真菌类染色体作图

真菌类染色体作图1第一页，共七十二页，2022年，8月28日第5章真菌类的染色体作图5.1两个连锁基因的作图5.2三个连锁基因的作图5.3红色面包霉染色体着丝粒作图5.4线性四分子分析和无序四分子分析结合使用2第二页，共七十二页，2022年，8月28日5.1两个连锁基因的作图

无序四分子分析

（unorderedtetradanalysis）酵母Yeast:Saccharomycescerevisiae单细胞藻类singlecelledalga:衣藻Chlamydomonasreinhardtii，构巢曲霉以酿酒酵母为例，研究A、B基因是否连锁？如连锁，图距多少？每一个子囊中的8个子囊孢子的排列是杂乱无序的。3第三页，共七十二页，2022年，8月28日4第四页，共七十二页，2022年，8月28日名词四分子(tetrad)：在真菌和单细胞藻类中，减数分裂的四个产物（子囊孢子），以特定的方式结合在一起，称为四分子。线性四分子(lineartetrad)：子囊孢子以线性方式排列的四分子。无序四分子(unorderedtetrad)：子囊孢子无序排列的四分子。八分子(actad)：减数分裂的四个产物又经一次有丝分裂所生成的八个产物。八分子是双倍的四分子，对它的分析与对四分子的分析是一样的。5第五页，共七十二页，2022年，8月28日无序四分子三种可能的类型

ab×a＋b＋

孢子aba+ababa+a++++b+b+++b++亲本二型非亲二型四型(parentalditype)(nonparentalditype)(tetratype)PDNPDT6第六页，共七十二页，2022年，8月28日7第七页，共七十二页，2022年，8月28日对于连锁的两个基因座a和b，它们之间可能存在以下三种情况（图）：a、b间无交换(nocrossovers,NCO)。一次单交换(asinglecrossover,SCO)。存在双交换(doublecrossover,DCO)。当然，三次或多次交换也可能出现，但是太少了，可以忽略。8第八页，共七十二页，2022年，8月28日parentalditype(PD)(4parentals)tetratype(T)(2parentals,2recombinants)PD(4parentals)T(2parentals,2recombinants)T(2parentals,2recombinants)Nonparentalditype(NPD)(4recombinants)abab++++abab++++aba++b++aba++b++aba++b++a+a++b+ba)Nocrossoversc)Doublecrossover(2-strand)b)Singlecrossoverd)Doublecrossover(3-strand)e)Doublecrossover(4-strand)9第九页，共七十二页，2022年，8月28日ToP16NPD的期望频率是DCO/4双交换频率为DCO=4NPD四型总频率为T=SCO+2NPD，所以SCO=T–2NPDNCO=1–(SCO+DCO)10第十页，共七十二页，2022年，8月28日

从上图可以求出在a、b基因座之间的单交换和双交换数。1、NPD只存在于双交换中，NPD的期望频率是DCO/4，所以双交换频率为

DCO=4NPD2、在双交换中四型频率=2NPD，在单交换中只有四型，四型总频率为SCO+2NPD，所以SCO=T–2NPDBackP1011第十一页，共七十二页，2022年，8月28日3、不发生交换的频率NCO=1–(SCO+DCO)4、平均交换率m是单交换率加上2倍双交换率（每个双交换含2个单交换）

m=SCO+2DCO=(T-2NPD)+2(4NPD)=T+6NPD5、把m转换成图距MD

MD=50m=50(T+6NPD)12第十二页，共七十二页，2022年，8月28日例在ab×++杂交中，各类子囊的频率为：

56%PD，41%T和3%NPD。求基因座之间的图距。

MD=50(T+6NPD)=50[0.41+(6×0.03)]=50×0.59=29.5m.u.13第十三页，共七十二页，2022年，8月28日用重组率估计图距：因NPD子囊全都是重组孢子，T子囊一半是重组孢子，所以

