第六章真核生物的遗传分析.pptx

第六章真核生物的遗传分析 基因组基因组(genome):一个物种单倍体得染色体一个物种单倍体得染色体数目及其所携带得全部基因称为该物种得基因数目及其所携带得全部基因称为该物种得基因组组。一、一、C值悖理值悖理 含有一个染色体组的细胞含有一个染色体组的细胞 6-125000 C值值(C Value):一个物种单倍体基因组得一个物种单倍体基因组得DNA含含量就是相对恒定得量就是相对恒定得,她通常称为该物种她通常称为该物种DNA得得C值值。最小得最小得C值值:支原体支原体(106bp)最大得最大得C值值:显花植物、两栖动物显花植物、两栖动物(1011bp)C值就是生物种得一个特征值就是生物种得一个特征,不同生物之间差别很大。不同生物之间差别很大。生物结构和功能复杂程度增加生物结构和功能复杂程度增加,需要得基因数目和基需要得基因数目和基 因产物得种类也越多因产物得种类也越多,因而因而C值越大。值越大。7-1不同门类生物得不同门类生物得C值分布值分布(仿仿B、Lewin,2000)哺乳类哺乳类 硬骨鱼类硬骨鱼类 两栖类两栖类显花植物显花植物Go支支 软骨鱼类软骨鱼类 C值悖理值悖理(C value paradox):):C值得大小不能完全说明生物进化得程度和遗传复值得大小不能完全说明生物进化得程度和遗传复杂性得高低杂性得高低,即物种得即物种得C值和她进化复杂性之间没有值和她进化复杂性之间没有严格得对应关系严格得对应关系,这种现象称为这种现象称为C值悖理值悖理,或或C值佯值佯谬。谬。高等生物得高等生物得C值不一定高于比她低等得生物值不一定高于比她低等得生物 C值悖理表现在两个方面值悖理表现在两个方面 结构与功能相似得同一类生物之间得结构与功能相似得同一类生物之间得C值差别很值差别很大大,或低等生物得或低等生物得C值较高等生物得值较高等生物得C值高很多值高很多;两栖类、被子植物不同种之间两栖类、被子植物不同种之间C值差异很大；值差异很大；肺鱼比人肺鱼比人C值高出值高出100倍倍 与预期的编码蛋白质的基因数目相比，基因组与预期的编码蛋白质的基因数目相比，基因组DNA的含量过多的含量过多。C值悖理现象值悖理现象？真核生物基因组必然存在大量不编码基因产物的真核生物基因组必然存在大量不编码基因产物的DNA序列？序列？真核生物得基因组比较庞大真核生物得基因组比较庞大人人:基因组共有基因组共有3、16109 bp 按按1000个碱基编码一种蛋白质计算个碱基编码一种蛋白质计算,理论上应有约理论上应有约300万个基因万个基因,实际大约只有实际大约只有2、5万个。万个。非结构基因的非结构基因的DNA序列的功能？序列的功能？C值巨大差异在进化中的意义？值巨大差异在进化中的意义？大家学习辛苦了，还是要坚持继续保持安静继续保持安静对对C值悖理得解释值悖理得解释Petroy:各种生物基因组得大小就是由于基因组中长期积各种生物基因组得大小就是由于基因组中长期积累起来得过量非编码累起来得过量非编码DNA被清除得速率不同所造被清除得速率不同所造成得结果成得结果,即即DNA丢失得速率愈慢丢失得速率愈慢,基因组基因组DNA含含量越高。量越高。N值值(N value):一个物种一个物种基因组基因组得基因数目称得基因数目称为为N值值。二、二、N值悖理值悖理 N值悖理值悖理(N value paradox):生物得基因数目与生物在进化树上得位置不存在生物得基因数目与生物在进化树上得位置不存在正相关得事实称为正相关得事实称为N值悖理值悖理,或或N值佯谬。值佯谬。人：人：2.5万万果蝇：果蝇：1.4万万线虫：线虫：2.0万万N值悖理现象说明值悖理现象说明:生物体得复杂性不仅仅就是基因数目得函数生物体得复杂性不仅仅就是基因数目得函数,随着随着生物复杂性得增加生物复杂性得增加,基因得大小和基因结构得复杂基因得大小和基因结构得复杂性亦增加。性亦增加。如如:复杂得生物存在机制能使一个基因产生多个蛋复杂得生物存在机制能使一个基因产生多个蛋白质分子白质分子,满足生理功能得需要。满足生理功能得需要。