连锁交换定律

第六章连锁交换定律现代遗传学本章内容第一节连锁与交换

1、连锁交换现象；2、交换发生的机制3、交换型配子的形成；4、发生交换的一般规律第二节交换率及其测定

1、交换率测定的方法；2、影响交换率的因素第三节基因定位和连锁遗传图

1、基因定位；2、干涉和并发率；3、连锁遗传的实际运算；4、连锁群和连锁遗传图第四节人类的遗传分析

背景1900年孟德尔遗传规律重新发现以后，生物界广泛重视，进行了大量试验。其中有些属于两对性状的遗传结果不符合自由组合定律→摩尔根以果蝇为材料进行深入细致研究→提出连锁遗传定律→创立基因论→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。第一节连锁和交换位于同一条染色体上的基因叫连锁基因；位于同一条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。一、连锁

(linkage)二、交换

(crossover)

一、连锁（一）性状连锁遗传的发现1906年，贝特生（BatesonW.）和庞尼特（PunnettR.C.）在香豌豆的二对性状杂交试验中首先发现性状连锁遗传现象。他们的两个实验如下：结果与第一个实验结果相同。

连锁遗传及其杂交组合连锁遗传：原来为同一亲本所具有的两个性状，在F2中常常有连系在一起遗传的倾向。相引组：甲乙两个显性性状，连系在一起遗传、而甲乙两个隐性性状连系在一起的杂交组合。如：PL/pl。相斥组：甲显性性状和乙隐性性状连系在一起遗传，而乙显性性状和甲隐性性状连系在一起的杂交组合。如：Pl/pL。（二）连锁遗传的解释利用测交法验证连锁遗传现象:

