生物奥赛遗传第五章连锁交换定律.doc

第五章 连锁交换定律上章主要叙述了Mendel定律分离和自由组合定律，它是指在减数分裂时，位于同源染色体上的等位基因彼此分离，位于非同源染色体上的非等位基因可以自由组合。然而，每一生物体的染色体数都是有限的，往往仅几条、几十条，而基因数在高等生物中却以千、万计，因此一条染色体上肯定有几十个、几百个、甚至上千个基因，那么，位于同一染色体上的基因就为连锁基因。而由位于同一染色体上的非等位基因总是联系在一起遗传的方式称为连锁（linkage）。Batson（1906）最初发现香豌豆的花色和花粉粒形状的遗传与孟德尔定律不符，但并未总结出规律来。后来美国的遗传学家T. H. Morgan及他的学生们用果蝇做实验，创立了连锁和交换定律（Law of Linkage and Crossover）。 第一节 连锁和交换 一、连锁交换现象1完全连锁（complete 1inkage）果蝇身体的灰色（B）对黑体（比黑檀体颜色深）为显性，长翅（Vg）对残翅（vg）为显性。当用纯合的黑体残翅（bbvv）的雄果蝇与灰身长翅（BBVV）的雌果蝇交配，F1 代全是灰身长翅（BbVv）。让Fl 代的雄果蝇（BbVv）与黑身残翅（bbvv）的雌果蝇进行测交，按照自由组合定律推论，应该出现灰身长翅、灰身残翅、黑身长翅、黑身残翅4种类型，比例是1:1:1:1。但实际上，测交后代（Ft）只有两种类型：黑体残翅（bbvv）和灰身长翅（BbVv），各占50%。原来被测亲本（F1）只产生两种亲型配子（bv和BV），而没产生重组型配子（Bv和bV），见图5-1。这就是说，位于同源染色体上的非等位基因的杂合体在形成配子时，只有亲型配子，而没有重组型配子产生，这种现象称为完全连锁。也可以说，完全连锁的遗传学特点是：（1）F1只产生亲型配子，无重组型配子；（2）Ft表型2 种，比例为1:1；自交子代表型也有两种，在完全显性时，比例为3:1。在整个生物界，完全连锁现象极少见，只发现雄果蝇和雌家蚕有此遗传方式，这可能是在它们分化发育时，受体内环境（如激素）的影响，染色体不发生交换所致。2不完全连锁（incomplete linkage）它是指位于同源染色体上的非等位基因在减数分裂时，除产生亲型配子外，还产生少数的重组型配子的现象。如果蝇中，把上例（图5-1）所得F1 雌果蝇作为被测亲本与黑身残翅雄蝇测交，结果Ft有4种类型，BV、bv 、Bv、bV，但比例不是1:1:1:1，而是0.42:0.42:0.08:0.08，即亲型配子居多，占84%，重组型配子很少，仅占16%（图5-2）。不完全连锁遗传的特点：（1）两对基因的杂合体在形成配子时，不仅有亲型配子，也有少量的重组型配子产生；（2）双杂合体所形成的配子中，两种亲型配子大致相等，两种重组型配子也大致相等。现已知重组型配子是由于交换的结果。所谓交换（crossover）是指在一对同源染色体上的同源区段间发生交换，而使原来在同一染色体上的基因不再伴同遗传的现象。连锁交换是生物界的普遍现象，原核生物中基因间的交换常称为重组（recombination）。二、交换发生的机制关于交换的机制，曾有多种学说，主要有以下两种：1断裂融合学说这个学说是在1937年由英国细胞学家C. Darlington提出的。他观察到，在第一次减数分裂前期，同源染色体相互吸引，进行联会，而当每一染色体分成两个单体时，两对染色单体又互相排斥。Darlington根据这些现象，提出了断裂融合学说（图5-3）。他认为，在联会时两同源染色体互相缠绕，形成相关螺旋，这时染色体内的扭力和染色体间的扭力保持平衡；但当染色体分成染色单体时，同源染色体的引力被斥力代替，这时平衡被破坏，只有当两个非姊妹染色单体在同一点上同时断裂时，平衡才得以恢复。染色单体断裂后，断裂端环绕未断裂的单体缠绕，螺旋部分松开。在此过程中，一个单体的断裂端与另一非姊妹单体的相应断裂端接触，互相融合，形成重组（或交换）的染色单体。根据这个学说，交换始终是相互的，而且发生一次断裂融合后，在所形成的4个染色单体中，两个是亲型的，两个重组型。该学说能解释多种生物交换现象，但有少数例外。2Ho11iday模型1964年，R.Hol1iday设想了一个模式，用来解释交换发生的机制，随后，又有一些科学家进行了许多修改。下面介绍的是修正的Holliday 模型（图5-4）：（1）两条配对的染色体的同源核苷酸序列互相识别并联会。（2）具有相同极性的两条多核苷酸链在对应位置断裂。（3）每条断开的链“侵入”DNA的双螺旋中。