生物得复杂性不能仅用基因数目衡量生物得复杂性不能仅用基因数目衡量,而应该而应该 用整个基因组得理论上得转录物组衡量。用整个基因组得理论上得转录物组衡量。三、真核生物基因组三、真核生物基因组DNA序列得复杂度序列得复杂度 重复序列得检测重复序列得检测方法方法:通过复性动力学检测基因组通过复性动力学检测基因组DNA序列得复杂性。序列得复杂性。即通过即通过DNA得变性和复性反应得动力学过程分析得变性和复性反应得动力学过程分析 DNA序列得性质。序列得性质。如果基因组中每一种基因只有一个，即都是单拷如果基因组中每一种基因只有一个，即都是单拷贝序列，那么基因组愈大则基因组的复杂性愈大，贝序列，那么基因组愈大则基因组的复杂性愈大，复性速率愈小。复性速率愈小。单拷贝序列单拷贝序列中度重复序列中度重复序列高度重复序列高度重复序列 真核生物真核生物DNA序列得类别序列得类别 1、单拷贝序列单拷贝序列(unique sequence):亦称非重复序列亦称非重复序列(nonrepetitive sequence),在一个在一个 基因组中只有一个拷贝或基因组中只有一个拷贝或2-3个拷贝个拷贝。结构基因大多就是单拷贝结构基因大多就是单拷贝;单拷贝基因具高度表达能力单拷贝基因具高度表达能力;不就是所有单拷贝序列都编码多肽链。不就是所有单拷贝序列都编码多肽链。2、中度重复序列中度重复序列(moderately repetitive sequence):中度重复序列中得重复单位平均长度约中度重复序列中得重复单位平均长度约300bp,重重 复次数为复次数为10102。多为非编码序列多为非编码序列,也有编码基因产物得也有编码基因产物得,如如人珠蛋白基因人珠蛋白基因;复性速度比单拷贝顺序快复性速度比单拷贝顺序快,比高度重复顺序慢。比高度重复顺序慢。3、高度重复序列高度重复序列(highly repetitive sequence):在基因组中得拷贝数一般在在基因组中得拷贝数一般在106以上。通常这些序列以上。通常这些序列得长度为得长度为6200bp,如卫星如卫星DNA。大部分集中在异染色质区大部分集中在异染色质区;复性速度很快复性速度很快;无转录能力无转录能力;多数高等真核生物含多数高等真核生物含2020以上高度重复序列以上高度重复序列;重复序列得确切生物学意义有待阐明。重复序列得确切生物学意义有待阐明。高度重复顺序得功能高度重复顺序得功能 维持染色体结构维持染色体结构 许多反向重复序列就是一些蛋白质与许多反向重复序列就是一些蛋白质与DNA得结合位得结合位点。点。调节基因表达调节基因表达 参与基因表达调控得参与基因表达调控得DNA得重复顺序可以转录到核得重复顺序可以转录到核内不均一内不均一RNA(hnRNA)分子中分子中,并形成发夹结构并形成发夹结构,这这对稳定对稳定RNA分子分子,使其免遭分解有重要作用。使其免遭分解有重要作用。参与转位作用参与转位作用 几乎所有转位因子得末端都包括反向重复顺序几乎所有转位因子得末端都包括反向重复顺序,长度由几个长度由几个bp到到1400bp,形成回文结构形成回文结构,在转位作在转位作用中既能连接非同源得基因用中既能连接非同源得基因,又可以被参与转位得又可以被参与转位得特异酶所识别。特异酶所识别。与进化有关与进化有关 不同种属得高度重复顺序不同种属得高度重复顺序,具有种属特异性具有种属特异性,但相但相近种属又有相似性。近种属又有相似性。如如:人与非洲绿猴得人与非洲绿猴得卫星卫星 DNA长度仅差长度仅差1个碱基个碱基(前者为前者为171 bp,后者为后者为172bp),而且碱基序列有而且碱基序列有65就是相同得就是相同得,表明她们来自共同得祖先。表明她们来自共同得祖先。同一种属中不同个体得高度重复顺序得重复次数同一种属中不同个体得高度重复顺序得重复次数不一样不一样,这可以作为每一个体得特征这可以作为每一个体得特征,即即DNA指纹。指纹。