RF=T/2+NPD=0.205+0.03=0.235MD=23.5m.u.用RF估计图距，低估了6m.u.。这是由于RF无法校正双交换所致。只有在基因座距离较小时方可用RF作为图距。

BackP1114第十四页，共七十二页，2022年，8月28日用作图函数求图距：把重组率代入作图函数中，求出图距。MD=-50ln(1-2RF)=-50×ln0.53=-50×0.635=31.74m.u.该结果大于29.5，原因是用作图函数求图距时，考虑了多重交换，使其结果向上偏欹。15第十五页，共七十二页，2022年，8月28日染色体交换与四分子类型的关系基因连锁基因不连锁交换类型四分子类型和着丝粒之间的交换四分子类型不交换PD两个染色体均不发生交换1PD:1NPD单交换T一个染色体发生交换T双交换1PD:2T:1NPD二个染色体发生交换1PD:2T:1NPD判断依据：PD＞＞NPD判断依据：PD=NPD16第十六页，共七十二页，2022年，8月28日aa+bb+图基因不连锁PD=NPDaba+b+17第十七页，共七十二页，2022年，8月28日第5章真菌类的染色体作图5.1两个连锁基因的作图5.2三个连锁基因的作图5.3红色面包霉染色体着丝粒作图5.4线性四分子分析和无序四分子分析结合使用18第十八页，共七十二页，2022年，8月28日5.2三个连锁基因的作图例如：用粗糙链孢霉的两个品系杂交：

arg++×+pabthiarg(精氨酸):arginlnerequirementpab(对氨基苯甲酸)：paraaminobenzoicacidrequirementthi(硫胺素)：thiaminerequirement这一杂交产生9种四分子：19第十九页，共七十二页，2022年，8月28日20第二十页，共七十二页，2022年，8月28日解：1、为了确定三个基因中每两个之间的重组频率，每两个一组，按可能的组合成三组：arg-pab，arg-thi,pab-thi，然后分别对每一组确定和计算PD、NPD及T等四分子类型的数目。例如第(3)类四分子，就arg-pab来说属于PD类型；但就arg-thi来说，属于T类型；又如第(7)类四分子，就arg-pab与pab-thi来说为T，而就arg-thi来说则为NPD。21第二十一页，共七十二页，2022年，8月28日2、根据四分子类型的数目，求每两个基因之间的重组频率：公式R＝（1/2T+NPD）/（T+NPD+PD）X100Rarg-pab=〔1/2(71)+1〕/191×100=19.1%Rarg-thi=〔1/2(167)+8〕/191×100=47.9%Rthi-pab=〔1/2(121)+2〕/191×100=32.7%22第二十二页，共七十二页，2022年，8月28日arg-pab:由上表资料算出的每两个基因之间的PD、NPD及T三种四分子的数目arg-pabarg-thipab-thiPD1191668NPD182T71167121总数191191191重组频率19.147.932.7⑴⑵⑶⑷⑸⑹⑺⑻⑼PDTPDTTTTPDNPD1454103263621(PD=14+103+2=119T=54+2+6+3+6=71NPD=1)→19123第二十三页，共七十二页，2022年，8月28日arg-thi:thi-pab⑴⑵⑶⑷⑸⑹⑺⑻⑼PDTTPDTTNPDNPDT1454103263621(PD=14+2=16

T=54+103+6+3+1=167

NPD=6+2=8)