（4）“侵入”的链和对方互补的核苷酸形成碱基对，形成了一个所谓Holliday中间体（intermediate）。又叫半染色单体交叉结（half-chromatid chiasma）。（5）Holliday中间体一旦形成就不是静止不动的，交叉连接处能自由地移到右边或左边。如果Holliday中间体4个末端被推开，这种移动叫做桥迁（Bridge migration）。（6）中间体的两个臂相对另两个臂旋转。（7）Holliday 中间体在桥区（bridge region）断开，产生两条彼此分离的双股染色体。这种断裂可以沿着纵轴或横轴发生，沿横轴断开的两条双股染色体，其外侧的两条链保持着亲代组合（AB和ab），内侧两条发生重组。沿纵轴的断裂产生Ab和aB重组体。在上述两种情况下，内侧两条链的A和B位点之间，有一部分是交叠杂合的（hybrid overlap），即多核苷酸链部分的来源于两个不同的亲体。从图中可以看出每个DNA分子的两条多核苷酸链中的一条有一个缺口，这个缺口以后被DNA聚合酶和连接酶填入，接着合成新链片断并缝合起来，形成完整的DNA分子。三、交换型配子形成的过程在减数分裂时，由于同源染色体的非姊妹染色单体相互交换片段，在后期和后期的染色体分离和分裂后就形成了亲型配子和交换型配子（图5-5）。 1在减数分裂的偶线期染色体联会和基因配对同源染色体联会，等位基因配对，这时每对染色体含有4条染色单体。假定这对染色体上含有两对杂合基因：A-a, B-b，而且亲代染色体上带的基因为AB和ab。2粗线期时染色体发生交换少数性母细胞的非姊妹染色单体发生交换，但姊妹染色单体仍相互靠近（图5-5左）；而大多数性母细胞未发生交换（图5-5右）。3后期时染色体的分离在交换的性母细胞内，已发生交换的染色单体片段随所在染色体被着丝粒牵引到细胞两极，结果每极内的一条染色体都带有一条未交换的染色单体和一条交换的染色单体。由未交换的性母细胞所形成的子细胞中，每条染色体的两条染色单体全是亲型的。4后期时产生各类配子随着染色体的分裂，每条染色体的两条染色单体各到达一个子细胞内成为子染色体。结果交换的性母细胞可形成4种配子，两种亲型，两种交换型（图5-5左）；未交换的性母细胞只形成两种亲型配子（图5-5右）。四、发生交换的一般规律1连锁遗传也可以发生基因重组，是变异的来源之一在自由组合遗传中，两对或两对以上的基因都可自由组合，产生各类配子，有亲型，也有重组型；而连锁交换同样可产生各类配子，只是亲型配子居多，重组型配子较少。2交换的配子数总是少于亲型配子数从图5-5 可以看出，若全部的性母细胞都发生交换，才有50% 的配子是交换型的，实际上交换是有条件的：（1）同源染色体必须配对联会；（2）同源染色体的非姊妹染色单体在酶的作用下发生断裂；（3）断裂的非姊妹染色单体的DNA单链间发生错接，这样才有交换发生。否则，在性母细胞中如果未发生断裂，甚至断裂后原位连接，都没有交换发生，由于交换是随机的，对特定的基因来说不可能100%发生，因此亲型配子总是居多，交换型配子所占百分率一定低于50%。3交换的配子百分率是交换的性母细胞百分率的一半从图5-5可以看出，一个交换的性母细胞所形成的4个配子中，仅有1/2是交换型的。为了更深入地理解，可把性母细胞与配子间的关系列成表5-1。假定有100个性母细胞进行减数分裂，每个细胞都是两对基因杂合体（AB/ab）。其中40个性母细胞发生了交换，60个未发生交换，即交换的性母细胞百分率为40%；若每个性母细胞形成4个配子，共产生400个配子。按表中计算，交换型配子百分率 =（402）/ 400100%=20%表5-1 交换的性母细胞百分率与交换率的关系参与减数分裂的性母细胞配子数未交换的配子数交换的配子数AB abAb aB60个未交换40个交换604=240404=160120 12040 40 40 40100400160 16040 404交换不仅可发生在基因与基因之间，也可在基因之内发生由于交换是酶促过程，在酶切割时，DNA内部任何区段都有可能造成断口，因而基因内可以重组（重组子）。5生物的交换一般是对等的，可是也有不对等的不等交换可导致染色体结构的变异。当然也有其他各种重组类型，如位点特异性重组、转座和异常重组等，它们都可产生各种染色体结构变异或新的基因类型。6同源染色体的基因之间相距的远近可决定基因间的交换率基因相距越远，发生交换的概率越大，因而就可利用交换率推测基因在染色体上的排列次序和相对距离。