摩尔根定律和遗传连锁分析课件

第三章摩尔根定律和遗传连锁分析第一节遗传的染色体学说伴性遗传：跟性别相联系的基因的遗传方式。很多生物有性染色体，而性染色体也必然带有很多与性别决定无关的基因，这些基因的遗传必然跟性别相联系，称为伴性遗传(sex-linkedinheritance)。一、果蝇的伴性遗传1.摩尔根(T.H.Morgan)在1905年发现果蝇是极好的实验材料：体型小、易饲养、生活史短，25℃时，12天完成一个世代，活动力强，每次能繁殖几百个后代。现发现果蝇还有很多其他优点，所以果蝇是遗传学实验好材料，现仍然使用。2.野生果蝇都是红眼。摩尔根1910年发现一只白眼雄蝇，用其交配，结果如下:07,5-6二、为了说明这两个实验结果，摩尔根提出了如下假设：白眼基因w是隐性的，位于X染色体上，正常野生型雌蝇为X+X+，最初发现的那只白眼雄蝇为XwY,而Y上无相应的基因。故第一个实验可解释：P红眼♀X+X+×白眼♂XwY↓F11X+Xw(红眼）:1X+Y（红眼）↓F2X+X+X+YX+XwXwY1红眼♀：1红眼♂：1红眼♀：1白眼♂

回交试验解释如下：子一代红眼♀白眼♂X+Xw×XwY↓X+YX+XwXwXwXwY1红眼♂：1红眼♀：1白眼♀：1白眼♂三、摩尔根为了验证他假设，设计了三个新的实验：1、F2红眼雌蝇中，基因为X+X+和X+Xw。如进行交配：F2红眼♀×白眼♂则:½

F2红眼♀的后代全部是红眼；

½

F2红眼♀的后代中：¼红眼雌¼红眼雄¼白眼雌¼白眼雄↓2、根据假设，白眼♀基因型为XwXw，与红眼♂

X+Y交配的子代中，雌的全部为红眼，雄的全部为白眼。3、根据假设，白眼雌×白眼雄，子代全部是白眼，且能真实遗传，成为稳定品系。

实验结果与预期全部相符，假设得到证实，这是第一次把一个特定基因与一个特定的染色体联系起来，建立了遗传的染色体学说。由于w基因在X上，它的遗传表现总与性别相联系，故称伴性遗传，也叫x连锁遗传(x-linkedinheritance)。第二节连锁与交换连锁基因：由于一条染色体上含有许多基因，这些基因往往有跟随这条染色体整体而遗传的趋势，称为连锁基因。

一、连锁现象：基因间伴同而遗传的现象。

1、连锁现象是1906年英国学者贝特森和潘耐特研究香豌豆两对性状遗传时发现的。他研究的两对性状：花的颜色、花粉粒的形状。

实验一P

紫花、长花粉粒×红花、圆花粉粒PPLLppll↓F1紫花、长花粉粒PpLl↓F2

紫长紫圆红长红圆总数P_L_P_llppL_ppll实得数483139039313386952按9:3:3:1推算的理论数

3910.51303.51303.5434.56952紫圆红长P_llppL_390393

实验二P紫圆×红长

PPll

↓ppLLF1紫长PpLl↓F2

紫长紫圆红长红圆总数P_L_P_llppL_ppll实际个体数22695971419按9:3:3:1推算的理论数

235.878.578.526.2419紫圆红长P_llppL_9597情况同前一实验相同。我们在讲卡方测验曾举此例说明，这是第一个发现的与孟得尔自由组合定律有明显差异的实验。2.上述两实验说明：⑴F2中，亲本组合多，重组合偏少，与自由组合定律不符。⑵原来为同一亲本的两个性状，在F2中，常常有联系在一起的倾向，说明来自同一亲本的基因，有较多的在一起传递的可能。3.

