第3章基因的连锁和遗传作图

第3章基因的连锁和遗传作图

Gene’sLinkageandGeneticMapping第一节遗传图第二节基因重组和染色体交换的作用第三节基因定位和遗传作图第四节真菌的遗传分析第五节染色体的重组模型第六节人类染色体作图本章内容第一节遗传图遗传图（geneticmap）描述一条染色体上各连锁基因座位之间的遗传距离。利用遗传杂交来确定两个连锁基因之间的图距。又称为连锁作图（linkagemapping）。遗传作图（geneticmapping）是指应用遗传学技术构建能显示基因以及其他序列在基因组中分布的相对位置的图形。当一个新的突变表型被发现时，遗传分析的第一步通常是进行遗传作图以确定其在基因组中的位置，以便进一步确定相应基因的结构和功能。即使基因组DNA序列已经被测定，仍需要进行遗传作图。因为一个基因的序列未必能揭示其功能，也不能揭示出基因在复杂的生化过程中的相互作用。一、重组是作图的基础重组合（recombina-tion）是由于同源染色体配对时发生了交换。该过程导致同源染色体上不同等位基因之间的重组。亲组合（parentalcombination）在任何两个基因间重组的概率作为基因间遗传距离的计量单位，可构建遗传图，显示出基因间的相对位置。在讨论连锁基因时，需要区别亲本染色体中的哪些等位基因是共同存在的。以斜线（/）表示。一条染色体上的等位基因写在斜线的左侧，同源染色体上的等位基因写在斜线的右侧。例如，AABB×aabb杂交，二倍杂合子代的基因型表示为AB/ab。二、连锁基因之间距离的度量重组频率小于50%的两个基因应位于同一条染色体上，即是连锁的。经独立分配的两个基因其重组频率等于50%，表明是位于非同源染色体上或在一条染色体上的距离很远无论等位基因是相斥（或反式）构型还是相引（或顺式）构型，连锁基因间的重组以相同的频率发生。摩尔根果蝇实验三、不同基因间的重组频率不同实验结果推出两个普遍的原理：①一对等位基因的重组频率是特异的。②重组频率在顺式(相引)和反式(相斥)杂合子中是相同的。第二节基因重组和染色体交换的作用交换的细胞学证据一、玉米实验二、果蝇实验三、完全连锁和不完全连锁完全连锁(completelinkage)：

如果连锁基因的杂种F1(双杂合体)只产生两种亲本类型的配子，而不产生非亲本类型的配子，就称为完全连锁。不完全连锁(incompletelinkage)：

指连锁基因的杂种F1不仅产生亲本类型的配子，还会产生重组型配子。完全连锁(completelinkage)A

Bab例：果蝇的完全连锁遗传

黑腹果蝇中灰体（B）对黑体（b）是显性，长翅（V）对残翅（v）为显性，且都位于常染色体上。BVbvBVbv灰长黑残BVbv

bvbv灰长黑残BVbvbvbv灰长黑残××♂果蝇的不完全连锁(completelinkage)BVbvBVbv灰长黑残BVbv

bvbv灰长黑残BVbvBvbVbvbvbvbv灰长黑残灰残黑长42%42%8%8%亲本的类型远远多于新类型。原因：同源染色体上的非等位基因之间重新组合的结果。××♀染色体内重组是交换的结果，但交换不一定导致重组。因为我们是依据标记基因来判断是否重组的，若在两个标记基因之间发生奇次数交换，结果必然导致重组，但若发生偶次数交换，标记基因并不重组。不能进行自由组合的基因群则称之为连锁群（linkagegroup），排列在同一条染色体上及其同源染色体上的基因属于同一连锁群。一种二倍体生物的连锁群数与物种的单倍染色体数相同。四、交换和重组值连锁群—位于同一染色体上的所有基因称为一个连锁群