卫星卫星 DNA 成簇得分布在染色体着丝粒附近成簇得分布在染色体着丝粒附近,可能可能与减数分裂时染色体配对有关与减数分裂时染色体配对有关,即同源染色体之间即同源染色体之间得联会可能依赖于具有染色体专一性得特定卫星得联会可能依赖于具有染色体专一性得特定卫星DNA顺序。顺序。第二节第二节 真菌类得四分子分析与作图真菌类得四分子分析与作图一、顺序四分子得遗传分析一、顺序四分子得遗传分析二、非顺序四分子得遗传分析二、非顺序四分子得遗传分析单倍体世代单倍体世代:无性繁殖无性繁殖(为主为主)二倍体世代二倍体世代:有性繁殖有性繁殖(短暂短暂)真菌得生活史真菌得生活史无性繁殖无性繁殖:成熟子囊孢子成熟子囊孢子(n,(n,性性孢子孢子)萌发萌发有丝分有丝分裂裂菌丝体菌丝体 二倍体时期非常短暂二倍体时期非常短暂,很快进行减数分裂很快进行减数分裂四分子四分子有丝分裂有丝分裂8个单倍体子囊孢子个单倍体子囊孢子顺序地排列在一个顺序地排列在一个子囊中子囊中:一个子囊中得一个子囊中得8个孢子就是单一减数分裂得个孢子就是单一减数分裂得产物。产物。有性繁殖有性繁殖:两亲本必须就是不同交配型两亲本必须就是不同交配型A,B,各自得无性子囊孢子落各自得无性子囊孢子落在不同交配型子实体得受精在不同交配型子实体得受精丝上丝上核融合核融合2n核。核。(一一)四分子与四分子与8子囊孢子子囊孢子 1、四分子四分子(tetrad):脉孢菌减数脉孢菌减数分裂形成得分裂形成得4个单倍体子囊孢个单倍体子囊孢子在一起子在一起,称为四分子。称为四分子。2、八子囊孢子八子囊孢子:四分四分子经一次有丝分裂子经一次有丝分裂,每一成熟子囊中含每一成熟子囊中含8个孢子。个孢子。一、一、顺序四分子得遗传分析顺序四分子得遗传分析 3、顺序四分子顺序四分子(ordered tetrad)由于脉孢霉子囊非常狭窄由于脉孢霉子囊非常狭窄,以致纺锤体不能重叠以致纺锤体不能重叠,减减数分裂所产生得四分子只能纵立于其长轴之中顺序数分裂所产生得四分子只能纵立于其长轴之中顺序直线排列直线排列,称为顺序四分子。称为顺序四分子。4、脉孢霉脉孢霉8子囊孢子得特点子囊孢子得特点:8子囊孢子中邻接得每对孢子具有相子囊孢子中邻接得每对孢子具有相同基因型同基因型(有丝分裂产生有丝分裂产生)。即第即第1、2对子囊孢子分别来自一条对子囊孢子分别来自一条染色体得姊妹染色单体染色体得姊妹染色单体;第第3、4对对子囊孢子分别来自其同源染色体得子囊孢子分别来自其同源染色体得姊妹染色单体姊妹染色单体。5、顺序四分子得作用顺序四分子得作用:子囊中子囊孢子得严格对称性质子囊中子囊孢子得严格对称性质,证明减数分裂就是证明减数分裂就是一个交互过程一个交互过程(reciprocal process)。可以把着丝粒作为一个座位可以把着丝粒作为一个座位(locus)(locus),计算某一基因与计算某一基因与着丝粒得重组率。着丝粒得重组率。证明双交换不仅可以包括证明双交换不仅可以包括4 4线中得两线线中得两线,还可以包括一还可以包括一个二价体得三或四线。个二价体得三或四线。可以检验染色单体得交换就是否有干涉现象。可以检验染色单体得交换就是否有干涉现象。(二二)着丝粒作图着丝粒作图(centromere mapping)1、概念概念:利用四分子分析法利用四分子分析法,以着丝粒作为一个座位以着丝粒作为一个座位,测定某一测定某一基因与着丝粒之间得距离基因与着丝粒之间得距离,称为着丝粒作图称为着丝粒作图。2.原理：原理：在一对非姊妹染色单体间没有发生着丝粒和某杂合基在一对非姊妹染色单体间没有发生着丝粒和某杂合基因间交换的减数分裂和发生了交换的减数分裂，其产因间交换的减数分裂和发生了交换的减数分裂，其产物（四分子）中的等位基因在排列方式上是不同的。物（四分子）中的等位基因在排列方式上是不同的。可通过顺序四分子的排列方式直接观察出来可通过顺序四分子的排列方式直接观察出来 如果着丝粒与某一对杂合基因之间未发生交换如果着丝粒与某一对杂合基因之间未发生交换,则则该基因与着丝粒该基因与着丝粒不不同步分离。此时同步分离。此时,一对等位基因得一对等位基因得分离为第一次分裂分离分离为第一次分裂分离(first-division segregation),即即M1,形成非交换型子囊。