染色体作图课件

Chapter6真核生物的染色体作图(3h)本章要求6.1

连锁遗传理论的建立6.2

性状连锁遗传规律6.3

连锁与交换的遗传分析6.4

基因定位与连锁遗传图6.5

真菌类的染色体作图（自学）6.6有丝分裂分离与重组（自学）6.7

连锁交换定律的意义复习思考题Chapter6真核生物的染色体作图(3h)本章要求1掌握本章涉及的名词概念、连锁遗传规律的内容、交换值的测定方法、及连锁遗传规律的意义。了解连锁与交换的遗传机制，基因间距离、交换值、重组值、遗传距离及连锁强度的关系。能识别连锁遗传图上的基本信息。了解四分子分析与着丝点作图的基本原理。了解连锁遗传规律在育种工作中的应用。本章要求掌握本章涉及的名词概念、连锁遗传规律的内容、交换值的测定方法2根据遗传的染色体学说与独立分配规律推测：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。Mendel在豌豆杂交试验中就发现，红花和麻种皮、白花与白种皮总是连在一起遗传。BatesonandPannett(1906)在香豌豆两对相对性状杂交试验中又发现连锁遗传(linkage)现象。T.H.Morganetal.(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(theoryofthegene)。6.1连锁遗传理论的建立根据遗传的染色体学说与独立分配规律推测：6.1连锁遗传理36.2性状连锁遗传规律6.2.1性状连锁遗传的表现连锁遗传现象连锁遗传现象的解释及验证连锁遗传规律6.2.2连锁与交换的机理基因的连锁关系连锁与互换的机理连锁群6.2.3连锁遗传的细胞学基础基因交换的实验证明交换发生的时间交换与交叉的关系交换的理论假设重组的最大频率6.2性状连锁遗传规律6.2.1性状连锁遗传的表现4连锁遗传现象连锁遗传：不同性状常常联系在一起传递给后代的现象称为连锁遗传。P：紫花长花粉粒PPLL×红花圆花粉粒ppll↓F1：紫长PpLl↓

F2：紫长P-L-紫圆P-ll红长ppL-红圆ppllO：284212174E：225757525X23

=189.27＞X20.01(3)=11.34，差异极显著，表明实得数与理论数极不相符。连锁遗传现象连锁遗传：不同性状常常联系在一起传递给后代的现象5连锁遗传现象的解释及验证解释：两种不同的亲本组合杂交结果相似，若只考虑一对相对性状，均符合3:1的分离比。Bateson和Pannett推测，F1代产生配子时：F1代基因型：PpLlF1代配子：PLPlpLpl若Pp与Ll独立遗传：1：1：1：1F2表型比应为：9：3：3：1若Pp与Ll连锁：多少少多则F2表型比为：多少少多连锁遗传现象的解释及验证解释：F1代基因型：6验证——测交法果蝇：红眼（pr+或+）＞紫眼（pr）长翅（vg+或+）＞残翅（vg）P pr+pr+vg+vg+×prprvgvg

F1pr+prvg+vg♀

♂prprvgvg

prvg表型实测数理论数

+++pr+vg++1339709.75+vg+prvgvg+vg151709.75pr+prpr+vgpr+154709.75prvgprprvgvgprvg1195709.75总数28392839验证——测交法果蝇：红眼（pr+或+）＞紫眼（pr）7测交试验结果分析F1形成四种配子，但比例显然不符合1∶1∶1∶1；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。结论F1在形成配子时，重组型配子数少于亲本型配子数，导致测交后代数不成1∶1∶1∶1之比，说明亲本具有的两对非等位基因不是独立遗传而是连锁遗传，且是不完全连锁（若完全连锁，则相当于一对基因的遗传，就不会出现重组类型）。测交试验结果分析F1形成四种配子，但比例显然不符合1∶1∶18连锁遗传规律连锁遗传的不同性状是由位于同一染色体上的非等位基因控制，在形成配子时，位于同一染色体上的基因倾向于连在一起传递；重组型配子是细胞减数分裂时非姊妹染色单体间交换产生的。连锁基因—集合（位）于同一染色体上的非等位基因互称为连锁基因。基因连锁—非等位基因在同一染色体上的集合称为基因连锁。连锁遗传规律连锁遗传的不同性状是由位于同一染色体上的非等位96.2.2连锁与交换的机理基因的连锁关系根据基因显隐性关系分：相引相——不同对的显性基因或隐性基因相互联锁在一起的基因构型称为相引相。如AB/ab相斥相——不同对的显性基因和隐性基因相互联锁在一起的基因构型称为相斥相。如Ab/aB6.2.2连锁与交换的机理基因的连锁关系10根据连锁基因间是否发生交换分完全连锁(completelinkage)：指两对非等位基因总是连在一起，永不分离，其遗传行为与一对基因相同。拟等位基因：遗传学上把完全连锁的，控制同一性状的非等位基因称为拟等位基因。根据连锁基因间是否发生交换分完全连锁(completel11不完全连锁(incompletelinkage

