生物奥赛—遗传学.ppt

1、遗传学,海口一中生物组李钟,前言,子代与亲代总是相似的，这就是遗传。但是亲代和子代之间，以及子代个体之间，总有些差异，这种现象称为变异。遗传学就是研究遗传和变异的学科。 目前，我们的学习和研究主要针对现象和本质两个部分。即是遗传和变异表现出什么规律，而这些规律又是如何产生的？,孟德尔第一定律：分离定律 主要针对在一般情况下，一对相对性状的遗传规律。,孟德尔第二定律：自由组合定律 主要针对一般情况下两对（或多对）相对性状，且决定这两对相对性状的基因在不同的染色体上，这两对性状是指完全不同的两对性状,自由组合定律的比例可以写为： 表现型：（3：1）N 基因型：（1：2：1）N,9,：3,：3,：1

2、,自由组合定律实际是分离定律的一个扩展。自由组合定律的比例，对于单一性状也是满足的。,连锁和交换定律 主要针对两对（或多对）的不同基因在同一染色体上的遗传方式。,存在于同一染色体上的基因,组成一个连锁群。一种生物连锁群的数目与染色体的对数是一致的.即有n对染色体就有n个连锁群 。,连锁分为两种：完全连锁与不完全连锁，不完全连锁，即发生了交换。（要注意雄果蝇的完全连锁）,不完全连锁：,由图可以发现，子二代出现了四种表现型，却不是1；1：1：1，这是因为在减数分裂的联会时，四分体之间发生了染色体片段的交换。染色体上的基因也就发生了重组。,由上面的分析看的出，两个非等位基因在同一个染色体越远，其发生

3、交换的几率就越高，而后代出现重组的情况也就越多。,在遗传学上，我们利用交换和重组的结果来分析某几个基因在染色体上的排列顺序和它们的相对距离。,绘制的染色体图上的一个图距单位是厘摩（cM），1cM=1%重组率去掉%的数值。,例如，A基因与B基因之间的交换率为10%（100个受精卵中有10个发生交换），A基因与C基因间的交换率是26%，而B基因与C基因之间的交换率是16%。那么这3个基因在染色体上的排列顺序就是这样的：,A,B,C,假如再有一个D基因，它与C基因的交换率为11%，与D基因的交换率是27%，那么，D基因的位置应是？,需要补充的是，图上所标明的距离与实际距离一般成正比，同时顺序也不会错

4、，但不一定完全就与交换率的数值相同。比如有时某些区域更加容易发生交换，这一区域交换率较高，实际长度的比值对应基因图会相对短一些。 同时，交换率和重组率也不尽等同。比如同源染色体之间会发生复数次交换。普遍来讲，当交换率数值较小时，可做为计算重组率的依据。,基因之间的相互作用,等位基因相互作用,孟德尔发现的等位基因之间只有一个表达出来，这样的相互关系是最简单的一种，即完全显性。,有的杂合体的性状是中间状态。例如，紫茉莉，红花基因和白花基因的杂合体的花色是浅红的，这一现象称为不完全显性。,有的杂合体，2个显性基因都能表达出来。例如人的ABO血型是由3个等位基因决定的，显性基因IA、IB能够都表达出来

5、，称之为共显性关系。,不完全显性,由前面介绍的ABO血型，可以发现控制同一性状的基因有时有两个以上的。这样的等位基因定义为复等位基因。又如,在动物的遗传中,家猪的毛色也是由一组复等位基因决定的。家猪的毛色主要有白、黑、花、棕四种。一般是白色对任何有色(黑、花、棕)为完全显性,其中黑毛对棕毛也是显性。在这个复等位基因系列中,比较明确的显隐关系可以表示为W(白)Wb(黑)Wr(棕)。,非等位基因的相互作用 1，基因互作 两对基因在决定同一对性状时，出现了相互作用。如两对基因决定鸡冠的形状。,2，上位效应 一对基因影响了另一对非等位基因的显性基因的效应，这样两种基因之间的作用，称为上位效应。,被影响