贝特森和潘耐特对上述结果没提出科学解释1910年摩尔根和Bridges认为此现象属于连锁遗传现象，总结出遗传学的第三规律——连锁交换规律。摩尔根根据自己多年研究果蝇的成果，于1920年发表了《基因论（Thetheoryofthegene）》专著，提出基因在染色体上直线排列，为遗传学和细胞学的发展起了重要作用。

PCCShSh×ccshsh有色饱满↓无色凹陷测交CcShsh×ccshsh有色饱满无色凹陷↓测交子代CcShshCcshshccShshccshsh有色饱满有色凹陷无色饱满无色凹陷总数实得粒数403214915240358368百分比%48.21.81.848.2孟德尔比数1：1：1：1其中：亲组合=(4032+4035)/86368×100%=96.4%重组合=(149+152)/8368×100%=3.6%这说明实得数与孟得尔比例不符，亲代原有类型比预期多，而亲代没有的新类型比预期少，它们不是自由组合的。

C与Sh、c与sh相互结合在一起，有一定程度的连锁。换个写法，将结合在一起的基因写在一起，中间用斜线隔开，就成了下图所示结果。

PCSh∕CSh×csh∕csh有色饱满↓无色凹陷

测交

CSh∕csh×csh∕csh有色饱满无色凹陷↓测交子代CSh∕cshCsh∕cshcSh∕cshcsh∕csh有色饱满有色凹陷无色饱满无色凹陷

亲组合重组合亲组合重组合

两种交配方式结果一样：重组合约占3％，亲组合约占97％，这说明有连锁存在。二、交换

上述玉米连锁情况在各种的植物中均可看到，每两个连锁基因间的连锁程度或重组率是固定的，但不同的连锁基因间却是不同的。假如相互连锁的基因是在同一染色体上，那么为什么不是100％连锁而有3％重组呢？这可用摩尔根的连锁交换定律来解释，而交换的假设在1909年摩尔根确立遗传的染色学说前就由Janssens提出了，后人证实了这个假设，这个假设叫做交叉型假设（Chiasmatypehypothesis）。交叉型假设（Chiasmatypehypothesis）：⑴减数分裂前期特别是双线期，配对染色体不是简单平行而是存在交叉缠结图像，交叉处是同源染色体间对应片断发生交换的地方。⑵相互连锁的两个基因位于同一染色体的不同位置，如这两个位置间发生交换，就导致这两个连锁基因的重组。

如果用双线的4条染色单体来表示前面所述的玉米杂交，则杂交过程中连锁与交换的过程就比较明瞭了：交换特点：⑴

交换时非常精确，一般不会使一条链增一基因而另一条链少一基因。⑵交换发生在双线期染色单体间。⑶

连锁基因间每发生一交叉，只产生一半重组型配子。三、雌雄的连锁不同由于测交后代的比数直接反映了配子的分离比数，所以在下述交配中：

CSh∕csh×csh∕csh有色饱满无色凹陷重组值（交换值）＝重组合∕(重组合＋亲组合)＝301∕301＋8076＝3.6％例如黑腹果蝇中：

野生型B“略近灰色”对体色突变型黑体b显性。野生型红眼Pr对突变型紫眼pr显性。PbPr∕bPr╳Bpr∕Bpr黑体红眼灰体紫眼↓F1bPr∕Bpr灰体红眼将F1与双隐性个体bpr∕bpr（黑体紫眼）交配，则F1♀和F1♂与双隐性♂和♀交配的结果是不一样的。F1

♂bPr∕Bpr╳bpr∕bpr♀灰体红眼黑体紫眼↓bPr∕bprBpr∕bpr1黑体红眼：1灰体紫眼

♂果蝇无交换，所以♂bPr∕Bpr只形成两种等量的配子：

bPr和BprF1♀bPr∕Bpr╳bpr∕bpr♂灰体红眼黑体紫眼↓BPr∕bprBpr∕bprbPr∕bprbpr∕bpr1灰体红眼：19灰体紫眼：19黑体红眼：1黑体紫眼

♀果蝇发生交换，bPr∕Bpr♀果蝇产生4种配子：BPr、Bpr、bPr和bpr重组值＝1＋1∕19＋19＋1＋1＝5％

细胞观察证实，雄果蝇和雌家蚕的减数分裂中无交叉，与实验结果相符。所以一般所说的果蝇和家蚕交换值均是指雌果蝇和雄家蚕的交换值。而在雄果蝇和雌家蚕中两对基因要么连锁重组为0，要么不连锁而重组值为50％。四、连锁群1、用上述方法对多种生物进行基因连锁试验后，遗传学工作者得出下面两条规则：⑴如果A基因与B基因连锁，B基因与C基因连锁，则A与C连锁。⑵