连锁群交换：遗传学上将等位基因交换座位称为交换，表现为连锁基因的重组。交叉：是指细胞学观察到的染色体交叉现象，这种现象只有在双线期同源染色体互斥，交叉点端化过程中才能观察到，实际上这时基因已经交换。交叉并不一定产生基因交换。实验证明：姊妹染色单体分化染色技术交换与交叉的关系①断裂—重接模型Darlington于1937年提出(交换是复制完成后两个染色单体断裂并重新连接的结果)②拷贝选择模型JohnBelling于1928年提出(交换是染色单体复制过程中变换模版的结果)重组的最大频率（50%）①同源染色体的非姐妹染色单体上交换次数对重组频率的影响。②双交换对重组频率的影响交换的理论假说重组值（recombinationvalue）：不完全连锁的双杂合体产生的重组型配子数占配子总数的百分比，又称重组率（recombinationfrequency），用Rf表示。交换值（cross-overvalue）：指不完全连锁的两基因间发生交换的频率。通常把重组值称为交换值，实际上交换值不能等同于重组值，因为等位基因之间偶然会发生多重交换，多重交换的结果不一定形成重组型配子，用重组值代表交换值会造成偏低的估计。

可用Haldane推导出的作图函数进行校正。式中，Rf表示重组率，d是图谱距离，即实际交换值，e为自然对数的底。重组值的变化范围：非姊妹染色单体间交换次数及位置是随机的，两个连锁基因间重组值的变化范围是0～50%。遗传距离(geneticdistance)：通常用重组值或交换值来度量基因间的相对距离，也称为遗传图距。以1%的交换值作为一个遗传距离单位(1cM)，1cM≈1Mb。其变化反映基因间的连锁强度或相对距离。重组值越大，说明两基因间的距离越远，基因间的连锁强度越小；重组值越小，说明基因间的距离越近，基因间的连锁强度越大。重组值与遗传距离两个基因之间发生一次交换时的最大交换值：1/2×100%=50%如两个基因距离较远时，其间可以发生两次或两次以上的交换，则涉及的染色单体将不限于2条，可以是多线交换。则最大交换值又会怎样？多线交换与最大交换值

abc对于基因座A、C来说,偶数次交换等于没有交换,奇数次交换等于单交换。只要4条染色单体发生交换的机会相等，在所研究的两个基因之间产生重组型与亲组型的比总是1：1，所以最大交换值也是50%。双交换特点：1、双交换概率显著低于单交换概率。2、3个连锁基因间发生双交换的结果，旁侧基因无重组，此时旁侧基因的重组率低于实际的交换值。

ABC第三节基因定位和遗传作图一、基因直线排列原理及相关概念1、基因定位（genemapping)：根据重组值确定不同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（chromosomemap):又称基因连锁图（linkagemap)或遗传图（geneticmap)。根据基因之间的交换值（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示意图。3、图距（mapdistance)：两个基因在染色体图上距离的数量单位称图距。图距单位称为厘摩（cM），1%交换值=1cM任何3个距离较近的a,b,c连锁基因，若已分别测得a,b和b,c间的距离，那么a,c间的距离，就必然等于前二者距离的和或差。这就是摩尔根学生A.H.Sturtevant第一次提出的基因的直线排列原理。AlfredH.Sturtevant1891-1970根据两个基因位点间的交换值能够确定两个基因间的相对距离，但并不能确定基因间的排列次序。例：玉米糊粉层有色C/无色c基因、籽粒饱满Sh/凹陷sh基因均位于第九染色体上；且C-Sh基因间的交换值为3.6%。根据上述信息可知：C-Sh间遗传距离为3.6个遗传单位即图距=3.6cM；但不能确定它们在染色体上的排列次序，因而有两种可能的排列方向，如下图所示：基因定位的层次广义的基因定位有两个层次：①染色体定位(单体、缺体、三体定位法)；②通过连锁分析法(linkageanalysis)确定基因在染色体上排列顺序和相对距离。二、连锁分析的方法两点测验(two-pointtestcross):通过三次两对非等位基因之间的杂交和测交，求得三个重组值，将三个非等位基因定位于同一染色体上的方法称为两点测验（交）。三点测验(three-pointtestcross):通过一次杂交和一次测交，将三对非等位基因定位在一条染色体上的方法叫三点测验(交)法。两点测验两点测验的步骤

