遗传学：朱军第三版：第05章 连锁遗传和性连锁ppt课件.pptVIP

第五章连锁遗传和性连锁P92 位于一对同源染色体上的非等位基因间的遗传关系以及性染色体上基因的遗传 连锁遗传理论的由来 根据遗传的染色体学说与独立分配规律 位于非同源染色体上的非等位基因遗传时独立分配 如果有一些基因位于同一染色体上 必然会出现非独立分配的现象 否则单位性状的数目 基因对数 就不能超过细胞内染色体对数 n 连锁遗传理论的由来 W Bateson 1906 在香豌豆两对相对性状杂交试验中发现连锁遗传 linkage 现象 T H Morganetal 1910 托马斯 亨特 摩尔根 以果蝇为试验材料进行深入细致的研究 提出连锁遗传规律 遗传学第三规律 以及连锁与交换的遗传机理 创立基因论 theoryofthegene 认为基因成直线排列在染色体上 进一步发展为细胞遗传学 第一节连锁与交换P92第二节交换值及其测定P97第三节基因定位与连锁遗传图P98第四节真菌类的连锁与交换 遗传分析 P104第五节连锁遗传规律的应用P105人类染色体作图染色体遗传机制在理论上和实践上的意义第六节性别决定与性连锁P107染色体学说的直接证据 第一节连锁与交换Section5 1LinkageandCrossingOver 一 连锁遗传现象P92二 连锁遗传的解释P93三 完全连锁与不完全连锁P94四 交换与不完全连锁的形成P95五 重组型配子的比例六 连锁与交换的细胞学证据 一 连锁遗传现象 1906年 英国学者贝特森 Bateson 和潘耐特 Pannett庞尼特 花的颜色和花粉粒的形状 一 香豌豆 Lathyrusodoratus 两对相对性状杂交试验花色 紫花 P 对红花 p 为显性 花粉粒形状 长花粉粒 L 对圆花粉粒 l 为显性 1 紫花 长花粉粒 红花 圆花粉粒2 紫花 圆花粉粒 红花 长花粉粒 组合一 紫花 长花粉粒 红花 圆花粉粒 结果 F1两对相对性状均表现为显性 F2出现四种表现型 F2四种表现型个体数的比例不符合9 3 3 1两亲本性状组合类型 紫长和红圆 的实际数高于理论数 而两种新性状组合类型 紫圆和红长 的实际数少于理论数 组合一 紫花 长花粉粒 红花 圆花粉粒 组合二 紫花 圆花粉粒 红花 长花粉粒 结果与第一个试验情况相同 二 连锁遗传现象P93杂交试验中 原来为同一亲本所具有的两个性状 在F2中不符合独立分配规律 而常有连在一起遗传的倾向 这种现象叫做连锁 linkage 遗传现象 相引相 couplingphase 与相斥相 repulsionphase 二 连锁遗传的解释P93 为什么F2不表现9 3 3 1的表现型分离比例 一 每对相对性状是否符合分离规律 二 非等位基因间是否符合独立分配规律 三 摩尔根等的果蝇遗传试验 四 连锁遗传现象的解释 试验结果是否受分离规律支配 第一个试验 紫花 红花 3 1长花粉 短花粉 3 1 第二个试验 紫花 红花 3 1长花粉 短花粉 3 1 以上结果都受分离规律支配 但不符合独立分配规律 F2不符合9 3 3 1 则说明F1产生的四种配子不等 可用测交法加以验证 因为测交后代的表现型种类及比例就是F1配子的种类及其比例的具体反映 一 每对相对性状是否符合分离规律 二 两对相对性状自由组合 测交法 测定杂种F1产生配子的种类和比例赫钦森 C B Hutchinson 1922 玉米测交试验P95用玉米研究基因连锁的好处P97籽粒颜色 有色 C 无色 c 籽粒饱满程度 饱满 Sh 凹陷 sh 相引相测交试验 相斥相测交试验 试验结果分析 F1产生的四种类型配子比例不等于1 1 1 1 亲本型配子比例高于50 重组型配子比例低于50 亲本型配子数基本相等 重组型配子数也基本相等 测交 相引相 测交 相斥相 三 摩尔根等的果蝇遗传试验P93 1926年发表 基因论 TheTheoryoftheGene 专著 提出基因在染色体上呈直线排列 果蝇 Drosophilamelanogaster 眼色与翅长的连锁遗传 眼色 红眼 pr 对紫眼 pr 为显性 翅长 长翅 vg 对残翅 vg 为显性 相引相杂交与测交相斥相杂交与测交结果 F1形成四种类型的配子 但比例显然不符合1 1 1 1 且亲本类型配子明显多于重组型配子 两种亲本型配子数大致相等 两种重组型配子数也大致相等 证实 F1所成的四种配子数不等 两种亲型配子多 两种重组型少 均分别接近1 1 结果 亲本组合 1339 1195 2839 100 89 26 重新组合 154 151 2839 100 10 74 红眼长翅紫眼长翅红眼残翅紫眼残翅总数个数133915415111952839 Ftpr prvg vgprprvg vgpr prvgvgprprvgvg 配子pr vg prvg pr vgprvgprvg F1红眼长翅 紫眼残翅pr prvg vgprprvgvg P红眼长翅pr pr vg vg 紫眼残翅prprvgvg相引相 原来亲本具有的两对非等位基因 Cc和Shsh或pr pr和vg vg 没有独立分配 而是连在一起遗传 如C Sh c sh或pr vg 和prvg常常连系在一起 F1配子中总是亲本型配子 CSh和csh或pr vg 和prvg 数偏多 而重新组合配子 Csh cSh或pr vg和prvg 数偏少 果蝇 