第七章 真菌类的遗传分析

第四节真菌类的连锁分析粗糙链孢霉属于真菌类中的子囊菌，特点：1、单倍体2、一个小囊中的孢子是一次减数分裂的产物，易于分析“配子”比例3、生长快，易培养，一次杂交可以产生大量后代4、进行有性繁殖，染色体结构和功能类似于高等动植物一、顺序四分子的遗传分析链孢霉（Neurosporacrassa）的生活史链孢霉Neurospora是真菌，属于子囊菌纲，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行有性生殖，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。链孢霉(Neurosporacrassa)是一种丝状真茵，生活史相当复杂(图6.2)。培养的链孢霉是由许多分枝的细丝即菌丝组成的，菌丝由隔壁分成隔，每隔有近百个单倍体核。它们的生殖方式通常是无性的，菌丝体发出气生菌丝，长出无性孢子，叫做分生孢子，有的是单核的小分生孢子，有的是多核的大分生孢子，分生孢子萌发出新的菌丝。有性生殖只有在两个不同交配型菌株一起生长时才会进行。在固体琼脂上，两个菌株都形成许多雌性生殖结构，称为原子囊壳：

原子囊壳是菌丝的圆形聚合物，包有特殊的菌丝，向空

间伸展成为受精丝。不同交配型的小分生孢子(有时甚至一根

菌丝体)与受精丝相接触时就发生受精作用。准备进行融合受精细胞的核移至受精丝下部，进入称为产囊体的特殊菌丝中去。这时细胞核的变化是很复杂的，实际上两种交配型的细胞核都进行分裂，成对的不同交配型的细胞核分到许多产囊菌丝中去。接着在每条产囊菌丝中都发生下列过程：①由每种交配型的一个核共同形成子囊原始细胞，②这两个核在伸长的细胞中融合成二倍体细胞核；③二倍体细胞核立即进行减数分裂；④减数分裂的四个产物再进行一次有丝分裂，在一个子囊中形成四对子囊孢子（8个子囊孢子）。同时，其他菌丝形成了一个厚壁包围着产囊菌丝，构成长颈瓶状的子囊壳。特别应当注意的是：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。这是一种有顺序排列的四分体，是提供遗传分析独一无二的非常重要的结构。四分体分析（tetradanalysis）四分子(tetrad)：单一减数分裂的4个产物（细胞）保留在一起，称作四分子。四分子分析(tetradanalysis)：对四分子进行遗传学分析。顺序四分子(orderedtetrad)：减数分裂的4个细胞按减数分裂的结果顺序排列成行保留在一起。无序四分子(unorderedtetrad):无特定排顺序的四分子，或减数分裂的4个细胞不是按减数分裂的结果排列成行保留在一起。链孢霉的特点是它的四分体是顺序排列的。

不仅减数分裂的四个产物在子囊中仍连在一起，而且代表减数分裂四个染色单体的子囊孢子是直线排列的，排列的顺序跟减数分裂中期板上染色单体的定向相同。因此，我们用遗传学方法可以区分每个染色单体及其基因型，而用细胞学检查方法是办不到的。四分体遗传分析的特殊意义：(1)能从四分体不同类型出现的相对频率计算连锁关系；(2)顺序四分体能计算标记基因与着丝点之间的连锁及交换值；(3)子囊中子囊孢子严格的交互性表明减数分裂是一个交互过程；(4)分析表明，每次交换仅涉及四个染色单体中的两个，而多次交换则可能涉及二价体的两个、三个以至所有四个染色单体。让我们考察一下交配型不同的菌株的杂交结果。

A×a二倍体子囊原始细胞是Aa，经减数分裂产生两个A和两个a，再经有丝分裂产生四对子囊孢子。这四对子囊孢子在子囊中有六种排列顺序(表6.3)。为了方便起见，我们写出子囊孢子对的基因型而不写单个孢子的基因型。表6.3链孢霉的第一次和第二次分裂分离

[Lindegren(1932)关于交配型等位基因A和a分离的数据。他解剖了274个子囊并测定了每一孢子对的交配型。表中是六种可能子囊类型的数值。]123456AAaaaaAAAaAaaAaAAaaAaAAa观察到的子囊数105129951016表6.3中第1和第2种类型的子囊是第一次分裂分离的子囊，因为在第一次减数分裂时带有A基因的两条染色单体移向一极，而带有a基因的另外两条染色单体移向另一极，因此在每一子囊中两个A孢子对相互邻接，两个a孢子对也相互邻接。第3至第6种类型的子囊是第二次分裂分离的子囊，因为要到第二次减数分裂A和a才分离，子囊中相同的孢子对不相邻接。第一次分裂分离(first-divisionsegregation)标记基因座位与着丝粒间没有发生交换，一对等位基因在第一次分裂分离现象。AAAAAMⅠAMⅡAAaa→Aaaaaaaa(a)

第一次分裂分离

第二次分裂分离(second-divisionsegregation)

