第七章真菌遗传179-188.doc

189第七章 真菌遗传第七章 真菌遗传（子囊菌的遗传分析）教学目的掌握着丝粒作图和重组作图方法。了解准性生殖有丝分裂作图。了解基因转变的内容。学习指导一些真菌和单细胞藻类，每个减数分裂形成的四分子都被包含在一个囊状结构中，很容易被分离出来，从而可以对每个减数分裂的产物进行分析。对于遗传学研究来说，统计分析单个减数分裂结果是极为方便的。因为，在以二倍体世代为主的高等动植物的遗传学研究中，我们通常采用测交（或自交）后代群体分析，推知杂合体产生的配子的类型。子囊菌可以直接观察到一个减数分裂的结果，对于了解减数分裂结果的基因或染色体组成，是二倍体世代为主的动植物不可能做到的。如：AABBaabb，若AB为独立遗传，杂合体AaBb产生四种类型的配子，高等生物要通过测交后代群体的表型统计才能推知产生四种类型的配子且比例相同；而子囊菌后代只出现两种类型的子囊，AB AB ab ab或Ab Ab aB aB。若为不完全连锁遗传，高等生物测交后代仍有四种表型，只是比例不符合1:1:1:1的比例；而子囊菌遗传分析中，子囊出现不交换的AB AB ab ab类型；发生交换的减数分裂产生Ab Ab aB aB；AB Ab aB ab类型子囊。基本概念准性生殖（parasexuality）：不通过减数分裂而导致基因重组的一种生殖方式，常见于霉菌中。其过程包括异核体的形成、双倍体的形成，以及体细胞交换和单元化。异核体（heterokaryon）：形态上没有区别的，但在遗传配合性上可能有区别的两个亲本体细胞的菌丝联结形成的细胞。异核体中来自不同菌丝细胞的细胞质融合，但核不融合。单元化（dediploidization）：真菌异核体形成的二倍体产生非整倍体或单倍体的过程。四分子（tetrad）：一次减数分裂产生的四个子细胞称为四分子。顺序四分子（ordered tetrad）：像链孢霉产生的四分子，减数分裂产生的4个子细胞（四分子）依次排列在子囊内，这种四分子称为顺序四分子。非顺序四分子（unordered tetrad）：像酵母产生的四分子，减数分裂产生的四分子在子囊内没有特定的顺序，这种四分子称为非顺序四分子或无序四分子。又如衣藻。四分子分析（tetrad analysis）：对四分子进行的遗传分析，包括通过着丝粒作图、重组作图进行基因定位。第一次分裂分离（first-division segregation）：位于同源染色体上的等位基因在减数第一次分裂时，随同源染色体分别分配到子细胞中的现象。第二次分裂分离（second-division segregation）：位于同源染色体上的等位基因在减数第一次分裂时，与同源非姊妹染色单体在着丝粒之间发生交换，一条染色体的两条姊妹染色单体分别带有等位基因，在减数第二次分裂姊妹染色单体分开时，等位基因伴随染色单体分配到子细胞中去的现象。着丝粒作图（centromere mapping）：以着丝粒与基因之间的交换率为相对距离进行基因作图的方法。四分子重组作图（tetrad recombinant mapping）：根据子囊菌产生的子囊类型分别求出连锁基因的重组率进行基因定位的方法。本章主要内容第一节 酵母的遗传分析非顺序四分子分析一、一对等位基因（相对性状）的遗传分析等位基因Aa位于同源染色体上，减数分裂的结果，A、a子囊孢子呈2：2的分离比。 或：二、两对等位基因（相对性状）的遗传分析1两对等位基因独立遗传若Aa、Bb分别位于两对同源染色体上，则会出现四种子囊孢子，有一个子囊中含有两种亲型孢子的亲二型（PD）子囊，含有两种非亲型孢子的非亲二型（PD）子囊和四种子囊孢子的四型（T）子囊三种子囊型。特点：亲二型子囊数与非亲二型子囊数比例相近，远大于四型。PD(亲二型)：或：NPD（非亲二型）：或：T（四型）：或：2两对等位基因连锁遗传特点：亲二型子囊数远大于非亲二型子囊数。若两对等位基因位于同一条染色体上，AB连锁，ab连锁，则减数分裂形成3种类型的子囊。（1）不发生交换亲二型（PD）（2）AB之间发生单交换四型（T） 1/2的子囊孢子为重组型AB之间发生一次交换后，其中一条染色单体再与其姊妹染色单体发生交换（没有表现，不计）（3）AB之间发生四线交换非亲二型 NPD a-b之间发生两次交换因此，AB之间的重组率：Ra-b=第二节 链孢霉的遗传分析一、顺序四分子分析和着丝粒作图在顺序四分子中，形成的四分子呈直线排列。