第4章连锁互换与基因作图ppt课件

1、第4章 连锁互换与基因作图4.1 连锁遗传4.2 遗传图的构建 W. Bateson(1906)在香豌豆两对相对性状杂交实验中发现连锁遗传(linkage)景象。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，并创建基因论(theory of the gene)。4.1 连锁遗传1. 连锁遗传的景象 性状连锁的遗传景象是贝特生Bateson, W.等于1905年在香豌豆的两对性状杂交实验中首先发现的。 上述两个实验的结果阐明，同一亲本所具有的两对性状，有连系在一同遗传的倾向，这种景象称为连锁linkage。 在第一实验中，一亲本的两对基因均为显性，另

2、一亲本的两对基因均为隐性，这样的组合方式称为相引coupling。在第二实验中，二个亲本都分别带有一对显性基因和一对隐性基因，这样的组合方式称为相斥repulsion。2. 性状的分解分析第一个实验： 紫花 : 红花=(4831+390):(1338+393)= 5221 : 1731 3:1 长花粉 : 圆=(4831+393):(1338+390)= 5224 : 1728 3:1第二个实验: 紫花 : 红花=(226+95):(97+1) = 321 : 98 3 : 1 长花粉 : 圆花粉=(226+97):(95+1) = 323 : 96 3 : 1 阐明两个单位性状的综合分别不符

3、合独立分配规律，但每个单位性状而言，仍是受分别规律支配的。 3.连锁遗传的缘由与验证 独立分配遗传的前提是F1个体构成的不同配子比例一样。对于 2 对性状而言，F1 产生四种配子，比例为1:1:1:1。 假设不是这样，F2 就不能够获得原来的实际比例。 由此可以推论，在连锁遗传中，F1 构成多种的配子不相等。 可用测交法加以验证，由于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详细反映。 上述测交结果可以看出，F1虽然构成四种配子，但四种配子的比例显然不符合 1:1:1:1 , 而是两种亲型配子 pr+vg+ 和 prvg 多，两种重组型配子 pr+vg 和 prvg+ 少。并且

4、，两种亲型配子数大致相等，为1:1；两种重组型配子数也大致相等，为1:1。 相引相果蝇眼色与翅膀长的遗传红眼长翅紫眼残翅红眼长翅紫眼残翅紫眼长翅红眼残翅相斥相果蝇眼色与翅膀长的遗传 相斥组的测交实验结果与相引组的根本一致，同样证明 F1 的四种配子数不相等，两种亲型配子(pr+vg和prvg+) 数多，两种重组型配子(pr+vg+和prpr) 数少，而且分别为1:1。 红眼残翅紫眼长翅紫眼残翅红眼长翅红眼残翅紫眼长翅4. 重组率(percentage of recombination)上述结果均阐明重组型配子百分率25%，故pl是亲本型配子，而另一亲本型配子PL的频率应是相等的，故均为44%.

5、重组型配子(Pl pL)的频率各为(50 44)%=6%。F1构成的四种配子比例为44PL6pl6pL44pl 或0.440.060.060.44交换值=6%2=12%，是两种重组型配子之和。实际上，重组率的变动范围在 0-50% 之间。 当重组率为0时，阐明两对基因之间不发生换，为完全连锁。 当重组率为 50% 时，两对基因服从独立分配，不存在连锁关系。当0 重组率 50% 时，两对基因是不完全连锁。(2)交换值与连锁强度的关系交换值的幅度经常变化于0 50%之间：交换值 0%，连锁强度越大，两个连锁的非等位基因之间交换越少；交换值 50%，连锁强度越小，两个连锁的非等位基因之间交换越大。交

6、换值的大小主要与基因间的间隔远近有关。(3)影响交换值的因子:a.性别：雄果蝇、雌蚕不发生交换；b.温度：家蚕第二对染色体上PS-Y(PS黑斑、Y幼虫黄血)豢养温度() 30 28 26 23 19交换值% 21.48 22.34 23.55 24.98 25.86c.基因位于染色体上的部位：离着丝点越近，其交换值越小，着丝点不发生交换。d.其它：年龄、染色体畸变等也会影响交换值。由于交换值具有相对稳定性，常以该数值表示两个基因在同一染色体上的相对间隔遗传间隔。 例如：3.6%即可称为3.6个遗传单位 遗传单位值愈大，两基因间间隔愈远，愈易交换； 遗传单位值愈小，两基因间间隔愈近，愈难交换。基

