连锁遗传分析与染色体作图.ppt

1、第四章 连锁遗传分析,第一节 性染色体与性别决定 一、性染色体的发现 性染色体（sex chromosome）是指直接与性别决定有关的一个或一对染色体；其余各对染色体则统称为常染色体（autosome），通常以A表示。 果蝇：2n=8 雌性：AA（33）+XX（2） 雄性：AA（33）+XY（2） 二、性别决定 果蝇的常染色体和性染色体,(1)XY型 哺乳动物、某些两栖类、某些鱼类和很多雌雄异株的植物（白杨、柳等）等属于这一类型。其雄性个体是异配子性别 Cheter-ogametie sex），可产生含有X和Y两种雄配子，而雌性个体是同配子性别（homoganetic sex），只产生含有X一

2、种配子，受精时，X与X结合XX，将发育为雌，X与Y结合成XY，将发育为雄性。性比为1:1。 人类有23对染色体（2n=46），22对为常染色 体，1对是性染色体。女性的染色体为AA+XX， 男性的染色体为AA+XY。X显然地大于Y染色体， 生男生女由男性决定。,1、性染色体决定性别的几种类型,人的染色体,（2）ZW型 家蚕、鸟类（鸡、鸭等）、蛾类、蝶类等属于这一类型。与XY相反，雌性为异配子性别ZW，雄性为同配子性别，即ZZ。 （3）XO型 雌性的性染色体为XX；雄性只有X，而没有Y，不成对。蝗虫、蟋蟀属于这一类。 2、性别由X染色体数与常染色体组数的比例，即性指数决定（X/A） 人： XO是

3、雌性 XXY是雄性 果蝇： XO是雄性 XXY是雌性,3、性别决定由染色体的倍数决定 比如蜜蜂、蚂蚁等膜翅目昆虫的性别 雄性为单倍体（n=x），雌性为（2n=2x) 蜜蜂的雄蜂由未受精卵孤雌生殖发育而言，是单倍体（n=x=16）；雌蜂由受精卵发育而成，是二倍体（2n=2x=32)，多数不育（工蜂），少数可育（蜂王）,4、性别由基因决定 （1）性别由单基因决定：雌雄异株的石刁柏（2n=20），雄株由显性基因A决定，雌株由隐性基因a决定。 （2）性别由双基因决定 比如玉米和某些鱼类 显性基因Ba控制玉米雌花序 显性基因Ts控制玉米雄花序 若Ba ba， ba ba植株不能长出雌花序而变成雄株。,若

4、Ts ts， ts ts会使植株得雄花序变成雌花序，并能通过受精，产生种子，成为雌株。 若ba ba ts ts，雄花序上长出雌穗，变成双隐性的雌株。,(3)性别由复等位基因决定。 如葫芦科植物喷瓜的性别是由aD，a+和ad 这三个复等位基因控制的。其中aD对a+和ad为显性， a+对ad为显性。 aD决定雄株， a+决定雌雄同株， ad决定雌株。性别表型由5种可能的基因型决定。 aDa+、aDad即是雄株， a+ a+、 a+ad是雌雄同株， ad ad是雌株。 无aD aD类型，为什么？,人类性别畸变与症状表现 XO型(2n=45)：唐纳氏(Turners)综合症。 性别为女性，身材矮小(

5、120-140cm)，蹼颈、肘外翻和幼稚型生殖器官；部分表现为智力低下；卵巢发育不全、无生育能力。 XXY型(2n=47)：克氏(Klinefelters)综合症。 性别为男性，身材高大，第二性征类似女性，智力低下，生殖器官发育不全、无生育能力。 XYY型(2n=47)： 性别为男性，智力稍差(也有智力高于一般人)、较粗野、进攻性强，有生育能力。,多X女人：体形正常，除智力较差和有心理变态外，无其他明显临床症状，有月经，能生育，子女中除个别出现XXY个体外，一般均正常。 多X男人：表现男性，睾丸退化，智力发育不良，常有斜视，眼间距宽，鼻梁扁平，凸额，有先天性心脏病，生殖器官发育不良，小阴茎，小

