第六章染色体和连锁群.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第六章 染色体和连锁群,第一节 连锁与交换Section 3.1 Linkage and Crossing Over,一、连锁遗传现象,二、连锁遗传的解释,三、完全连锁与不完全连锁,四、交换与不完全连锁的形成,五、重组型配子的比例,六、交换的细胞学证据,一、,连锁遗传现象,(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.,组合一：,紫花、长花粉粒红花、圆花粉粒,组合一：,紫花、长花粉粒红花、圆花粉粒,结果：,F,1,两对相对性状均表现为显性，F,2,出现四种表现型；,F,2,四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。,组合二：,紫花、圆花粉粒红花、长花粉粒,二、连锁遗传的解释,为什么F,2,不表现9:3:3:1的表现型分离比例。,(一).每对相对性状是否符合分离规律？,(二).非等位基因间是否符合独立分配规律？,(三).摩尔根等的果蝇遗传试验；,(四).连锁遗传现象的解释。,(一)、每对相对性状是否符合分离规律？,(二)、两对相对性状自由组合？,测交法：测定杂种F,1,产生配子的种类和比例,赫钦森(C.B.Hutchinson,1922)玉米测交试验,籽粒颜色：有色(C)、,无色（c）,籽粒饱满程度：饱满(Sh)、凹陷(sh),相引相测交试验；,相斥相测交试验。,试验结果分析：,F,1,产生的四种类型配子比例不等于,1:1:1:1,；,亲本型配子比例高于,50,，重组型配子比例低于,50,；,亲本型配子数基本相等，重组型配子数也基本相等。,测交：相引相,测交：相斥相,(三)、摩尔根等的果蝇遗传试验,果蝇(,Drosophila melanogaster,)眼色与翅长的连锁遗传：,眼色：红眼(pr,+,)对紫眼(pr)为显性；,翅长：长翅(vg,+,)对残翅(vg)为显性。,相引相杂交与测交,相斥相杂交与测交,结果：,F,1,形成四种类型的配子；,但比例显然不符合1:1:1:1，且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。,果蝇眼色与翅长连锁遗传：相引相,Ppr,+,pr,+,vg,+,vg,+,prprvgvg,F,1,pr,+,prvg,+,vgprprvgvg(测交),Ftpr,+,prvg,+,vg,1339,prprvgvg,1195,pr,+,prvgvg 151,prprvg,+,vg 154,果蝇眼色与翅长连锁遗传：相斥相,Ppr,+,pr,+,vgvgprprvg,+,vg,+,F,1,pr,+,prvg,+,vgprprvgvg(测交),Ftpr,+,prvg,+,vg 157,prprvgvg 146,pr,+,prvgvg,965,prprvg,+,vg,1067,(四)、连锁遗传现象的解释,连锁遗传规律：连锁遗传的相对性状是由位于同一对染色体上的非等位基因间控制，具有连锁关系，在形成配子时倾向于连在一起传递；交换型配子是由于非姊妹染色单体间交换形成的。,控制果蝇眼色和翅长的两对非等位基因位于同一同源染色体上。即：,相引相中，,pr,+,vg,+,连锁在一条染色体上，而,prvg,连锁在另一条染色体，杂种F1一对同源染色体分别具有,pr,+,vg,+,和,prvg,。,三、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,F,1,(,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,。,例如,雄果蝇和雌家蚕中通常不发生交换,，连锁基因完全连锁，不发生重组。,不完全连锁(,incomplete linkage)：指,连锁基因的杂种F,1,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,不完全连锁(incomplete linkage),C-Sh基因间的连锁与交换,四、交换与不完全连锁的形成,重组合配子的产生是由于：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),1.,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,；,2.