)：指连锁基因之间在遗传过程中可能发生交换而表现出独立遗传的现象。不完全连锁(incompletelinkage)：指连12连锁与互换的遗传机理PF1偶线期同源染色体联会粗线期同源染色体的非姊妹染色单体交换中期Ⅰ配子连锁与互换的遗传机理PF1偶线期同源染色体联会粗线期同源染13重组型配子产生的原因与数量①基因不完全连锁时，重组型配子是连锁基因相连区段内发生交换的结果。②重组型配子总是少于配子总数的50%。③交换具有对等性—互换（若不互换，则会导致染色体畸变）。重组型配子产生的原因与数量①基因不完全连锁时，重组型配子是14例：玉米籽粒颜色与粒形两个性状的遗传有色（C）＞无色（c）;饱满（Sh）＞凹陷（sh）例：玉米籽粒颜色与粒形两个性状的遗传有色（C）＞无色（c）;15C-Sh基因间的连锁与交换C-Sh基因间的连锁与交换16交换与不完全连锁的形成重组型配子的产生是由于：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)。同一染色体上的各个非等位基因在染色体上各有一定的位置，呈线性排列；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；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；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，其中两种亲本型、两种重组型/交换型。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。交换与不完全连锁的形成重组型配子的产生是由于：减数分裂前期I17性状连锁遗传的表现不完全连锁——指位于同一染色体上的非等位基因在配子形成过程中发生了互换，不在伴同遗传的现象。交换——在减数分裂期间同源染色体相互配对，同源染色体的非姐妹染色单体间偶尔会发生互换，其过程称为交换。重组——通过染色单体间的交换，产生新基因组合或非同源染色体间组合的过程称为重组。染色体间重组-----→自由组合染色体内重组-----→连锁交换性状连锁遗传的表现不完全连锁——指位于同一染色体上的非等位18连锁群—--位于同一染色体上的所有基因称为一个连锁群.连锁群连锁群—--位于同一染色体上的所有基因称为一个连锁群.连锁19染色体作图课件206.2.3连锁遗传的细胞学基础交换的细胞学证据6.2.3连锁遗传的细胞学基础交换的细胞学证据21交换：遗传学上将等位基因交换座位称为交换，表现为连锁基因的重组。交叉：是指细胞学观察到的染色体交叉现象，这种现象只有在双线期同源染色体互斥，交叉点端化过程中才能观察到，实际上这时基因已经交换。交叉并不一定产生基因交换。实验证明：姊妹染色单体分化染色技术交换与交叉的关系交换：遗传学上将等位基因交换座位称为交换，表现为连锁基因的重22①Creightion和Mclintock的实验②Stern的实验（果蝇染色体的交换）交换发生的时间——粗线期基因交换的实验证明①Creightion和Mclintock的实验基因交换23①断裂—重接模型

Darlington于1937年提出(交换是复制完成后两个染色单体断裂并重新连接的结果)②拷贝选择模型

JohnBelling于1928年提出(交换是染色单体复制过程中变换模版的结果)重组的最大频率（50%）①同源染色体的非姐妹染色单体上交换次数对重组频率的影响。②双交换对重组频率的影响交换的理论假说①断裂—重接模型Darlington于1937年提出(246.3.1连锁的表示方法

