连锁遗传分析ppt课件

1 学习要点： 1性别决定的类型，掌握伴性遗传的概念、特点 及相互关系。 2连锁与交换的原理，重组值、交换值、染色体 干涉和并发率的概念及计算方法，特别是通过三点 测交绘制连锁图的方法。 3人类基因的连锁分析的特点、人类基因定位的 原理。 2 5.1 性染色体与性别决定 5.1.1 性别与染色体 性比：雌性：雄性=1：1。 性染色体：直接与性别决定有关的一个或一对染 色体。成对的性染色体往往是异型，即形态、结 构和大小和功能都有所不同。 常染色体：其它各对染色体，通常以A表示。常 染色体的各对同源染色体一般都是同型，即形态 、结构和大小基本相同。 3 5.1.2 人类的性染色体 4 X染色体和Y染 色体形态结构 不同，功能也 不同。 X染色体约155Mb， 含1098个基因。 Y染色体约60Mb， 含78个基因。X染色体和Y染色体的同源区主要 位于端部。 5 X连锁基因Y连锁基因 假常染色质区2 假常染色质区1 人类的性染色体 6 5.1.3 性染色体决定性别的几种类型 XX-XY型 雌性为同配性别，雄性为异配 性别。如果蝇、人、牛、羊、 ZZ-ZW型 雌性为异配性别，雄性为同配 性别。家蚕（n=28）、蝶类、鸟 类（如鸡、鸭、鹅等）等； 7 XO型 雌性为XX，雄性为X0型。 蝗虫、蟋蟀。 植物的性别决定 种子植物多为雌雄同花、雌雄同株异花 。 有些植物如银杏、香榧、大麻、石刁柏 、番木瓜、蛇麻、菠菜、红豆杉、白豆杉、 复椰子等。 其中蛇麻、菠菜：雌XX、雄XY； 银杏：雌ZW、雄ZZ。 8 玉米是雌雄同株异花植物，其性别决 定是受基因支配。 ba 基因使植株只有雄穗，无雌穗； ts 基因使植株雄花序 雌花序，并 能结实。 基因型不同，植株花序也不同： .Ba_Ts_ 正常雌雄同株 .Ba_tsts 顶端和叶腋都生长雌花序 .babaTs_ 仅有雄花序 .babatsts 仅顶端有雌花序 玉米 9 5.1.4 环境因子的性别决定 温度决定性别：如青蛙、蜥蜴、龟等。 青蛙：20正常发育 30 扬子鳄：低温 高温 10 位置决定性别：如后缢。 激素：如母鸡啼鸣。 人：保胎药过多，性别受 影响。 牛：异卵双胎，雄激素先 产生，雌胎易发育为间性 不育。 11 单倍体型性别决定（蜜蜂型）：未受精的卵 发育成雄蜂，受精卵发育成可育的雌蜂（蜂皇） ，或不育的雄峰（职蜂）。 5.1.5 其他类型的性别决定 峰皇 32条染色体 雄峰 16条染色体 职峰 32条染色体 12 5.1.6 果蝇性别决定的染色体机制 性指数 果蝇的性别决定取决于染色体数目和常染色 体（A）倍数之比，即性指数（）。 X/A=0.5雄性。如2A+X（不育），2A+X+Y（可 育）。 X/A=1雌性。如2A+2X，2A+2X+Y。 X/A1变态雌性，也称超雌。2A+3X（死亡） X/A0.5变态雄性，也称超雄。2A+Y（死亡） X/A介于0.5雌雄间性（不育） 13 5.2 性连锁遗传分析 摩尔根，美国遗传学家 ，在果蝇的遗传学研究 中取得重大发现获诺贝 尔奖。 14 5.2.1 黑腹果蝇的伴性遗传分析 1 果蝇的伴X隐性遗传现象 P 红眼 白眼 F1 红眼（） F2 红 红 白 2459 1011 782 2 摩尔根的假设 (1)白眼基因为隐 性基因，位于X染色 体上； (2)Y染色体上无对 应的显性等位基因 。 根据假设：白眼雄蝇基因型为XwY ；F1 红眼雌蝇基因型为X+Xw 15 3 假设的验证 P 红眼 白眼 X+Xw XwY F1 红 红 白 白 X+Xw X+Y XwXw XwY 129 ：132 ： 88 ：86 1 ： 1 ： 1 ： 1 实验 1 结论: 1 红眼雌蝇是杂合体。 2 白眼雄蝇带隐性基因，位于X染 色体上; 测交 比例 16 P 白 红 XWXW X+Y F1 红眼 白眼 X+Xw XwY F2：红 红 白 白 X+Xw X+Y XwXw XwY 1 ： 1 ： 1 ： 1 实验2 结论：1 进一步地证明白眼基因位于X染色体上； 2 交叉遗传现象。 