→191⑴⑵⑶⑷⑸⑹⑺⑻⑼PDPDTTTTTNPDT1454103263621(PD=14+54=68T=103+2+6+3+6+1=121NPD=2)→19124第二十四页，共七十二页，2022年，8月28日3、确定基因排列顺序：这里arg-thi重组值最高，这两个基因应相距最远，相对位置应位于两边，而pab处于中间：

arg—pab—thiRarg-pab=19.1Rthi-pab=32.7Rarg-thi=47.9这是因为在arg-thi基因间有双交换。最简单的校正办法是：19.1+32.7=51.8这三个基因的遗传图：19.1+32.7≠47.925第二十五页，共七十二页，2022年，8月28日第5章真菌类的染色体作图5.1两个连锁基因的作图5.2三个连锁基因的作图5.3红色面包霉染色体着丝粒作图5.4线性四分子分析和无序四分子分析结合使用26第二十六页，共七十二页，2022年，8月28日5.3红色面包霉染色体着丝粒作图高等生物和单倍体低等生物，均具有连锁和交换现象。红色面包霉(Neurosporacrassa)属于子囊菌，属真核生物。特点：个体小、生长迅速、易于培养；可进行无性生殖或有性生殖。无性世代是单倍体，染色体上各显性或隐性基因均可从表现型上直接表现出来，便于观察和分析。一次只分析一个减数分裂产物，方法简便。27第二十七页，共七十二页，2022年，8月28日5.3.1链孢霉的生活史分生孢子(conidia)交配型（matingtype）子囊果(perithecium)子实体子囊(ascus)子囊孢子(ascospore)28第二十八页，共七十二页，2022年，8月28日

营养菌丝体萌发单倍体子囊孢子AscusAscospore29第二十九页，共七十二页，2022年，8月28日红色面包霉的遗传（n=7）①.有性生殖过程：+、-接合型菌丝接合受精子囊果的子囊菌丝细胞中形成二倍体合子（2n）减数分裂形成4个单倍的子囊孢子（四分孢子)有丝分裂形成8个子囊孢子、按严格顺序直线排列在子囊内。（四分子分析：对四分孢子进行遗传分析）②.通过四分子观察，可直接观察其分离比例，检验其有无连锁。30第三十页，共七十二页，2022年，8月28日31第三十一页，共七十二页，2022年，8月28日红色面包霉(真菌类)的特点：易于繁殖、培养、管理；可直接观察基因表现，无需测交；可获得、分析单次减数分裂的结果；等。红色面包霉减数分裂的特点：每次减数分裂结果(四个分生孢子，或其有丝分裂产生的八个子囊孢子)都保存在一个子囊中；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。32第三十二页，共七十二页，2022年，8月28日5.3.2线性四分子分析与着丝粒作图四分子在子囊中的排列顺序取决于减数分裂时着丝粒的取向，因此可以将着丝粒看作一个“基因”，以它作为标准点，将基因与它比较，分析各基因间的顺序与距离，该方法也称着丝粒作图。原养型（prototroph）营养缺陷型（auxotroph）33第三十三页，共七十二页，2022年，8月28日方法以着丝点为位点，估算某一个基因与着丝粒的重组值，进行着丝粒作图。红色面包霉赖氨酸缺陷型lys―遗传：基本培养基上正常生长的红色面包霉菌株——野生型lys+