Ⅰ：通过三次亲本间两两杂交，杂种F1与双隐性亲本测交，考察测交子代的类型与比例。例：玉米第9染色体上三对基因间连锁分析子粒颜色：有色C＞无色c；饱满程度：饱满(Sh)＞凹陷(sh)；淀粉粒：非糯性(Wx)＞糯性(wx).(1).(CCShSh×ccshsh)→F1ccshsh(2).(wxwxShSh×WxWxshsh)→F1wxwxshsh(3).(WxWxCC×wxwxcc)→F1wxwxccⅡ:计算三对基因两两间的交换值估计基因间的遗传距离。两点测验的步骤（2/3）Ⅲ：根据基因间的遗传距离确定基因间的排列次序并作连锁遗传图谱。RfC-Sh=3.6RfWx-Sh=20RfWx-C=22两点测验的步骤（2/3）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。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。当两基因位点间超过五个遗传单位时，两点测验的准确性就不够高。两点测验的局限性◆三点测交(three-pointtestcross)为了进行基因定位，摩尔根和他的学生Sturtevant改进了上述两点测交，创造了三点测交方法，即将3个基因包括在同一次交配中。进行这种测交，一次实验就等于3次两点试验。已知在果蝇中棘眼(ec)、截翅(ct)和横脉缺失(cv)这3个隐性突变基因都是X连锁的。把棘眼、截翅个体与横脉缺失个体交配,得到3个基因的杂合体ecct+/++cv(ec、ct、cv的排列不代表它们在X染色体的真实顺序)，取其中3杂合体雌蝇再与3隐性体ecctcv/Y雄蝇测交，测交后代如下表。序号表型实得数1ecct+2125亲本型2++cv22073ec+cv273单交换I型4+ct+2655ec++217单交换II型6+ctcv2237+++5双交换型8ecctcv3合计5318ecct+/++cv×ecctcv/Y测交后代数据棘眼(ec)、截翅(ct)和横脉缺失(cv)结果分析1、归类2、确定正确的基因顺序用双交换型与亲本类型相比较，发现改变了位置的那个基因一定是处于中央的位置，因为双交换的特点是旁侧基因的相对位置不变，仅中间的基因发生变动。于是可以断定这3个基因正确排列顺序是eccvct。亲本型ecct+++cv双交换型+++ecctcv3、计算重组值，确定图距(1)、计算ct—cv的重组值忽视表中第一列(ec/+)的存在，将它们放在括弧中，比较第二、三列：(ec)ct+2125非重组(+)+cv2207(ec)+cv273非重组(+)ct+265(ec)++217重组(+)ctcv223(+)++5重组(ec)ctcv3ct—cv间重组率=(217+223+5+3)/5318=0.084=8.4%=8.4cM3、计算重组值，确定图距(2)、计算ec—cv的重组值忽视表中第二列(ct/+)的存在，将它们放在括弧中，比较第一、三列：ec(ct)+2125非重组+(+)cv2207ec(+)cv273重组+(ct)+265ec(+)+217非重组+(ct)cv223+(+)+5重组ec(ct)cv3ec—cv间重组率=(273+265+5+3)/5318=10.2%=10.2cM3、计算重组值，确定图距(3)、计算ec—ct的重组值忽视表中第三列(+/cv)的存在，将它们放在括弧中，比较第一、二列：ecct(+)2125非重组++(cv)2207ec+(cv)273重组+ct(+)265ec+(+)217重组+ct(cv)223++(+)5非重组ecct(cv)3ec—ct间重组率=(273+265+217+223)/5318=18.4%=18.4cM4、绘染色体图eccvct10.28.418.418.6在计算ec—cv和cv—ct的重组值时都利用了双交换值，可是计算ec—ct时没把它计在内，因为它们间双交换的结果并不出现重组。所以ec—ct之间的实际双交换值应当是重组值加2倍双交换值。即18.4%+2×0.1%=18.6%。当三点测交后代出现8种表型时，表明有双交换发生，此时需用2倍双交换值来作校正。若3个基因相距较近，往往不出现双交换类型，后代只有6种表型，无需校正。5、资料整理表型实得数比例重组发生在ec—cvcv—ctec—ctec+ct212581.5%+cv+2207eccv+27310.1%√√++ct265ec++2178.3%√√+cvct223+++50.1%√√eccvct3总计5318110.2%8.4%18.4%染色体作图每个基因的位置是用从一组连锁基因的一端算起的图距来表示。一般以最左端的基因位置为0，其他基因的位置通过它与最邻近的基因间的重组率之和来确定。随着研究的进展，发现有新的基因在更左端时，就把0点的位置让位给新的基因，其余的基因座作相应的移动。重组率在0~50%之间，但在遗传图上，可以出现50个单位以上的图距。因此要从图上数值得知基因间的重组率只限于邻近的基因座间。1.理论双交换值连锁与互换的机理表明：染色体上除着丝粒外，任何一点均有可能发生非姊妹染色单体间的交换。但是相邻两个交换是否会发生相互影响呢？如果相邻两交换间互不影响，即交换独立发生，那么根据乘法定理，双交换发生的理论频率(理论双交换值)应该是两个区域交换频率(交换值)的乘积。例：wxshc三点测验中，wx和c基因间理论双交换值应为：0.184×0.035=0.64%。三、并发率和干涉2.干涉(interference)：测交试验的结果表明：