17 （1）概念：由性染色体所携带的基因在遗传 时与性别相联系的遗传方式。 又称为性连锁（sex linkage），性连锁 是连锁遗传的一种特殊表现形式。 4 伴性遗传（sex-linked inheritance ） 18 （2）特点： 当同配性别传递 纯合显性基因时，F 均为显性性状，F性 状呈：，性别的 分离为：；其中 隐性个体的性别与祖 代隐性体一样，即外 祖父的性状传给外孙 。 P 红眼 白眼 X+X+ XwY F1 红眼（） F2 红 红 白 2459 1011 782 19 当同配性别传递纯合隐性基因时，F表 现交叉遗传，即儿子象母亲，女儿象父亲。 P 白 红 XWXW X+Y F1 红眼 白眼 X+Xw XwY F2：红 红 白 白 X+Xw X+Y XwXw XwY 1 ： 1 ： 1 ： 1 20 果蝇眼色遗传的例外现象 白 红 XwXw X+Y 正常 红 白 初级例外 红 白 红 (12000） (不育) (可育) 正常 红 白 次级例外 红(可育 ) 白 (4%） 推测:减数分裂形成配子时,母本两条X染 色体不分离. 21 + 精子 X+ Y 卵子 w w XwXw 0 X+XwXw 死亡 XwXwY 白眼雌蝇 0Y 死亡 X+0 红眼雄蝇（不育 ） 例外遗传现象的解释 减数分裂中:X染色体不分开 22 23 从果蝇眼色例外遗传现象得出的结论 由于不分离的X染色体上的突变基因（ w)的作用，导致果蝇颜色遗传的例外现象， 即雌蝇偏母，雄蝇偏父。这就证明了基因位 于染色体上，染色体是基因的载体。 24 5.2.3 人类的性连锁遗传分析 伴X显性遗传(sex-linked dominant inheritance,XD)：如抗维生素D佝偻病、先天性 多毛症等。 伴X隐性遗传(sex-linked recessive inheritance,XR) ：如红绿色盲、血友病、鱼鳞病 等。 Y连锁遗传(Y-linked recessive inheritance) 25 先天性多毛症的遗传 26 X连锁显性遗传病特点： 人群中女性患者比男性患者约多一倍，前者 病情常较轻； 患者的双亲中必有一名是该病患者； 男性患者的女儿全部都为患者，儿子全部正 常 女性患者（杂合子）的子女中各有50的可 能性是该病的患者； 系谱中常可看到连续传递现象，这点与常染 色体显性遗传一致。 27 一例红绿色盲系谱 ： 28 29 X连锁隐性遗传病特点： 人群中男性患者远较女性患者多，系谱中往 往只有男性患者； 双亲无病时，儿子可能发病，女儿则不会发 病；儿子如果发病，母亲肯定是一个携带者， 女儿也有1/2的可能性为携带者； 男性患者的兄弟、外祖父、舅父、姨表兄弟 、外甥、外孙等也有可能是患者； 如果女性是一患者，其父亲一定也是患者， 母亲一定是携带者。 30 存在于Y染色体差别区段上的基因所决定 的性状，将随Y染色体的行为而传递。它们仅 仅由父亲传给儿子，不传给女儿，表现为所 谓限雄遗传(holandric inheritance)现象。 Y连锁遗传(Y-linked recessive inheritance 31 限性遗传和从性遗传： 限性遗传（sex-limited inheritance）：指 Y（XY型）或W（ZW型）染色体上基因所控制的 遗传性状，只局限于雄性或雌性上表现的现象 。如人类的毛耳（hairy ears）性状。 限性遗传的性状多与性激素有关。 32 从性遗传（sex-controlled inheritance） 或称为性影响遗传（sex-influenced inheritance）：指常染色体上的基因控制的 性状在表型上受个体性别影响的现象。 如绵羊的有角和无角，有角为h+，无角 为h，当h+h+hh杂交，子一代基因型h+h，公 羊表现有角，母羊表现无角。 