6、睾丸，隐睾。,第二节 性连锁遗传分析,摩尔根等人（1910）以果蝇为材料进行试验时发现性连锁现象。 性连锁（sex linkage）：指性染色体上基因所控制的某些性状总是伴随性别而遗传的现象。 又称伴性遗传（sex-linked inheritance）。 性连锁是连锁遗传的一种特殊表现形式。 摩尔根做的几个实验（P83）,1.实验 红眼 白眼 F1 红眼红眼 F2 红眼 : 白眼 3:1，红对白为显性，所有白眼均为,2. 回交试验,红眼()白眼() (来自实验1 F1） 红眼() 红眼() 白眼() 白眼(),3、取实验2后代白眼雌蝇与一个毫无血缘关系的取自另一种瓶的纯种红眼雄蝇杂交. 白眼

7、雌 红眼雄 红眼雌 白眼雄 红眼雌 红眼雄 白眼雄 白眼雌 1 : 1 : 1 : 1,(来自实验2后代),实验结果说明：白眼雄果蝇永远都是纯合体，由杂交得到纯合子只有一种可能，即在雄性中，只有一个白眼基因。 即就这个白眼基因而说，雄蝇永远不会成为杂合子。 摩尔根假设：控制白眼性状的隐性基因w位于X染色体上，Y染色体上不带有这个基因的显性等位基因。 从而圆满解释了摩尔根的实验！,伴性遗传归纳为两条规律： 1、同配性别传递显性纯合基因时，F1雌、雄个体都为显性性状。F2性状的分离呈3显：1隐；性状分离呈1:1，且隐性个体的性别与祖代隐性个体一样，即外祖父的性状通过其女儿传递给外孙； 2、同配性别

8、传递隐性纯合基因时， F1表现交叉遗传，即母亲的性状传递给儿子，父亲的性状传递给女儿。 F2性状与性别比均为1:1 。,二、人类的伴性遗传（P87）,（一）伴X显性遗传：决定遗传性状的显性基因在X染色体上的遗传方式称。女性多于男性，且多为杂合子。 例如：抗维生素D佝偻病（该致病基因定位在Xp22.2-Xp22.1）： (1)患者女性多于男性； (2)每代都有患者； (3)男性患者的女儿都为患者； (4)女性患者的子女患病的机会为1/2。,典型的X连锁显性遗传家族图谱,（二）伴X隐性遗传：由X染色体携带的隐性基因的遗传方式称。如色盲、A型血友病等表现为伴X隐性遗传.P87图5-4,色盲性连锁：

9、控制色盲的基因为隐性c，位于X染色体上，Y染色体上不带其等位基因； 由于色盲基因存在于X染色体上，女人在基因杂合时仍正常；而男人Y基因上不带其对应的基因，故男人色盲频率高。 女：XCXc杂合时非色盲，只有XcXc纯合时才是色盲； 男：Y染色体上不携带对应基因，XCY正常、XcY色盲,(3),(三)Y连锁遗传,人类中此遗传方式很少,仅仅由父亲传给儿子,不传给女儿,又称限雄遗传。如男性的毛耳缘遗传。 伴Y遗传的毛耳缘性状在印第安人群中常见，其他地区的人群中极少见。 研究表明：Y染色体是雄性哺乳动物所必须的，某种雄性化基因一定存在于Y染色体的差别区段上，如睾丸决定因子（TDF）,毛耳(hairy e