如A与B连锁，B与C不连锁，则A与C不连锁。2、连锁群：相互连锁的一组基因。

由于雄果蝇完全连锁，其连锁群的测定稳定可靠。摩尔根1914年发现果蝇一共只有4个连锁群。到1942年为止，至少测定了494个基因，分别属于4个连锁群。生物种类连锁群数单倍染色体数小鼠黒腹果蝇玉米大麦番茄豌豆链孢霉20410712772041071277

连锁群的数目与染色体的对数相等，这更是遗传的染色体学说的有力证据。而遗传学上充分研究过的生物中，事实确实如此。见下表：

有时某些生物的连锁群数目低于单倍体染色体数，这是由于研究得不充分或某些染色体上可供检出的基因数较少等。如：家兔n＝22连锁群11家蚕n＝28连锁群27牵牛花n＝15连锁群12研究充分了，连锁群可接近n，但不会超过n。五、三点试验与基因直线排列

前面进过，两个连锁基因间的重组值一般是恒定的，如ABC三个基因连锁，无论是A与B、B与C或者A与C，其重组值或大或小，都是一固定值。1.重组值反映了什么呢？根据前面所述：重组值实际上所表示的是重组类型的配子数占配子总数的百分比，

也就是发生交换的染色单体占染色单体总数的百分比，

或者是发生交叉的性母细胞占总性母细胞的百分率（交叉率）的2分之1。记住，上面所述的重组值均是指两个基因之间的现象。2.重组值到底由什么决定的呢？由于基因在染色体上是直线排列的，故连锁基因间都有一定距离，这距离或远或近。假定交换点落在染色体的哪一个位置上是随机的，那末基因间的重组值（交换率）显然同两个基因间的距离有关。距离长，发生交换的可能性大，距离短，发生交换的可能性当然也小。因此，重组值的大小反映了两基因间距离的大小。这是摩尔根的研究成果。早在1911年，摩尔根就提出了重组值可能是由两个基因在染色体上的距离决定的，后来证明，他的设想与实际相符。3.基因的排列可通过重组值测定来确定可进行两两试验，如a、b、c三个基因，可进行a-b、a-c、b-c三个二点试验，测定它们的相对位置。也可将a、b、c同时进行试验，即把3个基因包括在同一交配中，叫三点试验。如三杂合体abc/+++或ab+/++c跟三隐性个体abc/abc进行测交，叫作三点测交（threepointtestcross)。

基因距离测定最有效的方法不是进行两点试验，而是进行三点试验。三点试验的优点在于：⑴

一次三点试验中可得到三个重组值，且是在同一基因背景和环境下得到，比三个二点试验的重组值更能准确反映本质。因为重组值既受环境影响，也受基因背景影响，三点试验所得的三个重组值才能严格地相互比较的。⑵

三点试验还可得到两点试验所得不到的资料，就是关于双交换的资料。4.三点试验举例

试验1：黒腹果蝇的三个突变基因ec（echinus,棘眼）、sc（scute,缺少某些胸部刚毛）和cv（crossveinless,翅上横脉缺失）均为X连锁遗传。上述三个品种经杂交后得到三杂合体ec++/+sccv（此处基因顺序未知），将其与三隐性个体ecsccv/Y进行交配，得到如下数据：

表型实得数ec++810+sccv828ecsc+62++cv88+sc+89ec+cv103合计1980

由于雄蝇的配子是Y或evsccv，所以子代的表型反映了各种基因型雌配子的比例，由此，我们可以计算基因之间的重组值。

ec——sc之间的重组值：计算时可暂时不考虑cv/+的存在。亲组合＝810＋828＋89＋103＝1830重组合＝62＋88＝150重组值Rec-cv＝亲组合∕重组合＝150∕1980

＝7.6％遗传学图:

