真核生物的遗传分析

真核生物的遗传分析第1页，共90页，2023年，2月20日，星期一真核生物基因组基因组：一个物种单倍体的染色体数目及其所携带的全部基因。1C值悖理C值：一个物种基因组的DNA含量是相对稳定的，通常称为该物种DNA的C值，即单倍体所含DNA量。C值悖理：物种的C值及其进化复杂性之间没有严格的对应关系。第一节生物进化的C值矛盾第2页，共90页，2023年，2月20日，星期一Cvalueparadoxofnucleotide

霉菌藻类G+细菌G-细菌显花植物鸟类哺乳类爬行类两栖类硬骨鱼类软骨鱼类棘皮类甲壳类昆虫类软体动物蠕虫类真菌支原体B亲缘关系相近的生物C值相差较大

A生物体进化程度高低与C值不成明显相关（非线性）人类109bp，肺鱼1011bp第3页，共90页，2023年，2月20日，星期一C值悖理解释：基因组的部分或完全加倍转座、反转录已加工基因DNA复制滑动不等交换和DNA扩增生物进化过程中非编码DNA清除速率的不同第4页，共90页，2023年，2月20日，星期一N值悖理N值：一个物种基因组的基因数目。N值悖理：生物的基因数目与生物在进化树上的位置不完全相关。人类基因组大约含25000个基因线虫含有近20000个基因果蝇只有14000个基因剪接方式的复杂性，一个基因产生多个蛋白质分子第5页，共90页，2023年，2月20日，星期一第6页，共90页，2023年，2月20日，星期一第二节真菌类的四分子分析与作图第7页，共90页，2023年，2月20日，星期一链孢霉（Neurosporacrassa）的生活史链孢霉Neurospora是真菌，属于子囊菌纲，又称红色面包霉，在遗传研究上应用极广。这类真菌特别有利之处在于它们一方面有性生殖，具有跟高等动植物行为相象的染色体，另一方面又象细菌那样有较短的生活周期。链孢霉的有性生殖周期只要10天，能在含碳源和某些无机盐的简单培养基中生长。一顺序四分子的遗传分析第8页，共90页，2023年，2月20日，星期一链孢霉(Neurosporacrassa)是一种丝状真茵，生活史相当复杂(图6.2)。链孢霉有两种繁殖方式，一种是无性繁殖，当其孢子（N）或菌丝落在营养物上，孢子萌发，菌丝生长形成菌丝体（N）。第9页，共90页，2023年，2月20日，星期一另一种是有性繁殖，两个亲本必须是不同的交配型（matigtype）A和a，各自的分生孢子会散落在不同交配型子实体的受精丝上，进入子实体，进行核融合，形成2n核，（A/a）。二倍体时期十分短暂，很快进行减数分裂，最后再经过一次有丝分裂，在子囊中产生8个单倍体的子囊孢子，其中邻接的每一对孢子具有相同的基因型。子囊孢子成熟后又可萌发，长成新的菌丝体第10页，共90页，2023年，2月20日，星期一每个子囊是一次减数分裂的产物，而每对孢子则是有丝分裂的产物，因此每对孢子的每个成员具有相同的基因型。减数分裂所产生的四个产物即四分体不仅仍保留在一起，而且在子囊中成线状排列。第11页，共90页，2023年，2月20日，星期一四分子分析（tetradanalysis）子囊孢子是单倍体，不存在显隐性的问题，表型和基因型一致；孢子按顺序排列在子囊中，我们称其为顺序四分子（Orderedtetrad），经过分析易于确定是否是重组类型及基因的转变，其着丝粒本身也可看作是一个位点来研究，因此在四分体时期进行遗传分析是很方便的，这种方法称为四分子分析第12页，共90页，2023年，2月20日，星期一四分体遗传分析的特殊意义在于：