相斥相 红眼残翅pr pr vgvg 紫眼长翅prprvg vg F1红眼长翅 紫眼残翅pr prvg vgprprvgvg配子pr vg prvg pr vgprvgprvgFtpr prvg vgprprvg vgpr prvgvgprprvgvg红眼长翅紫眼长翅红眼残翅紫眼残翅总数个数15710679651462335 结果 亲本组合 1067 965 2335 100 87 02 重新组合 157 146 2335 100 12 98 证实F1所成的四种配子数不等 上述结果均说明重组型配子数占总配子数的百分率 50 重组率 交换值 重组型的配子百分数称为重组率 当两对基因为连锁遗传时 其重组率总是 50 因为相引组或相斥组中的一对同源染色体的四条非姐妹染色单体 两个基因之间的染色体区段内仅有两条非姐妹染色单体发生交换 crossingover P94 因此重组型配子的数目只是少数 四 连锁遗传现象的解释 连锁遗传规律 连锁遗传的相对性状是由位于同一对染色体上的非等位基因间控制 具有连锁关系 在形成配子时倾向于连在一起传递 交换型配子是由于非姊妹染色单体间交换形成的 连锁遗传 是指在同一同源染色体上的非等位基因连在一起而遗传的现象P94 控制果蝇眼色和翅长的两对非等位基因位于同一同源染色体上 即 相引相中 pr vg 连锁在一条染色体上 而prvg连锁在另一条染色体 杂种F1一对同源染色体分别具有pr vg 和prvg 四 连锁遗传现象的解释 生物性状很多 控制这些性状的基因自然也多 而各种生物的染色体数目有限 必然有许多基因位于同一染色体上 引起连锁遗传的问题 连锁 若干非等位基因位于同一染色体上而发生连系遗传的现象 完全连锁 位于同源染色体上的非等位基因之间不能发生非姐妹染色单体之间的交换 F1只产生两种亲型配子 其自交或测交后代个体的表现型均为亲本组合 三 完全连锁和不完全连锁P94 1906年贝特生等在香豌豆中首次发现连锁遗传的现象以后不久 摩尔根等用果蝇为材料进行研究 结果证明 具有连锁遗传关系的一些基因就是位于同一染色体上的那些非等位基因 P95摩尔根用灰身长翅的雌果蝇 BBVV 和黑身残翅的雄果蝇 bbvv 进行杂交 然后用F1中的灰身长翅的雄果蝇和黑身残翅的雌果蝇进行杂交 后代中只出现了两种亲本类型 黑身残翅和灰身长翅 三 完全连锁和不完全连锁 完全连锁 completelinkage 完全连锁 completelinkage P95图5 5果蝇的完全连锁 AB ab 不完全连锁 incompletelinkage 不完全连锁 incompletelinkage 不完全连锁 incompletelinkage 不完全连锁 incompletelinkage C Sh基因间的连锁与交换 三 完全连锁和不完全连锁 完全连锁 completelinkage 如果连锁基因的杂种F1 双杂合体 只产生两种亲本类型的配子 而不产生非亲本类型的配子 就称为完全连锁 是指杂种个体在形成配子时 没有发生非姊妹染色单体之间交换的连锁遗传 例如雄果蝇和雌家蚕中通常不发生交换 连锁基因完全连锁 不发生重组 不完全连锁 incompletelinkage 指连锁基因的杂种F1不仅产生亲本类型的配子 还会产生重组型配子 是指杂种个体的连锁基因 在配子形成过程中 同源染色体非姊妹染色单体之间发生了互换的连锁遗传 四 交换与不完全连锁的形成 重组合配子的产生是由于 减数分裂前期I同源染色体的非姊妹染色单体间发生了节段互换 基因论的核心内容 1 同一染色体上的各个非等位基因在染色体上各有一定的位置 呈线性排列 2 染色体在间期进行复制后 每条染色体含两条姊妹染色单体 基因也随之复制 3 同源染色体联会 非姊妹染色单体节段互换 导致基因交换 产生交换型染色单体 4 发生交换的性母细胞中四种染色单体分配到四个子细胞中 发育成四种配子 两种亲本型 两种重组合型 交换型 5 相邻两基因间发生断裂与交换的机会与基因间距离有关 基因间距离越大 断裂和交换的机会也越大 交换 1 交换 同源染色体非姐妹染色单体间基因的互换 2 交换的过程 杂种减数分裂时期 前期I的粗线期 3 根据染色体细胞学行为和基因位置上的变化关系可以说明连锁和交换的实质 在减数分裂前期I 粗线期非姊妹染色单体发生交换 导致在双线期可在二价体之间的某些区段出现交叉 连锁与交换的遗传机理 PF1 复制 同源染色体联会 偶线期 非姊妹染色单体交换 偶线期到双线期 终变期四分体 重组型配子的形成 五 重组型配子的比例 1 尽管在发生了交换的孢 性 母细胞所产生的配子中 亲本型和重组型配子各占一半 但是双杂合体所产生的四种配子的比例并不相等 因为并不是所有的孢母细胞都发生两对基因间的交换 2 P97重组型配子比例是发生了交换的孢母细胞比例的一半 并且两种重组型配子的比例相等 两种亲本型配子的比例相等 重组型配子的比例P96 P96例如 玉米F1的100个孢母细胞中 交换发生在Cc和Shsh相连区段之内的有7个 则重组率为3 5 亲本组合 193 193 400 100 96 5 重新组合 7 7 400 100 3 5 P97 两对连锁基因间发生交换的孢母细胞的百分率 恰是交换配子 重组型配子 百分率的2倍 在全部孢母细胞中 各联会的同源染色体在C与Sh基因之间不可能全部都发生交换 故重组率 