普通遗传学第四章

1、第四章连锁与交换,连锁现象发现与误解 完全连锁和不完全连锁 交换及其间接细胞学证据 连锁群与染色体,A.连锁现象发现与误解实验一、Bateson和Punnett香碗豆花色和花粉形状的遗传,P 紫花、长花粉粒 红花、圆花粉粒 PPLL ppll F1 紫花、长花粉粒 PpLl F2 紫、长 ：紫、圆 : 红、长 ：红、圆 （总数） 4831 390 393 1338 (6952） P_L_ P_ll ppL_ ppll 预计： 3910.5 1303.5 1303.5 434.5 (6952) 9 : 3 : 3 : 1,实验二、改变杂交模式是否配子形成同亲本有关,P 紫花、圆花粉粒 红花、长花

2、粉粒 PPll ppLL F1 紫花、长花粉粒 PpLl F2 紫、长 ：紫、圆: 红、长 ：红、圆 （总数） 226 95 97 1 （419） P_L_ P_ll ppL_ ppll 预计： 235.8 78.5 78.5 26.2 (419) 9 : 3 : 3 : 1,Mendel双因子遗传的例外“相引”和“相斥”现象,结果分析： 花色(P-p）：紫色对红色是显性，分离比3:1遗传传递符合Mendel分离规律 花粉形态(L-l)：长对园显性，分离比3:1遗传传递符合Mendel分离规律 配子、植株生活力等正常，满足Mendel遗传要求 花色与花粉形态(P-L)：不符合自由组合规律？ p

3、pll个体在第一组杂交中严重偏多，在第二组严重偏少？ 是不是F1产生配子有问题？为什么没有测交？,1、测交是检查配子类型的2、测交(1)PL和pl配子类型为主，测交(2)Pl和pL配子类型为主3、测交(1)F1的PL和pl基因分别来自同一个母本和父本，测交(2)F1的Pl和pL基因分别来源于同一个母本和父本4、PL（pl）倾向于一起进入同一配子、Pl（pL）倾向于进入同一配子5、为什么？,测交(2) F1 来源于实验二 紫花、长花粉粒 红花、圆花粉粒 PpLl ppll F2 紫、长 ：紫、圆: 红、长 ：红、圆 P_L_ P_ll ppL_ ppll % 5.96 44.04 44.04 5

4、.96,测交(1) F1 来源于实验一 紫花、长花粉粒 红花、圆花粉粒 PpLl ppll F2 紫、长 ：紫、圆: 红、长 ：红、圆 P_L_ P_ll ppL_ ppll % 44.35 5.65 5.65 44.35,“相引”和“相斥”理论及其缺陷,相引：两个显性基因一起进入配子的倾大于随机比例的这种情况称为“相引”，如实验一中的P与L 相斥：一个显性基因和一个隐性基因一起进入配子占较大比例的倾向称为“相斥”，如试验中P-l及p-L 结构和功能、你相信一个遗传现象有两种解释？可惜，离遗传的染色体学说很近了！（多个基因在同一条染色体上） 1905年Bateson和Punnett研究了香碗豆

5、的两对性状花色和花粉的形状的遗传时发现异常的传递规律 1902年Boveri和Sutton提出遗传的染色体学说 1903年de Vires和Sutton认识到多个基因在一条染色体上，是非独立分离的，并给出了生物学意义。 1904年Boveri也提出了类似的观点 1910年Morgan的性连锁遗传,用“遗传的染色体学说”解释“相引”和“相斥” 实验一F1 试验二F1,B. 完全连锁和不完全连锁现象：,1 : 1 415 : 92 : 88 : 405,果蝇测交实验1的解释雄果蝇形成配子时没有交换,1,1,果蝇测交实验2的解释雌果蝇形成配子时发生交换,F1雌性果蝇配子的形成模式:,交换是个相互的过