标记基因座位与着丝粒间发生了交换，一对等位基因在第二次分裂分离现象。AAAAA

MⅠaMⅡaaAAaaAaaAaa

(b)第二次分裂分离

第一次分裂分离:

＋＋－－－－＋＋

第二次分裂分离:＋－＋－

＋－－＋－＋＋－－＋－＋

图5－136个子囊孢子排列类型

第一次分裂分离:

＋＋－－－－＋＋

第二次分裂分离:＋－＋－

＋－－＋－＋＋－－＋－＋

着丝粒作图

利用四分子分析法，测定基因与着丝粒间的距离（重组值）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或称为MⅠ模式；后者称为第二次分裂分离或称为MⅡ模式。如果减数分裂的产物是随机分布的话，六种类型子囊的分布频率应该相同，而Lindegren得到的数据(表6.3)却清楚地表明并非如此。这是为什么呢？123456AAaaaaAAAaAaaAaAAaaAaAAa观察到的子囊数105129951016在减数分裂时，带有A和a的同源染色体沿其长度配对，再分裂为染色单体并参与重组；如果二价体在中期板上定向和正常分离的话，在两个同源染色体之间至少应有一个交叉，倘若A位点与着丝点之间没有产生交换，两个等位基因A和两个等位基因a仍将附着在同一个着丝点上，并在第一次减数分裂的后期一起分离，减数分裂就只能产生第l或第2种类型的子囊。第一次分裂分离:

＋＋－－－－＋＋

换句话说，第一次分裂分离时基因位点与着丝点之间并末发生交换。当A位点与着丝点之间发生交换时，第一次减数分裂后，每个子细胞核得到一条具A和a染色单体的染色体；只有在第二次减数分裂中，每个染色单体分到各子囊孢子去的时候，A和a才相互分离。结果在子囊中，A或a孢子对，或a和A孢子对互相分开；

第二次分裂分离:＋－＋－

＋－－＋－＋＋－－＋－＋

每一个第二次分裂分离的子囊是供试位点与着丝点之间发生一次交换的结果。根据这种特殊情况，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：亲本型配子+重组型配子在第一次分裂分离的子囊中，Aa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。每一条染色单体代表一个四分体细胞。因此，重组百分率是：这等于第二次分裂分离子囊数百分率的一半根据Lindegren的数据，我们可以计算A位点和着丝点之间的重组百分率是：123456AAaaaaAAAaAaaAaAAaaAaAAa观察到的子囊数105129951016两对基因的遗传分析（1）－自由组合现在我们考察一下涉及两对等位基因分离的杂交。表6.4是Lindegren从交配型A的野生菌株跟交配型a具有绒毛菌丝体的菌株(Neurosporacrassa)杂交中得到的数据。虽然两对等位基因的分离会出现6

6即36种不同的类型，但可以把它减化为七种子囊类型。因为：也可以代表而也可以代表，和表6.4表示七种可能的子囊类型。表6.4链孢霉（Neurosporacrassa）的自由组合[Lindegren在杂交中绒毛菌丝体(f)对正常菌丝体(f+)和交配型A对a的分离数据]1234567总计Af+Af+afafaf+af+AfAfAf+af+AfafAf+Afaf+afAf+afAf+afaf+Afaf+AfAf+afaf+Af观察子囊数1620660313109第二次分裂分离的子囊数：ff-+aA-6603311336713不同基因型孢子对数目：Af+320660603107af320660603107af+040660023111Af040660023111首先考虑f+和f的分离情况：对f+和f来说，109个子囊中有67个是第二次分裂分离的，所以绒毛位点与着丝点之间的重组百分率是：同样，A位点与着丝点之间的重组百分率是：着丝粒作图然后我们再来考虑A和f+位点是在同一条染色体上还是在不同染色体上，它们是连锁的还是自由组合的?这取决于四种不同类型孢子对的分布频率。如果f+和A是紧密连锁的话，我们可以预期亲本型孢子f+A和fa占绝对优势；而如果它们位于不同染色体上（即自由组合），则四种类型的孢子数应该相等。1234567总计Af+Af+afafaf+af+AfAfAf+af+AfafAf+Afaf+afAf+afAf+afaf+Af+af+afAf+afaf+Af观察子囊数1620660313109第二次分裂分离的子囊数：ff-+aA-6603311336713不同基因型孢子对数目：Af+320660603107af320660603107af+040660023111Af040660023111根据表6.4我们可以看到四种类型的分布频率相同，因此A和f位点是非连锁的。连锁图可以表示如下：两对基因的遗传分析（2）－连锁分析杂交：nic+×+ade

其中nic是菸酸依赖型，要在培养基中添加菸酸才能生长，ade是腺嘌呤依赖型，要在培养基中添加腺嘌呤才能生长。上面已讲过，一对基因杂交，有6种不同的子囊型，两对基因杂交，有6×6＝36种不同的子囊型；但是可把36种不同的子囊型归纳为7种基本子囊型。这7种子囊型和实得的子囊数列于表6.