或+，成熟后呈黑色；由于基因突变而产生的一种不能合成赖氨酸的菌株——赖氨酸缺陷型lys-

或−，其子囊孢子成熟后呈灰色。5.3.2线性四分子分析与着丝粒作图34第三十四页，共七十二页，2022年，8月28日（一）线性四分子分析

（lineartetradanalysis）

lys+×lys-子囊孢子黑色↓灰色

8个子囊孢子按黑色、灰色排列顺序，可有6种方式。非交换型(1)．++++----(2)．----++++交换型

(3)．++--++--(4)．--++--++(5)．++----++(6)．--++++--35第三十五页，共七十二页，2022年，8月28日其中：(1)、(2)非交换型；(3)~(6)交换型，都是由于着丝点与+/-等位基因之间发生了交换，其交换均发生在同源染色体非姐妹染色单体间，即发生于四线期(粗线期)。根据着丝粒与某杂合基因座之间是否发生交换，减数分裂中，等位基因+和-的分离有两种模式。（一）线性四分子分析36第三十六页，共七十二页，2022年，8月28日(1)(2)(3)(4)(5)(6)37第三十七页，共七十二页，2022年，8月28日某对杂合基因在减数分裂时，基因与着丝粒间未发生交换，这对杂合等位基因在第一次减数分裂期间就彼此分离，称为第一次分裂分离。AAaaMIAAaanAAaaAAaanAAaa2nMⅡ1)第一次分裂分离(first-divisionsegregation,MI)38第三十八页，共七十二页，2022年，8月28日AAAAAMⅠAMⅡAAaaAaaaaaaa(a)第一次分裂分离模式Ⅰ（一）线性四分子分析39第三十九页，共七十二页，2022年，8月28日某对杂合基因在减数分裂时与着丝粒间发生了交换，在第一次减数分裂时，等位基因没有分离，而在第二次减数分裂时彼此分离，称为第二次分裂分离。MIIAAaa2nAaAanAaAanAaAaAaAan

2)第二次分裂分离(Second-divisionsegregation,MII)MI40第四十页，共七十二页，2022年，8月28日AAAAaA

MⅠMⅡaaaAAaaAaAaa(b)第二次分裂分离模式Ⅱ（一）线性四分子分析二、线性四分子分析与着丝粒作图41第四十一页，共七十二页，2022年，8月28日BackP5242第四十二页，共七十二页，2022年，8月28日5.3.2线性四分子分析与着丝粒作图43第四十三页，共七十二页，2022年，8月28日利用四分子分析法，测定基因与着丝粒间的距离，即根据子囊孢子基因型的排列顺序，计算基因与着丝粒的重组率，确定基因与着丝粒之间的距离和排列顺序。实验说明：两种链孢霉杂交：野生型菌株(lys+，或十)，子囊孢子：黑色。赖氨酸缺陷型(lys-

或－)，子囊孢子：灰色。重组率=交换型子囊数÷

总子囊×1/2×100％（二）着丝粒作图(Centromeremapping)44第四十四页，共七十二页，2022年，8月28日

例1：赖氨酸缺陷型(lys-)×野生型(lys+)序号子囊类型子囊数分裂类型＋＋－－１０５ＭI

－－＋＋１２９非交换型＋－＋－９－＋－＋５ＭII

＋－－＋１０交换型－＋＋－１６RF=*½*100%

ＭII(MI+MII)9+5+10+16105+129+9+5+10+16=*½*100%=7.3%=7.3cM45第四十五页，共七十二页，2022年，8月28日lys+/-7.3cM46第四十六页，共七十二页，2022年，8月28日例2：有9个子囊对A基因为非交换型，有5个子囊对a基因为交换型：着丝粒距离＝5/(5+9)×1/2×100＝18m.u着丝粒作图也可跟通常的基因作图一起进行47第四十七页，共七十二页，2022年，8月28日第5章真菌类的染色体作图5.1两个连锁基因的作图5.2三个连锁基因的作图5.3红色面包霉染色体着丝粒作图5.4线性四分子分析和无序四分子分析结合使用48第四十八页，共七十二页，2022年，8月28日5.4线性四分子分析和无序四分子分析结合使用1、无序四分子分析可精确度量基因座之间的距离。2、线性四分子分析可作着丝粒制图，也可忽略子囊孢子的排列顺序，按无序四分子分析计算基因座之间的距离。3、当按无序四分子分析计算基因座之间距离时，要考虑以下三种可能性：49第四十九页，共七十二页，2022年，8月28日(1)基因座分别在不同染色体上。(2)基因座位于同一条染色体的着丝粒两侧。(3)基因座位于同一条染色体的着丝粒同侧。其中(1)和(2)对于两个基因座来说全都是独立的MII构型。而在(3)中，着丝粒与近侧基因座之间出现交换，将在同一子囊中出现两个基因座的MII构型，由此可以判断基因座之间的连锁关系。

