真菌类的遗传学分析

关于真菌类的遗传学分析●Examplesofsuchorganismsinclude脉孢菌Neurosporacrassa-orangebreadmold链孢霉，红色面包霉酵母Saccharomycescerevisiae-baker’syeast衣滴虫Chlamydomonasreinhardtii-singlecelledalga●Theseorganismsarehaploid（单倍体）Haveonecopyofeachgene（每一基因只有一份拷贝）

Genotypeandphenotypearethesame.（基因型和表现型相同）一、真菌类的生活史与四分子分析第2页,共61页，2024年2月25日，星期天脉孢菌（NeurosporaCrassa

）的生活史：●无性世代（单倍体世代）：菌丝体→分生孢子→菌丝体。●有性世代（双倍体世代）：一个交配型的分生孢子落在另一交配型原子囊壳受精丝上，从而进入原子囊（子实体），进行多次有丝分裂，形成多个单倍体核，这些单倍体核与子实体中的单倍体核融合，形成多个二倍体核，然后进入减数分裂，每个二倍体核形成4个单倍体核，再进行一次有丝分裂，形成8个核，最后形成为一个子囊中的8个子囊孢子。所以，一个子囊中的8个子囊孢子是单一减数分裂的产物。第3页,共61页，2024年2月25日，星期天单倍体子囊孢子单倍体子囊孢子萌发萌发菌丝体菌丝体分生孢子细胞融合子囊子囊孢子脉孢菌（NeurosporaCrassa

）的生活史第4页,共61页，2024年2月25日，星期天第5页,共61页，2024年2月25日，星期天脉孢菌是遗传分析的好材料：1无性世代是单倍体，基因型可直接在表现型上反映出来。相当于测交。2一次只分析一个减数分裂的产物。3个体小，长得快，易于培养，一次杂交可产生大量后代，所以统计结果易于正确，检出率10-8。4进行有性生殖，染色体结构和功能类似于高等生物。红色面包霉在有性生殖过程中正(+)和负(-)两个接合型(n)通过接合受精，在子囊和子囊菌丝细胞中形成二倍体的合子(2n)。这个合子经过减数分裂产生四个单倍体的子囊孢子称为四分孢子或四分子。

对四分子进行遗传分析，称为四分子分析。第6页,共61页，2024年2月25日，星期天红色面包霉的四分子再经过一次有丝分裂形成8个子囊孢子，由于红色面包霉的子囊很狭小，8个孢子按严格顺序排列在单个子囊里,但8个子囊孢子在基因型和表型上仍可看作是4个。

-----顺序四分子（orderedtetrad）

非顺序四分子分析：四分子没有严格排列顺序，如酵母菌。第7页,共61页，2024年2月25日，星期天第8页,共61页，2024年2月25日，星期天顺序四分子分析

（Orderedtetradanalysis)

链孢霉的子囊第9页,共61页，2024年2月25日，星期天AdvantagesofOrderedTetradAnalysis●着丝粒作图（Allowsthemappingofcentromeresasgeneticloci）●检验染色单体的交换是否有干涉现象（Allowsustoexaminethedistributionofcrossoversamongthe4chromatidsandchromatidinterference）●四线或三线双交换●研究基因转变（geneconversion)第10页,共61页，2024年2月25日，星期天二、着丝粒作图（centromeremapping）●把着丝粒作为一个座位（locus)，利用四分子分析法，测定基因与着丝粒间的距离。1、原理：⑴如果基因与着丝粒之间无交换：则该基因与着丝粒同步分离，基因分离发生的时期在减数分裂Ⅰ；第11页,共61页，2024年2月25日，星期天基因与着丝粒之间没有发生交换减数分裂I减数分裂II有丝分裂FirstDivisionSegregant（M1）未交换类型第12页,共61页，2024年2月25日，星期天二、着丝粒作图（centromeremapping）●把着丝粒作为一个座位（locus)，利用四分子分析法，测定基因与着丝粒间的距离。1、原理：⑴如果基因与着丝粒之间无交换：则该基因与着丝粒同步分离，基因分离发生的时期在减数分裂Ⅰ；⑵如果基因与着丝粒之间发生交换：则该基因与着丝粒的分离不同步，基因分离发生的时期在减数分裂Ⅱ。第13页,共61页，2024年2月25日，星期天减数分裂I减数分裂Ⅱ有丝分裂基因与着丝粒之间发生了交换每交换一次，只有1/2的孢子发生重组SecondDivisionSegregant（M2）交换类型第14页,共61页，2024年2月25日，星期天着丝粒作图