6、的一对基因我们定义处在下位，而影响者处在上位。一般影响者若是显性基因，这个种情况就称为 “显性上位” ：若是隐性基因，则称为 “隐性上位” 。,显性上位举例：,显性上位效应的生化机制,P,F1,F2,AAbb 紫色,aaBB 红色,AaBb 紫色,12紫：3红：1白,如图所示，酶A、B共同竞争一种底物，而A的的亲和力高于B。故当基因A表显性时，不论B基因型如何，都是紫色，完全掩盖了B基因的作用。这个就是显性上位。通常，如果表现型出现12：3：1的比例，我们即可判断是显性上位效应。,隐性上位举例,如图所表示，当b决定性状时，无论C的基因型如何，表现型都为无色。也就是说，当b基因表隐性时，就完全掩

7、盖了C基因的作用。这样的情况就是隐性上位效应。为了方便起见，我们可以记住表现型的比例，出现9：3：4的情况，就是隐性上位。,微效基因的累加作用,有些性状是连续性的数量性状，如农作物的高度，产量等。决定这些性状的基因通常不是一对基因而是多对。例如，假定一株植物的高度决定于4对基因：L1l1，L2l2，L3l3，L4l4，其中L是高度增加的基因，基因型中每有一个L，高度就有一个相应的微小增高。那么同学们思考一下，那种基因型是最高的？最矮的呢？,性状的多基因决定和基因的多效性,基因之间的相互作用是多种多样的。实际上，也许没有一个遗传性状仅由一个基因所控制。当一个基因起主要作用时，我们往往忽略了其他的

8、基因影响。然后虽然这些影响很微弱，分析起来却十分复杂。比如人类眼睛的颜色就是一例。基因B是褐色，显性；基因b是蓝色，隐性，这样就可以简单的认为人类眼睛的颜色是由一对等位基因B，b所控制。实际这里有许多修饰基因，有的作用于虹膜上色素的数量，有的作用于色素的色调，有的影响其分布等等。所以眼睛才能表现了许多颜色。,伴性遗传,当基因在性染色体上时，基因所决定的性状常会与性别有联系。这种情况称伴性遗传。,染色体决定性别的方式：XY型（如人类），ZW型（如鸡），X0型（如蜜蜂，蚱蜢）,细胞质遗传,细胞质中有一些细胞器如线粒体 ，叶绿体等，都含有基因。都起到了一定的遗传作用 然而由于精子特殊的结构以及受精方

9、式决定了受精卵里的细胞质来源于卵细胞。所以细胞质遗传往往是由母本来决定的,杂交水稻,生物界的杂种优势是一种普遍现象。植物杂种优势的发现，为农作物杂种优势的被证实和利用提供了理论基础和技术储备。三系杂交稻的选育和应用促进了水稻生产飞跃式的发展和产量的历史性提高 。,水稻的雄蕊是否可育，是由细胞核与细胞质中的基因共同决定的。细胞核中，不育基因用r 表示，可育基因用R表示，可育对不育显性。细胞质中不育基因用S表示，可育基因用N表示。 只有当细胞核与细胞质的基因同时表示不育时，植株才能表现为雄性不育。,雄性不育：S(rr) 雄性可育：S(RR) 、S(Rr) N(RR) 、N(Rr) 、N(rr),水

10、稻是一种自花受粉的植株，但是自交多次后会出现品种退化，产量下降。农业上常使用杂交种（杂种优势）。但是，大田生产时，人工去雄就不太现实了。有了雄性不育品系，就免去了人工去雄的工作，既节省人力，又可以保证杂交种的纯度。,我国在培育水稻优势杂交种方面，处于世界领先地位，主要利用三系配套的方法。,所谓三系，即是：不育系，保持系，恢复系。,不育系表现为雄性不育，这样就解决了去雄的问题。但是，首先要解决不育系的自身留种问题。,雄性不育系与雄性不育保持系杂交图解,雄性不育系与雄性不育恢复系杂交图解,杂交种 S(Rr),哈迪-温伯格定律,哈迪-温伯格平衡状态：在一个有性生殖的种群中，亲代与子代之间，基因频率与