wx和c基因间的实际双交换值为0.09％，低于理论双交换值，这是由于wx-sh间或sh-c间一旦发生一次交换后就会影响另一个区域交换的发生，使双交换的频率下降。这种现象称为干涉(interference)，或干扰：

一个交换发生后，它往往会影响其邻近交换的发生。其结果是使实际双交换值不等于理论双交换值。为了度量两次交换间相互影响的程度，提出了并发系数的概念。并发系数(coefficientofcoincidence)并发系数也称为符合系数：用以衡量两次交换间相互影响的性质和程度。例如前述中：

并发系数=0.09/0.64=0.14.并发系数的性质：真核生物：[0,1]—正干扰；*某些微生物中往往大于1，称为负干扰。1.顺序四分子的遗传分析

主要以粗糙链孢菌(Neurosporacrassa)和酵母菌为例。都是真菌，属于低等真核生物。粗糙链孢菌的特点：⒈子囊孢子是单倍体，表型直接反映基因型。⒉一次只分析一个减数分裂产物。⒊体积小，易繁殖，易于培养。⒋可进行有性生殖，染色体结构和功能类似于高等生物。四分子分析(tetradanalysis)：单一减数分裂的4个产物留在一起，称为四分子。对四分子进行遗传学分析称为四分子分析。第四节真菌的遗传分析粗糙链孢霉的生活史

1-3为无性繁殖；4-9为有性繁殖。图中间示基因交换发生位置及子囊孢子的排列顺序，(1)(2)为非交换型；(3)(4)(5)(6)为交换型顺序四分子在遗传分析上的优越性：

①可以将着丝粒视作一个座位，计算某一基因与着丝粒的重组率。②子囊中子囊孢子的对称性，证明减数分裂是一个交互过程。③可以检验染色单体的交换是否存在干涉现象，还可以利用它来研究基因转变（geneconversion）。④证明双交换不仅可以包括4线中的两线，而且还可以包括3线或4线。（1）着丝粒作图（centromeremapping）利用四分子分析法，测定基因与着丝粒之间的距离称为着丝粒作图。着丝粒作图是基于这样的事实：在一对非姊妹染色单体间没有发生着丝粒和某杂合基因座交换的减数分裂和发生了交换的减数分裂，其产物（四分子）中的等位基因在排列方式上是不同的。前者称为第一次分裂分离（first-divisionsegregation），又称MI模式；后者称为第二次分裂分离（second-divisionsegregation），或称为MII模式。现在用实验进行说明着丝粒作图：有两种不同接合型的脉孢菌菌株，一种是能合成赖氨酸的野生型菌株（记作lys+或+），该菌株成熟的子囊孢子呈黑色。另一种是赖氨酸缺陷型（记作lys-或-），这种菌株的子囊孢子成熟较迟，呈灰色。将这两种菌株进行杂交lys+

×lys-。在杂种子囊中减数分裂的产物根据黑色孢子和灰色孢子的排列次序可有6种子囊型，每种子囊型中有8个子孢子，为方便起见只写出其中的4个孢子对（sporepairs），其计数的结果列于下表。将两种菌株进行杂交lys+×lys－，得如下结果子囊类型子囊数分裂类型（1）（2）（3）（4）（5）（6）＋＋－－＋＋－－＋－＋－－＋－＋＋－－＋－＋＋－105129951016MIMIMIIMIIMIIMII非交换型交换型Lys基因与着丝粒之间的距离是7.3cM。着丝粒距离=（2）两个连锁基因的作图利用顺序四分子分析也可以对两个基因进行连锁分析和作图。粗糙脉孢菌的烟酸依赖型nic（简化代号为n），需要在培养基中添加烟酸才能生长，ade（简化代号为a）是腺嘌呤依赖型，在培养基中添加腺嘌呤才能生长。将两个菌株杂交（n+×