把一个连锁群的各个基因按距离和顺序标志出来而绘制的图谱。将％符号去掉，7.6就可作为两个基因之间在遗传学图上的图距（mapdistance），一个图距单位也称为一摩尔根单位(cm)。

ec——cv间的重组值:Rec-cv＝（89＋103）∕1980＝9.7％ec-cv间的图距为9.7

sc——cv间的重组值：Rsc-cv＝（62＋88＋89＋103）∕1980＝17.3％sc-cv间的图距为17.3根据上述三个重组值，可画出如下遗传学图：sc7.6ec9.7cv17.3

由此可见，Rsc-cv等于Rec-cv和Rec-cv之和，根据摩尔根假设，基因在染色体上按次序sc-ec-cv作直线排列。

按上述次序，将杂交结果重新排列，试验结果更加明了：表型实得数比例重组发生位置sc-ecec-cvsc-cv+ec+810sc+cv828scec+62++cv88sc++89+eccv103

合计1980100%7.6%9.7%17.3%82.7%7.6%√

√9.7%√

√07,7-8

上述试验的后代仅有6种表型，但多数三点试验中，回交后代可以有8种表型。试验2：黒腹果蝇中，ec（棘眼）、ct（cut，截翅）和cv（横翅缺失）这三个基因均在X染色体上，进行如下杂交：ecct+∕++cv╳ecctcv∕Y得下表：

表型实得数比例重组发生位置ec-ctec-cvct-cvecct+2125++cv2207ec+cv273+ct+265ec++217+ctcv223+++5ecctcv3合计5318100%18.4%10.2%8.4%81.5%10.1%√√8.3%√√0.1%√√重组子（recombinant）：基因间的组合与亲代不同的后代。

从表可知，基因次序是ec-cv-ct，但Rec-cv与Rcv-ct之和10.2％＋8.4％＝18.6％大于Rec-cv＝18.4％，原因是什么？ec10.2cv8.4ct18.4

请注意上表中最后两个表型＋＋＋和ecctcv，如按次序排列，则应该为＋＋＋和eccvct，它们是亲本ec+ct和+cv+发生双交换所产生的子代。这种双交换对ec-ct而言，等于没发生交换，而计算ec-cv和cv-ct的重组值时，都用到这双交换，计算ec-ct重组值时却没有计算在内。所以，如有双交换存在，计算两边两个基因的距离时，一定要加上两倍的双交换值（2×0.1%），即18.4％＋2×0.1％＝18.6％。基因直线排列定律：三点试验中，两边两个基因对间的重组值等于另外两个重组值之和减去两倍的双交换。基因直线排列定律使我们能觉察两边两个基因对间的双交换，是sturtevent在1913年确立的。ec+ct+cv+ec+cteccv

ct+

+

++cv+图距是以重组值为依据的，而计算重组值时，实际上计算的是有效交换值，即奇数次交换，而偶数次交换在两个基因间是觉察不到的，并未计算入内。事实上即使做二对基因杂交，如交叉是随机发生的，那么就有可能在基因间发生过偶数次交换。由于双交换并不导致基因间的重组，在计算重组值时，并未将其计算到重组值中，而三点试验中就可发现双交换，这是上述定律存在的根本原因。

三点试验中，后代有8种可能的表型，而个数最少（甚至没有）的表型就是双交换产物，因此，不必计算重组值，我们即可推出基因次序。例如：上面实验中，亲本为[ecct+∕++cv]（方括号表示次序未知），而数量最少的后代是[+++和ecctcv]，它们是双交换产物，由此可推知，只有将cv置于中间才可能经双交换产生这种后代。5.用三点试验来判断基因次序很准确，但获得三杂合体却不很容易，因而有时常常根据三次两点试验来判断次序。

重组值最大的两个基因位于两边，但由于不同的实验中重组值有可能有些上下，当两个基因距离相当接近如小于3％时，根据三次两点试验推测基因次序就不怎么可靠了。六、并发率和干涉双交换的预期值就是两个单交换之积：

从双交换发生的情况可知，如果两个基因对间的交换并不影响相邻的两个基因对间的单交换，那么，双交换的预期值就是两个单交换之积。但实际上观察到的双交换频率往往低于预期值。如：ec-cv-ct中，ec-cv间为10.2％，cv-ct为8.3％，预期值＝10.2％×8.4％＝0.86％。而实验所得的双交换率＝（5＋3）/5318＝0.15％（此为精确到小数点后两位的数值，而表中为方便起见用0.1％来表示）。