11、基因型频率都相同，群体处于平衡状态。,但是要达到以上的平衡状态，哈迪与温伯格提出种群必须符合以下几个条件：1，种群大；2，种群个体间的交配是随机的；3，没有突变发生；4，没有新基因加入；5，没有自然选择。,用数学式子表达出来即如下： (p+q)2=p2+q2+2qp=1,以Aa这对等位基因来分析：p表示A基因频率，q表示a基因频率。如果完全自由交配的话。那么AA出现的几率则是p2，Aa的几率是2qp，aa的几率是q2。3者几率相加为1，则说明此种群基因频率以及基因型频率达到平衡，会一代代稳定不变的传下去。,然后实际上，前面提到的五个条件是不可能完全满足的。所以也间接说明了生物进化的必然性。然而

12、，由于进化是一个漫长的过程，基因频率的变化往往都是非常细微的，甚至接近理想状态。所以哈迪-温伯格定律对于我们研究种群中基因频率变化的情况还是很有现实意义的。,并发率,并发率=实际双交换率/理论双交换率 发生在双交换时，一个点的交换可能会影响到第二次交换出现的概率。有可能增加，也可能减少，所以并发率可能大于一。,同源染色体联会后发生的实际双交换，往往不同于理论双交换的数量。试分析下列选项哪一个正确？ A. 若染色体某一区段发生了负干扰时，就意味着这一区段的实际双交换率低于理论双交换率，但却有双交换发生 B. 这一区段未发生双交换时，由于计算公式失效，显示出负干扰值 C. 当这一区段发生的双交换率

13、高于理论双交换率时，所获得的并发率大于1 D. 这一区段的实际双交换率与理论双交换值相等时，由于计算公式中理论双交换值有系数0.5，所获得的并发率就呈现大于1的数值,下面是位于同一条染色体上的三个基因的隐性基因连锁图，并注明了重组频率。 abc 10cM 10cM 如果并发率是60，在abc/abc/abc杂交的1000个子代中预期的表型频率是多少？ +b+ 3，a+d 3，+bd 47，a+ 47，ab+ 47，+d 47，abd 403，+ 403,适合度,在某种环境条件下，某已知基因型的个体将其基因传递到其后代基因库中的相对能力，是衡量个体存活和生殖机会的尺度。适合度越大，存活和生殖机会

14、越高。,数量性状遗传(参考),数量性状遗传常用的遗传参数主要有5类: 遗传力。即某一性状的表型方差(或表型变异量)中遗传成分所占的比重。 配合力。即两个亲本(纯系、自交系或品种)材料杂交后，在杂种后代的产量或其他性状表现中所起作用相对大小的度量。 遗传相关。指同一遗传材料中两个性状间由于遗传原因所体现的相关，即这个性状基因型值间的相关。,遗传进度。又称遗传获得量。即在一定选择强度下，从原来群体中选出的后代的某性状平均值比原群体平均值提高的数值。预期的遗传进度(G)是选择差（i，选择前和选择后上下代两个平均值的差数）和性状遗传力(h)的函数,即G=ih。i为绝对值,受表型标准差(p)的影响。为使

15、之标准化,以便比较不同性状和不同群体的选择效果,可将上式两边均除以p，得是相对值,可写为k,称为选择强度。这样遗传进度。如为广义遗传力,；如有狭义遗传力,则。测定遗传进度可以估计对某性状的选择效果。 选择指数。一种综合选择的指标。即把选择的目标性状扩大到与该主要性状有较密切关系的一些性状，对每个性状都按其相对经济重要性和不同性状间的表型相关与遗传相关，通过多元统计方法进行适当加权，形成如下的线性关系： 。,狭义、广义遗传率（力）,遗传方差（加性等） 由于群体中个体间基因型的不同所造成数量性状表型值变异的度量，是表型方差的一部分。包括加性遗传方差和非加性遗传方差。 总表型方差可以表示为： VP=