连锁与交换定律的内容可归纳为：位于同源染色体上的非等位基因在形成配子时，多数随所在染色体一起行动，只产生亲型配子；若同源染色体上的非姊妹染色单体之间发生了交换，就可产生少数的重组型配子。第二节 交换率及其测定交换率（crossover rate）又称交换值、重组率或重组值等，是指交换型配子数占观察总配子数的百分率，常用R表示，公式为：交换率（R）= （公式 5-1）一、交换率测定的方法1测交法这是最常用的一种方法，先用两对基因的杂合体进行测交，然后从测交后代中计算交换率，计算公式可变为： 交换率（R）= 例：玉米籽粒的有色（C）对无色（c）为显性，饱满（Sh）对凹陷（sh）为显性。以玉米有色饱满的纯合体（CSh/CSh）与无色凹陷（csh/csh）的个体杂交，Fl 代全为有色饱满（CSh/csh），然后用隐性纯合体（csh/csh）进行测交。结果Ft 有4种表型：有色饱满4032，有色凹陷149，无色饱满152，无色凹陷 4035，总计8368。求：（1）这两对基因间的交换率是多少？（2）交换的性母细胞百分率占多少？（3）这两对基因相距多远？解：（1）依据公式，这两对基因间的交换率为：c-sh间交换率 = R（c-sh）= = （2）由于交换率是交换的性母细胞百分率的一半，所以交换的性母细胞约有7.2%。（3）交换率与基因间相距的关系是将交换率去掉百分号，则为两基因间的距离，那么，c-sh（也可表示为C-SH，只代表这两对基因间的关系即可）间相距7.2遗传单位或7.2图距单位（m.u）。若已知二基因间的相对距离，在已知亲本的组合方式后，就可以计算出杂合体产生的配子种类和比例，以及自交后代中出现表型种类和比例。例：已知A-B间相距20m.u，杂合体基因型是AB/ab（表示一条染色体上有A-B基因，另一条染色体上有a-b基因）。求：（1）该杂合体产生的配子的种类和比例各是多少？（2）若让该个体自交，后代表型种类和比例又是多少？（假定有A为a的完全显性，B为b的完全显性）解：（1） 交换率 = 20% 交换型配子 = Ab + aB =20% 分别占10%亲型配子 = AB + ab =80% 分别占 40%则 该个体产生的4种配子和比例为：AB : Ab : aB :ab = 4 : 1 : 1 : 4 （2）推测该个体自交时，在棋盘格中，先写出亲代所产生的配子种类和比例，排成上行和左列，将子代所得的基因型排在棋盘格内，最后归纳出子代的表型种类和比例（为了计算方便，也可在棋盘格内只表示子代的表型），见表5-2。表5-2 子代基因型和表型的推算 4 AB1 Ab1 aB4 ab4 AB16AABB4AABb4AaBB16AaBb1 Ab4 AABb1AAbb1 AaBb4Aabb1 aB4 AaBB1 AaBb1aaBB4aaBb4 ab16 AaBb4Aabb4aaBb16aabb归纳表型：A_B_ : A_bb : aaB_ : aabb = 66 : 9: 9 : 162自交法上述测交法用于异花授粉作物时较易进行，但对于自花授粉植物如小麦、水稻等来说就比较困难，原因就是测交法需进行两次杂交，比较麻烦，所以常用自交法求交换率。但自交法又因亲本的基因组合方式不同而有不同的计算方法。（l）相引组（coup1ing series）在杂交的双亲中，一个亲本具有两种显性性状，另一亲本具有对应的两种隐性性状，这种杂交组合方式称为相引组，又称偶相组合。Bateson（1906）用香豌豆做实验。香豌豆的花色有紫色和红色之分，花粉粒的形状有长形和圆形之分。当用纯合的紫花长花粉粒品种（PPLL）与红花圆花粉粒品种（pp11）杂交后，F1 全为紫花长花粉粒，F2 出现了4 种表型，其中两种亲型较多，两种重组型较少（图 5-6）。 P 紫花、长花粉粒 PPLL 红花、圆花粉粒 ppll F1 紫花、长花粉粒 PpLlF2 紫、长 紫、圆 红、长 红、圆 总数基因型 P_L_ P_ll ppL_ ppll 实际个体数 4831 390 393 1338 6952所占频率 0.69 0.06 0.06 0.19 1.0图5-6 香豌豆相引组的两对性状的连锁遗传在自交的F2中，紫花长花粉粒含4种基因型（PPLL、PPLl、PpLL、PpLl），构成它们的配子，既有亲型的（PL、p1），又有重组型的（Pl、pL），无法把它们分开；而紫花圆花粉粒和红花长花粉粒各有两种基因型，构成它们的配子也是两类；只有红花长花粉粒的基因型（pp11）单纯，仅由亲型配子（pl）构成。那么，若能计算出pl配子的百分率，亲型配子（PL、p1）总频率就可求出，而交换率就等于总数减去亲型配子的频率。