由此可见：干涉（interference）：每发生一次单交换时，它的邻近也发生一次交换的机会要减少些。如：在sc-ec-cv试验中，双交换预期值为7.6％×9.7％＝0.74％而实验中一个双交换个体也没有，“干扰”完全。干扰的大小一般用并发率来表示:并发率＝观察到的双交换百分率两个单交换百分率的乘积并发率越大，干涉越小。并发率＝1，表示没有干涉。在ec-cv-ct试验中：并发率＝0.15%∕0.86%=0.17，干扰＝1－0.17＝0.83在sc-ec-cv中：并发率＝0∕0.74％＝0，干扰＝1－0＝1一般实验表明：基因间距离越短，并发率越低，干扰值上升。这好像染色体有某种物理学上的韧性，在某一距离内妨碍“弯曲”或交换的重复发生。七、连锁图

根据基因在染色体上直线排列定律和大量实验材料的总结，我们可把每个连锁群画成一个连锁图，亦即遗传学图，作为遗传学和育种工作的重要参考资料。基因在染色体上的相对距离是根据重组值决定的，将重组值的％去掉后作为图距。图距可根据三点试验确定，无法进行三点试验也可根据二点试验来确定。如玉米中花青素基因a，棕色中脉基因bm和易碎胚乳基因bt都在第五染色体上，a和bm重组值＝6％，a和bt重组值＝7％。根据此两数据尚不能确定次序，因为有两种可能，但一旦知道bm和bt重组值为1％时，它们之间的次序就确定了，如下图这种情况：

a6bmbt7bm

6abt7

遗传学图使用说明:1.基因在遗传学图上有一定位置，叫座位(locus)。一般以最先端为0，若资料多了发现有更先端的基因时，将0让位给新的先端基因，其他基因作相应的位移。2.重组值在50％以内，但图距却远远超出50，这是因为这两基因间发生了多次交换（偶数）而未出现重组的情况，所以，要知道重组值，在图上只能限于邻近的两个基因间。3.遗传学图只是已发现的资料的积累，如两基因重组值达到20％，而它们之间还未发现有其他基因，这样定出的图距是很不准确的，只能作为参考。八、重组值与交换值1.重组是交换的结果，重组率通常也称作交换值或交换率，但如仔细推敲，两者并不相等。如果交换在染色单体各个位点上是随机发生的，那么如果两基因位点很近，发生双交换的可能性很低，重组值与交换值相同。但如果两位点较远，则其间可能出现双交换、三交换甚至四交换，而偶数交换并不引起重组。八、重组值与交换值三次、五次交换效果与一次交换相同，故此时重组值低于交换值，所以以重组值作为图距时，它低估了交换值（而图距是以1％交换值作为单位的，交换值真正反映距离），需校正。校正公式较多，也可根据自己得出的连锁与交换试验的结果提出适合某一生物的公式。八、重组值与交换值一个合适的较正公式应满足如下条件：⑴重组值最大不超过0.5⑵较小的重组值应该大致等于交换值。2.常用较简单的公式是Haldane推导的作图函数(MappingFunction)：

R=

½(1-e－2x)其中：R＝重组值，X＝交换值，e＝自然对数的底数2550751001250.500.25R图距(100X)⑴

起始处基本为直线，斜率K＝1，表示重组值＝交换值。⑵在曲度较大区域，R值非加性是本公式适用范围，此时R小于交换值。⑶

变换公式得X＝－½ln（1－2R），由此可通过R值求得交换值X，但图距很大时，重组值与图距无关，此式不适用。2550751001250.500.25R图距(100X)九、孟德尔研究过的7对基因位于7个不同染色体上吗？

孟德尔的自由组合定律，说的是一对因子的分离与另一对因子的分离是独立的，两者是自由组合的。这结果是孟德尔用7对因子杂交所得的结论，因而相当一段时间内，就认为这7对基因分别位于7对染色体上。但豌豆也只有7对染色体，事情真有那么巧合，孟德尔所选的7对因子正好位于7对染色体上？1968年Lamprecht发表了豌豆的遗传图，图中包括了孟德尔研究过的7对基因，如果此图正确，则这7对基因不是位于7对染色体上，而是座落于4对染色体上。