AB或AB/ab

abaB/Ab 6.3.2重组值及其测定重组值与交换值重组值的测定重组值与遗传距离影响重组值的因素6.3连锁与交换的遗传分析6.3.1连锁的表示方法6.3连锁与交换的遗传分析25重组值与交换值重组值（recombinationvalue）：不完全连锁的双杂合体产生的重组型配子数占配子总数的百分比，又称重组率（recombinationfrequency），用Rf表示。交换值（cross-overvalue）：指不完全连锁的两基因间发生交换的频率。通常把重组值称为交换值，实际上交换值不能等同于重组值，因为等位基因之间偶然会发生多重交换，多重交换的结果不一定形成重组型配子，用重组值代表交换值会造成偏低的估计。重组值与交换值重组值（recombinationvalu26可用Haldane推导出的作图函数进行校正。式中，x表示交换率，m表示每个减数分裂细胞在某一特定区域发生交换的平均次数，e为自然对数的底。可用Haldane推导出的作图函数进行校正。式中，x表示交27重组值的测定相引相①测交法——测交后代(Ft)表现型的种类和比例直接反映被测个体(如F1)产生配子的种类和比例。②自交法（自学）A、简易法（x—指双隐性纯合子的频率）B、最大可能法C、乘积法相斥相重组值的测定相引相①测交法——测交后代(Ft)表现型的种28重组值的变化范围：非姊妹染色单体间交换次数及位置是随机的，两个连锁基因间重组值的变化范围是0～50%，遗传距离(geneticdistance)：通常用重组值/交换值来度量基因间的相对距离，也称为遗传图距。以1%的交换值作为一个遗传距离单位(1cM)，1cM≈1Mb。其变化反映基因间的连锁强度或相对距离。重组值越大，说明两基因间的距离越远，基因间的连锁强度越小；重组值越小，说明基因间的距离越近，基因间的连锁强度越大。重组值与遗传距离重组值的变化范围：非姊妹染色单体间交换次数及位置是随机的，两29基因间的距离与交换值、遗传距离、连锁强度间的关系基因间的距离与交换值、遗传距离、连锁强度间的关系30影响重组值的因素①基因在染色体上的位置。②基因之间的距离。③重组型配子生活力的差异会影响重组率的估计。④减数分裂时同源染色体不能正常联会，无法形成重组型配子或减少重组型配子产生的机会。⑤群体大小。当重组率很低时，在小群体中可能不会出现重组型个体，要准确估计重组率，足够数量的群体是必需的。影响重组值的因素①基因在染色体上的位置。31影响重组值的因素⑥低温、辐射等能使重组率提高。⑦激素。激素对重组率影响表现在雌雄个体重组率有差异。如雄果蝇的染色体不发生交换，不形成重组型配子，因此在果蝇的基因重组测定中，杂合亲本总是用雌果蝇。但在家蚕中却是雌蚕的染色体不发生交换（♀ZW）。⑧二价阳离子（如Ca2+、Mg2+等）也会影响重组率，过高会降低重组率，过低会提高重组率。⑨年龄及其它外部条件也会影响基因的重组率。影响重组值的因素⑥低温、辐射等能使重组率提高。326.4基因定位与连锁遗传图6.4.1基因定位6.4.2干扰和符合6.4.3连锁遗传图6.4基因定位与连锁遗传图6.4.1基因定位336.4.1基因定位基因定位的含义与层次两点测验三点测验6.4.1基因定位基因定位的含义与层次34基因定位：确定基因在染色体上的相对位置和排列次序.根据两个基因位点间的交换值能够确定两个基因间的相对距离，但并不能确定基因间的排列次序。例玉米糊粉层有色C/无色c基因、籽粒饱满Sh/凹陷sh基因均位于第九染色体上，且C-Sh基因间的交换值为3.6%。因此一次基因定位工作常涉及三对或三对以上基因位置及相互关系。基因定位(genelocation)的含义与层次基因定位：确定基因在染色体上的相对位置和排列次序.基因定位(35基因定位的层次广义的基因定位有两个层次：①染色体定位(单体、缺体、三体定位法)；②通过连锁分析法(linkageanalysis)*确定基因在染色体上排列顺序和相对距离。基因定位的层次广义的基因定位有两个层次：36连锁分析的方法两点测验(two-pointtestcross):通过三次两对非等位基因之间的杂交和测交，求得三个重组值，将三个非等位基因定位于同一染色体上的方法称为两点测验（交）。三点测验(three-pointtestcross):通过一次杂交和一次测交，将三对非等位基因定位在一条染色体上的方法叫三点测验(交)法。连锁分析的方法两点测验(two-pointtestcros37两点测验两点测验的步骤