16、VG+VE,VP=VG+VE VP表示表型方差 VG表示遗传方差 VE表示环境方差 其中遗传方差又细分为：VG=VA+VD+VI VA加性方差 VD显性方差 VI上位方差 广义遗传力=VG / VP 狭义遗传力=VA / VP,由于加性方差是基因酏合时与均值的偏差，而狭义遗传力又是加性方差和表型方差的比，也就是说加性效应在表型中产生多大作用。即基因纯合时遗传因素起了多大的作用。而育种中选种时只有选择纯合的类型才有意义，杂合的类型是不能做为种子的，所以狭义遗传力对种子的选育是有重要意义，狭义遗传力高的性状才可以选育。,某随机交配品系的总方差是1.461，而纯合体自交系的方差是0.867，而且狭义

17、遗传 力h2是38。则： A环境方差占表型方差的百分率是59.3 B显性遗传方差占表型方差的百分率是38 C加性遗传方差是0.555 D广义遗传力H2=40.7 E总遗传方差是0.867,植物的双受精,被子植物特有的受精方式。受精过程中在卵和精子融合时，有第二个雄配子与中央细胞的极核融合形成3n的胚乳核。,真菌的遗传计算,每发生一次交换，一个子囊中有半数孢子发生重组。所以，着丝粒与基因间的重组率为：,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

18、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。,六种子囊孢子排列方式,非交换型、交换型子囊的形成,不可遗传的变异： 环境条件,可遗传的变异 （来源）,基因突变,基因重组,染色体变异,生物的变异,1，染色体变异,一倍体变异,多倍体变异,整倍体变异,非整倍体变异,数目变异,结构变异：缺失，重复，倒位，易位,（1）碱基对改变的突变,2，基因突变,（2）碱基对增添或缺失的突变,3，基因重组， 一般性重组，即是同源染色体自由组合。是一种最常见的类型。,位点专一性重组，就是参与重组的DNA的同源部分很少。但重组可以发生在部

19、分特殊的位点上。,异常重组 这种重组主要与转座子有关，我们先来了解一下转座子。 转座子，也叫插入成分或易位子，也称“跳跃基因”或“可移动的遗传因子”，是某些特定的DNA序列片段，能从一个染色体或质粒转移至另一个染色体或质粒，而且它携带着可识别的基因。,习题1，交换率的最大值是多少？,习题2， 假定基因a,b是相互连锁，且发生交换的比率是20, (1) 当AABB个体与aabb个体杂交，F1的基因型如何？F1会产生何种配子，比例是多少？若F1测交，则后代中基因型及各自比例如何？ (2)若AAbbaaBB，F1产生何种配子，比例如何？F1测交，后代的基因型及各个比例如何？,习题3，设X，Y为两个绿

20、色种子的植物系，各自与一个纯合的黄色种子的植物杂交，在每个杂交组合中，F1都是黄色，F1自花授粉产生F2，每个组合的F2分离如下： X：产生的F2中有27黄：37绿 Y：产生的F2中有27黄：21绿 写出每一种杂交组合中2个绿色亲本和黄色亲本植株的基因型。,习题4，下列3个玉米群体，哪个群体处于哈迪-温伯格平衡状态，为什么？ 1，1/4RR:1/2Rr:1/4rr 2，9/16RR:6/16Rr:1/16rr 3，0RR:1Rr:0rr,习题5：人的白化病决定于隐性基因a，正常人的基因型是AA，或是Aa。某个人群处于哈迪-温伯格平衡状态，经调查，发现每10000人中有一个白化病患者，请问此人群中，携带者所占的比例大约是多少？,习题6 人的ABO血型决定于3个等位基因，IA、IB、Ii，假设某一地区的人血型频率为：A型（ IA IA ，IA Ii ）=0.45；B型（ IB IB， IB Ii ）=0.13；AB型（ IA IB ）=0.06；O型（ Ii Ii ）=0.36。根据上述3个等位基因的公式，推算这一地区人的个等位基因的频率。,习题7，某地区一些玉米植物比一般玉米植物早熟，生长整齐而健壮、果穗大，子粒多，因此这些植物可能是（ ） A 单倍体