若同源染色体的着丝粒分别用Oo表示，则顺序四分子为：或1顺序四分子分析顺序四分子的子囊中，子囊孢子严格对称，显示出减数分裂的过程，通过顺序四分子，可以直接观察一次减数分裂的结果。子囊中子囊孢子的顺序表现了减数分裂的中期染色体排列方向、后期染色单体分离方向，可依据不同的四分子出现的频率来测定基因的连锁关系；可以以着丝粒为一个座位计算基因与着丝粒之间的重组率，由此进行基因定位。例如：基因型为A,a的两个链孢霉（为两种接合型）杂交后，合子为Aa型，合子减数分裂时，染色体首先复制形成子染色体：基因A,a的分离情况则有两种：第一次分裂分离和第二次分裂分离第一次分裂分离：等位基因A,a在减数分裂时就分离，分别位于不同的子细胞中，这种情况称为第一次分裂分离。如下图所示。或第二次分裂分离：即等位基因A，a在减数第一次分裂前期，与着丝粒之间发生交换，在减数第一次分裂完成时没有分离，一条染色体的两条染色单体分别携带等位基因Aa，在减数第二次分裂时Aa随子染色体的分离时才发生分离，因此称为第二次分裂分离： 即：AaAa 或： 即：aAAa 以及AaaA aAaA第二次分裂分离产生的4个四分子中，必定有2个四分子为交换型四分子。2着丝粒作图着丝粒作图以着丝粒与基因之间的交换率为相对距离进行基因作图的方法。在连锁交换规律中，我们定义交换型的配子数占总配子数的百分率为交换率。由于子囊孢子同配子一样，都是减数分裂的结果。因此，着丝粒与基因之间的交换率为：交换率=在交换型的子囊里4个子囊孢子中，有2个子囊孢子是交换型，另外2个是未交换型的。若统计时以子囊为单位，则交换的子囊孢子数为=交换的子囊数4因此，交换率=例：链孢霉有一赖氨酸营养缺陷型，其特点是在基本培养基上发育迟缓，在野生型子囊孢子发育成熟呈现黑色时，缺陷型还未成熟而呈灰色。野生型与赖氨酸营养缺陷型杂交得到的子囊情况如下：+-105 -+129 +-+-9 -+-+5 +-+10 -+-16则发生了交换的四分子数为（9+5+10+16）4=404总四分子数为：（105+129+9+5+10+16）4=2744交换率=7.3%因此可以根据交换率进行基因定位，即基因与着丝粒的相对位置和距离。3着丝粒作图与连锁交换规律的关系着丝粒作图是同连锁交换规律的两点测验一致，一次观察的是两个位点，一个是着丝粒，一个是基因。若用C代表着丝粒，则：后代为：CA,Ca,cA,ca AaAa CA,Ca,ca,cA AaaA Ca,CA,ca,cA aAaA Ca,CA,cA,ca aAAa不同的是，两点测验测交后代通过表型组合观察出交换型配子，而着丝粒作图的子囊排列顺序则可直接反映出交换型的孢子。二、链孢霉的重组作图当着丝粒作图同时观察两个基因时，则同三点测验相似。进行遗传分析时分两步进行：一是求出着丝粒与基因间的重组率，二是求基因之间的重组率。着丝粒与基因间的重组率的求解见着丝粒作图，基因之间的重组率求法与酵母的重组作图一致。如观察n a两个连锁基因的重组，若亲本型为：+ a与n +，则合子为：+a/n+（1）未发生交换：若只观察n a两个基因的组合，则基因型可表示为 +a +a n+ n+，为亲二型PD。这里，PD、NPD、T型，均指孢子囊类型，不代表分离型。（2）若n-a之间发生四线交换 得 + + na na 为非亲二型 NPD（3）若只有n-a之间一次交换 得 + +a n+ na 为四型 T（4）若着丝粒与n，n与a之间同时发生交换 得 +a na + n+ 为四型 T（5）若着丝粒与n之间交换 得 +a n+ +a n+ 为亲二型 PD（6）若着丝粒与n，n与a之间发生双交换，n与a之间发生一次单交换 得 + na + na NPD（7）若发生三线交换 得 + na +a n+ 为四型 T这七种情况可汇总成下表：子囊型（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）四分子基因型顺序+ ad+ adnic +nic + + +nic adnic ad+ + adnic +nic ad+ adnic ad+ +nic + adnic + adnic + +nic ad+ +nic ad+ +nic ad+ adnic +分离时期M1M1M1M1M1M2M2M1M2M2M2M2M2M2四分子类别PDNPDTTPDNPDT实得子囊数80819059015首先分别求出两个基因与着丝粒间的交换率着丝粒与nic之间的交换率Rfnic= =5.05%着丝粒与ad的之间的交换率Rfad=9.3%然后求nic和ad之间的交换率（同酵母的重组率计算方法）Rfnic-ad=5.2%由此可知，nic和ad同处于着丝粒的一侧，ad离着丝粒较远。