-连锁交换汇编

1、连锁基因的交换和重组连锁基因的交换和重组 孟德尔定律的例外 位于一对同源染色体上的非等位基因间的遗传关系染色体内重组染色体内重组（intrachromosomal recombination） 染色体间重组染色体间重组（interchromosomal recombination一、连锁现象的发现 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，否则各种性状的数目(基因对数)就不能超过细胞内染色体对数。 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。

2、 T. H. Morgan et al.(1910)提出连锁遗传规律以及连锁与交换的遗传机理，并创立基因论(theory of the gene)。摩尔根等的果蝇遗传试验果蝇(Drosophila melanogaster)身体颜色与翅长的连锁遗传：身体：灰色(B)对黑色(b)为显性；翅长：长翅(V)对残翅(v)为显性。摩尔根(T. H. Morgan, 1866-1945)雌果蝇的连锁和交换雌果蝇的连锁和交换P灰身长翅灰身长翅 黑身残翅黑身残翅(BBVV) (bbvv)灰身长翅灰身长翅(BbVv)雌雌F1测交测交黑身残翅黑身残翅(bbvv)雄雄测交测交后代后代灰身长翅灰身长翅 黑身残翅黑身残

3、翅 灰身残翅灰身残翅 黑身长翅黑身长翅(BbVv) 42% (bbvv)42% (Bbvv) 8% (bbVv) 8%基因的连锁和互换现象基因的连锁和互换现象P灰身长翅灰身长翅 黑身残翅黑身残翅(BBVV) (bbvv)F1测交测交灰身长翅灰身长翅(BbVv)灰身长翅灰身长翅 黑身残翅黑身残翅(BbVv) 50% (bbvv)50%雄雄雌雌测交测交后代后代雄果蝇的连锁遗传雄果蝇的连锁遗传黑身残翅黑身残翅(bbvv)v灰身长翅果蝇的灰身基因和长翅基因位灰身长翅果蝇的灰身基因和长翅基因位于于同一染色体同一染色体上，以上，以 表示。表示。v黑身残翅果蝇的黑身基因和残翅基因位黑身残翅果蝇的黑身基因和残

4、翅基因位于于同一染色体同一染色体上，以上，以 表示。表示。B V b vv经过杂交，经过杂交，F1是灰身长翅，其基因型是是灰身长翅，其基因型是BbVv( )。B V b vPBVbvBV灰身长翅灰身长翅bv黑身残翅黑身残翅BVbvbvBV灰身长翅灰身长翅雄雄bvbv黑身残翅黑身残翅雌雌BVbvbv配子配子F1测交测交配子配子测交测交后代后代BVbvbvbv灰身长翅灰身长翅50%黑身残翅黑身残翅50% F F1 1雌果蝇的位于雌果蝇的位于同一个同一个染色体上的两个基因染色体上的两个基因大大都是连锁都是连锁遗传的，因此生成的遗传的，因此生成的 两种两种配子特别多，但也有配子特别多，但也有小部分小部

5、分因为因为交换交换而产生两种而产生两种新的基因组合新的基因组合B V 和和 b v B v 和和b VF1测交测交 雌雌BVbvBvbVbvbv雄雄bvBVbvBvbVBVbvbvbvBvbvbVbv灰身长翅灰身长翅黑身长翅黑身长翅8%灰身长翅灰身长翅42%黑身残翅黑身残翅42%黑身残翅黑身残翅灰身残翅灰身残翅8%摩尔根等的果蝇遗传试验 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。连锁遗传现象的解释连锁遗传规律连锁遗传规律：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

6、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。 控制果蝇身体颜色和翅长的两对非等位基因位于同一同源染色体上。二、 完全连锁和不完全连锁 完全连锁 (complete linkage)：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。 不完全连锁 (incomplete linkage)：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。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

7、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。图图5-14交叉及其产物的模式图交叉及其产物的模式图玉米基因的连锁与交换连锁交换定律连锁：处在同一染色体上的两个或两个以上基因遗传时，联合在一起的频率大于重新组合的频率。交换：重组类型的产生是

8、由于配子形成过程中，同源染色体的非姐妹染色单间发生了局部交换的结果。连锁群(linkage group)。 连锁群的数目(=haploid chromatid,n) Human:22+X+Y三大定律的关系 分离律是自由组合定律和连锁定律的基础，而后两者又是生物体遗传的性状发生变异的主流。 自由组合的基因是由不同源的染色体所传递，重组类型是由染色体间重组（inter-chromosomal recombination）造成。 连锁交换则是由同源染色体所传递，是染色体内重组(intra-chromosomal recombination)产生。 自由组合受到生物染色体对数的限制，连锁交换则受到染色

9、体本身长度的限制。 染色体上的突变越多，由交换而产生的重组类型的数量也越大。自由组合是有限的，连锁交换限度较小。影响交换的因素 温度、性别、射线、化学物质等。 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。 联会复合体是保证同源染色体准确配对和交换的一个重要结构。三、重组频率（recombination frequency, RF）的计算 又称交换值(cross-over value)或，重组值，是指重组型配子占总配子的百分率。即：总配子数重组型配子数交换值100(%)亲本型配子+重组型配子重组频率（玉米为例）图图A C基因座间双交换结果分析基因座间双交换结果分析Double