现假设隐性纯合体（pp11）的频率为X，形成它们的配子（pl）的频率为q，则 X = q2 或 q =当已知隐性纯合体所占频率时，可求出q值，而亲型配子（PL、p1）的总频率应为2q，所以交换型配子（pL、Pl）总频率=1 2q。归纳为：交换率（引） （X为隐性纯合体所占频率） （公式5-2）以图5-6中的数据进行计算： R（p-1）=12= 1 2= 0.128 = 12.8% 即：控制香豌豆花色和花粉粒形状的两对基因间（p-l）相距12.8 m.u。（2）相斥组（repulsion series）在用于杂交的双亲中，一个亲本具有一种显性性状和另一种隐性性状，另一个亲本具有对应的隐性性状和显性性状，这种杂交组合方式称为相斥组或单相组合。香豌豆中，用紫花圆花粉粒与红花长花粉粒亲本杂交后，F1 全为紫花长花粉粒，F2 有4种表型（图5-7），其中红花圆花粉粒个体（pp11）是由交换型配子（p1）构成的。所以只要求出此类的频率再乘以2，即可得到交换率。这样，在相斥组中交换率计算公式是： （X为隐性纯合体所占频率） （公式5-3） P 紫花、圆花粉粒 PPll 红花、长花粉粒 ppLLF1 紫花、长花粉粒 PpLlF2 紫、长 紫、圆 红、长 红、圆 总数基因型 P_L_ P_ll ppL_ ppll 实际个体数 226 95 97 1 419所占频率 0.5394 0.2267 0.2315 0.0024 1.0图5-6 香豌豆相斥组的两对性状的连锁遗传以图5-7 所得结果计算，基因P和L间的交换率为交换率（斥）= 2= 2 = 0.098= 9.8% 从以上2例看出，两次计算所得的P-L间的交换率稍有差异，这属于实验误差。二、影响交换率的因素1基因间连锁程度或基因间距离两基因间相距越近，交换率越小；相距越远，交换率越大。交换率通常大于0小于50%，在完全连锁时，交换率为0。2内外环境的变化许多环境因素影响交换率，如温度、水分、营养、射线、化学药品等。早在1917年就报道了温度对果蝇基因交换率的影响，发现在22中饲养的雌果蝇的交换率最低，温度低于22或高于22时交换率都显著提高。3性别雄果蝇和雌家蚕不发生交换。据了解，凡是性别为性染色体上的基因所控制的生物，异配性别一般较少发生交换。4染色体结构和数目的变异若某条染色体缺失了中间某区段，将使缺失两端的基因间的交换率明显降低；若某条染色体内发生了倒位，在倒位区段内的基因间交换后，但无交换型配子成活。第三节 基因定位和连锁遗传图一、基因定位利用杂交、测交或自交，分别求出基因间的交换率和相对距离，然后在染色体上确定基因间的排列顺序，这一过程称为基因定位（gene localization）。基因定位的方法，依不同的生物而异，在本节着重介绍普通动植物的基因定位，常用的方法主要是两点测验和三点测验。1两点测验法（two point testcross）利用3次杂交、3次测交分别求出3对基因间的交换率，然后进行基因定位的方法称为两点测验法。现以玉米第9号染色体上的3个基因C、Wx、Sh 为例说明如下：当纯合的糯性饱满（ShWx/ShWx）品系与非糯性凹陷（shwx/shwx）品系杂交后，Fl 再 与糯性凹陷（shwx/shwx）测交，Ft中：非糯饱满1531，非糯凹陷5885，糯性饱满5991，糯性凹陷1488，总数14895。从测交结果，可求出基因Sh-Wx间交换率为：R（sh-wx）=（1531+1488）/14895100% = 20.3% 则sh-wx间相距20.3 m.u。从上节知，C-sh 间为3.6 m.u。在一条直线上标出3个基因的排列顺序，但有两种排列方式：（1） （2） c sh wx sh c wx| | 3.6 20.3 3.6 20.3这两种排列方式究竟哪种正确无法确定，还必须求出c和wx间的图距：有色非糯无色糯性 Fl 全为有色非糯性无色糯性 Ft：有色非糯2542，有色糯性717，无色非糯739，无色糯性2716，总计6714。那么，c - wx基因间的交换率 = R（c wx）= 即，基因C-Wx间的图距为21.7m.u，这样，3基因的排列顺序以（1）为正确。2三点测验法（three point testcross）这种方法是基因定位最常用的方法，它是通过一次涉及3对连锁基因的杂交和一次测交，同时确定3对基因在染色体上的位置。采用三点测验有许多优点： 省时省工：一次试验可同对确定3对连锁基因的位置； 在同一环境条件下进行试验，避免了试验误差； 可纠正两点测验法的缺点，判明双交换的存在，使估算的交换率更加准确。