《连锁遗传分析》PPT课件.ppt

连锁遗传分析,性别决定系统,体细胞染色体数：2n 性细胞染色体数：n，但其中一条染色体与其相对的配子的同源染色体只有很短的一段区域是同源的，与性别决定有关，这条染色体称性染色体(sex chromosome)。其它的染色体称常染色体(autosome) 三个不同的性染色体系统分别为XX-XO、XX-XY、ZZ-ZW 具有两个相同性染色体的性别叫同配性别，带有不同性染色体的称异配性别,X-Y系统,Embryo development,female,male,egg,sperm,Sex differentiation?,所有哺乳动物(包括人类)，某些昆虫、鱼类、两栖类属于该系统 雌性为XX，雄性为XY。 人类男性是由Y染色体的存在与否决定的，不论有几个X染色体只要有Y染色体便是男性 果蝇是由X染色体的数目决定的，一个X染色体的是雄性，两个是雌性。如XXY在人类是男性而果蝇则是雌性,人类性别畸形,XXY个体 男性外貌，但睾丸不全、女性乳房、智能差、无生育能力。2n=47，多一条X，性染色体组成为XXY XO个体 女性外貌，但第二性症不良、智能差、无生育能力。2n=45，少一条X，性染色体组成为XO XYY个体 男性外貌，有生育能力，但智能稍差、具反社会行为(未定论)。2n=47，多一条Y，性染色体组成为XYY,Z-W系统,某些鸟类、两栖类及一些昆虫。如家蚕 刚好与X-Y系统相反，ZZ为雄性，ZW为雌性,X-O系统,某些昆虫，如蝗虫，没有异型性染色体，由其性染色体数来决定性别 XX为雌性(2n=24)，XO为雄性(2n=23，少一条染色体),配对区段和差别区段,性染色体可分为配对区段和差别区段 配对区段是同源的，差别区段上的基因在两条染色体之间是不同的 X染色体：155 Mb，1098个基因，70%与疾病有关(2005年3月) Y染色体：60 Mb，78个基因，特有基因SRY触发睾丸形成(2003年6月)。仅5%长度与X染色体同源 人类的性比与此有关 第一性比：胎儿，男：女=120100，含Y染色体的精子比X更活跃 第二性比：婴儿，男：女=103105100，低于胎儿，可能是含Y染色体的胚胎比X弱 第三性比：青年，男：女=11 85岁以上老人，男：女=62100，可能是2条X染色体的女性生命力强于仅一条X染色体的男性,全国30个主要城市04岁人口性别比例排列,（资料来源：第五次全国人口普查资料汇编） 南昌 143.4 深圳 136.8 合肥 132.4 南宁 132.2 武汉 130.2 福州 128.5 西安 124.2 广州 121.0 郑州 119.5 重庆 116.7 厦门 116.4 兰州 113.7 石家庄 113.1 天津 112.6 长春 112.3,南京 111.5 北京 110.8 沈阳 110.8 长沙 110.5 上海 110.3 乌鲁木齐 110.0 宁波 109.8 济南 109.7 哈尔滨 109.5 杭州 108.4 大连 107.5 青岛 106.9 成都 106.9 苏州 106.6 太原 105.3,植物性别决定,多数为雌雄同株，不如动物明显 少数存在性别： X-Y系统：女娄菜、大麻、菠菜等，决定于Y染色体存在与否，无雌，有雄 ZW系统：银杏、一种草莓(Fragaria elatior),环境决定性别,爬行类的温度依赖型性别决定(TSD) 鳄鱼、某些龟鳖类。碰到阴天就是公的，晒晒太阳，就是母的 绿龟，孵化温度30，全是雌性，28 ，雄性比例大幅增加。因此，7月中旬到8月中旬期间孵化的稚龟，近100%是雌性；9月上旬以后，雄性稚龟数量才明显增加 性比不一定是1:1，促进生殖。鳄鱼10雌:1雄 对环境的过于依赖。恐龙灭绝的原因？ 位置控制 后螠(Bonellia viridis，一种海生蠕虫)雌虫10 cm大，雄虫只有13 mm，生活在雌虫子宫中 幼虫是中性的，落在海底成雌虫，但落在雌虫口吻处，进入口中，并游动到子宫，发育成雄虫，导致雌虫受精 遗传决定，环境仅仅影响基因的表达。机理逐渐有所阐明,口吻,染色体倍数决定性别蜂和蚁性别决定,孤雌生殖,蜜蜂婚配飞行,最强壮的雄峰与蜂王交尾后死去,蜂王获得终生享用的精子,产卵,部分未受精,受精卵,雄峰 (n=16),吃23天蜂王浆 21天发育,工蜂(非雌非雄),吃5天蜂王浆16天发育,蜂王,幼蜂(2n=32),公鸡下蛋、牝鸡司晨 性转变,母鸡司晨：母鸡卵巢退化，促使精巢发育并分泌出雄性激素 “公鸡下蛋可能是环境因子作用下的性逆转” ，体内既有雄性生殖器官又有雌性生殖器官，只是一般会表现出一种，而当某些时候，被抑制的另一个器官被激发，从而显示另一种性别 早期发育时使用较多氮肥或缩短光照时间，可提高黄瓜的雌花数量 降低夜间温度，可增加南瓜雌花数量,下蛋公鸡， 公鸡中的 战斗机！