由于ad基因M2型中，存在着丝粒与ad基因之间发生双交换的情况，因此，着丝粒与ad基因之间的交换率宜用着丝粒与更靠近着丝粒的基因nic之间的交换值加上nic和ad两个基因之间的交换值。因此，着丝粒与ad之间的交换值为：Rfad=5.05%+5.2%=10.25%因此，可以作出连锁图习 题1简要介绍链孢霉重组作图方法。2从酵母菌+bc和a+的杂交结果，判断这三个基因是否连锁。如果连锁则计算图距。(10分)四分体成分 子囊数 四分体成分 子囊数 2+c，2ab+ 407 2+bc，2a+ 395 1+bc，1+b+，la+c，la+ 104 1+c，1+，1abc，lab+ 91 2+b+，2a+c 1 2+，2abc 13简述如何进行子囊菌的基因定位，即测定基因的独立，连锁，顺序距离，如果四合子的分析得出PD：NPD:T 19:15:18，则这两因子在同一染色体上或不同染色体上。(20分)4测定一个单倍体染色体上三个基因(a，b，c)的排列，可进行三次杂交，每次测定两个基因杂交，即：杂交子代重组体杂交重组体X杂交a+b+aba+b+ ab a+b ab+X30Y杂交a+c+aca+c+ ac a+c ac+Y10Z杂交b+c+bcb+c+ bc b+c cb+Z25请根据重组体比率，确定三个基因(a,b,c)在染色体上的排列顺序(10分)。5某一霉菌，具相同表型的突变株有a，b，c，d，e，f等，如何证明，这些突变有的是属于等位基因，有的是非等位基因，有的是拟等位基因。(15分)6一个需要腺嘌呤（ad）和色氨酸（try）才能生长的脉孢菌品系与一个野生型品系杂交，产生下列子囊类型：（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）ad tryad try+ + +ad +ad + try+ tryad tryad + try+ +ad try + tryad + +ad try+ +ad try+ +ad + tryad + tryad try+ + tryad +497312812问：（1）着丝粒与ad和try的距离是多少？（2）这两个基因是否连锁？如果有连锁，画出连锁图。参考答案1答：链孢霉重组作图涉及三个位点：两个基因，一个着丝粒。链孢霉重组作图可以分为两部分内容，一是着丝粒作图（求基因与着丝粒之间的重组率），一是求两个基因之间的重组率。基本过程如下：（1）求基因与着丝粒之间的重组率按照着丝粒作图的步骤，用公式重组率=100%求出。（2）求两个基因之间的重组率按照非顺序四分子求交换律的步骤，用公式重组率=求出。（3）通过比较三个重组率的大小确定三个位点的排列顺序。（4）各基因之间交换率确定：相邻的两个位点之间的重组率是其交换率，中间隔着一个位点的两个位点之间的交换率等于两侧位点与中央位点之间的重组率之和。2解：子囊类型： ab ac bc 2+c，2ab+ 407 NPD PD NPD 2+bc，2a+ 395 PD PD PD 1+bc，1+b+，la+c，la+ 104 PD T T 1+c，1+，1abc，lab+ 91 NPD T T 2+b+，2a+c 1 PD NPD NPD 2+，2abc 1 NPD NPD PD重组率：Rf(a-b)=(NPD+1/2T)/总子囊数=407+91/（407+395+104+91+1+1）=407/999=0.50Rf(a-c)=（1+1+（104+91）/2）/999=0.10Rf(b-c)=407+1+(104+91)/999=0.50所以，ac连锁，图距为10；b独立遗传。3解：同时观察两对等位基因遗传，会出现四种子囊孢子，三种子囊类型，有一个子囊中含有两种亲型孢子的亲二型（PD）子囊，含有两种非亲型孢子的非亲二型（NPD）子囊和四种子囊孢子的四型（T）子囊三种子囊型。特点：(1)若两个基因独立遗传，即两个基因分别位于两对同源染色体上，则PD型子囊数与NPD型子囊数比例相近，远大于T型。(2)若AB基因连锁遗传，PD型子囊数远大于NPD型子囊和T型子囊数。从结果看，PD型子囊数与NPD型子囊数接近，也与T型子囊数接近，因此为独立遗传，说明这两个因子在不同染色体上。4解：由于ab之间的重组率大于ac、bc之间的重组率，因此，ab基因在这三个基因中位于两侧，c基因则位于中间。由于ab相