10、ars) 外耳道多毛家族系谱,图4-8 耳毛的性连锁,三、芦花鸡的毛色遗传,. 芦花基因B为显性，正常基因b为隐性，位于Z性染色体上。 . W染色体上不带它的等位基因。 . 雄鸡为ZZ，雌鸡为ZW。,F1,F2,P,P,F1,F2,全部饲养母鸡多生蛋,四、限性遗传和从性遗传： 限性遗传（sex-limited inheritance）：指Y染色体（XY型）或W染色体（ZW型）上基因所控制的遗传性状，只局限于雄性或雌性上表现的现象。 限性遗传的性状多与性激素有关。例如，哺乳动物的雌性个体具有发达的乳房、某种甲虫的雄性有角等等。 限性遗传与伴性遗传的区别： 限性遗传只局限于一种性别上表现，而伴性遗

11、传则可在雄性也可在雌性上表现，只是表现频率有所差别。,从性遗传（sex-controlled inheritance）或称为性影响遗传（sex-influenced inheritance）：不是指由X及Y染色体上基因所控制的性状，而是因为内分泌及其它关系使某些性状只出现于雌、雄一方；或在一方为显性，另一方为隐性的现象。,五、植物的伴性遗传,第三节 遗传的染色体学说的直接证据,摩尔根的上述实验间接证明：一个特定基因的行为对应于某一条特定的性染色体。 伴性遗传的直接证明是他的学生和同事Bridges提出的。 Bridges重复摩尔根伴性遗传时发现了例外，称为初级例外和次级例外。P84 P85,第

12、四节 果蝇的Y染色体及其性别决定,果蝇Y染色体不象人一样对于决定雄性那么重要。如： XXY XO 雌性 雄性 雌性 雄性 （果蝇 ） （人类） （人类） （果蝇 ） 果蝇的性别决定除了性染色体外，常染色体也起重要作用，性别决定由性指数（X/A）决定。 X染色体数与常染色体数的比例。 （ 见P56表3-1）,若雄性果蝇无Y染色体，则不育。原因：Y染色体上带有精子生成所必需的生殖力基因。 黑腹果蝇截毛基因（bb）的遗传： XbbXbb Xbb+Ybb XbbXbb XbbYbb+ (截毛) (正常） (截毛) (正常） XbbXbb+ XbbYbb XbbXbb XbbYbb+ (正常） (截毛)

13、 (截毛) (正常） 从而证明：截毛基因存在Y染色体上。,第五节 剂量补偿效应,一、Barr小体：一种浓缩的、惰性的异染色质的小体，与性别及X染色体数目有关，所以又称性染色质体（sex-chromatin body)，又名巴氏小体。 1949年Barr在雌猫的神经细胞间期核中发现。 之后在大部分正常女性表皮羊水等组织的间 期核中也发现，但男性没有。（why?),二、剂量补偿效应 对于果蝇和哺乳动物来说 理论上：雌性具两条X染色体，其上基因产物应有两份，而雄性只有一份。 实际上：雌、雄X染色体基因产物基本相同。 原因：剂量补偿效应（dosage compensation effect) 剂量补偿

14、效应有3中不同的机制（P90）,三、Lyon假说 （一）正常雌性体细胞中，只有一条X有活性（activation X,Xa)，另一条在遗传上无活性（inactivation X,Xi ），保证雌雄性X染色体上基因产物相同。 （二）失活是随机的。 （三）失活发生在胚胎发育的早期，如人类（合子细胞增殖到56千个细胞时），且一旦失活，此细胞所有后代细胞的此染色体均处于失活态。 （四）杂合体雌性在伴性基因的作用上是嵌合体。,例如：玳瑁猫几乎都是雌性。 黄毛皮 O基因对黑皮毛 o是显性且位于X染色体上： XO Xo个体发育早期，一条X随机失活，所以呈现黑黄相间斑点。 雄性个体XO Xo Y也是玳瑁型，且