6、程： 产生bC一定产生Bc 重组试验结果都是一对一对的,重组子与重组率,重组率的概念P63,F1杂种灰身长翅雌蝇不完全连锁: 重组率=（92+88）/（415+92+88+405）=18% =重组配子/全部配子（%） =重组型数目/(亲组组型数目+重组型数目) （%） 注意：1、测交性状(表型)比例和F1灰长雌蝇产生的配子比例 2、已知两基因间重组率(a), 则它重组配子比例就是a,不完全连锁的普遍性,不完全连锁遗传普遍存在 完全连锁遗传则较为少见：果蝇、家蚕,玉米糊粉层颜色和籽粒形状的遗传显现P63,课堂练习P60页Bateson和Punnet豌豆试验相引组重组率计算,C、交换及其间接细胞学

7、证据P64,1) 交换的概念：指减数分裂过程中,同源染色体联会(配对) 时,同源染色体非姐妹染色单体互相调换相应（同源）的片段交换，产生染色体交叉现象（显微镜观测），导致重组。 (1)交换率/交换值：指发生交换的染色体数占总染色体数的百分率。 (2)重组率/重组值：是指重组型配子数占总配子数的百分率。 (3)重组与交换的关系：通过交换可导致基因间的重组，重组率交换率，一般将重组率视为交换率,重组值=交换值,重组值交换值,2）交换及其细胞学证据,（1）交换的间接细胞学证据 1909年Jansens提出交叉学说：交叉是交换的结果，交换导致重组。,（2）交换的直接细胞学证据,1913年Stern发现

8、在果蝇中发现一个X染色体易位，这样就可以在显微镜下面追踪到这个X染色体（位于该染色体上的基因C），从而为交换提供细胞学支持。 C-红眼 c-肉色眼 B-棒眼 b-非棒眼（椭圆）,c,交换的细胞学证据: 预计红色棒眼可以检测到易位的X-染色体表明C-b间发生了交换产生了C-B配子,（3）交换图示,解释：,看不到W的表型，b保留了很低的B的活力,D、连锁群和染色体,连锁群与染色体对应的关系,连锁群的概念,对多种生物的很多基因进行连锁测验，发现如AB基因连锁，BC基因连锁，则AC基因连锁。如AB基因连锁，BC基因不连锁，则AC基因也不连锁。 这些相互连锁基因形成的集合叫连锁群 果蝇由于雄性完全连锁，

9、连锁群测定稳定可靠。摩尔根在1914年已发现果蝇只有4个连锁群，到1942年为止，在果蝇中至少测定了494个基因，分别属于这4个连锁群之一。 由于遗传的染色体学说，结合连锁测验的数据积累逐渐形成位于同一条染色体上的基因相连锁，共同构成一个连锁群；第二，连锁群和同源染色体的对数一致。 连锁群数目 = 同源染色体对数=配子中染色体的数目=n,第二节 基因在染色体上线性排列,一、两点测验和三点测验 二、干涉和并发系数 三、基因在染色体上线性排列 四、连锁图/遗传图与基因定位,一、两点测验和三点测验,两点测验： 1）在研究多个基因间的关系时，每次以两对基因为研究对象，通过多次测交或杂交来推断彼此之间的

10、交换率(重组率)，并据此确定基因间的遗传关系（自由组合、连锁、连锁的紧密程度）叫两点测验。 2）由于基因在染色体上是线性排列的，连锁基因间的交换率（连锁的紧密程度）代表了基因间的空间距离，因此可以确定彼此之间的位置关系。 3）选取多个已知基因，通过多次两点测验确定新基因与已知基因的相对位置从而对新基因进行定位。 图距P68：基因在染色体上的距离的数量单位。基因在染色体上是线性排列的，相距近的基因间的交换率小，远的交换率大，因此用交换率可以间接的表示基因间的距离。通常以1%的交换率作为一个图距单位(mu)，为纪念Morgan就记作1cM(centimorgan),1）用两点测验确定玉米第9染色体