,人类伴性遗传(sex-linked inheritance),性染色体上的基因所表现出的遗传模式。又称性连锁(sex linkage) 遗传特点是由性染色体遗传规律所决定 同配性别(homogametic sex)：只有一种性染色体的性别，如XX或ZZ 异配性别(heterogametic sex)：具有两种不同性染色体的性别，如XY或ZW,X连锁(X-linkage),X染色体差别区段上的基因所表现出的遗传模式 X染色体异源区段大，占有的基因多，X-连锁为主要的形式，已发现X-隐性遗传病2000多种 特点 正反交结果不同 后代性状分别与性别有关 呈绞花式遗传(crisscross heritance)，即有害基因常常由母亲传给儿子、再由儿子传孙女。因为女性有2条X，其中一条携带致病基因，由于是隐性而不表达(携带者)；男性只有1条X，没有对应的显性等位基因而被表达(半合子),X连锁遗传,如 A型血友病轻微损伤，出血不止 色盲不能分辨红色或绿色 系谱特点 男性受累者比率高于女性 男性受累者的子女都正常，所以代与代间不连续 男性受累者的女儿全部是携带者；女性携带者的半数儿子是受累者 男性受累者的儿子不再传递该基因；女性携带者的半数女儿是携带者 解释 血友病基因在X染色体上，为隐性遗传，即X连锁隐性遗传 XA：显性 Xa：隐性 表现病症者基因型： XaY、 XaXa（该基因型少） 携带者基因型： XAXa 健康者基因型： XAY、 XAXA,Y连锁(Y-linkage),Y染色体差别区段上的基因所表现出的遗传模式 Y染色体上基因很少，而X上又没有相应的等位基因，因此在X-Y系统的雄性中，不论是显性基因还是隐性基因都可得到表现,Y连锁遗传,如人的毛耳(hairy ears)成年男性的耳道上长出丛生硬毛，长23 cm 仅由父亲传儿、不传女,X和Y连锁(X-and Y-linkage),性染色体配对区段上的基因所表现出的遗传模式 由于同源区段存在交换重组的可能，所以也称不完全性连锁 唯一例子 果蝇截刚毛现象(bobbed)刚毛变短,女性2条X，男性1条X，表型是否又差别？ 剂量补偿(Dosage compensation)维持雌、雄两性生物基因表达一致的遗传机制,X,Y,X,X,性染色体：剂量补偿,X-染色体失活,X,X,X,2x,性染色体：剂量补偿,X-染色体活性加倍,X,X,X,1/2x,性染色体：剂量补偿,X-染色体活性减半,Barr body,性染色质体(sex-chromatin body)：正常女性间期细胞核中浓缩的染色质小体，为失活的X染色体，1949年由Barr发现，又称为巴氏小体 位于细胞核膜的内侧边缘或靠近核膜，其数目为X-1,1961年，英国遗传学家Mary Lyon提出 巴氏小体是一条失活的X染色体，失活的过程称为莱昂化(lyonization) 在哺乳动物中，雌性胚胎莱昂化发生在早期。人类发生在受精2周后，受精卵增殖到5001000细胞期时；小鼠发生在3.56.5 d胚胎中 两条X染色体中哪一条失活是随机的 一旦某条X染色体失活，所有细胞的同祖先X染色体均失活(偶有例外) X染色体的失活是永久性的，克隆过程中保持失活的状态,莱昂学说,雌性杂合子 (XOXo),G-6-PD：葡萄糖6磷酸脱氢酶 有A、B两种类型，基因在X染色体上 女性有XAXA，XBXB，XAXB 男性有XAY，XBY 提取G-6-PD，电泳： A B F F F M M,从XAXB 个体(女性)组织中分离细胞,1、从性遗传 2、限性遗传,其他与性别有关的遗传,从性遗传(Sex-influenced Inheritance)是指控制性状的基因位于常染色体上，但由于受到性激素的影响，在不同性别中的表达不同。,限性遗传 基因可在性染色体或常染色体上，这类基因的表达受到性别的限制，因此只能在某种性别中产生表型反应。无论在哪种性别中，这些基因都可正常地遗传给后代。