50 连锁与交换的细胞学证据 连锁与交换的细胞学证据 连锁与交换的细胞学证据 连锁与交换的细胞学证据 连锁与交换的细胞学证据 第二节交换值及其测定P97Section3 2DeterminingofCrossing overValue 一 交换值的概念P97二 交换值的测定P97三 交换值与遗传距离P98四 影响交换值的因素P98 一 交换值的概念P97 交换值 cross overvalue 也称重组率 重组值 是指重组型配子占总配子的百分率 即 亲本型配子 重组型配子 用哪些方法可以测定各种配子的数目 二 交换值的测定P97 一 测交法测交后代 Ft 的表现型的种类和比例直接反映被测个体 如F1 产生配子的种类和比例 相引相与相斥相的测交结果 C Sh相引相的交换值为3 6 C Sh相斥相的交换值为3 0 二 自交法测交法与自交法的应用比较 自交法的原理与过程 以香豌豆花色与花粉粒形状两对相对性状 P L交换值测定为例 一 测交法P97 以玉米籽粒颜色和形状这两对连锁基因为例 来说明估算交换值的方法 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 相引组求得 重组型配子数 149 152 301总配子数 4032 149 152 4035 8368交换值 301 8368 100 3 6 两种重组配子各1 8 二 交换值的测定P97 C Sh基因间的连锁与交换 香豌豆P L基因间交换值测定 1 设F1产生的四种配子PL Pl pL pl的比例分别为 a b c d 则有 a b c d 1a d b c 二 自交法P97 香豌豆P L基因间交换值测定 2 F2的4种表现型 9种基因型 及其理论比例为 P L PPLL PPLl PpLL PpLl a2 2ab 2ac 2bc 2adP ll PPll Ppll b2 2bdppL ppLL ppLl c2 2cdppll d2 d2 香豌豆P L基因间交换值测定 3 而F2中双隐性个体 ppll 的实际数目是可出直接观测得到的 本例中为1338 其比例也可出直接计算得到 1338 6952 因此有 香豌豆P L基因间交换值测定 4 相斥相的分析 三 交换值与遗传距离 1 非姊妹染色单体间交换数目及位置是随机的 2 两个连锁基因间交换值的变化范围是 0 50 其变化反映基因间的连锁强度 基因间的相对距离 P98两基因间的距离越远 基因间的连锁强度越小 交换值就越大 反之 基因间的距离越近 基因间的连锁强度越大 交换值就越小 三 交换值与遗传距离 3 通常用交换值 重组率来度量基因间的相对距离 也称为遗传距离 geneticdistance P98 通常以1 的重组率作为一个遗传距离单位 遗传单位 图距单位mapunit mu 后人为了纪念现代遗传学的奠基人T H Morgan 将图距单位称为 厘摩 centimorgan cM 1cM 1 重组值去掉 的数值 四 影响交换值的因素P98 1 年龄对交换值的影响老龄雌果蝇的重组率明显下降 2 性别对交换值的影响雄果蝇和雌家蚕的进行减数分裂时很少发生交换 凡是性染色体决定性别的生物 异配性别的个体中一般总是较少发生交换 霍尔丹定律 凡是较少发生交换的个体必定是异配性别个体 J B S Haldane英 生物学及遗传学家 四 影响交换值的因素P98 3 环境条件对交换值的影响高等植物的干旱条件下重组率会下降 而的温度过高或过低的情况下 其重组率会增加 4 交换值的遗传控制交换的发生也受遗传控制 如在大肠杆菌中 recA recA RecA 重组酶 第三节基因定位与连锁遗传图P98 一 连锁分析的方法二 干扰和符合一 基因定位三 连锁遗传图P103二 连锁遗传图 基因定位P98 基因定位 genelocation localization 确定基因在染色体上的相对位置和排列次序 根据两个基因位点间的交换值能够确定两个基因间的相对距离 但并不能确定基因间的排列次序 例 玉米糊粉层有色C 无色c基因 籽粒饱满Sh 凹陷sh基因均位于第九染色体上 且C Sh基因间的交换值为3 6 因此 一次基因定位工作常涉及三对或三对以上基因位置及相互关系 两对基因间的排列次序 根据上述信息可知 C Sh间遗传距离为3 6个遗传单位 但不能确定它们在染色体上的排列次序 因而有两种可能的排列方向 如下图所示 一 连锁分析的方法 基因连锁分析的主要方法 一 两点测验 two pointtestcross 通过三次测验 获得三对基因两两间交换值 估计其遗传距离 每次测验两对基因间交换值 根据三个遗传距离推断三对基因间的排列次序 二 三点测验 three pointtestcross 一次测验就考虑三对基因的差异 从而通过一次测验获得三对基因间的距离并确定其排列次序 两点测验 步骤 1 3 1 通过三次亲本间两两杂交 杂种F1与双隐性亲本测交 考察测交子代的类型与比例 例 玉米第9染色体上三对基因间连锁分析 子粒颜色 有色 C 对无色 c 为显性 饱满程度 饱满 SH 对凹陷 sh 为显性 淀粉粒 非糯性 Wx 对糯性 wx 为显性 1 CCShSh ccshsh F1 ccshsh 2 wxwxShSh WxWxshsh F1 wxwxshsh 3 wxwxCC WxWxcc F1 wxwxcc