(图示:减数分裂的第一次分离)细胞分裂时，着丝粒的趋向是完全随机的。第15页,共61页，2024年2月25日，星期天着丝粒作图（图示：减数分裂的第二次分离）第16页,共61页，2024年2月25日，星期天++++————————++++firstdivisionsegregation⑴⑵——++++——++————++++——++————++——++seconddivisionsegregation⑶⑷⑸⑹镜影镜影镜影第17页,共61页，2024年2月25日，星期天++++————⑴++——++——⑶＋＋——crossover交换发生在四线期的两条染色单体之间每发生一次交换，只有1/2的孢子发生重组第18页,共61页，2024年2月25日，星期天●根据8个子囊孢子基因型的排列顺序确定交换型和非交换型。●例如：----正常野生型：能在红色面包霉基本培养基上生长，子囊孢子成熟后呈黑色。记作lys＋或＋----赖氨酸缺陷型：是一种突变型，不能自我合成赖氨酸，成熟较迟，呈灰色，易于鉴别。记作lys－或－。(lysmutantsareunabletosynthesizetheirownlysine.)二、着丝粒作图（centromeremapping）第19页,共61页，2024年2月25日，星期天第20页,共61页，2024年2月25日，星期天lys＋(n)×lys－(n)lys＋lys－(2n)减数分裂子囊型＋＋－－－－＋＋＋－＋－＋－－＋－＋＋－－＋－＋分裂类型M1M1M2M2M2M2子囊数105129951016粗糙链孢霉lys－×lys＋杂交子代子囊型第21页,共61页，2024年2月25日，星期天所以，着丝粒与有关基因间的重组值为：第22页,共61页，2024年2月25日，星期天三、链孢霉的连锁与交换●利用顺序四分子分析，同样可以进行两个基因的连锁作图●利用两个不同交配型进行杂交：nic＋

×＋adenic（nicotinicacid）为烟(菸)酸依赖型ade（adenine）为腺嘌呤依赖型。●两对基因的杂交实验，可产生6×6种不同的子囊型，归纳为7种基本的的子囊型第23页,共61页，2024年2月25日，星期天表6-5链孢霉nic+×+ade的7种不同子囊型及相应的子囊数子囊型交换发生部位基因型次序分离时期子囊型分类实得子囊数⑴

＋ade＋adenic＋nic＋M1M1(PD)808⑵

＋＋＋＋nicadenic

adeM1M1(NPD)1⑶

＋＋＋

adenic

＋nicadeM1M2(T)90⑷

＋

adenicade＋＋nic

＋M2M1(T)5＋＋adenic＋＋adenic＋adenic＋＋ade＋nic第24页,共61页，2024年2月25日，星期天续表6-5链孢霉nic+×+ade的7种不同子囊型及相应的子囊数子囊型交换发生部位基因型次序分离时期子囊型分类实得子囊数⑸

＋

adenic＋＋adenic＋M2M2(PD)90⑹

＋

＋nicade＋＋nic

adeM2M2(NPD)1⑺

＋＋nic

ade＋

adenic

＋M2M2(T)5＋＋adenic＋＋adenic＋＋adenic第25页,共61页，2024年2月25日，星期天1、分离发生的时期:分别考虑每一对基因分离发生的时期（M1或M2），用于计算基因与着丝粒的图距。2、子囊型分类：只考虑两对基因间是否发生了重组，用于计算两对基因间的重组值。三、链孢霉的连锁与交换第26页,共61页，2024年2月25日，星期天⑴亲二型（PD，parentalditype），两种基因型与亲代相同。包括⑴，⑸。⑵非亲二型（NPD，non－parentalditype），两种基因型都和亲代不一样，都是重组型。包括⑵，⑹。⑶四型（T，tetratype）：四种基因型，两种与亲代相同，两种与亲代不同，有一半发生了重组。包括⑶，⑷，⑺。第27页,共61页，2024年2月25日，星期天重组值的计算1、nic和着丝粒间的重组值子囊型⑴⑵⑶⑷⑸⑹⑺四分子顺序＋ade＋adenic＋Nic＋＋＋＋＋nicadeNicade＋＋＋

adenic＋Nicade＋adenicade＋＋nic＋＋adenic＋＋

adenic＋＋＋nicade＋＋nicade＋＋nicade＋

adenic＋分离时期M1M1M1M1M1M2M2M1M2M2M2M2M2M2实得子囊数80819059015第28页,共61页，2024年2月25日，星期天重组值的计算2、ade和着丝粒间的重组值子囊型⑴⑵⑶⑷⑸⑹⑺四分子顺序＋ade＋adenic＋Nic＋＋＋＋＋nicadeNicade＋＋＋