+a）。由前述内容可知，一对基因杂交，有6种不同的子囊型，两对基因杂交必有6×6=36种不同的子囊类型；但是因为半个子囊内的基因型次序可以忽略，不论是n+孢子对在“上面”，+a孢子对在“下面”，还是+a孢子对在“上面”，n+孢子对在“下面”，都不过是反映着丝粒在减数分裂过程中的随机趋向而已，所以可以将36种不同的子囊型归纳为7种基本子囊型。如下表所示：Neurosporacrassa杂交结果51905901808实得子囊数TNPDPDTTNPDPD四分子类别分离发生时期四分子基因型次序⑦⑥⑤④③②①子囊型+a+an+n+++++nana+++an+na+ana++n++an++an+++na++na++na+an+MIMIMIMIMIMIIMIIMIMIIMIIMIIMIIMIIMII两对基因杂交，如不考虑孢子排列，只考虑性状组合时，子囊可以分为3种四分子类型。亲二型(parentalditype,PD)，有两种基因型，并与亲代相同。包括子囊型①和⑤。非亲二型(non-parentalditype,NPD)，有两种基因型，都跟亲代不同，是重组型。包括子囊型②和⑥。四型（tetratype,T），有四种基因型，2种与亲代相同，2种重组型，包括子囊型③、④和⑦。下图是从染色体交换和重组来理解各类子囊的形成原因。交换类型染色体图象重组四分子类型子囊型无交换四线双交换单交换0%100%50%＋an＋＋an＋＋an＋＋a,＋a,n＋,n＋(PD)＋＋,＋＋,na,na(NPD)＋＋,＋a,n＋,na(T)①②③交换类型染色体图象重组四分子类型子囊型二线双交换单交换四线多交换50%0%100%＋an＋＋a,na,＋＋,n＋(T)＋a,n＋,＋a,n＋(PD)＋＋,na,＋＋,na(NPD)④⑤⑥＋an＋＋an＋＋an＋＋＋,na,＋a,n＋(T)⑦50%三线双交换资料分析：计算nic与着丝粒之间的重组率：2.计算ade与着丝粒之间的重组率：3.判断nic、ade基因是独立分配还是连锁。如果两个基因是自由组合的话，则PD︰NPD=1︰1而实验结果PD=808+90=898，NPD=1+1=2，PD远远大于NPD。说明这两个基因是相互连锁的。5.059.30nicadenicade5.059.30哪一种排列正确呢？如果我们把资料用另一种方式排列，得下表：按照分离时期排列nic/＋＋/ade子囊数MIMIMIIMIIMIMIIMIMII(808+1)809(90)90(5)5(90+5+1)961000RF(·－nic)=5.05%RF(·－ade)=9.30%若n和a各自独立的与着丝粒发生交换的话，则MII的子囊数应为9.30%︰5.05%≈1.84︰1事实上：交换发生在着丝粒与ade间，n是MI,a是MII的子囊有90个。交换发生在着丝粒与n间，n是MII，a是MI的子囊只有5个。比例相差悬殊，所以这两个基因处在着丝粒的同一侧。另从上表可见，在n与着丝粒发生交换时，a基因也一道与着丝粒发生了交换。即n是MII，a也是MII共计96（=90+1+5)个子囊。同一交换使＋/n出现MII型分离，也使＋/a出现MII型分离，101次中有96次，证明n,a在着丝粒的同一侧。着丝粒nicade5.055.210.25＋an＋＋ana＋＋n＋被低估的重组值从下表的分析可以将·－a间的重组值得到校正子囊型每一子囊被计算为重组子的染色单体数子囊数在所有子囊中被计算为重组子的染色单体数·－nn－a·－a·－nn－a·－a234567040022220202242222190590150400180180101001800180242101010总数202208372被低估的重组值在真核生物中，双链DNA分子间基因重组是完成减数分裂所必需的，而且基因重组发生在减数分裂前期。染色体变得可见就标志着减数分裂开始，每条染色体都是已经复制的，由两条姊妹染色单体组成，每条染色单体都含有一条双链DNA分子。同源染色体相互接近，在一个或多个区域配对形成二价体。配对一直进行到整个染色体的同源部位并排在在一起，该过程称为联会或染色体配对。联会结束时同源染色体以联会复合体形式紧靠在一起。尽管不同生物中联会复合体在细节上有很大差异，但同一物种内它们都有共同的特征性结构。第五节染色体的重组模型染色体间的重组涉及部分遗传物质交换，通常以断裂和重新连接为代表，当染色体开始分开时，可以观察到交叉。交叉点的数量和分布与遗传重组的频率相平行。一般认为一个交叉代表发生了一次交换。重组过程发生的分子基础是每一条姊妹染色单体含有一条DNA双链分子，所以每个二价体含有4条双链DNA分子。在重组过程中，一条姊妹染色单体的双链DNA分子与另一条染色体上的一条染色单体之间（即非姊妹染色单体间）相互作用。这种反应可能在两个分子中任何配对的相应序列之间，可使遗传物质交换在单个碱基对水平上精确的发生。众所周知，单链之间的互补性是核苷酸相互识别的基础。迄今人们还不能准确的将染色体水平的改变与其分子机制联系起来。高等真核生物重组的分子机制的一些细节尚不清楚，在分子水平上解释真核生物染色体的联会仍然很困难。一、交叉理论1909年F.A.Janssens提出了交叉型学说：认为每次交叉都表明父本、母本一条染色单体接触、断裂和重接，形成一个新的组合，其他两条染色单体仍保持完整状态。实验表明交叉正是发生交换的位点，但这仍未揭示重组的机制。二、基因转变和极化子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。（源于基因内重组）