P99表5 1玉米两点测验的3个测交结果 两点测验 步骤 2 3 2 计算三对基因两两间的交换值 估计基因间的遗传距离 两点测验 步骤 3 3 3 根据基因间的遗传距离确定基因间的排列次序并作连锁遗传图谱 P100C Sh 3 6Wx Sh 20Wx C 22 两点测验 局限性 1 工作量大 需要作三次杂交 三次测交 2 不能排除双交换的影响 准确性不够高 当两基因位点间超过五个遗传单位时 两点测验的准确性就不够高 三点测验 步骤 1 7 2 7 P100 仍以玉米C c Sh sh Wx wx三对基因连锁分析为例 在描述时用 代表各基因对应的显性基因 1 用三对性状差异的两个纯系作亲本进行杂交 测交 P 凹陷 非糯性 有色 饱满 糯性 无色shsh wxwxcc F1及测交 饱满 非糯性 有色 凹陷 糯性 无色 sh wx cshshwxwxcc 2 考察测交后代的表现型 进行分类统计 在不完全连锁的情况下测交后代有多少种表现型 3 按各类表现型的个体数 对测交后代进行分组 4 进一步确定两种亲本类型和两种双交换类型 三点测验 步骤 3 7 4 7 P101表5 8 3 按各类表现型的个体数 对测交后代进行分组 4 进一步确定两种亲本类型和两种双交换类型 三点测验 步骤 3 7 4 7 P101表5 8 凹陷 非糯 有色 饱满 糯性 无色 6708 sh wx在中间 wx sh sh在中间wx c sh c在中间wxc 根据F1的染色体基因型有三种可能性 三点测验 步骤 5 7 5 确定三对基因在染色体上的排列顺序 第 种排列顺序才有可能出现双交换配子 sh sh在中间wx c所以这三个连锁基因在染色体的位置为wxshc关键是确定中间一个基因 一般以最少的双交换型与最多的亲型相比 可以发现只有sh基因发生了位置改变 所以sh一定在中间 P102 三点测验 步骤 5 7 5 确定三对基因在染色体上的排列顺序 用两种亲本型配子与两种双交换型配子比较 P102双交换配子与亲本型配子中不同的基因位点位于中间 如 wxc与shwxc相比只有sh位点不同 因此可以断定sh位点位于wx和c之间 同理 sh 与 相比也只有sh位点不同 也表明sh位点位于wx和c之间 单交换 在三个连锁基因之间仅发生了一次交换 双交换 在三个连锁区段内 每个基因之间都分别要发生一次交换 Ft中亲型最多 发生双交换的表现型个体数应该最少 wxc和sh 为亲型 和shwxc为双交换配子类型其它均为单交换配子类型 基因间排列顺序确定 三点测验 步骤 6 7 6 计算基因间的交换值 由于双交换实际上在两个区域均发生交换 所以在估算每个区域交换值时 都应加上双交换值 才能够正确地反映实际发生的交换频率 凹陷 非糯 有色Shsh 饱满 糯性 无色 wxwxcc 三点测验 步骤 7 7 7 绘制连锁遗传图 Sh位于wx与c之间 wx sh 18 4sh c 3 5wx c 21 9 两个思考问题 1 三点测验考虑到了wx与c之间的双交换值 应该比两点测验得到的遗传距离更大 但事实上变小了 为什么 2 各种方法在各次试验中测定的交换值 遗传距离都不相同 倒底哪一个最能反映基因间的遗传距离 如何选择 三点测验 玉米三对基因三点测交 三点测验 玉米三对基因三点测交 3919 三点测验 玉米三对基因三点测交 就wx c来讲 在这两个基因对之间发生了两次交换 等于不交换 三点试验使我们有可能觉察两边两个基因对之间发生了双交换 三点试验中 两边两个基因对之间的重组值一定等于另外两个重组之和减去两倍的双交换值 本例中 ec ct间的重组值是 10 2 8 4 2 0 1 18 4 三点测验 其他例子 三点测验 其他例子 三点测验的优缺点 1 一个三点测验中 得到的三个重组值是在同一基因型 同一环境下得到的 三个重组值严格地相互比较 2 可以得到双交换的资料 3 三隐性纯合体不易获得或保存 二 干扰和符合 并发率和干涉P102 1 理论双交换值连锁与互换的机理表明 染色体上除着丝粒外 任何一点均有可能发生非姊妹染色单体间的交换 但是相邻两个交换是否会发生相互影响呢 如果相邻两交换间互不影响 即交换独立发生 那么根据乘法定理 双交换发生的理论频率 理论双交换值 应该是两个区域交换频率 交换值 的乘积 例 wxshc三点测验中 wx和c基因间理论双交换值应为 0 184 0 035 0 64 二 干扰和符合 2 干扰 interference P102 测交试验的结果表明 wx和c基因间的实际双交换值为0 09 低于理论双交换值 这是由于wx sh间或sh c间一旦发生一次交换后就会影响另一个区域交换的发生 使双交换的频率下降 这种现象称为干扰 interference 或干涉 一个交换发生后 它往往会影响其邻近交换的发生 其结果是使实际双交换值不等于理论双交换值 为了度量两次交换间相互影响的程度 提出了符合系数的概念 符合系数 coefficientofcoincidence 符合系数也称为并发系数 P102 用以衡量两次交换间相互影响的性质和程度 例如前述中 符合系数 0 09 0 64 0 14符合系数的性质 真核生物 0 1 正干扰 某些微生物中往往大于1 称为负干扰 刘祖洞 图6 27图示第一个交换的发生固定后 第二个交换发生在任意两个非姊妹染色单体间的4种可能性 这4种可能性都可在子囊基因型上区分开来 