(1)能从四分体不同类型出现的相对频率计算连锁关系；

(2)能计算标记基因与着丝点之间的连锁；

(3)子囊中子囊孢子的对称性，证明减数分裂是一个交互过程。

(4)证明双交换不仅可以包括4线中的两线而且可以包括3线或4线。第13页，共90页，2023年，2月20日，星期一第14页，共90页，2023年，2月20日，星期一链孢霉的第一次和第二次分裂分离

链孢霉减数分裂过程第15页，共90页，2023年，2月20日，星期一1.第一次分裂分离(MI)

基因与着丝粒间无交换，等位基因在第一次减数分裂时分开。子囊孢子中等位基因的分离形式为MI

。第16页，共90页，2023年，2月20日，星期一2.第二次分裂分离（MⅡ)

基因与着丝粒间有交换，等位基因在第二次减数分裂时才分开。子囊孢子中等位基因的分离形式MⅡ模式。第17页，共90页，2023年，2月20日，星期一第18页，共90页，2023年，2月20日，星期一MIMⅡ第19页，共90页，2023年，2月20日，星期一染色体上两个基因座之间的距离愈远，则它们之间发生交换的频率愈高。因此，第二次分裂分离的子囊愈多，则说明有关基因和着丝粒的距离愈远。所以由第二次分裂分离子囊的频数，可以计算某一基因和着丝粒间的距离，这距离称为着丝粒距离。

1着丝粒作图

第20页，共90页，2023年，2月20日，星期一例：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，为方便起见只写出其中的4个孢子对，其计数的结果第21页，共90页，2023年，2月20日，星期一根据这种情况，就有可能计算某一位点和着丝点之间的重组百分率。重组百分率的标准公式如下：第22页，共90页，2023年，2月20日，星期一在第一次分裂分离的子囊中，lys+、lys-位点与着丝点之间没有重组的染色单体。在第二次分裂分离的子囊中，四条染色单体中有两条(即1/2)发生重组。在所有子囊中重组染色单体数是第二次分裂分离子囊数的2倍(2N2)。染色单体的总数是子囊数的4倍(4N1+4N2)，这里N1和N2是第一次和第二次分裂分离的子囊数。第23页，共90页，2023年，2月20日，星期一因此，重组百分率是：第24页，共90页，2023年，2月20日，星期一将表中所观察到的各类子囊数代入上式可得：

第25页，共90页，2023年，2月20日，星期一第26页，共90页，2023年，2月20日，星期一第27页，共90页，2023年，2月20日，星期一1.第一次分裂分离(MI)

基因与着丝粒间无交换，等位基因在第一次减数分裂时分开。子囊孢子中等位基因的分离形式为MI

。第28页，共90页，2023年，2月20日，星期一2.第二次分裂分离（MⅡ)

基因与着丝粒间有交换，等位基因在第二次减数分裂时才分开。子囊孢子中等位基因的分离形式MⅡ模式。第29页，共90页，2023年，2月20日，星期一第30页，共90页，2023年，2月20日，星期一第31页，共90页，2023年，2月20日，星期一2两个连锁基因的作图

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n+×+a两个菌株杂交。由前可知，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视，不论是n+孢子对在“上面”，+a孢子对在“下面”，还是+a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，所以可以把36种不同的子囊型归纳为7种基本子囊型。第32页，共90页，2023年，2月20日，星期一两对基因杂交时，如不考虑孢子排列，只考虑性状组合时，子囊可以分作3种四分子类型：