adenic＋Nicade＋adenicade＋＋nic＋＋adenic＋＋

adenic＋＋＋nicade＋＋nicade＋＋nicade＋

adenic＋分离时期M1M1M1M1M1M2M2M1M2M2M2M2M2M2实得子囊数80819059015第29页,共61页，2024年2月25日，星期天adenic5.059.31)2)nic5.05ade9.33)nic5.05ade9.3第30页,共61页，2024年2月25日，星期天Whichismostlikelyarrrangementofthetwoloci?●PD=808+90=898>>>>NPD=1+1=2，亲本型明显大于重组型，说明这两个基因不可能自由组合，而是连锁的-------排除1●那么，两个基因到底是位于着丝粒的两侧（可能性#2）呢----异臂还是位于一侧（可能性#3）呢？----同臂●方法1：我们可以通过计算nic-ade间的重组值进行排定。第31页,共61页，2024年2月25日，星期天那么，我们如何来计算nic-ade间的重组值呢？NPD均是重组型T只有一半是重组型第32页,共61页，2024年2月25日，星期天●Concludethatpossibility#3ismostlikely！第33页,共61页，2024年2月25日，星期天3)nic5.05ade9.35.2+5.05=10.25＞9.3，WHY？第34页,共61页，2024年2月25日，星期天确定两个基因与着丝粒相对位置的另一种方法●PD=808+90=898>>>>NPD=1+1=2，亲本型明显大于重组型，说明这两个基因不可能自由组合，而是连锁的-------排除1●那么，两个基因到底是位于着丝粒的两侧（可能性#2）呢----异臂还是位于一侧（可能性#3）呢？----同臂●方法2：我们把资料按另一种方式排列：第35页,共61页，2024年2月25日，星期天表6-6链孢霉的nic＋×＋ade的分离资料，按照分离时期来排列nic与着丝粒间有重组，而ade与着丝粒间无重组（M2

M1）为5/1000ade与着丝粒间有重组，而nic与着丝粒间无重组（M1

M2）为90/1000上述二者相差悬殊，比例为18:1RF（nic–centromere）5.05RF（ade–centromere）=9.3二者相差不大第36页,共61页，2024年2月25日，星期天●说明：nic与着丝粒间的重组与ade与着丝粒间的重组不是相互独立的。表6-6链孢霉的nic＋×＋ade的分离资料，按照分离时期来排列●nic与着丝粒间的重组总是伴随着ade与着丝粒间的重组(96/（96+5））Concludethatpossibility#3ismostlikely第37页,共61页，2024年2月25日，星期天3)nic5.05ade9.35.2+5.05=10.25＞9.3，WHY？第38页,共61页，2024年2月25日，星期天造成这一结果的原因是计算着丝粒与ade之间的重组值时，着丝粒与ade之间发生的双交换未被计入重组类型。＋ade＋nic＋

adenicade＋＋nic

＋例如：子囊型⑷中的两线双交换及其产物●上图中，计算着丝粒与ade间重组值时未计算这两次单交换，因而使着丝粒与ade间重组值估计偏低。●在7种基本子囊类型中，着丝粒与ade间发生了双交换的还有⑵、⑹和⑺等3种。第39页,共61页，2024年2月25日，星期天计算着丝粒与ade之间被低估的重组值●

5.05%＋5.20%－9.3%＝0.95%●

要了解重组值究竟是怎样被低估的，见P209习题14被低估的重组值为：（202＋208－372）/4000×100%＝0.95%9.3＋0.95＝10.25第40页,共61页，2024年2月25日，星期天四、染色单体干扰（ChromatidInterference）

两非姐妹染色单体间发生一个交换以后，可能会影响相同的两非姐妹染色单体间发生第二次交换的概率，使第二个交换发生在任意两非姊妹染色单体间不是随机的，这种现象称为染色单体干扰。●与染色体干涉的区别：染色体上一个位置上的一个交换对于邻近位置上再次发生交换的影响称为染色体干涉。如果一个交换的发生减少另一交换发生的概率则称为正干涉，如果增加后者发生的概率称为负干涉。第41页,共61页，2024年2月25日，星期天②-③－－－二线双交换第Ⅰ个交换是固定的，第Ⅱ个交换是随机的。那么二线:三线:四线acac++++b+b+ⅠⅡ①②③④