若第二个交换发生在任意两个非姊妹染色单体间的机会是相等的 那么二线双交换 三线双交换 四线线双交换 1 2 1 三 连锁遗传图 linkagemap P103 连锁遗传图 linkagemap 遗传图谱 geneticmap 定义 存在于同一染色体上的基因 组成一个连锁群 linkagegroup 把一个连锁群的各个基因之间的距离和顺序标志出来 就能形 绘 成连锁遗传图 特点 一种生物连锁群的数目与染色体的对数是一致的 即有n对染色体就有n个连锁群 如水稻有12对染色体 就有12个连锁群 人有23对染色体 共有 个连锁群 人有24个不同的染色体 22 X Y 共计24个连锁群 三 连锁遗传图 linkagemap P103 规则 如果A基因与B基因连锁 B基因与C基因连锁 那么 A基因与C基因连锁 如果A基因与B基因连锁 B基因与C基因不连锁 那么 A基因一定不与C基因连锁 果蝇由于雄体完全连锁 连锁群的测定稳定可靠 摩尔根等在1914年已发现果蝇一共只有4个连锁群 到1942年 在果蝇中至少测定了494个基因 分别属于这4个连锁群中之一 果蝇的4个连锁群 果蝇的4个连锁群 果蝇的4个连锁群 果蝇的4个连锁群 P103图5 9玉米的连锁遗传图 P103图5 9玉米的连锁遗传图 P103图5 9玉米的连锁遗传图 三 连锁遗传图 linkagemap 2 连锁群的数目P103连锁群的数目不会超过染色体的对数 但暂时会少于染色体对数 因为资料积累的不多 3 遗传作图的过程与说明P1041 在图中最上面的号码为染色体号 2 图的一侧是图距 另一侧是基因符号 3 图距的最先端座位为0 但如果再发现有更先端者 则 0点让位给新的基因 其余的基因位置作相应的变动 三 连锁遗传图 linkagemap 4 玉米连锁遗传图中的交换值应该小于50 但图中标志基因之间的距离却有超过50的 P104 1 是累加值 2 两基因间发生了多次交换的关系 要从图上数值知道基因间的重组值 只限于邻近的基因的座位间 或根据作图函数求重组值 三 连锁遗传图 linkagemap 三 连锁遗传图 linkagemap 从图中我们可以看出按Heldane函数作出的曲线 在图距10以内曲线近似直线方程 斜率接近于1 重组率几乎等于交换率 可以直接看作是图距 当图距大于10时线性 此重组率总是小于交换率 不能直接看作为图距 必须加双交换的值予以校正 重组率最大值不可能超过50 无论染色体上两点距离如何大 一次交换只可能发生在同源染色体的两条染色单体之间 另外两条单体并未发生交换 即使是每个初级性母细胞都如此 重组率也只有50 事实上 当重组率达到50 时已是染色体间的自由组合了 基因间的距离与交换值 遗传距离 连锁强度 5 重组值与交换值的关系 第四节真菌类的遗传学分析P104 粗糙链孢霉属于真菌类中的子囊菌 它是遗传分析的好材料 它既有高等生物减数分裂的特点 又有低等生物的特点 1 个体小 长得快 易于培养 一次杂交可产生大量后代 所以统计结果易于正确 检出率10 8 2 进行有性生殖 染色体的结构和功能类似于高等动物 3 孢子体世代 无性世代 是单倍体 基因型可直接在表现型上反映出来 相当于测交 4 一次可分析一个减数分裂的产物 顺序四分子分析 减数分裂的4个产物 呈现有规律的排列 8个子囊孢子中 两个相邻者的基因型一致 可进行着丝粒作图 研究染色单体干涉 基因转变 六种子囊孢子排列方式 原理 1 在四分体中 可以确定着丝粒分离的排列顺序 2 如果基因与着丝粒之间没有发生交换 则该基因与着丝粒同步分离 图示 第一次减数分裂 同源染色体分开 两个异型着丝粒分离 两个异质基因分离 第一次减数分裂分离 指基因的分离 下同 第二次减数分裂 相同的着丝粒分开 相同的基因分开 第二次减数分裂未分离 第一次分裂分离与第二次分裂分离 1 2 两种排列方式 野生型lys 和突变型lys 在AI彼此分离 称第一次分裂分离 firstdivisionsegregation 着丝粒和lys基因位点间不发生非姊妹染色单体交换 因此这两种子囊类型就是非交换型子囊 第一次分裂分离与第二次分裂分离 3 6 四种排列方式 第一分裂产物中野生型与突变型未发生分离 野生型和突变型AII发生分离 称第二次分裂分离 seconddivisionsegregation 着丝粒与基因位点间发生非姊妹染色单体交换 因此这四种子囊均为交换型子囊 第一次分裂分离与第二次分裂分离 3 如果基因与着丝粒之间发生了交换 则该基因与着丝粒的分离不同步 第一次减数分裂 两个异型的着丝粒分离 两个异质基因未发生分离 相同 第一次减数分裂未分离 第二次减数分裂 同型着丝粒分开 异型基因分离 第二次减数分裂分离 4 总结 如果两个基因的分离发生在第一次减数分裂 则基因与着丝粒之间未发生重组 如果两个基因的分离发生在第二次减数分裂 则说明基因与着丝粒之间发生了重组 5 鉴别第一次或第二次减数分裂的分离 可根据8个子囊孢子基因型的排列顺序 非交换型 交换型子囊的形成P105 将着丝点当作一个基因位点看待 计算某基因位点与着丝点间的交换值 估计该基因与着丝点间的遗传距离 称为着丝点距离 P105 链孢霉 Neurosporacrassa 的生活史链孢霉Neurospora是真菌 属于子囊菌纲 在遗传研究上应用极广 