1．亲二型(parentalditype,PD)，2种基因型，而且跟亲代一样。包括子囊型①和⑤。

2．非亲二型(non-parentalditype,NPD)，有2种基因型，都跟亲代不同，是重组型。包括子囊型②和⑥。

3．四型(tetratyp,T)，有4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。第33页，共90页，2023年，2月20日，星期一1．首先判断n、a基因是独立分配还是连锁。根据表3-8中的数字，PD=808+90=898，NPD=1+1=2。如果这两个基因是自由组合的话，可以预期PD∶NPD=1∶1，而实验结果PD>>NPD。说明这两个基因不是自由组合，而是相互连锁的。在判断这两个基因是否连锁时，四分子类型中的T型(四型)的数据不能带来有价值的信息，因为T型四分子中有4种基因型，其中50％为重组型，50％为亲本型，与独立分配的遗传规律不能相区别，因此T型四分子说明不了问题，故只需比较PD／NPD=1或≈1，则非连锁，PD／NPD＞1，则连锁。如果NPD的子囊数极少，则连锁很紧密。第34页，共90页，2023年，2月20日，星期一2．其次计算着丝粒(·)与基因nic(n)、ade(a)间的重组率(RF)第35页，共90页，2023年，2月20日，星期一

由于5.05＜9.3，所以n基因比a基因离着丝粒近。但是n与a基因在着丝粒同侧还是不同侧？也就是说着丝粒、n、a在染色体上的排列可能有两种方式：nic和ade的距离？第36页，共90页，2023年，2月20日，星期一nic和ade的距离第37页，共90页，2023年，2月20日，星期一

因此连锁顺序应该是：注意：9.30-5.05=4.255.2。这种差异我们在三点测验时也曾看到，这是因为某些二价体中存在一次以上重组的缘故。第38页，共90页，2023年，2月20日，星期一+a

n++ana++n+9.30<10.25，忽略了着丝粒与a点之间的双交换第39页，共90页，2023年，2月20日，星期一子囊型每一子囊被计算为重组子的染色单体数.—nn—a.—a子囊型在所有子囊中被计算为重组子的染色单体数.—nn—a.—a234567040022220202242222190590150400180180101001800180242101010总数202208372第40页，共90页，2023年，2月20日，星期一202+208-372=3838/4000=0.95%9.3+0.95=10.25第41页，共90页，2023年，2月20日，星期一二.两个连锁基因的作图

——无序四分子分析

在一个++×ab的杂交组合的子囊中，四分子的基因型可归纳为：第42页，共90页，2023年，2月20日，星期一RF=1/2T+NPD若RF=0.5，a、b基因无连锁若RF＜0.5，a、b基因连锁第43页，共90页，2023年，2月20日，星期一如果a和b连锁，则在a与b之间可以

不发生交换(noncrossover,NCO)

发生一次交换(singlecrossover,SCO)

发生两次交换(doublecrossover,DCO)……等。假定发生更多次交换的频率可以忽略不计。第44页，共90页，2023年，2月20日，星期一

无交换只产生PD单交换只产生T双交换产生三种1PD2T1NPD若四种双交换类型随机发生，双交换类型的频率为：

DCO=4NPD

第45页，共90页，2023年，2月20日，星期一双交换类型频率：DCO=4NPD单交换类型频率：SCO=T－2NPD交换平均次数m：（单交换的频率加上两倍双交换频率）m=SCO＋2DCO=(T－2NPD)＋2(4NPD)=T＋6NPD

图距=50×m=50×(T＋6NPD)单交换产生T型;双交换产生1PD型2T型1NPD型第46页，共90页，2023年，2月20日，星期一图距=50×（——＋6×——）=17.124

4140140

例如，ab双因子杂交产生的各类型子囊数为112PD,4NPD,24T

因为PD﹥NPD,所以ab相互连锁如果直接计算重组率1124422140140RF=—×T＋NPD=—×——＋——=11.4%重组率分析没能矫正双交换产生的影响第47页，共90页，2023年，2月20日，星期一第48页，共90页，2023年，2月20日，星期一MII最大分离频率<2/3最大重组率等于1/3第49页，共90页，2023年，2月20日，星期一三.三个连锁基因的作图