10、crossingover双交换的特点 双交换概率显著低于单交换的概率。 如果两次同时发生的交换互不干扰，各自独立，则双交换发生的概率是两个单交换概率的乘积。 3个连锁基因发生双交换的结果，旁侧基因无重组。基因定位与染色体作图 基因定位(gene mapping/ localization / location)：根据重组值确定不同基因在染色体上的相对位置和排列顺序的过程。 染色体图（chromaosome map)：基因连锁图(linkage map)或遗传图(genetic map)。根据基因之间的交换值（或重组值），确定连锁基因在染色体上的相对位置而绘制的简单线性示意图。广义的基因定位有三

11、个层次：1. 染色体定位(单体、缺体、三体定位法)；2. 染色体臂定位(端体分析法)；3. 连锁分析(linkage analysis) 。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； 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。 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(genetic distance)。通常以1%的重组率作为一个遗传距离单位/遗传单位。centiMorgan连

12、锁分析的方法基因连锁分析的主要方法： (一) 两点测交(two-point testcross)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) 三点测交(three-point testcross)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。两点测交：三个连锁基因：a, b, c1.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。2.计算三对基因两两间的交换值,估计基因间的遗传距离。 a-b：X b-c：Y a-c：Z（=X+Y or X-Y

13、 ？）两点测交：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。C-Sh: 3.6 Wx-Sh: 20Wx-C: ?两点测交：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。三点测交 将3个基因包括在同一次交配中。 例如，用3个基因的杂合体abc/+与3个基因的隐性纯合体做测交。 一次3点测交=3次2点测交表表5-2 ec ct c v ec ct c v Y 测交后代的数据测交后代的数据三点测交试验举例（果蝇）三点测交结果总结 先只考虑两个基因对间的重组，而把第三个基因对暂时

14、忘掉。三点测交：基因顺序的简单确定 在任何三点测交试验中，在测交后代的8种可能的表型中，个体数最少（甚至完全没有）的两种表型是双交换的产物。根据这一点，不必计算重组值，一眼就能正确无误地判断这三个基因的顺序。 用两种双交换型配子与两种亲本型配子比较：双交换配子与亲本型配子中不同的基因（改变了位置的基因）一定位于中间。三点测交：计算基因间的交换值，绘制连锁遗传图。 交换频率ec-cv: 10.3%, cv-ct: 8.4%, ec-ct: 18.4%，双交换：0.15% 三点测交：双交换与校正 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

15、际发生的交换频率。 用双倍双交换值来校正。 例：交换频率ec-cv: 10.3%, cv-ct: 8.4%, ec-ct: 18.4%双交换：0.15%ec-cv: 18.4%+2*0.15%123412341234123412341234干涉和并发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。干涉和并发2. 干涉(interference)：实际双交换值低于理论双

16、交换值，这是由于两个基因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。这种现象称为干涉(interference)，或干扰：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。并发系数(coefficient of coincidence，C) 为了度量两次交换间相互影响的程度，提出了并发系数的概念。 用以衡量两次交换间相互影响的性质和程度。 并发系数C=观察到的双交换率/两个单交换率的乘积 交叉干涉交叉干涉（chiasma interference） I I1C 当 C =1，I = 0时， 表示 无干涉 C = 0，I = 1时，

17、 表示存在完全干涉 1 C 0 时 表示存在正干涉 （positive interference） C 1，I 0 时， 表示存在负干涉 （negative interference） 负干涉仅在微生物中发生基因转变时才出现。 染色单体干涉染色单体干涉 (1) (2) (3) (4) (1)2-3二线双交换 (2)1-4四线双交换 (3)1-3三线双交换 (4)2-4三线双交换 510当第一次交换发生后，第二次交换可在任意两条非姊妹染色单体之间进行。情况如(1)、(2)、(3)或(4)。基因间的距离与交换值、遗传距离、连锁强度连锁和交换定律的意义一、理论上的意义 进一步证实了染色体是控制性状遗

18、传的基因的载体 连锁对于生命的延续是十分必要的（如果分散？） 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。 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。三、人类遗传中的应用 如果一个妇女从她的父亲那里遗传一个血友病基因（Xh）和一个葡萄糖6-磷酸脱氢酶（G6PD）座位的同工酶基因（XA）。 已知这两个基因在X染色体相距5cM G6PD基因和Xh基因之间交换的概率是5% 如果通过羊水检查，发现同工酶如果通过羊水检查

19、，发现同工酶A的存在，并且的存在，并且由核型分析知道胎儿为男性由核型分析知道胎儿为男性 就可预测该胎儿患有血友病的概率是就可预测该胎儿患有血友病的概率是95%。 相反，如果羊水检查中未检查出同工酶相反，如果羊水检查中未检查出同工酶A，那么，那么这一胎儿患血友病的概率仅为这一胎儿患血友病的概率仅为5%。 作业连锁交换定律 1.已知A-B间相距20cM，杂合体基因型是AB/ab。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？（假设显性完全）习题 解： （1）交换率=20% 交换型配子=Ab+aB=20%， Ab和aB各10% 亲本型配子=

20、ab+AB=80%， ab和AB各40% ab：aB：Ab：AB=4：1：1：4 （2）自交：列棋盘格 A_B_:A_bb:aaB:aabb=66:9:9:16连锁交换 2.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：1：1：1：1连锁交换 3.已知A-B间相距20cM，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：Ab：AB=4：1：1：4， C和c与它们自由组合连锁交换4.某三基因的顺序是：A-B-C，A-B间相距20cM，B-C基因间相距10cM，且这3