还有人的秃顶，设正常基因为b+，秃顶基 因为b，在杂合体b+b中，男性表现秃顶，女性 表现正常。 33 5.2.4 其他伴性基因的遗传分析 鸡羽斑纹的遗传 ZB 芦花， Zb 非芦花 P 非芦花 芦花 ZbZb ZBW F1 芦花 非芦花 F1识别雌雄 ZBZb ZbW F2 芦花 芦花 ZBZb ZBW 非芦花 非芦花 ZbZb ZbW 34 女娄菜宽叶基因B的伴性遗传 阔叶 细叶 XBXB XbY 阔叶(XBY) 阔叶 细叶 XBXb XbY 阔叶XBY 细叶XbY 阔叶 阔叶 XBXb XBY 阔叶 阔叶 细叶 XBXB XBY XbY XBXb 35 5.3 剂量补偿效应及其分子机制 5.3.1 性染色质体 1949年,由Barr 发现,又称为Barr小体.存 在于间期核中的惰性的异染色质化的小体,位于 细胞核膜的内侧边缘或靠近核膜,其数目为X-1. 36 剂量补偿效应：XY性别决定机制的生物中 ，性连锁基因在两种性别中相等或近乎相等的 有效剂量的遗传效应。 性两条X失活一条，雄性单条X染色体保 持活性；（哺乳类） 性两条X染色体均有活性，雄性中唯一 的X染色体超活性；（果蝇） 性两条X染色体低活性。（线虫） 5.3.2 剂量补偿效应与Lyon假说 37 Lyon假说（哺乳动物） 1 两条X染色体中一条失活，使雌性和雄性具 有相同的基因产物。 2 失活是随机的，可以是来自母源的X染色体 失活，也可以是来自父源的X染色体失活。 3 失活发生在胚胎发育的早期。 4 杂合体雌性在伴性基因的作用上是嵌合体。 38 39 40 Lyon假说的证据 （1）玳瑁猫毛色遗传 雌性杂合体玳瑁猫的毛色具黑色与黄 色斑块。 X：黄色 ； Xo：黑色 X失活 黑色斑块 Xo失活 黄色斑快 结果：同一个体出现黄、黑斑块 41 42 （2）6-PGD杂合体细胞电泳实验 43 5.3.3 X染色体随机失活的分子机制 1 大多数X连锁基因在胚胎发育早期失活，但并 非整条X染色体上的基因均失活。 2 在失活的X染色体上，表达的基因与失活基因 是穿插排列的。 3 在X染色体上存在失活中心。 44 45 5.4 连锁交换与重组 贝贝特生（18611926）： 英国生物学家， 曾经经重复过过孟德尔的实验实验 1906年，贝特生（Bateson W.）和贝拉特（Punnett R. C. ）在香豌豆的二对性状杂交试验 中, 首先发现性状连锁遗传现象 。 46 实验1 P 紫花长形 PL/PL 红花圆形 pl/pl F1 紫长(PL/pl) F2： 紫长 紫圆 红长 红圆 合计 实验结果： 4831 390 393 1338 6952 自由组合预期:3910.5 1303.5 1303.5 434.5 6952 5.4.1 连锁遗传现象的发现 F2：. 同样出现四种表现型； . 不符合9:3:3:1；? . 亲组合偏多，重组合偏少. ? 47 实验2 P 紫圆Pl/Pl 红长pL/pL F1 紫长Pl/pL F2 紫长 紫圆 红长 红圆 合计 实际结果 226 95 97 1 419 按9:3:3:1 235.8 78.5 78.5 26.2 419 与实验1结果相同 48 F2中四个类型的个体数同理论数相差很大 ，原来组合在两个亲本中的性状在F2代中仍然 多数联合在一起遗传，即原本属于亲本的两个 非等位基因较多地联系在一起遗传,这种现象称 为连锁遗传(定律)。 5.4.2 连锁遗传 49 5.4.3 连锁遗传现象的解释 5.4.3.1 重组的解释 50 1 同源染色体非姐妹染色单体发生了交换。 2 交换是对等交换(正常情况下)，发生在两条 同源染色体的相同位点。 3 性母细胞中连锁基因间每发生一个交叉，只 有一半的重组类型。 4 最大交换是50%。 连锁遗传现象的解释 51 5.4.3.2 亲组合数大于理论值、重组合数少于 理论值的解释 并非100%的性母细胞均在两基因位点之间发 生交换,因此,F1杂合体产生的亲组合配子远远大 于重组合配子。 