11、上C、Sh、Wx基因间的遗传关系（自由组合、连锁、连锁程度、相互位置关系）,1、基因与性状 C-胚乳有色、Sh-种子饱满、Wx-非糯质胚乳 2、基因间的关系： C-Sh： ？ Wx-Sh： ？ C-Wx： ？,测定C-Sh的交换值 重组率=3.6% 交换值=3.6% 图距：3.6cM,测定Wx-Sh的交换值,测定C-Wx的交换值,C、Sh、Wx遗传关系 (1) 连锁、连锁程度、排列顺序 (2) 20cM + 3.6cM 22cM ?,2、三点测验,1）在研究多个基因间的关系时，每次以三对基因为研究对象，通过多次测交或杂交来推断彼此之间的交换率(重组率)，并据此确定基因间的遗传关系（自由组合、连

12、锁、连锁的紧密程度）叫三点测验。 2）由于基因在染色体上是线性排列的，连锁基因间的交换率（连锁的紧密程度）代表了基因间的空间距离，因此可以确定彼此之间的位置关系。 3）选取多个已知基因，通过多次三点测验确定新基因与已知基因的相对位置从而对新基因进行定位。,三点测验,玉米三对基因三点测验的结果,C、Sh、Wx遗传关系,4.36cM+22.07cM24.52cM ?,双交换与交换率/图距的校正,要产生C-sh-Wx和c-Sh-wx配子C-Wx之间必须发生两次交换，但对C-Wx之间的重组率没有贡献，所以在用重组率近似表示交换率时图距偏小。可以通过C-Wx之间的重组率加上2倍的双交换值即可。,双交换与

13、交换率/图距校正后的结果,2、单交换与双交换,双交换具有两个重要的特点：,1)如果两次同时发生的交换互不干扰，按乘法定理，双交换值=单交换值I单交换值II。表明双交换值小于任何一个单交换值。 2) 双交换的结果，三个基因中，位于中间的这个基因位置发生变动，而两边两个基因位置不变。 A-C的交换值=A-B的交换值 + B-C的交换值=A-C重组值+2双交换值,果蝇中的三点测验,1、按两点测验整理数据 2、计算两点间的重组值 3、初步判定基因间的关系，确定双交换数据、计算双交换率 4、校对数据确定任两点间的交换率、图距并画出连锁图,ec-ct间的重组率,1.1、ec-ct:RF=(273+265+

14、217+223)/5318=18.4%,ec-cv间的重组率,1.2、ec-cv:RF=(273+265+5+3)/5318=10.26%,ct-cv间的重组率,1.3、ct-cv:RF=(217+223+5+3)/5318=8.4%,3、初步判定基因间的关系，确定双交换数据、计算双交换率,1.1、ec-ct:RF=(273+265+217+223)/5318=18.4% 1.2、ec-cv:RF=(273+265+5+3)/5318=10.26% 1.3、ct-cv:RF=(217+223+5+3)/5318=8.4% 双交换=（5+3）/5318 =0.1%,4、校对数据确定任两点间的交换

15、率、图距并画出连锁图,ec-ct:RF=18.4%, 交换率=18.6%, 图距=18.6cM ec-cv:RF=10.26%, 交换率=10.26%, 图距=10.26cM ct-cv:RF=8.4%, 交换率=8.4%, 图距=8.4cM 双交换=0.1%,课堂练习果蝇的三点测验,二、干涉和并发系数,III位点交换如是独立事件： 理论双交换值 =单交换值I单交换值II =RF(C-Sh)RF(Sh-Wx) C-Wx交换值=交换值I+交换值II 观测双交换值理论双交换值 干涉（I）=1-并发系数 一个区段的交换抑制或干 扰了邻近区段的交换 并发系数/符合系数(C) =观测双交换值/理论双交换

16、值 并发系数表示I交换和邻近II交换同时发生的概率。介于01之间，大表明同时发生的机会大，小表明同时发生的机会小。干涉描述I交换对邻近II交换影响程度。,并发系数的计算,三、基因在染色体上线性排列,（1）Sturtevant在1911第一次提出基因在染色体的组织方式，并给出了历史上第一副遗传图果蝇遗传图 解释基因在染色体上的组织模式即一维的线性的（不分叉？ 如分叉，连锁测验会是什么样子?） 奠定了构建连锁图的理论基础 构建连锁图/遗传图成为遗传学发展中大事件 为基因定位提供理论支持,三、基因在染色体上线性排列,（2）连锁图/基因连锁图/遗传图/遗传学图： 根据基因间连锁的紧密程度，按照交换值绘