所谓双交换（double crossover）是在一个性母细胞内的一对染色体上同时发生两次单交换。例：黑腹果蝇（Drosophila melanogaster）的X染色体上有3个突变基因：黄体（yellow body，y），白眼（white eye, w），短翅（miniature wing, m），对应的野生型灰体（y+）、红眼（w+）、长翅（m+），简写为：+ + +。将二者杂交，再用F1的雌果蝇与隐性纯合体进行测交（图5-7）：P （突变型）黄体、白眼、短翅 灰体、红眼、长翅（野生型） （y w m / y w m） | （+ + + / + + +）F1 灰体、红眼、长翅（+ + + / y w m） 黄体、白眼、短翅（y w m / Y） 近交Ft 表 型来自雌性杂合体的X染色体上的基因类 型子代个体数灰体、红眼、长翅黄体、白眼、短翅+ + + y w m亲型10871042灰体、白眼、短翅黄体、红眼、长翅+ w my + +单交换1715灰体、红眼、短翅黄体、白眼、长翅+ + my w +单交换543502灰体、白眼、长翅黄体、红眼、短翅+ w +y + m双交换型64合 计3216图5-7 果蝇三点测验从图中数值看出，由于8种表型比例各不相等，可推测这3对基因不是独立遗传的，应位于一对染色体上，因而可分别计算它们之间的交换率。在实际计算时，每次只计算任两对基因间的交换率，第3对基因暂不考虑（若计算更多对基因间的交换率时，同样采用先计算其中任2对基因间的交换率，其他基因暂不考虑）。那么这3 对基因间的交换率分别是：R（y-w）= R（w-m）= R（y-m）= 从这3个数据可知，基因y和m相距最远，在计算基因y和m间的交换率时，双交换型（图5-8）却没计算在内。但在分别计算R（y-w）和R（w-m）时，却把双交换型都计算在内了。所以必须对R（y-m）进行校正。校正值=2双交换率= 即，基因y和m间实际交换率 = 33.5% + 0.6% = 34.1%，二者间的图距为34.1m.u。正好与y-w（1.3m.u）和w-m（32.8m.u）之和相等。因此这3个基因在染色体上的相对位置是： y w m | 1.3 32.8在此例中，F2代中出现了8种表型，表明发生了双交换，可分别计算交换率，然后用校正值去弥补相距最远的两个基因间的图距。但是，某些3点测验却不出现双交换型，即只有6种表型，那么就可利用单交换I和单交换直接求3对某因间交换率和图距。例：果蝇的X染色体上有3个突变基因：棘眼（ec）、胸部缺刚毛（sc）、翅上缺横脉（cv），Y染色体没有对应的基因。用棘眼品系与缺刚毛、缺横脉品系杂交后，Fl 雌蝇与棘眼、缺刚毛、缺横脉雄蝇测交，所得结果如图5-9。求：（1）这3对基因间的交换率各是多少？（2）绘出这3对基因间的连锁图P 棘眼 缺刚毛 缺横脉ec + + + sc cv ec + + | Y F1 野生型 棘眼、缺刚毛、缺横脉 ec + + ec sc cv + sc cv | Y |近交棘眼 缺刚毛、缺横脉 棘眼、缺刚毛 缺横脉 缺刚毛 棘眼缺横脉 总计ec + + + sc cv ec sc + + + cv + sc + ec + cv810 828 62 88 89 103 1980图5-9 果蝇3对基因的遗传注：基因顺序是随机排列的，不一定正确，必须经计算才能确定。Y代表Y染色体解：从图中数据可直接求出3对基因间的交换率分别是： R（ec-sc）=（62+88）/1980100% =7.6% R（sc-cv）=（62+88+89+103）/1980100% =17.3% R（ec-cv）=（89+103）/1980100% = 9.7% 因此，这3对基因的连锁图为： sc 7.6 ec 9.7 cv | | 17.3 |从上两例看到，有的Ft出现双交换型，有的不出现，原因是存在干扰现象。二、干扰和并发率在一对染色体中，一个位置上的一次单交换影响邻近位置上基因交换发生的现象称为干扰或干涉（interference）。干涉的大小常用并发率或并发系数（coefficient of coincidence）表示： 并发率 = （公式5-4）如在果蝇的3个基因y、w、m间实际双交换率为0.3%而理论双交换率= 1.3%32.8% = 0.43%。则，并发率 = 0.3%/0.43% = 0.698这说明在这两个单交换间发生了干扰。干涉和并发率之间的关系是：并发率越小，干涉越大；并发率越大，干涉越小。