孟德尔所进行的双因子试验豆粒满和皱R/r同子叶黄和绿I/i，以及三因子试验豆粒满皱，子叶黄绿和花冠红白A/a，结果都符合自由组合定律。似乎这和遗传图上的A/a同I/i连锁有矛盾，但实际上并不矛盾，A/a与I/i相距204，重组值已达49％，已属于自由组合范围了。按图所知，这7对因子中唯一最明显不能自由组合的是Le/le和V/v这两对因子，其图距仅为12，有较强的连锁，不符合自由组合定律。不知孟德尔是否做了这试验，如做了，则必然得到孟德尔难以解释的资料，它会否置于一旁而不用呢？这是个疑案。不过从他论文上的这句话“用豆粒性状进行试验，可以最简单和最正确地达到试验的目的”可以推断，他可能没做这对性状杂交，他所说的7对因子均自由组合可能是他根据前述二对和三对因子杂交的分离结果而推而广之演以绎出来。不管怎样，自由组合定律在一定范围内是准确的，这范围是什么？请同学们想一想。第三节人类连锁分析和基因定位

虽然一般生物的连锁分析方法也可用到人类，但人类的家庭人员少、世代长，又不能按计划进行婚配，所以人类基因用传统的方法进行定位难度很大。由于这些原因，直到1969年，能确立的连锁群只有7个。随着学科的发展，人们在杂交和家系分析进行遗传学作图的基础上，，不断将新的技术应用于人的基因定位上。到1987年，已定位的与疾病相关的基因已达1000多个。

1990年，美国启动人类基因组计划（HGP），基因定位工作进入了一个展新的阶段。2001年，人类基因组测序初步完成，人类基因定位工作也随之突飞猛进，进入新的历史阶段。虽然传统的定位方法用起来有诸多制肘，但如有适宜的研究对象，依然可获得有价值的研究结果。一、家系分析与基因定位例如：

一方亲体是双杂合体，连锁相（linkagephase）是AB/ab（相偶，coupling，两显性基因在同一染色体上），或者是Ab/aB（相斥，repuling，两显性基因分别位于一对同源染色体上）；另一方为双隐性ab/ab。这样的婚配相当于动植物的测交试验，所以可确定连锁关系，并得出重组率。

如有一甲膑综合症家系，患者指甲和膑骨畸形（膝盖骨畸形），家系中各成员ABO血型也是清楚的，父亲II-1的基因型已知是NpaIA/npaIB，母亲II-2为npai/npai。Npa为显性遗传。

分析可知，III代中A型的个体都是患者，B型都正常，但III-5为A型却是正常的，故其是重组体。重组值＝1/8＝12.5％。IIIIIIA_B_ABOAAABAABB

有时把家系分析和细胞学观察结合起来，还可发现某一性状的遗传与某一畸变的染色体的传递有平行关系，因此我们可推定控制这一性状的基因位于某一染色体的某一区域，作成细胞学图（cytologicalmap：基因定位于显微镜视图下染色体的某一区域）。例如有一家系中，红细胞型酸性磷酸酯酶1（acidphosphatase1）活性缺乏与2号染色体短臂的微小缺少相关联，则就将酸性磷酸酯酶（ACP1）定位在2号染色体短臂的远端。二、体细胞遗传学与细胞学图的制作

既然传统的遗传学分析方法难以在人类中应用，而人类要了解自身，特别是医学发展的需要，又特别需要有正确的人遗传学图，所以人们不断尝试用新的方法作人类遗传学图。

在细胞学水平上所作的细胞学图是一种有效的作图方法。细胞学图绕过减数分裂，用细胞培养方法，研究体细胞融合、突变、分离以及连锁和交换等，用体细胞遗传学（somaticcellgenetics）即cellgenetics方法把基因定位在染色体上。定位是通过杂种细胞进行的。人体细胞和小鼠细胞（或仓鼠细胞等）的形成见下图。1、首先将人体细胞和营养缺陷型的小鼠细胞混合培养，加上促溶试剂－UV灭活的仙台病毒（Sendaivirus)或PEG，使两种细胞融合。仙台病毒有几个附着点，通过附着点附着到宿主细胞