这类真菌特别有利之处在于它们一方面行有性生殖 具有跟高等动植物行为相象的染色体 另一方面又象细菌那样有较短的生活周期 链孢霉的有性生殖周期只要10天 能在含碳源和某些无机盐的简单培养基中生长 链孢霉 Neurosporacrassa 是一种丝状真茵 生活史相当复杂 培养的链孢霉是由许多分枝的细丝即菌丝组成的 菌丝由隔壁分成隔 每隔有近百个单倍体核 它们的生殖方式通常是无性的 菌丝体发出气生菌丝 长出无性孢子 叫做分生孢子 有的是单核的小分生孢子 有的是多核的大分生孢子 分生孢子萌发出新的菌丝 有性生殖只有在两个不同交配型菌株一起生长时才会进行 在固体琼脂上 两个菌株都形成许多雌性生殖结构 称为原子囊壳 原子囊壳是菌丝的圆形聚合物 包有特殊的菌丝 向空间伸展成为受精丝 不同交配型的小分生孢子 有时甚至一根菌丝体 与受精丝相接触时就发生受精作用 准备进行融合受精细胞的核移至受精丝下部 进入称为产囊体的特殊菌丝中去 这时细胞核的变化是很复杂的 实际上两种交配型的细胞核都进行分裂 成对的不同交配型的细胞核分到许多产囊菌丝中去 接着在每条产囊菌丝中都发生下列过程 由每种交配型的一个核共同形成子囊原始细胞 这两个核在伸长的细胞中融合成二倍体细胞核 二倍体细胞核立即进行减数分裂 减数分裂的四个产物再进行有丝分裂 在一个子囊中形成四对子囊孢子 同时 其他菌丝形成了一个厚壁包围着产囊菌丝 构成长颈瓶状的子囊壳 特别应当注意的是 每个子囊是一次减数分裂的产物 而每对孢子则是有丝分裂的产物 因此每对孢子的每个成员具有相同的基因型 每次减数分裂所产生的四个产物即四分体 四个分生孢子 不仅仍保留在一个子囊中 而且在子囊中成线状排列 这是一种有顺序的四分体 四分子或八分子在子囊中呈直线排列 直列四分子 直列八分子 具有严格的顺序 是提供遗传分析独一无二的非常重要的结构 四分体分析 tetradanalysis P104 定义 指根据一个子囊中四个按严格顺序直线排列的四分子 或其有丝分裂产物子囊孢子 表现进行的遗传分析 也称为直列四分子分析 链孢霉的特点是它的四分体是顺序排列的 不仅减数分裂的四个产物在子囊中仍连在一起 而且代表减数分裂四个染色单体的子囊孢子是直线排列的 排列的顺序跟减数分裂中期板上染色单体的定向相同 因此 我们用遗传学方法可以区分每个染色单体 而用细胞学检查方法是办不到的 四分体遗传分析的特殊意义在于 1 能从四分体不同类型出现的相对频率计算连锁关系 2 能计算标记基因与着丝点之间的连锁 3 子囊中子囊孢子严格的交互性表明减数分裂是一个交互过程 4 分析表明 每次交换仅涉及四个染色单体中的两个 而多次交换则可能涉及二价体的两个 三个以至所有四个染色单体 让我们考察一下交配型不同的菌株的杂交结果 二倍体子囊原始细胞是Aa 经减数分裂产生两个A和两个a 再经有丝分裂产生四对子囊孢子 这四对子囊孢子在子囊中有六种排列顺序 表 为了方便起见 我们写出子囊孢子对的基因型而不写单个孢子的基因型 表链孢霉的第一次和第二次分裂分离Lindegren 1932 关于交配型等位基因A和a分离的数据 他解剖了274个子囊并测定了每一孢子对的交配型 表中是六种可能子囊类型的数值 六种子囊孢子排列方式P104 表中第1和第2种类型的子囊是第一次分裂分离的子囊 因为在第一次减数分裂时带有A基因的两条染色单体移向一极 而带有a基因的另外两条染色单体移向另一极 因此在每一子囊中两个A孢子对相互邻接 两个a孢子对也相互邻接 第3至第6种类型的子囊是第二次分裂分离的子囊 因为要到第二次减数分裂A和a才分离 子囊中相同的孢子对不相邻接 AAAAAM AM AAaa Aaaaaaaa a 第一次分裂分离 AAAAAM aM aaAAaaAaaAaa b 第二次分裂分离 A A A A a a a AAaaAAaa aaAAaaAA AAaaaaAA aaAAAAaa a 第一次分裂分离 105 129第二次分裂分离 23线交换 914线交换 524线交换 1013线交换 168个子囊孢子排列类型P104 着丝粒作图 centromeremapping 如果减数分裂过程中 基因位点与着丝点间不发生非姊妹染色单体间交换 一对等位基因分离产生的两种类型的孢子将分别排列在子囊的两端 如果发生交换将产生不同的排列方式 可根据子囊中孢子排列方式判断该次减数分裂是否发生交换 并计算交换值 该交换值为基因与着丝点间的交换值 因此可估计基因位点与着丝点间遗传距离 并进行连锁作图 称着丝点作图 P104如果减数分裂的产物是随机分布的话 六种类型子囊的分布频率应该相同 而Lindegren 1932 得到的数据 前表 却清楚地表明并非如此 这是为什么呢 在减数分裂时 带有A和a的同源染色体沿其长度配对 再分裂为染色单体并参与重组 如果二价体在中期板上定向和正常分离的话 在两个同源染色体之间至少应有一个交叉 倘若A位点与着丝点之间没有产生交换 两个等位基因A和两个等位基因a仍将附着在同一个着丝点上 并在第一次减数分裂的后期一起分离 减数分裂就只能产生第l或第2种类型的子囊 换句话说 第一次分裂分离时基因位点与着丝点之间并未发生交换 P104 当A位点与着丝点之间发生交换时 第一次减数分裂后 每个子细胞核得到一条具A和a染色单体的染色体 只有在第二次减数分裂中 每个染色单体分到各子囊孢子去的时候 A和a才相互分离 