并发率为1时，表示无干涉，即一个单交换的发生并不影响另一单交换的发生；并发率为0时，表示完全干扰，如果蝇的X染色体上ec、cv、sc三对某因的实验。若并发率大于1，表明是负干扰，即一次单交换的发生，促使附近基因再发生交换的现象，负干扰在病毒等低等生物中常见。三、连锁遗传的实际运算针对所获得的子代结果，其遗传方式究竟是自由组合，还是连锁交换，必须用重组率而求得。由于在上节中已阐述了两对基因的实际运算，下面着重探讨3对或3对以上基因的测交结果的分析。13对基因都是自由组合（或独立遗传），无基因互作AABBCCaabbcc F1 AaBbCcaabbcc Ft表型：ABC : ABc : AbC : Abc : aBC : aBc : abC : abc =1 : 1 : 1 : 1 : 1 : 1 : 1 : 12两对基因完全连锁，一对基因自由组合例：已知A-B间完全连锁，C基因独立遗传。求：杂合体AB/ab Cc 产生的配子种类和比例（或测交后代的表型种类和比例）如何？解： AB/ab 这两对基因杂合体只产生2种配子：AB : ab，比例为：1 : 1。而 基因C-c分离后，均可与这2种配子自由结合， 该3杂合体产生的配子种类和比例为：AB/ab Cc Ft：ABC : ABc : abC : abc = 1 : 1 : 1 : 1 3两对基因不完全连锁，一对基因自由组合例：已知A-B间相距20m.u，C基因独立遗传。求：杂合体AB/ab Cc产生的配子种类和比例（或测交后代的表型种类和比例）如何？解： AB/ab 这两对基因杂合体产生的4种配子及比例为：AB : ab : Ab : aB = 4 : 4 : 1 : 1。而 基因C和c均可与这4种配子自由结合 该3杂合体产生的配子种类和比例为： AB/ab Cc Ft：ABC : ABc : abC : abc : AbC : Abc : aBC : aBc = 4: 4: 4 :4: 1 : 1 : 1 : 1 : 143对基因均连锁，并发率为0 例：某3基因间的顺序是：A-B-C，假设A-B相距20m.u；B-C相距10m.u，且这3对基因间的并发率为0。问：3对基因杂合体ABC/abc所产生的配子种类和比例如何？解： 并发率为0时，表明完全干扰，不存在双交换型则 R（A-B）= 20% 由此产生的两种配子种类和比例为：Abc + aBC = 20%，各占10%R（B-C）= 10% 由此产生的两种配子种类和比例为：ABc + abC = 10%，各占5%而 亲型配子 = ABC + abc = 1 20% 10% = 70%，各占35% ABC/abc 配子：ABC : abc : Abc : aBC : ABc : abC = 7 : 7 : 2 : 2 : 1 : 153对基因均连锁，有并发率例：某3基因间的顺序是：A-B-C；A-B间交换率为20%，B-C间交换率为10%，并发率为0.6，求：ABC/abc 3杂合体所产生的配子种类和比例怎样？解：对于3基因来说，若有并发率，表明有双交换发生，那就应先求出实际双交换率和双交换型配子，然后分别计算2种单交换各产生的2种交换型配子，最后再计算亲型配子所占的概率。依公式5-4，得：实际双交换率 = 理论双交换率 并发率 = 20%10%0.6 =1.2% 两种双交换型配子：AbC + aBc = 1.2% 各占0.6% R（A-B）= 20% 在A-B间发生交换后产生的两种配子为：Abc + aBC =20% 1.2% = 18.8%，各占9.4% R（B-C）= 10% 由此产生的两种配子种类和比例为：ABc + abC = 10% 1.2% =8.8%，各占4.4%亲型配子 = ABC + abc = 1 18.8% 8.8% =71.2% 各占35.6% ABC/abc 配子：ABC : abc : Abc : aBC : ABc : abC : AbC: aBc = 35.6 : 35.6 : 9.4 : 9.4: 4.4 : 4.4 : 0.6 : 0.6上述内容都是3对基因杂合体测交结果的分析。在自交情况下，以公式5-3计算出自交后代中任两对基因间的重组率：若重组率在50%左右，可判定这2对基因属于自由组合遗传；若重组率大于60%时，表明这2对基因属于连锁遗传，而且亲本组合是相引组，交换率= 1 所得的重组率；若重组率小于40%时，表明这2对基因的亲本组合是相斥组，所得的重组率就是这2对基因间的交换率。