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；,3.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,；,4.,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(两种亲本型、两种重组合型/交换型)。,5.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。,连锁与交换的遗传机理,P,F,1,(复制),同源染色体联会(偶线期),非姊妹染色单体交换(偶线期到双线期),终变期 四分体,五、重组型配子的比例,1.尽管在发生交换的孢(性)母细胞所产生的配子中，亲本型和重组型配子各占一半，但是双杂合体所产生的四种配子的比例并不相等，因为,并不是所有的孢母细胞都发生,两对基因间,的交换,。,2.,重组型配子比例,是,发生交换的孢母细胞比例,的一半，并且两种重组型配子的比例相等，两种亲本型配子的比例相等。,重组型配子的比例,六、,交换的细胞学证据,第二节,交换值及其测定,Section 3.2 Determining of Crossing-over Value,一、交换值的概念,二、交换值的测定,三、交换值与遗传距离,四、影响交换值的因素,一、交换值的概念,交换值,(,cross-over value)，,也称,重组率,/,重组值,，是指重组型配子占总配子的百分率。即：,亲本型配子+重组型配子,用哪些方法可以测定各种配子的数目？,二,、交换值的测定,(一)、测交法,测交后代(,F,t,),的表现型的种类和比例直接反映被测个体(如F,1,),产生配子的种类和比例。,相引相与相斥相的测交结果：,C-Sh,相引相的交换值为3.6%；,C-Sh,相斥相的交换值为3.0%。,(二)、自交法,测交法与自交法的应用比较,；,自交法的原理与过程：(以香豌豆花色与花粉粒形状两对相对性状，,P-L,交换值测定为例。),C-Sh基因间的连锁与交换,香豌豆P-L基因间交换值测定(1),设F,1,产生的四种配子PL,Pl*,pL*,pl的比例分别为：a,b,c,d；则有：,a+b+c+d=1,a=d,b=c,香豌豆P-L基因间交换值测定(2),F,2,的4种表现型(9种基因型)及其理论比例为：,P_L_(PPLL,PPLl,PpLL,PpLl)：,a,2,+2ab+2ac+2bc+2ad,P_ll (PPll,Ppll)：,b,2,+2bd,ppL_ (ppLL,ppLl)：,c,2,+2cd,ppll：d,2,d,2,香豌豆P-L基因间交换值测定(3),而F,2,中双隐性个体(ppll)的实际数目是可出直接观测得到的(本例中为1338)，其比例也可出直接计算得到(1338/6952)，因此有：,香豌豆P-L基因间交换值测定(4),相斥相的分析：,三、交换值与遗传距离,1.非姊妹染色单体间交换数目及位置是随机的；,2.两个连锁基因间交换值的变化范围是0,50%，其变化反映基因间的连锁强度、基因间的相对距离；,两基因间的距离越远，基因间的连锁强度越小，交换值就越大；反之，基因间的距离越近，基因间的连锁强度越大，交换值就越小。,3.通常用交换值/重组率来度量基因间的,相对距离,，也称为,遗传距离,(genetic distance),。,通常以1%的重组率作为一个遗传距离单位/遗传单位。,四、影响交换值的因素,1.年龄对交换值的影响,老龄雌果蝇的重组率明显下降。,2.性别对交换值的影响,雄果蝇和雌家蚕的进行减数分裂时很少发生交换。,3.环境条件对交换值的影响,高等植物的干旱条件下重组率会下降，而的温度过高或过低的情况下，其重组率会增加。,4.交换值的遗传控制,交换的发生也受遗传控制，如在大肠杆菌中：,recA+recA-,RecA(,重组酶),第三节,基因定位与连锁遗传图,一、连锁分析的方法,二、干扰和符合,三、连锁遗传图,基因定位,基因定位(gene location/localization)：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。,两对基因间的排列次序,根据上述信息可知：,C-Sh间遗传距离为3.6个遗传单位；,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：,一、连锁分析的方法,基因连锁分析的主要方法：,(一)、两点测验(two-point testcross),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。