15、每个细胞有一个Barr小体。 研究表明： Barr小体的数目正好是X染色体数目减1。 失活的X染色体上所有基因并不都失活，而且失活的X染色体在进入减数分裂前将重新被激活，所以在成熟的卵母细胞中两条X染色体都是有活性的。,第六节 连锁基因的交换和重组,一、连锁遗传现象 Bateson 和Punnett对香豌豆的研究中发现的。,(一)、香豌豆(Lathyrus odoratus)两对相对性状杂交试验. 花色： 紫花(P)对红花(p)为显性； 花粉粒形状：长花粉粒(L)对圆花粉粒(l)为显性。 1. 紫花、长花粉粒红花、圆花粉粒. 2. 紫花、圆花粉粒红花、长花粉粒,1、紫花、长花粉粒红花、圆花粉粒

16、,结果： F1两对相对性状均表现为显性，F2出现四种表现型； F2四种表现型个体数的比例与9:3:3:1相差很大，并且两亲本性状组合类型(紫长和红圆)的实际数高于理论数，而两种新性状组合类型(紫圆和红长)的实际数少于理论数。,2、紫花、圆花粉粒红花、长花粉粒,结果： F1两对相对性状均表现为显性，F2出现四种表现型； F2四种表现型个体数的比例与9:3:3:1相差很大，并且两亲本性状组合类型(紫圆和红长)的实际数高于理论数，而两种新性状组合类型(紫长和红圆)的实际数少于理论数。,(二)、连锁遗传现象. 杂交试验中，原来为同一亲本所具有的两个性状在F2中不符合独立分配规律，而常有连在一起遗传的倾

17、向，这种现象叫做连锁(linkage)遗传现象。 相引相(coupling phase)与相斥相(repulsion phase).,二 完全连锁和不完全连锁,完全连锁 (complete linkage)：如果连锁基因的杂种F1(双杂合体)只产生两种亲本类型的配子，而不产生非亲本类型的配子，就称为完全连锁。 不完全连锁 (incomplete linkage)：指连锁基因的杂种F1不仅产生亲本类型的配子，还会产生重组型配子。,完全连锁(complete linkage),A B,a b,例：果蝇的完全连锁遗传 黑腹果蝇中灰体（ B）对黑体（b）是显性，长翅（V）对残翅（v）为显性，且都位于常

18、染色体上。 B V b v B V b v 灰长 黑残 B V b v b v b v 灰长 黑残 B V b v b v b v 灰长 黑残,果蝇的不完全连锁(complete linkage) B V b v B V b v 灰长 黑残 B V b v b v b v 灰长 黑残 B V b v B v b V b v b v b v b v 灰长 黑残 灰残 黑长 42% 42% 8% 8% 亲本的类型远远多于新类型。原因：同源染色体上的非等位基因之间重新组合的结果，此现象称重组。,连锁群,凡位于同一染色体上的基因群，称为一个连锁群。 凡是充分研究过的生物中，连锁群的数目都应该等于其单倍

19、体染色体数目。,遗传学的第三定律,一、交换的细胞学证据 （一）同一染色体上相互连锁的基因出现重组的原因（Janssens提出的交叉型假设）： 1、减数分裂1前期，同源染色体非姐妹染色单体某些区段发生交换，从而出现交叉现象。 2、若处于同源染色体不同座位的两个连锁基因发生交换，即可导致此连锁基因的重组。 此学说的核心：交叉是交换的结果，而不是交换的原因，即遗传学上的交换发生在细胞学似的交叉发生之前。 一般情况下，染色体越长，交叉越多。一个交叉代表一次交换。,二、遗传的第三定律 连锁交换定律 的基本内容：处在同一染色体上的两个或两个以上基因遗传时，联在一起的频率大于重新组合的频率。 自由组合与连锁