四、连锁群和连锁遗传图1连锁群（linkage group）利用基因定位，可以确定许多基因于同一染色体上的具体位置，那么，位于同一染色体上的所有基因称为一个连锁群。现已知生物的连锁群数等于该物种单倍体染色体数。在深入研究过的生物中，都证实了这一理论。如玉米、水稻、豌豆的2n染色体数分别是：20、24、14；它们的连锁群数则是：10、12、7。大肠杆菌是单倍体生物，只有一个环状的染色体，连锁群是1。在动物体内，由于存在着性染色体，X和Y染色体所带的基因不同，所以有两性分化的动物连锁群数等于单倍体染色体数加上1，如人、小鼠、黑腹果蝇的染色体数分别是：46, XY、38, XY、8, XY；连锁群数分别是24、20、5，见表5-3。表 5-3 几种生物染色体对数和连锁群数目物种名称染色体对数（或单倍体染色体数）已确定的连锁群数玉米番茄豌豆红色面包霉果蝇101277410127752连锁遗传图（linkage map）一条染色体的多个基因按一定顺序、间隔一定距离作线性排列的位置图称为连锁图或遗传学图。在绘制连锁图时应注意以下几点：（1）利用基因定位的方法，把多个连锁基因标定在同一条直线上，最外端的一个基因可作为原点（O），其他基因依其顺序下排，其距离逐渐累加。（2）当某条染色体的遗传学图绘好后，又发现了新的连锁基因，可以在连锁图上标定补充基因位置。如果新发现的基因位于原点之外，可把原点让给新基因，而其余位点的基因作相应地移动。（3）虽然两基因间的实际交换率不会达到50%，但在连锁图上，两基因间的相对距离可超过50个图距单位，这是多次实验多个基因间图距相加的结果。目前已绘制了多种生物的连锁图，图5-10、5-11为果蝇和玉米的连锁图。第四节 人类的遗传分析关于人类的基因定位不能采用其他生物基因的定位方法，原因是：不能直接用人体做试验，只能依据统计值进行分析，误差很大；后代个体数少，性状的分离比难以确定。所以直到1967年，在常染色体仅定位了5个基因，确立了3个连锁群，而且没有一个连锁群与特定的染色体相联。后来人们开始利用体细胞培养和杂交技术进行基因定位，以后又结合了分子原位杂交技术，才使人类的基因定位得以迅速发展。一、系谱分析法在早期的人类遗传学研究中，确定基因属于哪个染色体一般都通过系谱分析法。由于女性有两个X染色体， 男性有一个X染色体和一个Y染色体，Y染色体上很少存在与X染色体上相应的等位基因（也就是说对于X连锁基因来讲，男子是半合体）。因此男性患者的X连锁致病基因必然来自母亲，以后又必定传给女儿。这种遗传方式称为交叉遗传。如果在一个家系中外祖父是某种疾病的患者，母亲的表现型是正常的，外孙中有半数是患者，就可以断定有关的隐性致病基因是在X染色体上。如红绿色盲基因便是在1911年通过系谱分析最早发现的人的性连锁基因。根据系谱分析，一般只能判断基因位于性染色体上还是在常染色体上，但却不能进一步判断它究竟位于哪一个常染色体上。二、体细胞杂交定位法1体细胞杂交（somatic cell hybridization）体细胞杂交又称体细胞融合（somatic cell fusion），是指将两种基因型不同的体细胞融合成一个细胞的过程，这种融合后的细胞又称为杂种细胞，它兼有两种细胞的染色体。如果把人的体细胞和小鼠细胞的悬浮液混合在一起，再加上经紫外线处理的仙台病毒（Sandai virus，该病毒有几个附着点，能同时把两个细胞融合在一起），当两种细胞靠近后，细胞膜先融合，形成在一个细胞内同时含有两个细胞核的异核体（heterocryon）。接着异核细胞中的两个核再融合，成为杂种细胞。并继续分裂形成无性细胞系，即杂种细胞系（cell line of hybrid，图5-12）。2杂种细胞的选择和特点为了分离出杂种细胞，常用HAT选择法。在此方法中，小鼠细胞株是胸腺嘧啶核苷激酶缺陷型（TK）；人的体细胞株是次黄嘌呤鸟嘌呤磷酸核糖转移酶缺陷型（HGPRT）。由于这两种酶相对应的嘧啶和嘌呤核苷酸的代谢影响都不大，故两种细胞都可在完全培养基中生长，若在含有次黄嘌呤（H）、氨基喋呤（A）、胸腺嘧啶核苷（T）的HAT选择培养液中，上述亲本细胞都无法生存，只有融合后的杂种细胞才能生长，因此可有效地选择出杂种细胞。杂种细胞在最初几代中，包含两种亲本细胞的全部染色体，但在以后的繁殖过程中，人类的染色体逐渐丢失减少，最后仅剩下一至数条人类染色体，而小鼠的染色体却不丢失。这种杂种细胞系可稳定繁殖，形成不同类型的无性繁殖系。它们可直接用于基因定位。由于人和小鼠的大部分染色体的形态不尽相同，在显微镜下很易识别。