Ⅰ：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。例：玉米第9染色体上三对基因间连锁分析子粒颜色：有色C＞无色c；饱满程度：饱满(Sh)＞凹陷(sh)；淀粉粒：非糯性(Wx)＞糯性(wx).(1).(CCShSh×ccshsh)→F1

ccshsh(2).(wxwxShSh×WxWxshsh)→F1

wxwxshsh(3).(WxWxCC×wxwxcc)→F1

wxwxcc两点测验两点测验的步骤38染色体作图课件39Ⅱ:计算三对基因两两间的交换值估计基因间的遗传距离。两点测验的步骤（2/3）Ⅱ:计算三对基因两两间的交换值估计基因间的遗传距离。两点测验40Ⅲ：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。RfC-Sh=3.6RfWx-Sh=20RfWx-C=22两点测验的步骤（2/3）现在第三组交换值为22.0%，与23.6%较为接近，故以第一种较为正确。Ⅲ：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41工作量大，需要作三次杂交，三次测交。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。两点测验的局限性工作量大，需要作三次杂交，三次测交。两点测验的局限性42三点测验通过一次杂交和一次用隐性亲本测交，同时测定三对基因在染色体上的位置，是基因定位最常用的方法。特点：(1).纠正两点测验的缺点，使估算的交换值更为准确；(2).通过一次试验可同时确定三对连锁基因的位置。三点测验通过一次杂交和一次用隐性亲本测交，43三点测验的步骤Ⅰ:用三对性状差异的两个纯系作亲本进行杂交、测交。果蝇的眼形、翅形、翅横脉三对基因连锁，正常眼（+）＞棘眼（ec）;

正常翅（+）＞截翅（ct）;正常横脉（+）＞横脉缺失（cv）

ecct+ecct+棘眼、截翅、正常横脉×正常眼、正常翅、横脉缺失++cv++cvecct+++cv♀♂

ecctcvecctcv三点测验的步骤Ⅰ:用三对性状差异的两个纯系作亲本进行杂交、44Ⅱ：考察测交后代的表现型并进行分类统计；判断基因之间是否连锁，怎样连锁。关键是确定中间一个基因：可以最少的双交换型与最多的亲型相比判断什么基因发生了位置改变。

发生位置变化的基因一定在中间。Ⅱ：考察测交后代的表现型并进行分类统计；判断基因之间是否连锁45

配子♀

♂

ecctcv观察数类型交换发生的位置

ecct+

ecct+

（ec+ct）ecctcv2125++cv++cv亲本型（+cv+）ecctcv2207

ec+cvec+cv（eccv+）ecctcv273+ct++ct+单交换Ⅰec——cv

（++ct）ecctcv265ecctcvecctcv（eccvct）ecctcv3ec——cv

++++++双交换型（+++）ecctcv5cv——ct

ec++ec++（ec++）ecctcv217+ctcv+ctcv单交换Ⅱcv——ct

（+cvct）ecctcv223总数5318配子♀♂ecctcv46Ⅲ：根据各类型数量，确定亲本型、双交换型、和单交换型。数目最多的两种配子（或表型）即是亲型，数目最少的两种配子（或表型）即是双交换类型，其余两组即是两种单交换型。

正确排列顺序ecct+++cv+++ecctcv+++eccvct双交换发生双交换型配子Ⅳ*：根据双交换类型确定三对基因间的排列顺序，并按正确顺序写出各种类型的配子。Ⅲ：根据各类型数量，确定亲本型、双交换型、和单交换型。数目最47Ⅴ：计算双交换值和单交换值。用双交换值对单交换值进行校正。Ⅵ：作出遗传图。eccvct10.38.418.7Ⅴ：计算双交换值和单交换值。用双交换值对单交换值进行校正。e486.4.2干扰与符合理论双交换值：指双交换发生的理论频率。双交换发生的理论频率等于两单交换频率(交换值)之积。例：eccvct三点测验中，ec和cv基因间的理论双交换值应为：0.103×0.084=0.87%。6.4.2干扰与符合理论双交换值：指双交换发生的理论频率496.4.2干扰与符合符合系数(coefficientofcoincidence):也称并发系数，用以衡量两次交换间相互影响的性质和程度。如前例：6.4.2干扰与符合符合系数(coefficientof50干扰(interference):指一个单交换发生后，在其相邻区段内发生另一单交换的机会减少的现象，或称干涉。