20、交换的差别：1、前者基因由非同源染色体传递，而后者由同源染色体非姐妹染色单体交换重组造成。2、自由组合受生物染色体对数局限，而连锁交换则受到其染色体本身长度的限制。,三、重组频率的测定 重组型数目 重组频率(RF)= 亲组型数目+重组型数目 以玉米为测交实验说明重组频率的测定方法。P98,玉米中的连锁遗传 P 有色饱满 X 无色皱缩 C Sh/C Sh c sh/c sh 测交：F1 C Sh/c sh X c sh/c sh（双隐性） CSh/csh Csh/csh cSh/csh csh/csh 有、满 有、皱 无、满 无、皱 自由组合预期： 1 1 1 1 合计 实 验 结 果 ：403

21、2 149 152 4035 8368 亲组合 重组合 96.4% 3.6%,影响交换的因素,1.性别：雄果蝇、雌蚕未发现染色体片断发生交换； 2.温度：家蚕第二对染色体上PS-Y(PS黑斑、Y幼虫黄血) 饲养温度()3028262319 交换值（%）21.48 22.34 23.55 24.9825.86 3.基因位于染色体上的部位：离着丝点越近，其交换值越小，着丝点不发生交换。 4.其它：年龄、染色体畸变等也会影响交换值。 由于交换值具有相对稳定性，常以该数值表示两个基因在同一染色体上的相对距离（遗传距离）。 例如：3.6%即可称为3.6个遗传单位。 遗传单位值愈大，两基因间距离愈远，愈易

22、交换； 遗传单位值愈小，两基因间距离愈近，愈难交换。,三、多线交换与最大交换值,两个基因之间发生一次交换时的最大交换值：1/2100%=50% 如两个基因距离较远时，其间可以发生两次或两次以上的交换，则涉及的染色单体将不限于2条，可以是多线交换。则最大交换值又会怎样？,B,b,B,a b c 对于基因座A.C来说,偶数次交 换等于没有交换,奇数次交换等于单交换。 P100：只要4条染色单体发生交换的机会相等，在所研究的两个基因之间产生重组型与亲组型的比总是1：1，所以最大交换值也是50%。 双交换特点：1、双交换概率显著低于单交换概率。2、3个连锁基因间发生双交换的结果，旁侧基因无重组，此时旁

23、侧基因的重组率低于实际的交换值。,A B C,四、基因定位与染色体作图,（一）相关概念 1、基因定位（gene mapping)：根据重组值确定不同基因在染色体上的相对位置和排列顺序的过程。 2、染色体图（chromosome map)又称基因连锁图（linkage map)或遗传图（ genetic map)。根据基因之间的交换值（或重组值），确定连锁基因在染色体上的相对位置而绘制的一种简单线性示意图。 3、图距（map distance)：；两个基因在染色体图上距离的数量单位称图距。图距单位称为厘摩（cM），1%交换值=1cM,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

24、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%。 根据上述信息可知： C-Sh间遗传距离为3.6个遗传单位即图距=3.6 cM ； 但不能确定它们在染色体上的排列次序，因而有两种可能的排列方向，如下图所示：,通过三次测验，获得三对基因两两间交换值、估计其遗传距离；每次测验两对基因间交换值；根据三个遗传距离推断三对基因间的排列次序。 两点测验局限性： 1. 工作量大，需要作三次杂交，三次测交；2. 不能排除双交换的影响，准确性不够高。,（二）三点测交（three-point testcross)与染色

25、体作图,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。,1、确定基因在染色体上的位置： 以玉米Cc、Shsh和Wxwx三对基因为例： P 凹陷、非糯、 有色 饱满、糯性、无色 shsh + + + + + + wxwx cc F1 饱满、非糯、有色 凹陷、粒性、无色 +sh +wx +c shsh wxwx cc F1配子及Ft表型见下表：,根据F1的染色体基因型有三种可能性： sh + + + wx + + sh +