7、因间的间隔与交换值、遗传间隔、连锁强度5.完全连锁和不完全连锁 (1) 完全连锁complete linkage在同一同源染色体上的两个非等位基因总是连系在一同而遗传的景象。F1 自交或测交，其后代个体的表现型只表现为亲本组合的类型。完全连锁后代的表现与一对基因的遗传很近似，即自交结果为 3:1 分别， 测交结果为 1:1 分别。完全连锁遗传的自交后代和测交后代的比较1906年贝特生等在香豌豆中初次发现连锁遗传的景象以后不久，摩尔根等用果蝇为资料进展研讨，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。摩尔根用灰身长翅的雌果蝇BBVV和黑身残翅的雄果蝇bbvv进展杂交

8、，然后用F1中的灰身长翅的雄果蝇和黑身残翅的雌果蝇进展杂交，后代中只出现了两种亲本类型，黑身残翅和灰身长翅。 完全连锁：灰身长翅黑身残翅 由于F1杂合雄蝇BbVv)只产生两种类型的配子，数目相等，所以用双隐性雌蝇测交的后代，只能有两种表现型，比例为1:1 (2)不完全连锁incomplete linkage是指同一同源染色体上的两个非等位基因并不总是连系在一同遗传的景象，测交后代中大部分为亲本类型，少部分为重组类型的景象。 不完全连锁 F1 不仅产生亲型配子，也产生重组型配子。 不完全连锁：灰身长翅黑身残翅当两对非等位基由于不完全连锁时，F1不仅产生亲本型配子也产生重组型配子。 灰身长翅 灰身

9、残翅 黑身长翅 黑身残翅 1交换：同源染色体非姊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阐明连锁和交换的本质。6. 交换与不完全连锁的构成 问题提出： 重组型的配子如何产生的？为什么 重组率总是少于50% ？ 回答这些问题，就必需从减数分裂过程中非姊妹染色单体之间发生的交换谈起。 Sh Csh c二分体Sh CSh CSh CSh CSh Csh csh csh csh csh csh CSh cC ShC ShC Shc ShC shc shc shc sh四分体全部亲本型1/2亲型 1/2重组型F1交换交换F

10、1新新新a bA BbaBA baBA BA BA babaababABABabbAaBAB双线期二分体四分体全部亲本型1/2亲本型1/2重组型BA bA aBab由于发生了交换而引起同源染色体间非等位基因的重组，突破原有的连锁关系，因此表现出不完全连锁。所谓交换，是指同源染色体的非姊妹染色单体之间的对应片段的交换，从而引起相应基因间的交换与重组。 交换都发生在同源染色体相接近的非姊妹染色体之间，而另外两条不交换。 一部分染色体交换发生在连锁基因之内，产生重组配子 1/2重组、1/2亲型配子；另一部分交换发生在连锁基因之外，产生非重组配子。所以重组型配子自然少于50%。举例： 假定在杂种的 1

11、00 个孢母细胞内，有 7 个交换发生在基因之内，其他 93 个交换发生在两连锁基因之外，交换后的情况见表。 Sh Csh c 亲本型配子 重组型配子 总配子数 CSh csh Csh cSh93个孢母细胞在连锁 186 186 区段内不发生交换 93 4=372个配子7个孢母细胞在连锁 7 7 7 7 区内发生交换 7 4=28个配子 400 193 193 7 7亲本组合 =193+193/400 100% = 96.5%重新组合 =7+7/400 100% = 3.5% 重组率3.5% 等于发生基因之内交换的孢母细胞的百分数一半。7. 连锁遗传的细胞学根底在减数分裂过程中，位于同一染色体