①-④－－－四线双交换①-③－－－三线双交换②-④－－－三线双交换＝１:２:１第42页,共61页，2024年2月25日，星期天●如果这个比例发生了偏差，那说明双交换的发生存在着干涉现象。●如果有染色单体干涉，正染色单体干涉则四线双交换偏多，而二线双交换减少，负染色单体干涉相反。●真菌类进行双交换四分子分析结果表明，染色单体干涉现象很少发生或没有一致的结果。●染色体干涉影响基因间交换的频率。染色单体干涉影响基因间交换的方式。第43页,共61页，2024年2月25日，星期天非顺序四分子分析

（unorderedtetradanalysis）●酵母Yeast:Saccharomycescerevisiae单细胞藻类：衣滴虫Chlamydomonasreinhardtii构巢曲霉●非顺序四分子分析：四分子没有严格排列顺序，无法进行着丝粒作图，但可进行连锁分析。其原理与顺序四分子本质上并无区别，只是子囊类型无法分为7类，但可以分为3类，即PD、NPD和T，2个基因座位的重组率可用下式计算。第44页,共61页，2024年2月25日，星期天真菌类遗传分析与果蝇连锁分析的异同●在脉孢菌中，8个子囊孢子按顺序排列在子囊中，这使着丝粒作图成为可能，而对于非顺序四分子和高等动植物则不可能进行着丝粒作图。●统计对象不同，果蝇遗传作图统计的是测交后代的表型数，脉孢菌遗传分析统计的是子囊类型及其数目。●在顺序四分子的遗传分析中，通过分析7种基本子囊类型的起源，可以对染色单体的干扰进行分析，这在果蝇的三点测交中是不可能的。第45页,共61页，2024年2月25日，星期天第三节人类基因定位方法●家系分析法●体细胞杂交定位法●原位杂交定位法●

DNA分析法第46页,共61页，2024年2月25日，星期天家系分析法(PedigreeAnalysis)●通过分析、统计家系中有关性状的连锁情况，计算重组率并进行基因定位的方法。●最常用的家系分析是性连锁分析法，早在20世纪30年代，已通过家系分析法将人类的红绿色盲、血友病A、G-6-PD等基因定位在X染色体上。第47页,共61页，2024年2月25日，星期天家系分析法(PedigreeAnalysis)●fivemodesofMendelianinheritance：AutosomaldominantAutosomalrecessiveX-linkedrecessiveX-linkeddominant--rareY-linked--veryrare(hairyears)第48页,共61页，2024年2月25日，星期天●无中生有为隐性，隐性伴性看女病，父女都病是伴性；●有中生无为显性，显性伴性看男病，母女都病是伴性。家系分析法(PedigreeAnalysis)第49页,共61页，2024年2月25日，星期天CongenitalGeneralizedHypertrichosis(先天性多毛症)isanX-linkeddominanttrait.Affectedfathershaveallaffecteddaughtersandnoaffectedsons.Affectedfemalesaremorecommonthanaffectedmales.Thetraitispresentineachgenerationorislost.第50页,共61页，2024年2月25日，星期天CongenitalGeneralizedHypertrichosis(先天性多毛症)isonemedicalsyndromethatcouldhavecontributedtothewerewolfmyth.Scientistsareinterestedinthisatavisticsyndromeasitsunderstandingcouldshedlightonhowduringourevolutionwelosthairfrompartsofourbody.第51页,共61页，2024年2月25日，星期天通过以上家系分析可以确定性状的遗传方式，但不能确定决定这一性状的基因在染色体上的确切位置。外祖父法：确定X染色体上基因间的相对距离。根据双重杂合体母亲所生儿子中性状的重组情况，可以估算重组率。而母亲X染色体上的基因组成，可以由外祖父的表型获知。两对连锁基因时，双重杂合体母亲可能有两种连锁相：相引相：AB/ab------顺式相（cisphase）相斥相：Ab/aB------反式相（transphase）例如：人类色盲（a）和蚕豆病基因（G-6-PD）（g）第52页,共61页，2024年2月25日，星期天(1).若X染色体没有重组交换：

无论母亲顺式还是反式，儿子中的X染色体只有两种。第53页,共61页，2024年2月25日，星期天(2).若母亲X染色体的两个基因间发生了重组交换：第54页,共61页，2024年2月25日，星期天外祖父法根据外祖父的表型确定母亲的双杂合体的连锁相（顺式或反式）；然后判断其儿子的各种表型中哪些属于重组型，统计其重组体的比例，计算两个基因之间的重组率，确定两个基因之间的相对距离。用这种方法测得色盲基因与G-6-PD

基因的相对距离约为5cM（平均每20个儿子中有1个重组体）。第55页,共61页，2024年2月