26、wx + c + + sh wx c +,wx在中间,sh在中间,c在中间,?,确定中间一个基因：可以用最少的双交换型与最多的亲型相比只有sh基因发生了位置改变。sh一定在中间。,（2）估算交换值确定基因之间的距离。 wx-sh间重组值(RF)=（601+626+4+2）/6708=18.4% sh-c 间重组值(RF) =（116+113+4+2)/6708=3.5% wx-c间重组值(RF) =(601+626+116+113)/6078=20.72% wx-c间交换值=RF wx-c+2双交换值=20.72+0.092=21.9% 三对连锁基因在染色体上的位置和距离确定如下： 21.9

27、18.4 3.5 wx sh c 若测交后代只出现6种表型，说明无双交换。 根据同样方法，已绘制了玉米染色体（P73）和果蝇（P75）的连锁图。,2 果蝇三点测交,P 棘眼、截翅 X 缺翅横脉 ecct +/ecct+ + + cv/y F1 ecct+/+cvX ec ct cv/y 测交子代：序号 表 型 实得数 1 ec ct + 2125 （亲组合） 2 + + cv 2207 3 ec + cv 273 （单交换I） 4 + ct + 265 5 ec + + 217 （单交换II 6 + ct cv 223 7 + + + 5 （双交换） 8 ec ct cv 3 合计 5318,

28、中间位点法作图（适用于测交子代有8种类型）,A 分成4组 B 确定正确的基因顺序 亲组合 ec ct + + + cv 双交换 ec ct cv + + + 基因顺序为: ec cv ct 或 ct cv ec C 分别计算两个单交换确定图距 ec-cv:(273+265+5+3)/5318X100 %=10.2% cv-ct:(217+223+5+3)/5318 X100%=8.4% D 作图（绘染色体图） ec 10.2 cv 8.4 ct 18.6,关于遗传图还需做以下说明： 1、一般以最左端的基因位置为0，但随着研究的进展，发现有更左端的基因时，0点的位置让给新基因，其他基因相应移动。

29、 2、重组率在0%-50%之间，但在遗传图上，可以出现50个单位以上的图距。原因是这两个基因间发生多次交换的缘故。所以从图上数值知重组率只限临近的基因座之间。,1. 理论双交换值 连锁与互换的机理表明：染色体上除着丝粒外，任何一点均有可能发生非姊妹染色单体间的交换。但是相邻两个交换是否会发生相互影响呢？ 如果相邻两交换间互不影响，即交换独立发生，那么根据乘法定理，双交换发生的理论频率(理论双交换值)应该是两个区域交换频率(交换值)的乘积。 例：wxshc三点测验中，wx和c基因间理论双交换值应为：0.1840.035=0.64%。,（三）干扰（干涉）和符合（并发）,2. 干扰(interfer

30、ence)： 测交试验的结果表明：wx和c基因间的实际双交换值为0.09，低于理论双交换值，这是由于wx-sh间或sh-c间一旦发生一次交换后就会影响另一个区域交换的发生，使双交换的频率下降。 这种现象称为干扰(interference)，或干涉：一个交换发生后，它往往会影响其邻近交换的发生。其结果是使实际双交换值不等于理论双交换值。 为了度量两次交换间相互影响的程度，提出了符合系数（并发系数）的概念。,符合系数(coefficient of coincidence),符合系数也称为并发系数：用以衡量两次交换间相互影响的性质和程度。 例如前述中：符合系数=0.09/0.64=0.14. 符合系数的性质： 真核生物：0, 1正干扰； *某些微生物中往往大于1，称为负干扰。,1、在果蝇中，黄体(y)、白眼(w)和小翅(ct)这三个隐性性状与X染色体连锁，现将一具有黄体白眼和正常翅膀的雌性果蝇和一正常的体色和眼睛，但为小翅的雄性果蝇交配，F1雌性果蝇三个性状均表现为野生型，而雄性果蝇表现出黄体白眼和正常翅膀的性状。F1雌雄果蝇交配得到F2代，F2代雄性个体的表现型如下： y+ct 9 ywct 90 +ct 424 y+ 0 +w+ 6 + 95 yw+ 376 +wct （