17、制的基因相对位置的线性示意图，表明了基因的组织形式。 （3）连锁图是累积图： 位点间的图距大于50cM并不表明重组率就是大于50%,但图距大于50cM的基因间的遗传规律表现为自由组合 A C E A B C B C F A B C D E F G 0 2 4 0 1 2 0 1 5 0 1 2 3 4 5 6 W X Y Z A B W X Y Z A B C D E F G 0 1 2 3 4 5 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Y I Z W X Y I Z A B C D E F G 0 1 2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11,四、遗传图与基因定位,基因

18、定位：确定新基因在已构建遗传图中的位置。基因定位也丰富着遗传图，使遗传图又多一个参考位点。,遗传学基础理论,1910年，Morgan的性连锁遗传为“遗传的染色体学说”提供支持 1916年，Bridges证实了Morgan的性连锁遗传，并于1932年证明果蝇性别决定规律 此时“遗传的染色体学说”被普遍接受，此时该学说含以： 基因在染色体上基因传递规律是染色体行为决定的 多个基因在同一条染色体上 等位基因Mendel分离规律 非等位基因（非同源染色体上基因）自由组合 同一染色体上基因连锁与交换连锁群 基因全部在染色体上？连锁群、染色体数目相对应 染色体上基因间的空间关系连锁图线性排列仅一个DNA分

19、子,粗糙脉孢菌的遗传分,粗糙脉孢菌的生活史 顺序四分子的优越性 着丝粒作图 粗糙脉孢菌多点作图,二、粗糙脉孢菌作为遗传材料的优越性,是单倍体，没有显隐现象，表型即反映基因型 易繁殖，体积小，子代数量多 子囊孢子是顺序四分子，记录了减数分裂过程（记录了着丝粒的行为） 可行有性生殖，具有2倍体生物生殖特征 一个孢子囊内的孢子是一个减数分裂的产物 可检验出极地频率的基因改变(10E8) 可检验染色单体交换行为,三、着丝粒作图,三、着丝粒作图/着丝点作图（有时候不分）,着丝粒的行为是完成同源染色体、姊妹染色单体的分离（它的行为决定了和它连锁的基因的行为）。顺序四分子记录了这个过程，如果给定一个顺序四分

20、子，着丝粒在形成这个顺序四分子时行为是确定的。 着丝粒作为染色体上的位点和其他基因（如lys-）间也有遗传关系(自由组合、连锁、交换)，这种关系只能通过参照基因的传递行为来显示如lys（+，-）杂交产生的顺序四分子,同源染色体无交换时产生孢子的情景,同源染色体交换时产生孢子的情景,lys（+，-）杂交6 种类型的子囊孢子,非交换型： + + - - - - + + 交 换 型： + - + - - + - + + - - + - + + -,MI: 第一次分裂分离 MII：第二次分裂分离,着丝粒的行为决定了黑色孢子和灰色孢子排列次序（黑色孢子和灰色孢子排列次序记录了着丝粒的行为） 交换型孢子的

21、多少显示了着丝粒和lys的距离远近,基因与着丝粒重组率的计算推导,重组率的定义,基因与着丝粒重组率的计算（.thi, .chol）,硫胺素:野生型品系(+,thi+)与不能合成硫胺素的突变型品系(-,thi-)杂交 B类维生素复合物：野生型品系(+, chol+)与不能合成硫胺素的突变型品系(-, chol-)杂交,四、脉孢菌双位点对着丝粒作图 表3-8 nic + + ad 得到不同子囊型的后代 （1） （2） （3） （4） （5） （6） （7) ad ad ad ad ad nic ad nic nic ad nic ad nic + nic ad nic ad ad nic + ni