——无序四分子分析第50页，共90页，2023年，2月20日，星期一①确定基因顺序利用频率最小的双线双交换四分孢子②计算重组率③绘连锁图顺序为abcacbcab双线双交换abcacbcab四分孢子为a+ca+bc+b+b++c++a++++++++++第51页，共90页，2023年，2月20日，星期一RF(a-c)=1/2T+NPD=1/2×(8+2+2+1)%=6.5%RF(c-b)=1/2T+NPD=1/2×(7+2+2+1)%=6.0%连锁图为a6.5c6.0b第52页，共90页，2023年，2月20日，星期一1重组的类型①同源(Homologousrecombination)重组:DNA同源序列间发生的重组,或称非特异性重组。②位点特异性重组(Site-specificrecombination)：特异性序列对之间进行重组，在原核生物中最为典型，如将噬菌体基因组整合到细菌染色体中。第三节真核生物重组的分子机制第53页，共90页，2023年，2月20日，星期一③转座重组(transpositionrecombination)：使一段DNA序列插入到另一段DNA序列中，而不依赖于序列同源性。④拷贝选择(Copychoice)：如RNA病毒，聚合酶在合成RNA时从一条模板链转换到另一条链上。因此，新合成的分子把两个不同亲本中的序列信息连在一起。第54页，共90页，2023年，2月20日，星期一2同源重组的特点①同源重组是双链DNA间的反应。②反应中涉及的酶可以用任何一对同源序列作为底物。③存在重组热点。④基因组中重组频率受染色体结构影响。如在异染色质附近，交换受到抑制。第55页，共90页，2023年，2月20日，星期一⑤两个DNA分子序列同源区越长越有利于重组。

大肠杆菌活体重组至少20－40bp同源序列

大肠杆菌与λ噬菌体或质粒间的重组至少13bp枯草杆菌基因组与质粒间重组同源区域长度≥70bp哺乳动物基因间重组同源区域长度≥150bp第56页，共90页，2023年，2月20日，星期一第57页，共90页，2023年，2月20日，星期一2同源重组的分子模型⑴Holliday模型

HollidayR.于1964年提出，适用于原核类和真核类，既说明了同源重组的过程，又解释了基因转变现象。⑵双链断裂起始重组模型第58页，共90页，2023年，2月20日，星期一Holliday模型一条DNA链从自身双链交叉到另一双链DNA分子每个DNA双链分子都含有一个来自父母双方的DNA区域重组连接点沿双链DNA分子滑动第59页，共90页，2023年，2月20日，星期一5‘3‘5‘3‘双链断裂起始重组模型核酸内切酶切开核酸外切酶从任一切口端切割产生单链3’端单链侵入第60页，共90页，2023年，2月20日，星期一3.1正常分离:重组是交互的,两等位基因分离时,呈现2：2或1：1：1：1或1：2：1的分离。3基因转变及其分子机制第61页，共90页，2023年，2月20日，星期一3.2异常分离与基因转变

⑴异常分离:减数分裂是非交互的。两等位基因分离时,呈现3：1或1：3的分离。6-7第62页，共90页，2023年，2月20日，星期一基因转变(geneconversion)：一个基因转变为它的等位基因的遗传学现象。⑵基因转变基因转变往往伴有转换区外基因的重组，但区外基因的重组是正常的交互方式，仍显示正常的2：2(或4：4)分离。第63页，共90页，2023年，2月20日，星期一第64页，共90页，2023年，2月20日，星期一⑴染色单体转变减数分裂的一个产物(一条染色单体)的两条链均发生了基因转变。6：2或2：6。3.3基因转变的类型⑵半染色单体转变基因转变只影响半个染色单体，即一条DNA链。5：3或3：5或3：1：1：3。第65页，共90页，2023年，2月20日，星期一第66页，共90页，2023年，2月20日，星期一第67页，共90页，2023年，2月20日，星期一3.4基因转变的分子机制实质是遗传重组过程中留下的局部异源双链区，DNA错配碱基在细胞内的修复系统识别下所发生的一个基因转变为它的等位基因的现象。*不同的切除会产生不同的结果。第68页，共90页，2023年，2月20日，星期一假设用于g+×g-杂交的两亲本仅有一对碱基之差，如：g+或+是g-或g是则异源双链DNA区应为或如何修复不配对的碱基？第69页，共90页，2023年，2月20日，星期一两种切除方式第70页，共90页，2023年，2月20日，星期一第71页，共90页，2023年，2月20日，星期一基因转变的解释⑴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。⑵只有一个杂种分子校正为+或g时，修复后出现5：3（或3：5）的分离。⑶两个杂种分子都被校正为+（或g)时，修复后出现6：2（或2：6）的的异常分离。⑷当两个杂种分子都按原来的两个亲本的遗传结构进行修复时，则减数分裂的四个产物恢复成正常的配对状态，子囊孢子呈现正常的4：4分离。第72页，共90页，2023年，2月20日，星期一第四节体细胞交换与基因定位1单倍体化与体细胞交换例:构巢曲霉(Aspergillusnidulans)营养缺陷菌株1(n)×营养缺陷菌株2(n)原养型菌落(2n)