结果在子囊中 A或a孢子对 或a和A孢子对互相分开 每一个第二次分裂分离的子囊是供试位点与着丝点之间发生一次交换的结果 根据这种特殊情况 就有可能计算某一位点和着丝点之间的重组百分率 重组百分率的标准公式如下 在第一次分裂分离的子囊中 Aa位点与着丝点之间没有重组的染色单体 在第二次分裂分离的子囊中 四条染色单体中有两条 即1 2 发生重组 在所有子囊中重组染色单体数是第二次分裂分离子囊数的2倍 2N2 染色单体的总数是子囊数的4倍 4N1 4N2 这里N1和N2是第一次和第二次分裂分离的子囊数 因此 重组百分率是 这等于第二次分裂分离子囊数百分率的一半 根据Lindegren的数据 我们可以计算A位点和着丝点之间的重组百分率是 P105 自由组合 现在我们考察一下涉及两对等位基因分离的杂交 前表是Lindegren从交配型A的野生菌株跟交配型a具有绒毛菌丝体的菌株 杂交中得到的数据 虽然两对等位基因的分离会出现6 6即36种不同的类型 但可以把它减化为七种子囊类型 因为 也可以代表而也可以代表 和表示七种可能的子囊类型 表链孢霉 Neurosporacrassa 的自由组合Lindegren在杂交中绒毛菌丝体 f 对正常菌丝体 f 和交配型A对a的分离数据 首先考虑f 和f的分离情况 对f 和f来说 109个子囊中有67个是第二次分裂分离的 所以绒毛位点与着丝点之间的重组百分率是 同样 A位点与着丝点之间的重组百分率是 然后我们再来考虑A和f 位点是在同一条染色体上还是在不同染色体上 它们是连锁的还是自由组合的 这取决于四种不同类型孢子对的分布频率 如果f 和A是紧密连锁的话 我们可以预期亲本型孢子f A和fa占绝对优势 而如果它们位于不同染色体上 则四种类型的孢子数应该相等 根据表中数据我们可以看到四种类型的分布频率相同 因此A和f位点是非连锁的 连锁图可以表示如下 连锁分析 杂交 nic ade其中nic是菸酸依赖型 要在培养基中添加菸酸才能生长 ade是腺嘌呤依赖型 要在培养基中添加腺嘌呤才能生长 上面已讲过 一对基因杂交 有6种不同的子囊型 两对基因杂交 有6 6 36种不同的子囊型 但是可把36种不同的子囊型归纳为7种基本子囊型 这7种子囊型和实得的子囊数列于下表 表6 5nic ade得到的7种不同的基本子囊型和相应的子囊数 杂交 nic ade 亲二型 PD parentalditype 有两种基因型 且与亲代一样 包括子囊型 1 和 5 非亲二型 NPD non parentalditype 有两种基因型 都与亲代不一样 是重组型 包括子囊 2 和 6 四型 T tetratype 有四种基因型 两种与亲代一样 两种与亲代不一样 包括 3 4 和 7 杂交 nic ade重组率 交换型子囊数 总子囊数 0 5 第二次分裂分离子囊数 总子囊数 0 5 M2 总子囊数 0 5 分析方法相同 先算出nic位点和着丝点的重组百分率为 ade和着丝点的重组百分率为 nic和ade之间有三种可能性可以考虑 nic和ade之间有三种可能性可以考虑 第一 nic和ade可能位于不同的染色体上 并且是自由组合的 但第一种类型的子囊数大大超过预期 排除了这种可能性 第二 nic和ade可能在同一条染色体上 并位于着丝点的两边 这时它们之间的重组百分率大约应是14 但是 表6 5和表6 6证实 nic和ade在同一条染色体上 并位于着丝点的同一侧 第三 它们在同一条染色体臂上 重组百分率只有4 25 如果nic和ade连锁 其重组百分率用重组孢子数 总孢子数 100的公式来计算 表6 5中 有208个重组孢子对 重组百分率为 因此连锁顺序应该是 注意 9 30 5 05 4 25 5 2 这种差异我们在三点测验时也曾看到 这是因为某些二价体中存在一次以上重组的缘故 双交换 染色单体干扰 遗传学 刘祖洞第二版上册第六章染色体和连锁群P208习题14 染色单体干涉 chromatidinterference 1 图示 染色体上第一个交换的发生固定后 第二个交换发生在任意两非姊妹染色单体间的4种可能性 如第二个交换发生在任意两个非姊妹染色单体间的机会是相等的 那么二线双交换 三线双交换 四线双交换之比应该是1 2 1 随机的 染色单体干涉 chromatidinterference 2 如果跟上面的比例有偏差 我们认为有染色单体干扰 即在两非姊妹染色单体间发生一个交换后 会影响到相同的两染色单体间发生第二次交换的概率 造成第二个交换发生在任意两非姊妹染色单体间不是随机的 这种现象称为染色单体干扰 3 与染色体干涉的区别 大百科全书 一个位置上的一个交叉对于邻近位置上的交叉发生影响称为干涉 如果一个交叉的发生减少另一交叉发生的概率则称为正干涉 如果增加后者发生的概率称为负干涉 前一交叉影响邻近位置上另一任何形式的交叉现象称为染色体干涉 交叉干涉 前一交叉所涉及的两条染色单体影响另一位置上相同的两条染色单体再次发生交换的现象称为染色单体干涉 染色单体干涉 chromatidinterference 染色单体干涉 chromatidinterference 4 用真菌的顺序子囊孢子进行双交换四分子分析结果 这类干涉现象很少发生 5 染色体之间的效应 当一个二价体的交叉数减少时 另一个二价体上的交叉又有增加的倾向 反之亦然 负相关 6 姊妹染色单体交换 