50第五十页，共七十二页，2022年，8月28日4、在着丝粒制图时，若基因座与着丝粒之间距离较大，也需要用平均交换次数m校正期间可能出现的双交换或多交换。51第五十一页，共七十二页，2022年，8月28日例1：粗糙脉孢菌有一杂交nic+×＋adenic:菸酸依赖型ade:腺嘌呤依赖型得到7种不同的基因子囊型和相应的子囊数：52第五十二页，共七十二页，2022年，8月28日表5-4粗糙脉孢菌nic+×＋ade杂交结果1-4ToP425-4⑤2-353第五十三页，共七十二页，2022年，8月28日54第五十四页，共七十二页，2022年，8月28日图5-63种四分子的形成5-655第五十五页，共七十二页，2022年，8月28日解：先计算基因与其着丝粒间的重组率：R·-nic＝交换型子囊数/总子囊数×1/2×100％＝第二次分裂分离子囊数/总子囊数×1/2×100％＝M2/总子囊数×1/2×100％＝[（4）＋（5）＋（6）＋（7）]/1000×1/2×100％＝(5＋90＋1＋5)/1000×1/2×100％＝5.05%R·-ade＝M2/总子囊数×1/2×100％＝(3)＋(5)＋(6)＋(7)/10001/2×100％＝90+90+1+5/1000×1/2×100％＝9.30%56第五十六页，共七十二页，2022年，8月28日连锁基因的排列顺序分析算出上述两个重组值后，还有三种可能性要考虑：（1）无连锁，位于两个不同的染色体上（2）有连锁，位于一个染色体的着丝粒的两侧（3）有连锁，位于一个染色体的着丝粒的同侧nicade5.059.3057第五十七页，共七十二页，2022年，8月28日由前表5-4已知PD>>NDP，说明这两个基因是连锁的，可以排除（1），这两基因对不可能自由组合。连锁基因的同/异臂分析可以有以下两种方法：58第五十八页，共七十二页，2022年，8月28日连锁基因的同/异臂分析1．利用连锁基因n和a都处在MⅡ状态下的PD和NPD四分子类型出现的频率来判断这两个基因在同臂还是异臂上(图5-7)。如果n、a在异臂上，

当n和a都处在MⅡ状态下时，则PD与NPD都是由双交换形成，且机会应相等，因而PD与NPD的频率相等。59第五十九页，共七十二页，2022年，8月28日表5-4粗糙脉孢菌nic+×＋ade杂交结果1-4ToP425-4⑤2-360第六十页，共七十二页，2022年，8月28日图5-7连锁基因的同/异臂分析二线双交换单交换四线双交换四线三交换⑥⑤90161第六十一页，共七十二页，2022年，8月28日表5-4的实验数据显示在⑤中，同处MⅡMⅡ的PD子囊数为90，在⑥中，同处MⅡMⅡ的NPD子囊数为1。显然，PD多于NPD（图5-7）。故n、a排列在异臂上的可能性不存在。因此，我们可以判断n、a在同臂。62第六十二页，共七十二页，2022年，8月28日表5-5链孢霉的nic+×+ade的分离资料

(按分离时期排列)2．在n和a分别为MⅠ和MⅡ的情况下，对子囊数与RF(·—n)，RF(·—a)进行比较分析，得下表(表5-5)。+/nic+/ade子囊数M1M1（808+1）809M1M2（90）90M2M1（5）5M2M2（90+5+1）96100063第六十三页，共七十二页，2022年，8月28日表5-4粗糙脉孢菌nic+×＋ade杂交结果1-4ToP425-4⑤2-364第六十四页，共七十二页，2022年，8月28日++an图5-8若n、a异臂，则两基因各自的MⅡ型子囊数也应相差不到一倍∵90＞＞5，∴n、a不可能异臂65第六十五页，共七十二页，2022年，8月28日已知RF(·—nic)=5.05％，RF(·—ade)=9.3％