特点：连锁遗传的表现为：♥两个亲本型配子数是相等，>50%；♥两个重组型配子数相等，<50%。实验小结结：亲本具有有的两对对非等位位基因（（Cc和Shsh或pr+pr和vg+vg）不是独独立分配配，而是是连系在在一起遗传，如如C-Sh、c-sh或pr+vg+和prvg常常连系系在一起。∴F1配子中总总是亲本本型配子子（CSh和csh或pr+vg+和prvg）数偏多多，重新新组合配配子（Csh、cSh或pr+vg和prvg+）数偏少少。实验小结结：♥上述结果果均说明明重组型型配子数数占总配配子数的的百分率率<50%。重组率（（交换值值）：重组型型的配子子百分数数称为重重组率。。♥当两对基基因为连连锁遗传传时，其其重组率率总是<50％％。∵无论相相引组或或相斥组组的杂交交组合方方式，在在减数分分裂时有有一部分分细胞中中的同源源染色体体的两条非姐姐妹染色色单体发生了交交换（crossingover)。∴重组型型配子数数目只是是少数。。（三）完完全连连锁和不不完全连连锁1完全全连锁(completelinkage)同源染色色体上非非等位基基因间不能发生非姐姐妹染色色单体之之间的交交换→F1只产生两两种亲型配子子、其自交交或测交交后代个个体的表表现型均均为亲本组合合。完全连锁锁由于F1杂合雄蝇(BbVv)只产产生两种种类型的的配子，数目相相等，所所以用双双隐性雌雌蝇测交交的后代代，只能能有两种种表现型型，比例为1:12、不完完全连锁锁完全连锁锁的情形形很少，，一般是是不完全全连锁。。不完全连连锁（部部分连锁锁）：同一染染色体上上的两个个非等位位基因之之间或多或少少地发生非非姊妹染染色单体体之间的的交换→F1代除产生生亲型配配子外，，还可产产生少量量的重组组型配子子。如玉米颜色色基因Cc和籽粒饱饱满度基基因Shsh是位于玉玉米第9对染色色体上的的两对不不完全连连锁的非非等位基基因。不完全连连锁灰身长翅翅灰灰身身残翅黑黑身身长翅黑黑身身残翅当两对非非等位基基因为不完全连连锁时，F1不仅产生生亲本型型配子也产产生重组型配配子，比例：：0.42:0.42:0.08:0.08。♥由连锁遗传传例证中可见：：1．相引组和和相斥组组都表现现为不完完全连锁锁，后代代中均出出现重组组类型，，且重组组率很接接近，其重组型型配子是是如何出出现的?2．为何重组组型配子子数<亲亲型配子子数，其重组率率<50%?二、交换换1．交换换：成对染色色体非姐姐妹染色色单体间间基因的的互换。。2．交换换的过程程：杂种减数数分裂时时期(前前期I的的粗线期期)。3．根据染色体细胞学行行为和基因位置上的的变化关关系可以以说明连连锁和交交换的实实质。例如如玉玉米米有有色色饱饱满满基基因因（一一））交换换型型配配子子形成成的的过过程程1、、在在减减数数分分裂裂的的偶线线期期同源源染染色色体体联会会和基基因因配配对对。。2、、粗线线期期时同同源源染染色色体体的的非非姐姐妹妹染染色色单单体体之之间间发发生生交换换。3、、后期期I时同同源源染染色色体体的的分离离。4、、后期期II时产产生生各各类类配子子。（二二））发发生生交换换的一一般般规规律律1、、连连锁锁遗遗传传也也可可以以发发生生基因因重重组组，是是变变异异的的来来源源之之一一2、、交交换换的的配配子子数数总总是是少于于亲型型配配子子数数3、、交换换的的配配子子比比例例是是交交换换的的性性母母细细胞胞比比例例的的一半半4、、交交换换不不仅仅可可以以发发生生在在基基因因与与基基因因之间间，也可可在在基基因因内内部部发发生生5、、生生物物的的交交换换一一般般是是对等等的的，可可是是也也有有不不对对等等的的6、、同同源源染染色色体体的的基基因因之之间间相距距的的远远近近可决决定定基基因因之之间间的的交换换率率。在全全部部孢孢母母细细胞胞中中，，各各联联会会的的同同源源染染色色体体在在C与与Sh基基因因间间不不可可能能全全部部都都发发生生交交换换，，故故重组组率率<50%；例如如玉玉米米F1的的100个个孢孢母母细细胞胞中中，，交交换换发发生生在在Cc和和Shsh相相连连区区段段之之内内的的有有7个个，则则重重组组率率为为3.5%。。