遗传第三定律和染色体作图.ppt

第六章遗传第三定律与染色体作图,第一节连锁与交换定律第二节真核生物染色体作图第三节人类染色体的基因定位第四节真核生物重组的分子机制,第一节连锁与交换定律,一、连锁的发现二、完全连锁与不完全连锁三、交换值及其测定,第一节连锁与重组,一、连锁的发现：1905年Batson首先在香豌豆中发现。Bateson等的香豌豆实验花的颜色：P紫色，p红色花粉的形状：L长形，l圆形,F1测交结果实得比率7：1：1：7，理论比值1：1：1：1,同一亲本所具有的两个性状有连系在一起遗传的倾向,称为连锁遗传。,1910年Morgan用果蝇为材料研究连锁现象，提出了遗传学的第三定律连锁与互换定律,二、完全连锁与不完全连锁,1、两对基因的遗传实验,果蝇身体颜色：灰色（或B）、黑色（b）翅膀形态：正常型（或Vg）、残缺翅（vg）,（一）完全连锁,P灰色残翅黑色常翅vgvgbb,测交1灰色常翅黑色残翅（双隐性个体）bvgbbvgvg测交后代1灰色残翅1黑色常翅bvgvgbbvg,预期有四种类型，结果只有两种类型，全部为亲代组合类型,F1灰色常翅bvg,2、解释,B和Vg在同一条染色体上，F1在减数分裂时，两基因随着这条染色体一同分离。,（二）不完全连锁及交换,1、实验,同前面实验P灰色残翅黑色常翅vgvgbbF1灰色常翅bvg,测交1（前面实验，已介绍）灰色常翅黑色残翅（双隐性个体）bvgbbvgvg测交后代1灰色残翅1黑色常翅bvgvgbbvg,测交2（测交1的反交）灰色常翅黑色残翅（双隐性个体）bvgbbvgvg测交后代灰色残翅灰色常翅黑色常翅黑色常翅bvgvgbvgbbvgbbvgvg203194亲组合重组合亲组合重组合,亲组合类型：39/4684.8重组合类型：7/4615.2亲组合类型远远大于重组合类型,2、解释（交叉型假设）,1.减数分裂前期I同源染色体非姐妹染色单体发生交换（出现交叉现象）。,2.交换是对等的，非等位基因之间的交换，导致两个连锁基因的重组。,3.连锁基因间每发生一次交换，只出现一半的重组类型。,三、交换值及其测定,1、重组与交换重组是指基因的重新组合，交换是指染色体片段的交换。交换导致基因的重组,（一）交换值定义,三、交换值及其测定,1、重组与交换,（一）交换值定义,2、交换值的概念及计算公式,（二）交换值测定,实验举例玉米两对性状的遗传：,籽粒顶端形状：饱满（Sh）与凹陷（sh）糊粉层的颜色：有色（C）与无色（c）这两对基因位于第9染色体上。,玉米作为遗传实验材料的优点（1）同一果穗上种子多，便于计数分析；（2）雌雄异花，去雄容易；（3）染色体有特征性结节。,1、相偶相（coupling）和相斥相repulsion,相偶相：两显性基因或两隐性基因连系在一起，位于同一条染色体上。也叫相引相。,相斥相：两显性基因或两隐性基因分别位于一对同源染色体上。,相偶相杂交,PCSh/CShcsh/cshCSh/csh,测交CSh/cshCsh/cshcSh/cshcsh/csh后代40321491524035,csh/csh测交,相斥相杂交,PcSh/cShCsh/CshcSh/Cshcsh/csh测交,测交CSh/cshCsh/cshcSh/cshcsh/csh后代6382137921906672,（二）交换值意义,交换值的大小与基因间的距离相关。交换值的大小在050之间。两个特定基因间的交换值是相对稳定的。,交换与交叉的关系。,交叉是交换的结果，交叉是细胞学证据，交换是推论的结果。,交换值的性质及其遗传学意义,第二节真核生物基因定位,一、几个基本概念,用一定的方法，将基因或遗传标记确定在某一特定的染色体上，以及测定基因在染色体上的排列顺序与距离的过程。,1910年，Morgen：果蝇白眼基因X染色体；1911年，Wilson：人红绿色盲基因X染色体；1968年，Donahue：人Duffy血型基因1号染色体,基因定位（genemapping）,一、几个基本概念,基因定位（genemapping）,基因图（genemap）,基因图的类型,二、基因定位的基本方法,问题的提出,玉米第9号染色体上有三对基因（C、Sh和Wx）,糊粉层颜色（有色C和无色c）种子形状（饱满Sh和凹陷sh）糯性与否（非糯Wx和糯性wx）,试确定这三对基因的相对位置和距离。