pdxp：酸度敏感的VB6需要型

pdx：酸度不敏感的VB6需要型20世纪50年代中期M.B.Mitchell等将不同突变型的脉胞菌进行杂交，结果在子囊中拟等位基因pdx以正常的4:4分离，而与其紧密连锁的拟等位基因pdxp却出现了6:2的异常分离。表明异常分离不是由于整条染色体的异常行为，而是由于特定位点的“基因转变”所致。2.基因转变的分子机制基因转变的实质：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。图8-7不配对碱基对的两种修复校正方式。由于切除的不配对区段的不同，校正后或出现野生型，或出现突变型

根据切除修复原理，基因转变的几种类型产生的分子机制可以归纳如下。(1)两个杂种分子均未校正复制后出现异常的4＋∶4g（或3∶1∶1∶3）的分离。(2)一个杂种分子校正为+，或校正为g时，则发生另一种类型的半染色单体转变，前者修复后出现5∶3的分离，后者子囊孢子的异常分离比为3∶5。

(3)两个杂种分子都被校正到+（或g）时，修复后出现6＋∶2g（或2＋∶6g）的异常分离。这便是出现染色单体转变的起因。(4)当两个杂种分子都按原来两个亲本的遗传结构进行修复时，则减数分裂4个产物恢复成G-C、G-C、A-T、A-T的正常配对状态，子囊孢子分离正常，呈现4＋∶4g的结果。+1960年，P.Lissouba和G.Rizet通过粪盘菌的杂交实验提出了遗传重组的极化子模型。极化子（polaron）是染色体的一个片段，通过基因转变使其中发生极性遗传重组。同一基因内部的各个突变位点的转变频率常从基因的一端向另一端逐步递减，这个现象称为极化子效应，具有这种现象的一段DNA称为极化子。一个极化子相当于一个基因。三、染色体断裂重接模型1937年Darlinton提出染色体断裂愈合模型,主要过程为：⑴减数分裂前期同源染色体配对，互相缠绕，形成相关螺旋。这时染色体扭力与染色体间扭力保持平衡。⑵染色体复制，姊妹染色单体环绕，这时同源染色体间的引力被斥力代替，平衡受破坏。⑶螺旋松开，染色体断裂，平衡得到恢复。断裂端环绕未断裂的染色单体旋转，螺旋部分松开。⑷断裂非姊妹染色体发生交换后重新愈合，形成重组染色体。这个断裂愈合模型的重组每发生一次断裂，四条染色单体中两个亲本、两个重组类型。四、模板选择模型1931年，Belling提出的模写选择模型在解释细菌重组时得到验证。假说认为，两条染色单体作为复制的模板，新的染色体各以一个单体模板进行复制，在复制过程中相应交换模板，从而造成重组。该假说不完全，理由是：⑴模型只有一般染色体单体参与交换，另一条保持亲本类型。但是四分子分析涉及三线、四线交换，该模型没有反映出来。⑵DNA半保留复制，新链全是新合成的，但是该模型不是。（3）染色体的配对、交换应在细胞周期的分裂期（M），而复制是在S期，因此重组不可能是和DNA复制同时发生。五、Holliday重组模型

