只要四条染色单体发生交换的机会相等，则配子的：

重组型:亲本型=1:1

重组型/重组型+亲本型=50%同样地，对于任一离得很远的两个座位间的多个数目的交换，经检测大量的减数分裂情况，结果显示产生的重组染色单体为50％，这就是为什么对于位于相同染色体上的基因的重组频率限制在小于50％的原因。76推论：在2个基因座位之间，两条非姐妹染色单体上发生偶数次交换的结果与非交换相同；发生奇数次交换的结果与单交换相同。双交换（doublecrossingover)的两个特点:双交换概率显著低于单交换的概率（如果两次交换互不干扰，各自独立，双交换概率=单交换1X单交换2）3个连锁基因间发生双交换的结果是旁侧基因无重组77上面我们知道两个基因的RF值不能超过50％，但由于多交换的存在，它们之间的图距单位却可以远远超过50m.u。即对于大的重组率来说，对遗传距离的低估更为严重。那么，在计算图距时，如何将这些多交换包括在内？作图函数(Mappingfunction)可以将重组率和图距准确地联系起来。78（三）作图函数的推导作图函数(mappingfunction)：是以重组率为自变量、图距为因变量所得到的函数。作图函数可以表明图距与重组频率之间的关系。79（三）作图函数的推导泊松分布(poissondistribution):

当某事件出现的频率很低（p→0），而样本中的个体数很多（n→∞）时，二项式分布就转化为一种特殊的分布，在统计学上称为泊松分布。泊松分布的概率密度函数为：

f(x)=mxe-m/x!其中x=0，1，2，…事件发生次数,

m=分布的平均数80作图函数的推导1、在染色体给定区间内，交换出现次数的概率分布，服从泊松分布。2、若用x≥1时所有的x取值，直接计算平均交换频率（概率）很困难。因为在此区段内究竟最多可以有多少次交换是无法得知的。但x=0这一组例外，无交换的只有这一组，代入公式可直接求出在该区段内无交换的频率。81将x=0代入公式，得

e-mm0/0!=e-m在该区段内至少有一次交换的频率数是1减去具有0次交换的频率数：1-e-m。3.在两基因座之间，无交换的重组率为0，≥1的任何有限次交换，重组率都等于50%（见前图）

。至少有一次交换的减数分裂产物，只有一半是重组的（见前图），因而重组率

RF=(1-e-m)/282（三）作图函数的推导4、若已知RF的值，则可以解出m。m是在指定区间内的平均交换次数，平均交换次数与图距成正比。平均交换次数越多，基因座之间的距离越远。因为一次单交换（m=1时）的重组率为50%，即50m.u.。所以图距（MD）为

MD=50mm.u.

83由RF=(1-e-m)/2，解出m，

m=-ln(1-2RF)代入MD=50m得出，图距

MD=-50ln(1–2RF)m.u.不管基因座之间的远近，该公式都是适用的。

84举例说明作图函数的应用（1）已知RF=27.5%，问基因座之间的图距是多少？

MD=－50ln(1－2RF)=－50ln0.45=40m.u.两基因座之间的距离是40m.u.，若以RF为图距，则低估基因座之间的真实距离。

85（2）已知RF=4%，求图距。

MD=-50ln(1-2RF)=-50ln(1-0.08)=4.2m.u.

重组率较小时，与图距值接近。86作图函数图解87霍尔丹图谱函数RF=1/2·(1–e–m)

504030201012