,二、基因定位的基本方法,（一）两点测验（二）三点测验,玉米3个基因作图：C、Sh、Wx,（一）两点测验,用每两对基因间的交换值确定其遗传学距离。,三个基因需要进行三次两点间测定。CSh、ShWx、CWx,每次测验需一次杂交和一次测交，总共需要做6次试验。,1、基本思路,（一）两点测验,2、两点间测验,CSh间遗传距离,根据连锁与交换规律检测,杂交CSh/CShcsh/cshCSh/csh,测交,（一）两点测验,2、两点间测验,CSh间遗传距离,WxSh间遗传距离,CSh：3.6cM,wxsh/wxsh测交,WxSh交换值,糯性饱满非糯性凹陷wxSh/wxShWxsh/Wxsh非糯性饱满wxSh/Wxsh,wxSh/wxshWxSh/wxshwxsh/wxshWxsh/wxsh糯性饱满非糯饱满糯性凹陷非糯凹陷5991153014885885,（一）两点测验,2、两点间测验,CSh间遗传距离,CSh：3.6cM,WxSh间遗传距离,WxSh：20cM,CWx间遗传距离,CWx：22cM,3、制作遗传图,？,3.620=23.622,线性关系,（二）三点测验,1、概念三点测验(ThreePointTestCross)：用三对等位基因进行同一次杂交和测交，以同时测定这三个基因在染色体上的排列顺序及其遗传距离的方法。,玉米3个基因作图：C、Sh、Wx,2、遗传分析,（1）玉米三对基因的杂交Pcwx/cwxsh/sh无色饱满糯性有色凹陷非糯F1cwx/sh有色饱满非糯,测交结果,（2）分析,CSh基因之间的关系（忽略Wx基因）,Pcwx/cwxsh/sh无色饱满糯性有色凹陷非糯F1cwx/sh有色饱满非糯,shwx/cshwx测交,测交结果,Pcwx/cwxsh/sh无色饱满糯性有色凹陷非糯,CSh交换值：3.5,ShWx基因之间的关系（忽略C基因）,Pcwx/cwxsh/sh无色饱满糯性有色凹陷非糯F1cwx/sh有色饱满非糯,cshwx/cshwx测交,测交结果,Pcwx/cwxsh/sh无色饱满糯性有色凹陷非糯,ShWx交换值：18.4,18.4,CWx基因之间的关系（忽略Sh基因）,Pcwx/cwxsh/sh无色饱满糯性有色凹陷非糯F1cwx/sh有色饱满非糯,cshwx/cshwx测交,测交结果,Pcwx/cwxsh/sh无色饱满糯性有色凹陷非糯,CWx交换值：21.7,综合以上结果,CSh交换值：3.5ShWx交换值：18.4CWx交换值：21.7,CSh图距：3.5ShWx图距：18.4CWx图距：21.7,（3）基因作图,？,双交换分析,单交换：在考察区域内发生了一次交换，交换的结果，导致两侧基因的重组。,双交换：在特定区域内发生了两次交换。交换的结果，中间的基因改变了位置，两边的基因关系不变。,双交换类型的应用,（1）双交换类型的判断,（2）根据双交换类型确定基因顺序,比较双交换类型与亲本型，可以确定基因的排列顺序,如果同一染色体上发生的单交换相互独立。则发生双交换的频率为两次单交换频率的乘积。,三、干涉和并发系数,1、干涉现象,三、干涉和并发系数,1、干涉现象,结论：一次交换会降低邻近发生再一次交换的机会。这种现象称为干涉（Interference）。干涉（I）的大小用并发系数（Coincidence，C）表示。,2、干涉和并发系数的计算,上例：C0.1%/（3.5%18.4%）=0.16I10.160.84,2、干涉和并发系数的计算,C=1，I=0，无干涉C=0，I=1，完全干涉1C0，正干涉（一般情况）C1，I0，负干涉（微生物中发生）,干涉现象意味者染色体重复发生交换的某种物理学机制障碍,你思考过吗？,交换值与重组值的关系干涉对遗传学图距的影响,连锁群（linkagegroup）：位于一对同源染色体上的所有基因构成连锁群。,四、连锁群与连锁图,连锁图：根据基因之间的交换值，把一个连锁群的各个基因之间的距离和顺序标志出来，就形成（绘）连锁图（Linkagemap），或称遗传学图（Geneticmap）。