P PL/PL pl/pl F1 PL/pl 配子 PL pl pL Pl 预期 1 ： 1 ： 1 ： 1 实际 大于50% 小于50% 52 5.4.4 完全连锁和不完全连锁 完全连锁：杂种个体在形成配子时没有发生非姐 妹染色单体之间交换的连锁遗传，无重组类型。 不完全连锁：杂种个体的连锁基因在形成配子时 ，同源染色体非姐妹染色单体间发生了交换，出 现了重组类型。 53 全部为亲 组合配子 完全连锁 54 不完全连锁 亲组合配子 亲组合配子 重组合配子 重组合配子 55 果蝇的完全连锁与不完全连锁 56 雄果蝇的完全连锁 57 雌果蝇的不完全连锁 58 1 计算公式 5.4.5 重组频率的测定 重组型数目 亲组合数目+重组合数目 重组频率(RF)= 100% 重组型配子 亲组合配子+重组合配子 或：重组频率(RF)= 100% 59 2 测定方法 1）测交法:测交后代的表现性和比例直接反映 了被测个体所产生配子的表型和比例。 2）自交法:双隐性个体的比例是隐性配子的平 方。 60 P 有色饱满 X 无色凹陷 CSh/CSh csh/csh F1 CSh/csh X csh/csh （测交） F2 CSh/csh csh/csh Csh/csh cSh/csh 有满 无凹 有凹 无满 自由组合: 1 1 1 1 合计 实验结果：4032 4035 149 152 8368 亲组合 重组合 亲组合: 96.4% 重组合: 3.6% ,即:重组频率=3.6% 测交法 ： 61 CSh/CSh csh/csh F1 CSh/csh X csh/csh（双隐性） F1配子 CSh csh cSh Csh csh 48.2% 48.2% 1.8% 1.8% F2 CSh csh cSh Csh 48.2% 48.2% 1.8% 1.8% 亲组合: 96.4% 重组合: 3.6% 62 自交法： 63 F1有四种配子 PL（a) Pl(b) pL(c) pl(d) F2有四种表现型 紫长 紫圆 红长 红圆 基因型 P-L- P-ll ppL- ppll(d2 ) 因此：d2=1338/ 6952100%=19.2%, d=44% 亲本：PPLL和ppll F1:PpLl 亲配子 亲配 子 重组配子 F1形成的四种配子比例为: 0.44PL0.06Pl0.06pL0.44pl 交换值=6%2=12%。 64 例如：玉米F1的100个孢母细胞中，交换发生在 Cc和Shsh相连区段内的有 7个，计算重组率。 亲本组合=（ 193+193)/400100%=96.5% 重新组合=（7+7）/400）100%=3.5% 65 重组率是度量基因间连锁程度或两基因间 距离的一个参数，两基因距离较近，则连锁较 紧密，其重组率低，两基因距离越远，则连锁 越不紧密，两基因间发生交换的机会多，重组 合率亦高。 重组率的意义 66 3 多线交换与最大交换值 对基因座A、C,当距离较近，即紧密连锁时 ，它们之间的交换一般涉及两条染色单体，即 两线交换。重组率接近交换值。两连锁基因间 发生一次交换的最大交换值是50%。 A B C a b c 1 2 3 4 67 对基因座A、C,当距离较远，其间可能发生不 止一次的交换，涉及的染色单体数可能不限于两 条，即存在两线交换和多线交换。此时，奇数次 交换等于单交换，偶数次交换等于双交换，重组 值小于交换值，但最大交换值仍然是50%。 A B C a b c 1 2 3 4 68 双交换的特点： 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。 A B C a b c 1 2 3 4 69 当A、C两个基因座之间发生多线交换时，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（如A-C）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% 。 