12、上间隔接近的两个基因，在基因分别时有坚持在一同的倾向;同一染色体上两个基因发生的部分连锁是减数分裂过程经过出现交换使它们彼此分开的结果; 由于交换发生在同源染色体的两个非姐妹染色单体之间，因此任何一个交换只涉及一对同源染色体上 4 条染色单体中的两条染色单体，所以重组型配子自然少于 50% 。根据连锁遗传的关系，一个生物的一系列基因座位可以划分为假设干个连锁群linkage group：在染色体中具有不同的连锁程度并按线性顺序陈列的一组基因座位。基因座位的连锁关系可以经过重组率来分析。一个生物连锁群的数目通常与染色体的对数是一致的，即与二倍体生物中的单倍体染色体数目一样。8. 连锁群4.2 遗

13、传图的构建 每个基因在染色体上通常有固定的座位locus。 遗传作图的主要义务就是要测定基因座位在染色体上的陈列顺序和相互间的遗传间隔。 大多数基因很难直接识别，因此通常利用容易识别的遗传标志来构建遗传图，把基因组的“幅员测绘出来，以便经过遗传图从基因组中找到所需求的基因。 1. 连锁分析 (1) 两点检验 两点检验two-point testcross是测定标志间间隔的根本方法。这种方法是经过一次测交来确定两个标志之间的重组率。 两点检验只能测定两标志之间的间隔，但不能确定标志的陈列顺序。 白眼小翅wmwmwm野生型+wm+wm+m+m红眼小翅wmw+w+白眼大翅359 391 439 35

14、2 218 237 235 210750 791 455 445亲本型：1541 重组型：900总数：2441野生型wm+wm白眼小翅wmwm(白眼小翅)+野生型亲本F1F2(红眼大翅)突变型 在 2441 只 F2 果蝇中，900只36.9%表现为重组的表现型。 由此计算出果蝇白眼w和小翅m两个基因之间的重组率为36.9%。两点检验的局限性1. 任务量大，需求作三次杂交，三次测交； 2. 不能排除双交换的影响，准确性不够高 当两基因位点间超越五个遗传单位时，两点检验的准确性就不够高 三点检验three-point testcross是经过一次杂交和一次用隐性亲本测交，同时确定三个基因之间的遗

15、传间隔和陈列顺序的方法。采用三点检验可以到达两个目的： 一是纠正两点检验的缺陷，使估算的交换值更加准确； 二是经过一次实验同时确定三对连锁基因的位置 (2) 三点检验 指一次测交同时包括3个基因，同时调查3个基因的顺序。 几个概念： 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。 单交换和双交换：单交换是指在调查区域内发生了一次交换；双交换是指发生了两次交换。 双交换的特点： 双交换的比率最低：假设3个基因是自在组合的，那么8种配子的比率为1：1：1：1：1：1：1：1，假设是连锁的，那么非交换单交换双交换。 双交换的结果是3个基因中只需中间的基因位置发生改动，另两个基因位置不

16、变。 重组值与交换值的区别：发生双交换后，头尾两个基因间发生了两次交换，但两基因没有重组。实际上说，染色体图距应由交换值表示，但我们能察看到的只需表型基因的重组。 3根本原理 3对基因之间能够只发生一次交换，也能够发生二次交换即双交换double crossing over, 发生二次交换的能够性一定是较少的，所以先找出发生双交换的个体。然后罗列出三对基因能够的陈列顺序。再分析能够交换的基因型，以推出亲本的基因陈列，确定三对基因的陈列顺序。Sh WX Csh wx cSh WX Csh wx cSh WX Csh wx c单交换 双交换 基因位置排定后，进一步估算交换值，以确定它们的间隔。值得

17、留意的是每个双交换都包括两个单交换，所以在估算两个单交换值时，应该分别加上双交换值，才干正确反映实践发生的单交换频率。 举例： 玉米 Cc、Shsh 和 Wxwx 三对基因的定位 杂交和测交结果见下表：判别这三对基因是不是独立遗传 假设是: 测交后代八种表现型比例彼此相等，仅为一类比例。 结果: 不等(差别很大)独立遗传B ：判别能否为二对基因连锁(位于同一条染色体上), 一对独立(即位于另一条染色体上) 假设是: 测交后代八种表现型就应该每四种表现型的比例一样, 总共只需两类比例值。 结果：不是。确定为三对连锁遗传C：找出两种亲本表现型和两种双交换表现型， 并写出F1和两种双交换配子的基因型