,果蝇的4个连锁群与连锁图,果蝇有4对染色体，有4个连锁群,连锁群（linkagegroup）：位于一对同源染色体上的所有基因构成连锁群。,四、连锁群与连锁图,玉米2n=20，连锁群数目=10水稻2n=24，连锁群数目=12链孢霉n=7，连锁群数目=7,连锁群的数目等于二倍体生物的染色体对数，单倍体生物的染色体条数。,四、连锁群与连锁图,提问：人类有23对染色体，应该就有多少个连锁群？,小结,基本概念“基因定位、基因图、遗传图、物理图、基因座位、三点测验、连锁群三点测验进行基因定位双交换的起源与基因定位的关系干涉与并发系数,第三节真菌的遗传分析,一、链孢霉的生活史二、顺序四分子分析（着丝点作图）三、链孢霉的连锁与图距,第三节真菌的遗传分析,一、链孢霉的生活史属子囊菌纲，n7。行无性生殖，也行有性生殖。,（一）无性生殖,分生孢子或菌丝菌丝无性世代是单倍体。,（二）有性生殖,1、过程,合子经二次减数分裂和一次有丝分裂，形成有8个子囊孢子的子囊。但真正有遗传学意义的主要是经二次减数分裂产生的四分子,2、特点,（1）单倍体世代占优势，基因型直接显现在表型上；（2）个体小，生长快，易于培养，获得大量后代；（3）染色体的结构和功能类似于高等动植物；（4）一次减数分裂产物留在一个子囊内，并以特定顺序排列（顺序四分子）。四分子是研究减数分裂染色体交换和分离过程的理想材料。,对单一减数分裂的4个产物（四分子）进行遗传学分析称四分子分析（Tetradanalysis）。四分子在子囊中的排列顺序取决于减数分裂时着丝粒的取向，因此可以将着丝粒看作一个“基因”，作为标准点，进行基因连锁分析，测定各基因间的顺序与距离，该方法也称着丝粒作图。,二、顺序四分子分析（着丝点作图）,赖氨酸原养型（Lys+或+）：能自我合成赖氨酸，子囊孢子成熟时呈黑色。赖氨酸缺陷型（lys-或-），不能自我合成赖氨酸，成熟较迟，呈灰色。,（一）单基因与著丝粒连锁分析,lys+lys-（1）+-（2）-+（3）+-+-（4）-+-+（5）+-+（6）-+-,（二）杂交后代分析,1、杂交后代类型,2、M1分裂分离和M2分裂分离图解,lys+lys-（1）+-（2）-+（3）+-+-（4）-+-+（5）+-+（6）-+-,子囊中的8个孢子也可以只写出4个孢子，即只写出减数分裂的产物。,lys+lys-（1）（2）（3）（4）（5）（6）,（三）基因与着丝粒之间重组率的计算,1、计算重组值的角度（1）从孢子的角度计算发生重组的孢子所占的百分率,（2）从子囊的角度以发生交换的子囊为单位统计。基因与着丝粒之间发生一次交换时，只有两对孢子交换了位置，另外两对孢子保持原位。即一个子囊中只有半数孢子发生重组。,交换的子囊孢子数着丝粒距离=总孢子数交换型子囊数=x1/2总子囊数M2=x1/2M1+M2,2、基因与着丝粒之间重组率计算公式：,3、举例,例：观察了14个子囊，其中9个是非交换型，5个是交换型，试计算lys与着丝粒之间的重组率。,用子囊计算：5/（59）100%1/218%直接用孢子计算：54/（9858）100%18%,三、链孢霉的连锁与图距,三个位点：着丝粒、n、an：烟酸依赖型a：腺嘌呤依赖型,na36种组合类型（归为7类）,（一）杂交实验,（二）归类依据,1、基因型次序7大类型只考虑M1时染色体的走向，不考虑M2时染色体的走向。即半个子囊内的基因次序可以忽略。如子囊型（6）,例：abx+的杂交：ab+bababab+b+b+b+a+a+a+a+PDnPDTT,性状组合情况分类,性状组合情况起源,亲二型PD（亲组合）未发生交换非亲二型NPD（重组合）四线交换（100重组）四型T（亲组合、重组合）二、三线交换（50重组）,7大类型的起源,交换类型,染色体图象,重组,四分子类型,子囊型,无交换,四线双交换,单交换,0%,100%,50%,a,n,a,n,a,n,a,a,n,n,(PD),na,na,(NPD),a,n,na,(T),交换类型,染色体图象,重组,四分子类型,子囊型,二线双交换,单交换,四线多交换,50%,0%,100%,a,n,a,na,n,(T),a,n,a,n,(PD),na,na,(NPD),a,n,a,n,a,n,na,a,n,(T),50%,三线双交换,交换类型,染色体图象,重组,四分子类型,子囊型,（三）交换值计算交换型子囊数基因重组值=x1/2总子囊数M2=x1/2M1+M2nPD+Tab重组值=x100%nPD+PD+T,M25+90+1+5n=5.05M1+M21000 