22、c ad nic ad nic nic nic ad nic M 1 M 1 M 1 M 1 M 1 M 2 M 2 M 1 M 2 M 2 M 2 M 2 M 2 M 2 （PD） （NPD）（T） （T） （PD） （NPD） （T) 808 1 90 5 901 5,分析方法相同，先算出nic位点和着丝点的重组百分率为： ade和着丝点的重组百分率为：,不连锁、自由组合,n-a位点重组率计算：,RF(n-a)=重组子囊孢子/全部子囊孢子100% =(T2+NPD4)/(PD+T+NPD)4100% =(T/2+NPD)/(PD+T+NPD)100%,（PD） （NPD）（T） （T） （

23、PD） （NPD） （T) 808 1 90 5 901 5,因此连锁顺序应该是： 注意：9.30 5.05 + 4.25。这种差异我们在三点测验时也曾看到，这是因为某些二价体中存在一次以上重组的缘故。 校正P83：,P85-图3-10,四、链孢霉双位点对着丝粒作图 链孢霉AbaB杂交子代子囊类型,亲二型（parental ditype，PD），四型（tetratype，T）非亲二型（noparental ditype，NPD）,1）.A位点作图,重组率(RF)=(128+5+3+10)/2/(888+1+126+128+5+3+10) =(146/2)/1161=6.288%,2）.B位点作

24、图,重组率(RF)=(126+5+3+10)/2/(888+1+126+128+5+3+10) =(144/2)/1161=6.201% .-A: 6.288%,3）AB位点作图,重组率(RF)=（1+3）+（126+128+10）/2/1161 =11.714% .-B；6.201%，.-A: 6.288%,4）数据的校正,重组率 A-B:11.714% .-B；6.201% .-A: 6.288% 5) A .B, 有双交换（6.201+6.288=12.48911.714）,计算重组率时有效的染色体数： A-B .-A .-B 2: 4 0 0（4） 3: 2 0 2 4: 2 2 0

25、5: 0（4） 2 2 6: 4 2 2 7: 2（2） 2 2,5）校正结果,AB间低估的重组值=(54+102)/11614=0.861% 交换值(AB)=11.714%+0.861%=12.575%，重组值(AB)=11.714% 交换值(.-B)=重组值+4/11614=6.201%+0.086%=6.287% 交换值(.-A)=重组值=6.288% 交换值(.-B)+交换值(.-A)=6.287%+6.288%=12.575%=交换值(AB),第八节 人类染色体作图,人类染色体作图： （1）哺乳动物多数情况不能像果蝇和豌豆一样进行杂交/交配/婚配 （2）子代数量有限，用经典统计方法处

26、理后代困难 鉴于以上情况发展了以人类为代表的基因定位的方法，其理论基础仍然是“基因杂染色体上，同一条染色体的基因行使功能时有平行的关系” 在人类遗传分析中常用的方法： 家系分析法 性染色体连锁遗传 常染色体连锁分析 体细胞遗传学 同线性测定（克隆分布板、畸变染色体） 染色体分带与原位杂交 分子标记与家系/体细胞遗传联用,一、家系分析法,1、Y染色体连锁遗传 缺陷：,2、X染色体连锁遗传与外祖父分析法,外祖父分析法（色盲A和蚕豆病G）,母亲是双重杂合子（由外祖父来判断） 英雄母亲 x-连锁两基因之间才可能重组，才能计算两者重组率 母亲AG/ag AG,ag,Ag,aG（测交） 母亲Ag/aG A

27、g,aG,AG,ag（测交）,3、常染色体遗传分析强直性肌营养不良(DM)(临床神经病学杂志 2000,13(3):152-154),DM是遗传性神经肌肉疾病， 19号染色体MTPK基因3端非翻译区三个脱氧核苷酸CTG短串连重复，导致MTPK基因极易发生动态突变，造成多系统受损。正常人CTG重复次数37次。 长模板扩增PCR法可以敏感而准确地检出CTG短串连重复， 重复次数检测用于直接诊断DM。 25人中，1例可疑，余11名家系成员属DM家系中正常人。DM病人家系心脏传导障碍为80%，而家系中正常人传导障碍仅为9%，两者明显的差异(P0.01)。心脏传导障碍与CTG重复次数有关，CTG重复次数高者其心电图变化明显。,DH 80% Dh 20% dH 9% dh 90%,肌强直功