上例中，测交试验的结果表明，ec和ct基因间的实际双交换值为0.15％，低于理论双交换值，这是由于ec-cv间或cv-ct间一旦发生一次交换后就会影响另一区段内交换的发生，使双交换的频率下降。干扰的程度=1-符合系数（=1-0.17=0.83)6.4.2干扰与符合干扰(interference):指一个单交换发生后，在其相51符合系数与干扰的关系符合系数的大小因物种不同而各有差异。真核生物的符合系数一般为0～1——正干扰某些微生物的符合系数往往大于1，称为负干扰。符合系数与干扰的关系符合系数的大小因物种不同而各有差异。526.4.3连锁遗传图染色体作图（chromosomemapping）：指确定相互连锁的基因在染色体上的位置及其相互间的遗传距离的过程。连锁遗传图(linkagemap)：描述基因在染色体上的排列顺序和相对距离的数轴图叫连锁遗传图，又称遗传图谱(geneticmap)。6.4.3连锁遗传图染色体作图（chromosomema53染色体作图的过程前提条件：①产生重组型配子的基因型的所有位点必须呈杂合状态。纯合状态的位点不能作为标记。②必须能够根据后代的表型或基因型推断所有配子的基因组成；若不能推断其基因型，后代表型必须能反映出亲本配子的基因组成。③有足够多的测交后代。基因间距越小，发生交换的可能性越少，获得重组型所要求的后代数量越多。6.4.3连锁遗传图染色体作图的过程6.4.3连锁遗传图54染色体作图的过程Ⅰ寻找遗传标记表型标记生化遗传标记DNA分子标记Ⅱ测定交换值用于计算交换值的遗传材料有测交一代、自交F2代、双单倍体（doublehaploid，DH）群体和重组自交系（recombinantinbredline，RIL）群体。双单倍体来自杂交F1的配子体染色体数目加倍，其特点是每个个体的基因型纯合，其表型与F1测交后代相同。重组自交系（RIL）是对F2群体中各个个体的后代连续自交（自群繁育）直至纯合状态时获得的纯系。Ⅲ绘制连锁遗传图→连锁群染色体作图的过程Ⅰ寻找遗传标记556.5真菌类的染色体作图6.5.1红色面包霉的特点

6.5.2四分子分析与着丝点作图6.5.3红色面包霉的连锁与交换6.5真菌类的染色体作图6.5.1红色面包霉的特点 566.5.1红色面包霉的特点红色面包霉(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。6.5.1红色面包霉的特点红色面包霉(真菌类)的特点：576.5.2四分子分析与着丝点作图四分子分析(tetradanalysis)——指根据一个子囊中四个按严格顺序直线排列的四分子(或其有丝分裂产物子囊孢子)表现进行的遗传分析，也称为直列四分子分析。非直列四分子分析：四分子没有严格排列顺序，如酵母菌。6.5.2四分子分析与着丝点作图四分子分析(tetrad586.5.2四分子分析与着丝点作图着丝点作图(centromeremapping)：若减数分裂过程中，基因位点与着丝点间不发生非姊妹染色单体间交换，一对等位基因分离产生的两种类型的孢子将分别排列在子囊的两端；若发生交换将产生不同的排列方式。可根据子囊中孢子排列方式判断该次减数分裂是否发生交换，并计算交换值；该交换值为基因与着丝点间的交换值，因此可估计基因位点与着丝点间遗传距离，并进行连锁作图，称着丝点作图。6.5.2四分子分析与着丝点作图着丝点作图(centrom596.5.3红色面包霉的连锁与交换红色面包霉有一个与赖氨酸合成有关的基因(lys)：野生型——能够合成赖氨酸，记为lys+，能在基本培养基(不含赖氨酸)上正常生长，成熟子囊孢子呈