,连锁与交换,W. Bateson和P. C. Punnett(1906)甜豌豆杂交，结果不符合独立联合的9331,Morgan果蝇实验，结果与测交应得到的F1四种配子的基因型之1111有很大背离,Morgan分析,在第一个杂交中，两个非等位基因位于同一条染色体上 第二个杂交，一个亲本的染色体携带pr vg+另一个亲本携带pr+ vg 非亲本基因组合的产生：在减数分裂期间，同源染色体联会时，在非姊妹染色单体间产生交换的结果 交换的细胞学证据：在减数分裂期间，同源染色体配对时，两个非姊妹染色单体间所出现的交叉(chiasma),概念,相引(coupling) 在Morgan所做的第一个杂交中，亲本的两个非等位的显性基因似乎“紧密结合”完全连锁 相斥(repulsion) 在Morgan所做的第二个杂交中，亲本的两个非等位的显性基因似乎“相互排斥”不完全连锁 亲本组合(parantal combination) 在一对同源染色体上所排列的亲本（P代）基因组合,重组(recombination) 在一对同源染色体上所出现的新的基因组合。又称为交换型(crossing-over type)，交换产物(exchange product)，染色体内重组(intra-chromosomal recombina-tion) 连锁(linkage) 在同一条染色体上的两个基因。连锁的基因间不出现独立联合 连锁群(linkage group) 位于同一条染色体上的基因的总称 交换(crossing-over) 排列在一对同源染色体上的两对等位基因，其中一对等位基因的位置相互调换，其结果产生基因重组,重组,两大类型 染色体间重组 染色体内重组 通过重组频率加以区分 重组率(frequency of recombination) 重组配子数占配子总数的百分率 记为FR,染色体间重组,位于非同源染色体上的两对等位基因之间进行的重组 独立联合,染色体内重组,是交换的结果 交换可出现在一对同源染色体的任何两条非姊妹染色单体的任何两个座位间，但并不是所有减数分裂细胞在这两个座位间都出现重组，因而重组率小于50% 如果没有特别强调的话，“重组”多指染色体内重组 Morgan第一个杂交，重组率为：,多线交换的重组率的最大值也是50%,二线双交换,三线双交换-1,三线双交换-2,四线双交换,亲组型:重组型,A与C两个基因座之间发生双交换的可能类型,非交换：4亲组型 单交换：8重组型 双交换：4亲组型,亲组型：重组型1:1,连锁符号,连锁图,基因在染色体上呈线性排列 位于同一对同源染色体上的基因组成一个连锁群(linkage group)，它们具有连锁遗传的关系 把一个连锁群的各个基因之间的顺序和距离标志出来，就成为连锁图(linkage map)，又称为遗传学图(genetic map),连锁群数与染色体数的关系,连锁图是大量实践资料的简明总结，是遗传研究工作和育种工作的重要参考资料 一种生物连锁群的数目应该等于染色体的对数，有n对染色体就有n个连锁群。例如，水稻有12个连锁群，桃有8个，玉米有10个 连锁群的数目不会多于染色体的对数，但由于研究资料不足，可能暂时少于或多于染色体的对数,连锁图的线形距离指标,Morgan：后代重组率的变化范围很大。因为重组是同源染色体间交换的结果，重组率的不同可能反映了染色体上各个基因座之间的实际距离。Morgan将这一课题交给他的学生Alfred Sturtevant研究 Sturtevant从一个测交得到以下结果：重组率FR = (23+21) / 400 = 11%。认为，可以用该数值作为遗传图上两基因间线形距离的数量指标 理由：他认为交换沿配对的同源染色体随机出现，连锁的基因间距离越大，在这区间内出现交换的机会也越高。因此，可以根据重组率得出基因间的图距,名词,遗传图(genetic map) 以重组率表示的染色体上各基因座之间的相对距离图。遗传图又称为连锁图(linkage map) 图距(map distance) 两个基因座之间的相对距离 遗传图单位(genetic map unit；m.u.) 以1%重组率记为一个图单位即1 m.u.。又称为1厘摩(centimorgan；cM),基因座(gene locus，pl. loci) 在遗传图上表示基因所在的位置 眼色基因座和翅长基因座相距11 m.u.，表示为 基因定位(gene mapping) 确定基因在染色体上的位置 基因位于哪一条染色体上 基因在染色体上的位置 与相邻基因之间的关系 确定基因的位置主要是确定基因之间的相对顺序和距离。