亲本本组组合合=((193+193)/400)××100%=96.5%重新新组组合合=((7+7)/400)××100%=3.5%∴两两对对连连锁锁基基因因间间发发生生交交换换的的孢孢母母细细胞胞的的百百分分率率，，恰恰是是交换换配配子子（（重重组组型型配配子子））百百分分率率的的两两倍倍。连锁锁与与交交换换定定律律：：位于于同同源源染染色色体体上上的的非非等等位位基基因因在在形形成成配配子子时时，，多多数数随随所所在在的的染染色色体体一一起起行行动动，，只只产产生生亲亲型型配配子子；；若同源染色体体上的非姊妹妹染色单体之之间发生了交交换，就可产产生少数的重重组型配子。。第二节交换换率及其测定定一、交换率crossoverrate又称交换值、重组组率或者重组值等，指同源染染色体非姐妹妹染色单体间间有关基因的的染色体片段段发生交换的频频率，一般利用交交换型配子数数占总配子数数的百分率进进行估算，常常用R表示。交换率（R）=（交换型配子子数/总配子子数）×100%=（交换型染色色单体数/涉涉及的总染色色单体数）××100%二、交换率率的测定（一）测交交法上例玉米测测交：相引组交换值为3.6%，，两种重组组配子各1.8%；相斥组交换值为2.99%，两种重重组配子各各1.5%。用测交法测测定交换值值的难易不同：玉米、烟草草较易：去去雄和授粉粉容易，可可结大量种种子；麦、稻、豆豆较难：去去雄和授粉粉困难，种种子少，故故宜用自交测定法法（F2资料）。（二）自交交法例如第一节节中的香豌豆资料料：F2有4种表现现型紫紫长紫紫圆红长长红圆F1有4种配子子PLPlpLpl设各配子的的比例为abcdF2组合为(aPLbPlcpLdpl)2♣其中F2中纯合双隐隐性ppll个体数即为为d2；组成F2表现型ppll的F1配子必然是是pl，其其频率d。已知香豌豆ppll个体数为1338株株（相引组组）；∴表现型型比率=d2=1338/6952×100%=19.2%。•亲本型型配子（pl–PL）的的频率相等等，均为44%；•重组型型配子（Pl–pL）的的频率各为为6%。∴F1形成的4种种配子比例例为44PL∶∶6pl∶∶6pL∶∶44pl或0.44∶∶0.06∶0.06∶0.44交换值=6%×2=12%→两种重组型型配子之和。因亲本的基因组合方方式不同而不同同的计算交换率（斥）＝2X1/2(X为隐性性纯合体所所占概率））交换率（引）＝1－2X1/2(X为隐性性纯合体所所占概率））由于交换值值具有相对稳定性性，常以该数数值表示两两个基因在在同一染色色体上的相相对距离（（遗传距离离）。例如：3.6%即可可称为3.6个遗传传单位。遗传单位值值愈大，两基因间间距离愈远远，愈易交交换。三、影响交交换率的因因素基因间连锁锁程度或基基因间距离离交换值的幅幅度经常变变化于0～50%之间：当交换值→0%，连锁锁强度越大，两个连锁锁的非等位位基因之间间交换越少；当交换值→50%，连连锁强度越小，两个连锁锁的非等位位基因之间间交换越大。∴交换值值的大小主主要与基因因间的距离离远近有关关。内外环境的的变化性别染色体结构构和数目的的变异第三节基基因定位和和连锁遗传传图一、基因定定位－确定基因因在染色体体上的位置置。确定基因的的位置主要要是确定基基因间的距离和顺序序→基因之间的的距离用交换值来表示。准确地估算算出交换值值→确定基因在在染色体上上的相对位置→把基因标记记在染色体体上。两点测验和三点测验是基因定位位可以采用用的两种方方法。1．两点测测验：♣通过三次杂交和三次测交（隐性纯合合亲本）分分别测定两两对基因间间是否连锁，然后根据据其交换值确定它们在在同一染色色体上的位位置。测出Aa-Bb间重重组率，确确定是否连连锁；测出Bb-Cc间重重组率，确确定是否连连锁；测出Aa-Cc间重重组率，确确定是否连连锁。♣如上述3次次测验确认认3对基因因间连锁根据交换值值大小确定3对基基因在染色色体上的位位置。