7 有丝分裂重组 果蝇的有丝分裂中常有联会发生 同时 对于某些真菌来说 有丝分裂中的交换也是很平常的 无序四分子分析 无序四分子分析 有丝分裂分离和重组1936年CurtStern发现 果蝇野生型为灰体直刚毛 y sn 对黄体曲刚毛 ysn 是显性 X连锁 灰体曲刚毛雌果蝇 y sn y sn 与黄体直刚毛雄果蝇 ysn Y 杂交 在雌性后代中 某些个体身上有一小块区域是黄色或曲刚毛 可能是染色体不分离或染色体丢失所致 这些改变是属体细胞而非生殖细胞 另一些雌果蝇有孪生斑 twinspots 即两个相连的区域 一个为黄色直刚毛 另一个为黑色焦刚毛 呈现镶嵌表型 周围是野生型表型 解释 通过有丝分裂交换而产生 首先 其次 第三 最后1理论意义1 1基因位于染色体上 呈直线排列 由抽象到具体 基因三位一体 功能单位 交换和重组单位 不可再分割的基本单位 1 2经典遗传学理论的重大贡献 无论是有利性状的连锁或通过基因重组的创新 在生物进化过程中 都为选择创造了条件 第五节连锁遗传规律的应用P105 第五节连锁遗传规律的应用P106 第五节连锁遗传规律的应用P106 第五节连锁遗传规律的应用P106 2实践意义eg 2提高育种工作的预见性物种 大麦目标 获得正常株高 BrBr 与抗条锈能力 TT 品种材料 矮生抗锈 brbrTT 品种 正常感病 BrBrtt 品种已知交换值 矮生性状 br 与抗条锈能力 T 有连锁 但交换值为12 即 F1 brT Brt 出现交换型配子的机率为12 非交换型配子为88 第五节连锁遗传规律的应用 大麦矮生及抗条锈能力基因在子二代中的百分数 由表可见 F2代中 具正常株高 Br 和抗锈能力 T 的植株 Br T 共为5036株 其中只有36株为纯合体 BrBrTT 36 5036 0 7 得知所需类型出现的频率较低 应当扩大F2或F3种植的群体 第五节连锁遗传规律的应用 人类基因定位研究近来发展很快 在研究技术上主要应用体细胞杂交和DNA分析法 但是 对于那些无法以体外培养杂种细胞表达的性状或疾病 就需要借助于家系连锁分析法 这种方法适合于分析基因连锁 基因定位 基因诊断等 人类染色体作图 一 家系分析法与基因定位 家系的连锁分析首先要从群体中选择适合的家系 要求被挑选家系中双亲之一或两个为双杂合体 并且注意双杂合体家系要随机抽样 避免产生偏倚 同时必须剔除下列几种家系 1 双亲性状不能在子代中得到分离的 如GgTt GGTT 2 家庭中仅有一个子代的 3 亲本之一的基因型不明或死亡的 三代的系谱 在三代系谱中较容易确定子代是否发生基因重组 可直接计算重组值 例 如图 设黑色表示患一种显性的肌强直功能不全 mytonicdystrophy 性状标志为唾液分泌类型 由Se和se一对等位基因所控制 Se为显性基因 图肌强直功能不全和唾液分泌类型发生分离的家庭 I 1个体患有肌强直功能不全症并伴有唾液分泌型的特性 I 2不患此病并为非分泌型 其生育的女儿 II 1 也为肌强直功能不全症并伴有唾液分泌型 所以她 II 1 的疾病和分泌型性状的两个基因来自父亲 说明疾病基因和Se基因在一条染色体上 她的基因型为GSe gse 为相引相的双杂合体 第三代的性状开始分离 有的为分泌型伴疾病 有的不伴病 在第三代六个子代中 III 1个体为健康者并为分泌型 说明原来疾病基因和Se基因连锁的染色体与其同源染色体间发生了交换 因此该个体为重组体 III 2 III 6均为非重组体 因此重组率为 1 6 例 一方亲体是双杂合体 而且连锁相 linkagephase 知道 另一方亲体为双隐性 这样的婚配相当于测交试验 相偶 xoupling 相引组 两显性基因在同一染色体上 相斥 repulision 相斥组 两显性基因分别位于一对同源染色体上 如 甲膑综合症 指甲和膑骨畸形或缺如 和ABO血型的连锁分析 图示 NpaIB npai npai npai 显性遗传 二 体细胞法 基因定位 第一个常染色体基因的定位是在1968年Donahue首先将Duffy血型基因定位于第1号染色体上 他在观察中期染色体时 发现其1号染色体长臂1区的异染色质区变长 形成染色体的形态标记 染色体多态 进而研究其家族中的其他成员 同时他对其家族也进行了血型分析 发现Duffy血型 Fy 在染色体上的座位与先天性白内障座位连锁 也与遗传性视觉异常连锁 与1号染色体多态连锁 因此将Duffy血型基因定位于人类1号染色体上 二 体细胞法 基因定位 随着生物技术的发展 可以用来进行基因定位的多态位点越来越多 20世纪70年代RFLP 限制性片段长度多态 技术用于基因定位后 大大加快了基因定位的速度 尤其是PCR技术的建立及短串联重复序列的发现 基因定位工作得到了长足发展 三 体细胞杂交法 体细胞是生物体除生殖细胞外的所有细胞 细胞杂交又称细胞融合 cellfusion 是将来源不同的两种细胞融合成一个新细胞 大多数体细胞杂交是用人的细胞与小鼠 大鼠或仓鼠的体细胞进行杂交 这种新产生的融合细胞称为杂种细胞 hybridcell 含有双亲不同的染色体 杂种细胞有一个重要的特点是在其繁殖传代过程中出现保留啮齿类一方染色体而人类染色体则逐渐丢失 最后只剩一条或几条 其原因至今不明 这种仅保留少数甚至一条人染色体的杂种细胞正是进行基因连锁分析和基因定位的有用材料 三 体