,(二)、三点测验(three-point testcross),一次测验就考虑三对基因的差异，从而通过,一次测验,获得三对基因间的距离并确定其排列次序。,两点测验：步骤(1/,3),1.通过三次,亲本间两两杂交，杂种F,1,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)对无色(c)为显性；,饱满程度：饱满(SH)对凹陷(sh)为显性；,淀粉粒：非糯性(Wx)对糯性(wx)为显性.,(1).(CCShShccshsh)F,1,ccshsh,(2).(wxwxShShWxWxshsh)F,1,wxwxshsh,(3).(wxwxCCWxWxcc)F,1,wxwxcc,两点测验的3个测交结果,两点测验：步骤(2/,3),2.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：步骤(3/,3),3.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。,C-Sh:3.6Wx-Sh:20Wx-C:22,两点测验：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。,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。,三点测验：步骤(1/7-2/7),仍以玉米C/c、Sh/sh、Wx/wx,三对基因连锁分析为例，在描述时用“+”代表各基因对应的显性基因。,1.,用三对性状差异的两个纯系作亲本进行杂交、测交：,P:,凹陷、非糯性、有色 饱满、糯性、无色,shsh +wxwx cc,F,1,及测交:,饱满、非糯性、有色凹陷、糯性、无色,+sh +wx +c shsh wxwx cc,2.考察,测交后代的表现型、进行分类统计。,在不完全连锁的情况下测交后代有多少种表现型？,3.按各类表现型的个体数，对测交后代进行分组；,4.进一步确定两种亲本类型和两种双交换类型；,三点测验：步骤(3/7-4/7),三点测验：步骤(5/7),5.确定三对基因在染色体上的,排列顺序,。,用两种亲本型配子与两种双交换型配子比较：,双交换配子与亲本型配子中不同的基因位点位于中间,。,如：+wx c,与sh wx c相比只有sh位点不同，因此可以断定sh位点位于wx和c之间；,同理，sh+与+相比也只有sh位点不同，也表明sh位点位于wx和c之间。,基因间排列顺序确定,三点测验：步骤(6/7),6.计算基因间的交换值。,由于双交换实际上在两个区域均发生交换，所以在估算每个区域交换值时，都应加上双交换值，才能够正确地反映实际发生的交换频率。,三点测验：步骤(7/7),7.绘制连锁遗传图。,Sh位于wx与c之间；,wx-sh:18.4sh-c:3.5wx-c:21.9。,二、干扰和符合,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%。,二、干扰和符合,2.干扰(interference)：,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,。,三、连锁遗传图(,linkage map),连锁遗传图(,linkage map),，遗传图谱,(genetic map),。,定义,:,存在于同一染色体上的基因，组成一个连锁群（,linkage group,）。把一个连锁群的各个基因之间的距离和顺序标志出来，就能形成（绘）连锁遗传图。,特点,:,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，如水稻有,12,对染色体，就有,12,个连锁群。,三、连锁遗传图(,linkage map),2.,连锁群的数目.,连锁群的数目不会超过染色体的对数，但暂时会少于染色体对数，因为资料积累的不多。,3.遗传作图的过程与说明。,要以最先端的基因点当作0，依次向下排列。以后发现新的连锁基因，再补充定出位置。如果新发现的基因位置应在最先端基因的外端，那就应该把0点让给新的基因，其余基因的位置要作相应的变动。,玉米的连锁遗传图,第四节 真菌的遗传分析,链孢霉（,Neurospora crassa,）的生活史,链孢霉,Neurospora,是真菌，属于子囊菌纲，在遗传研究上应用极广。