18、。 产生配子 丰满、糯性、无色 + wx c + wx c亲型 F1 凹陷、非糯性、有色 sh + + sh + + 丰满、非糯性、有色 + + +双交换型 凹陷、糯性、无色 sh wx c D：对 F1 基因型基因顺序进展能够的陈列 + wx c wx + c wx c + sh + + + sh + + + sh 从“D推断可得知只需 才干产生 sh wx c 和+ + + 双交换的配子 所以基因陈列顺序为 wx sh c 或c sh wx，即 sh 位于 wx和 c 中间。+ sh +wx + cE：对上面三种陈列的基因型进展双交换察看, 看哪一种 陈列双交换后将产生 sh wx c 和

19、 + + + 的配子 关键是确定中间一个基因普通以最少的双交换型与最多的亲型相比，可以发现只需sh基因发生了位置改动。所以sh一定在中间。 F：计算 wx 和 sh , sh 和 c 之间的交换值 双交换值=(4+2)/6708100%=0.09% wx和sh间的单交换值 =(626+601)/6708 100%=17.5% wx + c + + c wx sh + + sh + wx和sh间的实践单交换值=17.5% 0.09%= 18.4% sh 和 c 间的单交换值 =(113+116)/6708 100% = 2.41% wx + c wx + + + sh c + sh + sh 和

20、 c 间的实践单交换值= 2.41%+ 0.09% = 3.5%sh 这样，三对基因在染色体上的位置和间隔可以确定如下: wxc21.918.43.5三点检验解题步骤(1)确定基因在染色体上的位置利用三点检验，首先要在Ft中找出双交换类型(即个体数最少的)，然后以亲本类型(即个体数最多的)为对照，在双交换中居中的基因就是三个连锁基因中的中间基因，它们的陈列顺序就被确定下来。现仍以玉米Cc、Shsh和Wxwx三对基由于例，阐明三点检验法的详细步骤。 凹陷、非糯、有色 丰满、糯性、无色 根据F1的染色体基因型有三种能够性： sh + += wx在中间+ wx + sh += sh在中间wx + c

21、+ + sh= c在中间wx c + 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。+ wx c 和 sh + + 为亲型+ + + 和 sh wx c 为双交换配子类型其它均为单交换配子类型sh + += wx在中间+ wx + sh += sh在中间wx + c+ + sh= c在中间wx c +第 种陈列顺序才有能够出现双交换配子+ sh += sh 在中间 wx + c所以这三个连锁基因在染色体的位置为 wx sh c 。关键是确定中间一个基因普通以最少的双交换型与最多的亲型相比，可以发现只需sh基因发生了位置改动。所以sh

22、一定在中间。 (2)确定基因之间的间隔：估算交换值确定基因之间的间隔。 由于每个双交换中都包括两个单交换，故估计两个单交换值时，应分别加上双交换值：双交换值=(4+2)/6708100% = 0.09%wx-sh间单交换=(601+626)/6708100% + 0.09% = 18.4%sh-c 间单交换=(116+113)/6708100% + 0.09% = 3.5% 三对连锁基因在染色体上的位置和间隔确定如下：|-21.9-|-18.4-|-3.5-|-|-|wx sh c2. 交换干扰与作图函数(1) 交换干扰 干涉 即一个单交换发生后, 在它临近再发生第二个单交换的时机就会减少,这

23、种景象叫干涉。 例：上例实际双交换值 = 0.1840.035 = 0.64%, 而实践双交换值由重组推算的只需0.09%, 所以出现干扰干涉景象。 符合系数并发率 对于遭到干扰的程度，通常用符合系数来表示。 符合系数并发率C= 实践双交换值 / 实际双交换值 例：上例的符合系数 = 0.09/0.64 = 0.14 干扰值 I = 1 C当 I = 0 时，没有干扰，C=1。当 I = 1 时，那么没有双交换发生， 发生完全干扰。大多数情况下 0 I 1。但在一些特殊情况下，实践察看值比实际值大，称为负干扰，即一个单交换发生可提高另一单交换发生的频率。(2) 作图函数 计算两个相距较远的基因座之间的图距时，假设中间没有其他基因座可用，那么两个基因座之间实践发生的双交换就不能被鉴定出来。而由于双交换的结果，会