RobinHolliday于1964年提出了重组的杂合DNA模型，又称Holliday模型。该模型对重组过程的解释如下：

A、同源的非姐妹染色单体联会；B、同源非姐妹染色单体DNA中两个方向相同的单链，在DNA内切酶的作用下，在相同位置同时切开；C、切开的单链交换重接;D、形成交联桥结构；E：交联桥沿配对DNA分子“移动”。两个亲本DNA分子间造成一大段异源双链DNA（Holliday结构）F：F和E相同；G：绕交联桥旋转1800；J：形成Holliday异构体；I、通过两种方式之一切断DNA单链，若左右切，则形成非重组体，若上下切则形成重组体。由上可知：无论Holliday结构断裂是否导致旁侧遗传标记的重组，他们都含有一个异源双链DNA区。

Holliday模型能够较好解释同源重组现象，但也存在问题。该模型认为进行重组的两个DNA分子在开始时需要在对应链相同位置上发生断裂。DNA分子单链断裂是经常发生的事，但很难设想两个分子何以能在同一位置发生断裂。MeselsonM和RaddingC对此提出了修正意见，他们认为同源DNA分子中只有一个分子发生单链断裂，随后单链入侵另一DNA分子的同源区，造成链的置换，被置换的链再切断并与最初断链连接，即形成Holliday中间体。人类基因组有3×109bp，其中还包含着大量的重复序列。每条染色体都是一个巨大的DNA分子，例如X染色体的DNA分子就可能有1.6亿个bp。要在这样庞大的序列中确定某一特定基因或序列的位置并绘制出染色体图，就如在北京这样的大城市中寻找某一个人一样困难。因此，对人类基因组进行细致的划分和标记，正如对某一个街区的每一个小胡同都予以命名，每一院落都进行编号一样。差不多每500kb就设一个特异的DNA标记，以此来作为界定一个基因或序列的可辨认的界标(landmark)。限制性内切酶酶切位点，特定的DNA序列、RFLP、STS、EST等都是有用的遗传界(路)标。

第六节人类染色体作图一、限制性片段长度多态性(restrictionfragmentlengthpolymorphisms，RFLPs)由于各种原因引起DNA内核苷酸排列顺序改变，当这种改变涉及到限制性内切酶识别位点时，利用限制性内切酶将DNA分子切割成许多长度不等的限制性片段，这些具有不同长度的限制性片段类型在人群中所呈现的多态分布现象就称为限制性片段长度多态性(RFLPs)。对于特定的DNA所产生的限制性片段是特异的，它能作为某一DNA(或具有这一DNA的个体)的特有的“指纹”。利用RFLPs作为遗传界标可以成为对人类基因组作物理图谱的基础。

此外，当多态性顺序与人类遗传性疾病的基因连锁时，可作为遗传病的产前诊断或杂合子的标记，以及亲子鉴定的遗传分析等等。由于核DNA的RFLP不能直接观察，通常采用一组组随机克隆的基因组片段作为探针，与同一种群或家族的不同个体的基因组的限制酶消化产物杂交，来检测各个片段。

二、可变数目串联重复(variablenumbertandemrepeat,VNTR)

一种特殊的串联重复在不同个体或同一个体不同基因座中其数目不同。这些串联重复序列称为可变数目串联重复，也称为小卫星DNA，是高等哺乳动物基因组中的一种重复序列，全长1-5kb，每个重复单位长10-100kb。由于其具有高度多态性并常在一些基因的附近，故可作为连锁标记。将VNTR中的一段保守序列制成探针与总的基因组DNA的酶切片断进行DNA印迹（Southernblot），这种基因组DNA经限制性酶切后，以重复序列中的核心序列为探针进行DNA印迹杂交所形成的电泳带型称为DNA指纹。

人类的VNTR座位上包含了不同数目的33bp的串联重复DNA，分布在整个基因组的不同位点上，这些重复成分构成了DNA指纹分析的基础。不同带纹代表了在染色体不同位置上的不同长度的DNA序列。如果双亲在某一特定带纹上表现不同时，那么这种差异即变成了杂合位置并可用来作图。下图给出了一个简单的例子，图中所示的是亲本和5个子女的简化指纹。所举的例子说明了连锁分析的方法。分子标记之间可以相互参照作图，也可以以表型效应的位点为参照。例如在上图中，F、H