x2M190+90+1+5a=9.3M1+M21000 x2nPD+1/2T(1+1)+1/2(90+5+5)na=5.2nPD+PD+T1000,M2分裂分裂与性状组合分类统计：n：(4)、(5)、(6)、(7)a：(3)、(5)、(6)、(7)na：NPD(2)、(6)T(3)、(4)、(7),（四）着丝粒作图,n=5.05a=9.3na=5.2,9.3,a,n,5.05,5.2,原因：双交换引起,？,思考题：,分析：对照表65，转换为以交换的染色单体为统计单位。n和a用M1、M2判断，na用性状组合类型判断,a间忽略交换的染色单体数为：20220837238占所有子囊中全部染色单体的百分率为：38/410000.95所以：a间的交换值为：9.30.9510.25,10.25,a,n,5.05,5.2,家系分析法体细胞杂交法核酸杂交技术,第四节人类染色体的基因定位,一、家系分析法,家系分析法：通过分析、统计家系中有关性状的连锁情况和重组率而进行基因定位的方法。,如果某性状只出现在男性，则该性状的基因可定位在Y染色体上（注意限性遗传）。,X连锁基因的定位表现为隔代交叉遗传。,外祖父法（适用于X染色体基因定位）根据双重杂合体的母亲所生儿子中有关性状的重组情况，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得知。,家系分析法(pedigreemethod)：,如色盲基因(a)和蚕豆病基因(G6PD)(g),若X染色体没有重组交换，则不论母亲是顺式还是反式杂合体，其儿子中的X染色体只有两种类型。,或,若母亲X染色体的两个基因间发生了交换：,母亲(双重杂合子),AG,ag,儿子,AG,ag,Ag,aG,（互引相）,正常,色盲、蚕豆病,蚕豆病,色盲,aG,Ag,aG,Ag,ag,AG,Ag,aG,Ag,aG,AG,ag,（互斥相）,（互斥相）,色盲,色盲,正常,正常,蚕豆病,蚕豆病,色盲、蚕豆病,色盲、蚕豆病,AG,AG,ag,（互引相）,aG,aG,Ag,Ag,Ag,aG,（互斥相）,（互斥相）,外祖父,母亲(双重杂合子),根据外祖父表型确定母亲的双重杂合体的连锁相,根据外祖父的表型确定作为母亲的双重杂合体的连锁相（反式或顺式），然后判断其儿子中的各种表型中哪种属于重组型，统计其重组体多占的比例，就可计算两个基因间的重组率。,RF(a-g)=5%=5cM,家系分析法在原则上也可用于常染色体上的基因定位。,二、体细胞杂交法（somaticcellhybridization）,体细胞遗传学：用分离的体细胞做体外组织培养进行遗传学研究的学科称为体细胞遗传学（somaticgenetics）。与基因定位有关的是体细胞杂交（somaticcellhybridization）,又称细胞融合（cellfusion）。,1）体细胞杂交(somaticcellhybridization)：又称细胞融合(cellfusion)，是将两个同种和/或不同种的细胞融合成一个新细胞，即杂种细胞(hybridcell)。,2）对象：人的细胞鼠类：大鼠、小鼠、仓鼠3）杂种细胞的特点：在繁殖传代过程中，人的染色体优先丢失，以至最后只剩几条或一条人的染色体，而啮齿类的染色体被保留下来。,531,233441,放射杂种,放射杂种(radiationhybrid)：用含有辐射切割的人类染色体片段的细胞与啮齿类细胞融合产生的杂种克隆细胞，是体细胞杂种的另一种类型。,1975年，Goss和Harris提出,1990年，Cox构建单染色体杂种细胞,1994年，Walter建立全基因组放射杂种,三、原位杂交,原位杂交(InSiteHybridization)：利用同位素标记的DNA探针，与玻片上的中期染色体进行杂交。是一种直接进行基因定位的方法。,荧光原位杂交(FISH)：用特殊的荧光素标记DNA探针，与玻片上的染色体或细胞组织标本进行杂交。,第四节真核生物重组的分