异核体（heterocaryon）:两不同基因型的体细胞融合,形成同时含有两个细胞核的细胞、孢子或菌丝体等称为异核体。第73页，共90页，2023年，2月20日，星期一合核体:大量异核体中的核保持单倍体状态,少数单倍体细胞核融合成为二倍体细胞核,即合核体.如:构巢曲霉野生型分生孢子是绿色的(w+y+),突变型有黄色(w+y-)和白色(w-y+)分生孢子。

A-B+w+yˉ×A+B-wˉy+↓A-B+w+y-产生的分生孢子有黄色、A+B-w-y+白色、也有绿色（合核体）第74页，共90页，2023年，2月20日，星期一分离子：重组体和非整倍体或单倍体的总称。即分离子产生的途径包括有丝分裂不分离和体细胞交换。单倍体化：体细胞在有丝分裂过程中,由于染色体不分离产生非整倍体或单倍体的过程。体细胞交换：体细胞在有丝分裂过程中,同源染色体间发生的染色体交换。第75页，共90页，2023年，2月20日，星期一MMM+M+或M+M+MMMMM+M+MMM+M+MMM+M+MM+MM+MM+MMM+M基因型表型MMM+M+MMM+M+基因型表型MMM+MM+野生型有丝分裂不分离Ｍ正常Ｍ不分离2n2n2n-12n+1第76页，共90页，2023年，2月20日，星期一abcabcabcABCABCABCABCa2n+1bc2n-1abcABCABCcn+1ABCABC①②③④①有丝分裂(a)不分离;②丢失a染色体;③丢失b染色体；④失去c染色体。2nn单倍体化过程第77页，共90页，2023年，2月20日，星期一aaa+a+aaa+a+(丢失）aaa+有丝分裂染色体丢失2n2n2n-1第78页，共90页，2023年，2月20日，星期一体细胞交换pabay+ad8+++ad16+bi1234

pabay+ad8+

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+bi1+32+4构巢曲霉的体细胞重组第79页，共90页，2023年，2月20日，星期一

有丝分裂交换1936年，CurtStern在果蝇中发现有丝分裂的遗传重组现象。

sn—焦刚毛y—黄体（X隐性连锁）+sn/y+？第80页，共90页，2023年，2月20日，星期一(y-sn)(sn-·)(y-sn-·)y++sny++sny++sny++sny++snysn++y+y++sn+sny+++ysn+sn单纯黄体野生型黄体焦刚毛野生型焦刚毛1234果蝇体细胞有丝分裂交换第81页，共90页，2023年，2月20日，星期一2有丝分裂交换与基因定位原理：体细胞同源染色体的交换导致染色体远端的杂合基因纯合。离着丝粒愈近的基因纯合的机会愈小，愈远的愈大，而且，着丝粒一端的基因纯合不影响着丝粒另一端基因的纯合。第82页，共90页，2023年，2月20日，星期一dabc++++1234dabc+++cdabc++++dab