这样就不难鉴定和检查杂种细胞染色体的组成和丢失情况。3人类基因定位的方法（1）同线法在各种杂种细胞系中，除保留小鼠的全部染色体外，还有一至几条人类染色体，就可根据某一基因产物与某条染色体的同时存在或同时消失的现象，来判断人类某一基因是否位于该染色体上，这种方法称为同线法（表5-4）。表5-4 同线法进行人体基因定位人体基因与染色体 杂种细胞系A B C D E 基因或基因产物opqr+ + + + + + + + + 染色体序号123 + + + + + +表5-4指出，合成某种产物或酶的基因o和q在不同的杂种细胞系中同时出现，同时消失，表明二者是连锁的，而且这两个基因与2号染色体也是呈同线关系，说明基因o和q 位于2号染色体上。同理，基因p一定位于1号染色体上，基因r的所属关系尚待确定。（2）划区法利用染色体结均的变异，确定人类某个或某些基因在染色体的特定区域内，这种方法称为划区法（图5-13）。如用电离射线（如X射线，射线等）照射人类细胞株，使两条染色体之间发生易位（一条染色体的某一区段易接到另一条非同源染色体上的现象），如X色体和14号染色体间发生易位。然后，将已易位染色体的人类细胞与小鼠细胞杂交，获得各种无性细胞系，它们所带的人类染色体各不相同。随后再分析这些无性细胞系所产生的酶，就可进行基因定位。从图5-13中可看到，A细胞克隆含有两条人类染色体，有4种酶；B细胞克隆只有带易位片段的14号染色体，有3 种酶。而这3种酶的基因原来位于X染色体的长臂末端，易位给14号染色体后，B细胞克隆就有了这种酶，这说明3种酶的基因位于X染色体长臂末端。根据C细胞克隆的表现，同理说明Np基因位于14号染色体长臂末端。利用这些方法已定位了很多基因（图5-14）。三、分子原位杂交法在分子生物学研究中，现常用核酸分子杂交技术来鉴定不同来源DNA的碱基排列顺序是否相同。方法是：把已知碱基顺序的RNA用放射性元素（如32P）标记，作为探针（probe），使之与未知碱基顺序的DNA单链（变性所得DNA单链）在溶液中同时退火（annealing），然后用放射自显影，去检查有放射性的染色体的位置。如果RNA的碱基顺序与DNA的某一区段能够互补，就可以得到部分双链的RNA-DNA杂交分子。这种分子杂交技术既可用于确定RNA与DNA之间，也可用于DNA与DNA之间的互补性。通过上述方法发现定位了人类许多基因，如18S和28S的rRNA基因位于近端着丝粒染色体（D组的13、14、15号和G组的21、22号染色体）的短臂上，而且主要是在随体的柄上。至于5S rRNA 的基因则位于一号染色体长臂的远端上。珠蛋白链的基因位于2号染色体长臂，链基因位于4号染色体长臂上。第五节 连锁和交换定律的意义一、理论上的意义连锁遗传的发现，进一步证实了染色体是控制性状遗传的基因的载体，而连锁对于生命的延续是十分必要的，因为一个细胞中有许多基因，如果它们全部分散，很难设想在细胞分裂过程中可使每个子细胞都准确地获得每一个基因。交换对于生物的进化有重要意义，它可以使配子中的基因组合更加变化无穷，从而带来生物个体间的更多的变异，为自然选择提供更大的可能性。二、育种实践中的应用1利用基因间的紧密连锁，可大大简化育种工作的手续和工作量如大麦的抗秆锈病基因T和抗散黑穗病基因（Un）是紧密连锁的，都位于1号染色体上，相距很近。在大麦抗病育种中，用一个丰产品种与一个兼有两种抗性的品种杂交，在后代选择时，只要鉴定一种抗性，基本上可同时选得另一种抗性的个体，所以用一种技术得到两种结果。2根据已知基因间的连锁关系，可以合理安排杂交后代种植的群体例：已知水稻抗稻瘟病基因（P）与晚熟基因（L）都是显性，且它们是连锁遗传关系，交换率为2.4%。如果一个品种抗病、晚熟，另一个品种染病、早熟，让这两个品种杂交，计划在F3 选出抗病、早熟的5个纯合株系（PP11），那么，在F2 中至少要安排多大群体?解：按亲本组合讲，Fl 的基因型应是：PL / pl，要推测 F2中所需类型出现的频率，必须先推算Fl 产生的配子种类和比例。 交换率为2.4%则 杂合体产生的4种配子及比例为：PL : Pl : pL : pl = 48.8 : 1.2 : 1.2 : 48.8。 F2 的基因型及频率见表5-4。表5-4 水稻两种性状的连锁遗传 48.8 PL 1.2 Pl1.2 pL48.8 pl48.8 PL2381.44 PPLL58.56 PPLl58.56 PpLL2381.44 PpLl1.2 Pl58.56 PPLl1.44