这类真菌特别有利之处在于它们一方面行有性生殖，具有跟高等动植物行为相象的染色体，另一方面又象细菌那样有较短的生活周期。链孢霉的有性生殖周期只要10天，能在含碳源和某些无机盐的简单培养基中生长。,链孢霉(,Neurospora crassa,)是一种丝状真茵，生活史相当复杂(图6.2)。,培养的链孢霉是由许多分枝的细丝即菌丝组成的，菌丝由隔壁分成隔，每隔有近百个单倍体核。,它们的生殖方式通常是无性的，菌丝体发出气生菌丝，长出无性孢子，叫做,分生孢子,，有的是单核的,小分生孢子,，有的是多核的,大分生孢子,，分生孢子萌发出新的菌丝。,红色面包霉是遗传分析的好材料。原因如下：,（,1,）个体小，生长快，易于培养，数量多。,（,2,）它的染色体结构和功能类似于高等植物，且能进行有性生殖。,（,3,）是单倍体，没有显隐性的问题，基因型直接在表现型上反映出来。,（,4,）一次只分析一个减数分裂的产物，手续简便。一般的二倍体生物的合子是父母本两个不同减数分裂产生的孢子相互结合的产物，不易分析，测交的目的就是每次只研究一个减数分裂的产物，即配子的比例，但实验手续烦杂。而红色面包霉是先由单倍体融合成合子，尔后进行减数分裂，而且减数分裂后的产物可以直接观察。,特别应当注意的是：,每个子囊是一次减数分裂的产物，而每对孢子则是有丝分裂的产物，因此每对孢子的每个成员具有相同的基因型。,减数分裂所产生的四个产物即,四分体,不仅仍保留在一起，而且在子囊中成线状排列。,这是一种有顺序的四分体，是提供遗传分析独一无二的非常重要的结构。,四分体分析,（tetrad analysis）,链孢霉的特点是它的四分体是顺序排列的。不仅减数分裂的四个产物在子囊中仍连在一起，而且代表减数分裂四个染色单体的子囊孢子是直线排列的，排列的顺序跟减数分裂中期板上染色单体的,定向,相同。因此，我们用遗传学方法可以区分每个染色单体，而用细胞学检查方法是办不到的。,着丝粒作图（centromere mapping）从野外采集来的面包霉能在简单的培养基上生长和繁殖，一般称之为野生型或原养型（prototroph）。在实验室中得到的突变型菌株（strain），一定要在培养基中添加某一营养物质才能生长，一般称之为营养缺陷型（auxotroph）。例如有一菌株一定要在培养基中添加赖氨酸才能生长，称之为赖氨酸依赖型（lysine dependent）。把野生型记作lys或，赖氨酸缺陷型记作lys或。lys成熟后子囊孢子是黑色的，lys是灰色的。lys与l ys杂交，所得到的子囊中的孢子，4个是黑色的（），4个是灰色的（）。8个子囊孢子可有六个不同的排列方式（子囊型）,第一次分裂分离:,第二次分裂分离,:,图513 8个子囊孢子排列类型,（1）和（2）是怎样产生的呢？交换发生在着丝粒与lys/lys座位以外。中期I时，带有lys的两条染色体移向一极，带有lys的两条染色体移向另一极。这样，就lys/lys这一对基因而言，在第一次分裂时就分离了，称为第一次分裂分离。中期II时，着丝粒分裂，每一个染色单体相互分开，两个lys孢子排列在一起，两个lys孢子排列在一起，再经过一次有丝分裂，形成或两种排列方式，又叫做两种子囊型。在形成这两种子囊型时，着丝粒和基因lys/lys之间未发生过交换，所以称为非交换型。,(3)和(4)的形成经过交换发生在着丝粒与之间。中期I时，分配到每一子核的两条染色单体都是一个带有lys，一个带有lys，所以第一次分裂没有出现分离现象。中期II时，才发生分离，所以称为第二次分裂分离。再经过一次有丝分裂形成4个孢子时，排列顺序是或。这种情况是由于lys/lys与着丝粒之间发生了一次交换造成的，所以（3）和（4）是交换型。（5）和（6）也是交换型。其产生过程请自己画图作为练习。子囊型（3）（4）和（5）（6）的出现表明交换发生在两条非姊妹染色单体间，也就是发生在四线期。,在（3）（6）的4种子囊型中，其实只有两对孢子交换了位置，其余两对孢子维持原位。在（3）中，第二对与第三对交换了位置，第一对与第四对维持原位。也就是说，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：交换型子囊数重组率 1/2 100交换型子囊数非交换型子囊数这与二倍体物种中计算重组率的基本原理是一样的。假如有10个子囊对lys座位是非交换型，有6个子囊对lys座位是交换型，则重组率=6/10+6 1/2 100%=18.75%,三、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，成熟子囊孢子呈黑色；,突变型不能合成赖氨酸，称为赖氨酸缺陷型，记为lys-，在基本培养基上生长缓慢，子囊孢子成熟较迟，呈灰色。