基因之间的距离是用重组率来表示的,三点测交(three-point test cross),杂合子与三基因隐性纯合子进行测交 标准的遗传分析方法 优点： 一次试验等于三次“两点试验” 所得的三个重组值是在同一基因型背景、同一环境条件下得到的，是严格可比的。而“两点试验”则不一样 可得到“两点试验”不能得到的双交换资料,例 1,果蝇的三对非野生型等位基因 sc：鳞甲 ec：海胆眼；棘眼 vg：残翅 以sc/sc，ec/ec，vg/vg与野生型杂交，F1再与三隐性纯合子杂交,分析,8类配子基因型比，明显偏离11111111，说明基因座之间可能存在连锁 计算RF 先看sc和ec基因座 因为杂合子是由sc ec和+ + 配子而来，所以sc ec和+ +为亲本组合，sc + 和 + ec为重组合 重组类型共有12+14+14+16=56个，因而RF=(56/1008) 100=5.5 m.u.,类似方法计算 sc 和 vg 重组率，RF = 506/100850% 因此，sc 和 vg 间是不连锁的,例 2,黑腹果蝇的三个非野生型等位基因 v：朱砂眼 cv：无十字翅脉 ct：切翅,分析,判断是否存在连锁。8类配子基因型的比明显偏离11111111，说明基因座之间可能存在连锁,计算RF RF(v-cv) = (45+40+89+94) / 1448 = 18.5% RF(v-ct) = (89+94+3+5) / 1448 = 13.2% RF(cv-ct) = (45+40+3+5) / 1448 = 6.4% 三个RF均小于50%，这些基因座都在同一染色体上，相互连锁 v 和 cv 的RF最大，ct 基因座必在它们中间 13.2 m.u.+6.4 m.u.=19.6 m.u.18.5m.u 出现这种结果的原因是由于在 v 和 cv 间出现双交换,双交换,从v和cv两个座位看，双交换的结果又恢复到亲本组合。所以v ct + 和 + + cv 没有计入 v 和 cv 的重组率中，由于忽略了两次单交换（即双交换），又恢复到原来（即不交换），势必低估 v-cv 间重组率，也就是低估 v-cv 间的距离 双交换率=(3+5) / 1448 =0.5% 两次单交换=双交换=不交换 校正的RF(v-cv)=两基因间交换值+2倍的双交换率 =18.5%+20.5% =19.6% 即为：(45+40+89+94+3+3+5+5) / 1448=19.6%,不经作图直接排列基因座顺序,在配子基因型中双交换的频数最低 按F1代（或配子基因型最多）的基因型排列顺序，把亲本三个基因座中的每一个，各排在中间一次 把中间的一对等位基因位置互换（相当于双交换） 与8种配子基因型比较，从三种排列中找出符合双交换（频数最低的配子基因型）的基因型，它的顺序即为三个基因座的顺序,位置互换后的“2”基因型与属于双交换的配子基因型一致，ct应位于中间，所以“2”的排列顺序是正确的,干涉,如果两个单交换的发生是彼此独立的，双交换的频率就应该是两个单交换频率的乘积 但实际双交换值比预期少 一个单交换发生后，在它附近再发生第二个单交换的机会就会减少一些。这种现象叫做干涉(interference) 用并发系数表示干涉的大小,名词,干涉(interference) 染色体干涉(chromosome interference)：染色体的某个区段出现交换，影响相邻区段出现交换的现象。常发生 染色体单体干涉(chromatid interference) ：一对同源染色体的4条染色单体之间参与多线交换机会的偏离。偶尔发生 正干涉(positive interference)：在染色体的一个区段上出现交换，减少了相邻区段的交换 RF(v-ct)=0.132，RF(ct-cv) = 0.064，若两区段相互独立，则双重组频率=0.1320.064=0.0084，1448只0.0084=12只，实际上只有8只，证明两区段不独立，存在正干涉 负干涉(negative interference)：在染色体的一个区段上出现交换，增加了相邻区段的交换。仅在微生物中发生基因转变时才出现,并发系数(coefficient of coincidence，c.o.c.) 系数愈大，表示干扰愈小 符合系数等于1，表示无干扰 符合系数为0，表示完全干扰，即一点发生交换，其邻近的另一点就不再发生交换 干涉值(interference value) 干涉值(I) = 1 - c.o.c. I = 1- 8/12 = 1/3,制图函数(map