例如:已知玉米子子粒有色(C)对无无色(c)为显性，，饱满(Sh)对凹凹陷(sh)为显性性，非糯性性(Wx)对糯性(wx)为为显性。第一组试验验：CCShSh×ccshsh↓F1CcShsh×ccshsh为了明确这这三对基因因是否连锁遗遗传，分别进行行了以下三三个试验:第二组试验验：wxwxShSh×WxWxshsh↓F1WxwxShsh×wxwxshsh第三组试验验：WxWxCC×wxwxcc↓F1WxwxCc×wxwxcc第一组试验验：CCShSh×ccshsh↓F1CcShsh×ccshsh第一组试验验：CCShSh×ccshsh↓F1CcShsh×ccshsh40324035149152交换值＝(149＋152)/(4032+4035+149+152)×100%＝3.6%第二组试验验：wxwxShSh×WxWxshsh↓F1WxwxShsh×wxwxshsh交换值＝(1531＋1488)/(1531＋5991＋5885＋＋1448)×100%＝20%第三组试验验：WxWxCC×wxwxcc↓F1WxwxCc×wxwxcc交换值＝(739＋717)/(2542＋＋739＋＋717＋＋2716)×100%＝22%第一、二个试试验结果表明，Cc和Shsh是连锁遗传的的，Wxwx和Shsh是连锁遗传的的。所以Cc和Wxwx肯定是连锁遗传的，根据这二个试试验结果，这这三对基因在在同一染色体体上的排列顺顺序有两种可能能：第三个试验结果表明，Wxwx和Cc两对基因因在染色体上上相距22个遗传单单位。这与23.6个遗传单位位接近。所以，可以确确定第一种排列顺顺序符合实际际。这样就把这三三对基因的相相对位置初步步确定下来。。用同样的方法法和步骤，还可以把第四对、第五五对及其它各对基基因的连锁关关系和位置确确定下来。不过，如果两两对连锁基因因之间的距离离超过5个遗传传单位，两点测验法便便不如下面介介绍的三点测验法的准确性为高高。是基因定位最最常用的方法法，它是通过过一次杂交和一次测交，同时确定三对对基因在染色色体上的位置置。采用三点测验验可以达到两两个目的：一是纠正两点点测验的缺点点，使估算的的交换值更加加准确；二是通过一次次试验同时确确定三对连锁锁基因的位置置。2.三点测测验现仍以玉米Cc、Shsh和Wxwx三对基因为例例，说明三点点测验法的具具体步骤。(1)确定定基因在染色色体上的位置置：利用三点测验验，首先要在在Ft中找出双交换类类型(即个体数最最少的)，然然后以亲本类型(即个体数最最多的)为对对照，在双交交换中居中的基因就是三三个连锁基因因中的中间基基因，它们的的排列顺序就被确定下来。凹陷、非糯、、有色饱满、糯性、、无色根据F1的染染色体基因型型有三种可能能性：sh++================wx在中间+wxc+sh+================sh在中间wx+c++sh================c在中间wxc+单交换：在三个连锁基基因之间仅发发生了一次交交换双交换：在三个连锁区区段内，每个个基因之间都都分别要发生生一次交换Ft中亲型最多，发生双交换的表现型个体体数应该最少。∴+wxc和sh++为亲型+++和shwxc为双交换类型型其它均为单交换配配子类型第②种排列顺序才才有可能出现现双交换配子子。所以这三个连连锁基因在染染色体的位置置为wxshc。关键是确定中间一一个基因．一一般以最少的双交交换型与最多多的亲型相比，可以发发现只有sh基因因发生了位置改改变，所以sh一定在中中间。(2)确定定基因之间的的距离：－估算交换值值确定基因之之间的距离。。由于每个双交交换中都包括括两个单交换换，故估计两个单单交换值时，，应分别加上上双交换值：：双交换值=〔(4+2)/6708〕×100%=0.09%wx-sh间间单交换=〔(601+626)/6708〕×100%+0.09%=18.4%sh-c间间单交换=〔(116+113)/6708〕×100%+0.09%=3.5%∴三对连锁基因因在染色体上上的位置和距距离确定如下下：|--------------21.9-------------|