,用,不同接合型,的lys+和lys-杂交，可预期八个孢子中lys+和lys-呈4:4的比例，事实也是如此。,在对子囊进行,镜检,时发现子中lys+和lys-有六种排列方式，即我们教材p104所示的六种排列方式。,六种子囊孢子排列方式,六种子囊孢子排列方式,第一次分裂分离与第二次分裂分离,(1-2)两种排列方式：野生型lys+和突变型lys-在 AI 彼此分离，称第一次分裂分离(first division segregation)。,着丝粒和lys基因位点间不发生非姊妹染色单体交换，因此这两种子囊类型就是,非交换型子囊,。,(3-6)四种排列方式：第一分裂产物中野生型与突变型未发生分离，野生型和突变型 AII 发生分离，称第二次分裂分离(second division segregation)。,着丝粒与基因位点间发生非姊妹染色单体交换，因此这四种子囊均为,交换型子囊,。,非交换型、交换型子囊的形成,着丝点距离与着丝点作图,将着丝点当作一个基因位点看待，计算基因位点与着丝点间的交换值，估计基因与着丝点间的遗传距离，称为,着丝点距离,。,每个交换型子囊中，基因位点与着丝粒间发生一次交换，其中半数孢子是重组型(重组型配子)。因此，交换值的计算公式为：,第五节 人类染色体作图,人类基因定位研究近来发展很快，在研究技术上主要应用体细胞杂交和DNA分析法。,但是，对于那些无法以体外培养杂种细胞表达的性状或疾病，就需要借助于家系连锁分析法。,这种方法适合于分析基因连锁、基因定位、基因诊断等。,一.家系分析法,家系的连锁分析首先要从群体中选择适合的家系，要求被挑选家系中双亲之一或两个为双杂合体，并且注意双杂合体家系要随机抽样，避免产生偏倚。,同时必须剔除下列几种家系：,（1）双亲性状不能在子代中得到分离的，如GgTtGGTT；,（2）家庭中仅有一个子代的；,（3）亲本之一的基因型不明或死亡的。,三代的系谱,在三代系谱中较容易确定子代是否发生基因重组，可直接计算重组值。,例：如图，,设黑色表示患一种显性的肌强直功能不全(mytonic dystrophy)；,性状标志为唾液分泌类型，由Se和se一对等位基因所控制，Se为显性基因。,图 肌强直功能不全和唾液分泌类型发生分离的家庭,I-1个体患有肌强直功能不全症并伴有唾液分泌型的特性；I-2不患此病并为非分泌型。,其生育的女儿（II-1）也为肌强直功能不全症并伴有唾液分泌型，所以她（II-1）的疾病和分泌型性状的两个基因来自父亲，说明疾病基因和Se基因在一条染色体上，她的基因型为GSe/gse，为相引相的双杂合体。,第三代的性状开始分离，有的为分泌型伴疾病，有的不伴病。,在第三代六个子代中，III-1个体为健康者并为分泌型，说明原来疾病基因和Se基因连锁的染色体与其同源染色体间发生了交换，因此该个体为重组体。,III-2 III-6均为非重组体。,因此重组率为：1/6。,二.体细胞法,1968年 Donahue,发现 No.1,染色体着丝粒区异常与Duffy,血型(Fy)相关,三.体细胞杂交法,体细胞是生物体除生殖细胞外的所有细胞。,细胞杂交又称细胞融合（cell fusion），是将来源不同的两种细胞融合成一个新细胞。,大多数体细胞杂交是用人的细胞与小鼠、大鼠或仓鼠的体细胞进行杂交。这种新产生的融合细胞称为杂种细胞（hybrid cell)，含有双亲不同的染色体。,杂种细胞有一个重要的特点是在其繁殖传代过程中出现保留啮齿类一方染色体而人类染色体则逐渐丢失，最后只剩一条或几条，其原因至今不明。,这种仅保留少数甚至一条人染色体的杂种细胞正是进行基因连锁分析和基因定位的有用材料。,由于人和鼠类细胞都有各自不同的生化和免疫学特征，Miller等运用体细胞杂交并结合杂种细胞的特征，证明杂种细胞的存活需要胸苷激酶（TK）。,但凡含有人第17号染色体的杂种细胞都因有TK活性而存活，反之则死亡。从而推断TK基因定位于第17号染色体上（表6.6）。,这是首例用细胞杂交法进行的基因定位。由此可见，研究基因定位时，由于有杂种细胞这一工具，只需要集中精力于某一条染色体上，就可找到某一基因座位。,表6.6 杂种细胞系的染色体和TK活性,细胞系 人类染色体 TK活性,（1）5，9，12，21 ,（2）3，4，17，21 ,（3）5，6，14，17，22,（4）3，4，9，18，22,（5）1，2，6，7，20,（6）1，9，17，18，20,复习思考题,P206210 1、7、8、9题,