A B C a b c 1 2 3 4 70 1 2 3 4 1 2 3 4 71 5.5 染色体作图 5.5.1 相关概念 基因定位:确定基因在染色体上的排列顺序和相对 距离的过程. 染色体图:基因连锁图、遗传图 图距：两个基因在染色体图上距离的数量单位。 1个图距单位是1%重组率去掉%。(1厘摩=1cM） 72 5.5.2 基因定位的方法 两点测交 例 玉米：有色；Sh饱满；x非糯性 通过三次两点测交，得： Sh3.6； Shx20；x 22 ？ Sh x 3.6 20 缺点: 1 太烦琐; 2 三次实验条件难保一致,亲本也不可能相同; 3 不能得到双交换的资料。 73 三点测交 用三杂合体abc/+跟三隐性个体abc/abc测交 的实验叫三点测交，简称三点实验。 P 棘眼、截翅 横脉 ec ct +/ec ct + + + cv/y F1 ec ct +/+ + cv ec ct cv/y 测交后代的表型和比例与F1三杂合体产生 配子的表型和比例一致 测 交 74 ec + ct ec + ct + cv + + cv + 无交换 ec cv ct + + + 双交换 ec + ct + cv + ec cv + + + ct 单交换 ec + ct + cv + ec + + + cv ct 单交换 + cv + ec + ct 75 ec ct +/+ + cv ec ct cv/y 序号 表 型 实得数 1 ec ct + 2125 （亲组合） 2 + + cv 2207 3 ec + cv 273 （单交换I） 4 + ct + 265 5 ec + + 217 （单交换II) 6 + ct cv 223 7 + + + 5 （双交换） 8 ec ct cv 3 合计 5318 76 三点实验的分析方法-中间位点法作图 B 找出亲本类型和双交换类型,确定正确的基因 顺序; 亲组合 ec ct + + + cv 双交换 ec ct cv + + + 基因顺序为: ec cv ct 或 ct cv ec A 归类:将8种表型按对等交换分成4组,统计数 目; 77 D 作图 ec 10.2 cv 8.4 ct 18.418.6？ C 分别计算两个单交换 ec-cv:(273+265+5+3)/5318X100 %=10.2% cv-ct:(217+223+5+3)/5318 X100%=8.4% ec-ct:(273+265+217+223)/5318=18.4% 原因:1 忽略了双交换的存在。双交换率=0.1% 2 (ec-ct)实际交换值 =18.4%+20.1%=18.6% 78 三点测交的优缺点 ）一次三点实验得到的三个重组值是在同一 基因型背景，同一环境下得到的，三个重阻值可 以严格的相互比较 ）可以得到双交换的资料 ）三隐性纯合体不易获得或保存 79 5.5.3 遗传干涉与并发系数 染色体干涉和并发系数 染色体干涉（I）：一次单交换可能影响它邻近 发生另一次单交换的可能性。 并发系数(C) = 实际双交换 理论双交换 I=1-C， 0 干涉完全 C= 0 不完全干涉 无干涉 80 染色单体干涉 一对同源染色体的4条非姐妹染色单体参 与多线交换机会的非随机性。 若不存在染色单体干涉,则二线双交换:三 线双交换:四线双交换=1/4:2/4:1/4. 正染色单体干涉:四线双交换1/4. 负染色单体干涉:二线双交换1/4. 81 5.5.4 利用作图函数计算大图距 重组值: RF=1/2(1-e-m) m平均交换数 或 RF=1/2(1-e-2x) X两基因间图距 例： RF=27.5%， 则：m=0.8,X=0.4=40%. 即真实图距为40 cM. 82 5.6 人类的基因定位 5.6.1 系谱分析定位法 1 伴Y遗传家系中的某