|------18.4------|-----3.5------||----------------|--------------|wxshc（1）在染色体上，，一个交换的发发生是否影响响另一个交换换的发生?根据概率理论论，如单交换换的发生是独独立的，则双交换=单单交换×单单交换=0.184×0.035×100%=0.64%实际双交换值值只有0.09%，说明明存在干涉。3.干涉和和并发率干涉(interference)：在一对染色色体中，一个个位置上的一一次单交换影影响邻近位置置上基因交换换发生的现象象。并发系数=实际双交交换值/理论论双交换值=0.09/0.64=0.14→0，干扰严重重。并发系数常变变动于0→1之间。并发系数等于于1时，无干干扰，两个单单交换独立发发生；并发系数等于于0时，表示示完全干扰，，即一点发生交交换后其邻近近一点就不交交换。0<C<1，，存在正干涉涉；C>1，，I<0，存存在负干涉。。（2）表示干涉程度度通常用并发率或并发发系数表示：染色单体干涉涉(chromotidinterference)：是是指两条同源源染色体的4条染色单体体参与多线交交换机会的非非随机性。如如果有染色单单体干涉的存存在，可以使使二线双交换换、三线双交交换和四线双双交换发生的的概率不呈1：2：1的的比例。正的的染色单体干干涉提高四线线双交换的频频率，负的染染色单体干涉涉则可提高二二线双交换的的频率。1、连锁群(linkagegroup)：存在于同一染色体上的全部基因因。生物的连锁群群数目等于该该物种单倍体染色体数。对具有两性分分化的动物，，等于单倍体体染色体数加上1。二、连锁群和和连锁遗传图图:2、连锁遗传传图（linkagemap)一条染色体的的多个基因按按一定顺序、间隔一定距离作线性排列的位置图称为为连锁图或遗遗传学图。染色单体干涉涉(chromotidinterference)：是是指两条同源源染色体的4条染色单体体参与多线交交换机会的非非随机性。如如果有染色单单体干涉的存存在，可以使使二线双交换换、三线双交交换和四线双双交换发生的的概率不呈1：2：1的的比例。正的的染色单体干干涉提高四线线双交换的频频率，负的染染色单体干涉涉则可提高二二线双交换的的频率。12342-3二线双交换1-4四线双交换1-3,2-4三线双交换3、连锁遗传传图的绘制①通过基因定位的方法，把多多个连锁基因因标记在同一一条直线上，，最外端的一一个基因为原点o，其他基因以以其顺序下排排，距离累加加。②位于最外端基基因之外的新新发现基因，，则把o点让给新新基因，其余基因作作相应变动。。③虽然两基因间间的实际交换换率不会达到到50％，但但在连锁图上，由于多次实实验多个图距距相加，两基基因之间的相相对距离可以以超过50cM。第四节人类类的遗传分析析人类基因定位位的局限：不能直接用人人体做实验，只能依据统统计值进行分分析，误差较较大后代个体数目目少，性状的分离离比难以确定定。直到1967年年，常常染色色体仅仅定位位了5个基基因，，确立立了3个连连锁群群，而而且没没有一一个连连锁群群与特特定的的染色色体相相连。。人类遗遗传分分析的的方法法一、系系谱分分析法法二、体体细胞胞杂交交定位位法三、分分子原原位杂杂交法法一、系系谱分分析法法早期的的人类类遗传传学研研究，确定定基因因属于于哪个个染色色体一一般都都通过过系谱谱分析析法。。如，红绿色色盲基基因是1911年通通过系系谱分分析最最早发发现的的人的的性连连锁基基因。。根据系系谱分分析，，一般般只能能判断断基因因位于性性染色色体上上还是是常染染色体体上，但不不能进进一步步确定定它究究竟在在哪一一个常常染色色体上上。二、体体细胞胞杂交交定位位法1、体体细胞胞杂交交somaticcellhybridization两种基基因型型不同同的体体细胞胞融合合成一一个细细胞的的过程程，融融合后后的细细胞称称为杂杂种细细胞。。2、杂杂种细细胞的的选择择和特特点HAT选择择法：：只有杂杂种细细胞能能够在在含有有次黄黄嘌呤呤(H)、、氨基基喋呤呤(A)和和胸腺腺嘧啶啶核苷苷(T)的的HAT选选择培培养基基上生生长。。杂种细细胞在在最初初的几几代中中包含含两种种亲本本细胞胞的所所有有染色色体，，但在在以后后的繁繁殖过过程中中，人类的的染色色体逐逐渐丢丢失减减少，最后后只剩剩一至至数条条染色色体。。3、人人类基基因定定位的的方法法同线法法：根据杂杂种细细胞系系中，，某一一产物物与某某条染染色体体的同同时存存在或或消失失的现现象，，来判判断基基因是是否位位于该该染色色体上上的方方法。。划区法法：利用染染色体体结构构的变变异，，确定定人类类某个个或某某些基基因在在染色色体的的特定定区域域内的的方法法。三、分分子原原位杂杂交法法利用