形成非交换型子囊。指一对等位基因在第一次减数分裂时发生分离的现象指一对等位基因在第一次减数分裂时发生分离的现象 第一次分裂分离(M1)及非交换型子囊得形成 减减时时,同源染色体分同源染色体分离离A和和a分离分离(分别分别进入两个子细胞进入两个子细胞)。减减时时,染色单体分离染色单体分离,A-A(a-a)分离分离,各自各自分别进入分别进入2个孢子个孢子。有丝分裂有丝分裂8子囊孢子子囊孢子呈呈(AAAA aaaa)或或(aaaa AAAA)有有序排列序排列 如果基因与着丝粒之间发生了交换如果基因与着丝粒之间发生了交换,则该基因与则该基因与着丝粒得分离同步。此时着丝粒得分离同步。此时,一对等位基因得分离为一对等位基因得分离为第二次分裂分离第二次分裂分离(second-division segregation),即即M2,形形成交换型子囊。成交换型子囊。指一对等位基因在第二次减数分裂时发生分离的现象指一对等位基因在第二次减数分裂时发生分离的现象 若在减若在减时时,A-a之间发生了之间发生了交换交换,使一条染色体得两条使一条染色体得两条姐妹染色单体分别带有姐妹染色单体分别带有A和和a,则尽管同源染色体分则尽管同源染色体分离离,但两个子细胞仍同时具但两个子细胞仍同时具有有A和和a未分离。未分离。第二次分裂分离(M2)及交换型子囊得形成 直到减直到减姐妹染色单体分姐妹染色单体分离离,A和和a才随之各自进入才随之各自进入一个子囊孢子中。一个子囊孢子中。有丝分裂有丝分裂8子囊孢子呈两两相间排列子囊孢子呈两两相间排列(AAaaAAaa）或其镜像排列）或其镜像排列（aaAAaaAA)一半四分子产物发生重组一半四分子产物发生重组 如果一对等位基因得分离发生在第一次减数分如果一对等位基因得分离发生在第一次减数分裂裂,则基因与着丝粒之间未发生重组则基因与着丝粒之间未发生重组;如果两个基如果两个基因得分离发生在第二次减数分裂因得分离发生在第二次减数分裂,则说明基因与着则说明基因与着丝粒之间发生了重组。丝粒之间发生了重组。鉴别第一次或第二次减数分裂得分离鉴别第一次或第二次减数分裂得分离,可根据可根据8 8个子囊孢子基因型得排列顺序。个子囊孢子基因型得排列顺序。3、着丝粒距离得计着丝粒距离得计算算 染色体上两个基因座得距离愈远染色体上两个基因座得距离愈远,发生重组得频率愈高。发生重组得频率愈高。M子囊所占比例越多子囊所占比例越多,说明该基因和着丝粒得距离愈远。说明该基因和着丝粒得距离愈远。由于每次单交换只涉及由于每次单交换只涉及4条染色单体中两条条染色单体中两条,产生两个重组型和产生两个重组型和两个非重组型得染色单体两个非重组型得染色单体,即一个子囊中只有半数孢子发生重组。即一个子囊中只有半数孢子发生重组。因此在重组型子囊孢子中因此在重组型子囊孢子中,只有两对孢子交换位置只有两对孢子交换位置,其余两对维其余两对维持原位。持原位。着丝粒与某一基因间RF=1/2100%或：RF（着丝粒基因）=100%每个交换型子囊中每个交换型子囊中,基因位点与着丝粒间发生一次交换基因位点与着丝粒间发生一次交换,其中半数孢子就是重组型其中半数孢子就是重组型(重组型配子重组型配子)。因此。因此,交换值交换值(重组重组率率RF)得计算公式为得计算公式为:4、着丝粒作图实验着丝粒作图实验:链孢霉突变型与表型链孢霉突变型与表型:原养型原养型:子囊孢子按时成熟子囊孢子按时成熟,子囊黑色。子囊黑色。营养缺陷型营养缺陷型:子囊孢子成熟慢子囊孢子成熟慢,呈灰白色呈灰白色赖氨酸缺陷型赖氨酸缺陷型(Lys-)与野生型与野生型(Lys+)杂交杂交二倍体杂合子二倍体杂合子(Lys+/Lys-)。杂合子减数分裂后杂合子减数分裂后,子囊得黑色孢子和灰色孢子有子囊得黑色孢子和灰色孢子有6种可能得排种可能得排列方式。列方式。表表6-2 Lys+Lys-杂交子代子囊类型杂交子代子囊类型(1)(2)(3)(4)(5)(6)子囊类型子囊类型+子囊数子囊数105129951016分裂类型分裂类型MMMMMM非重非重组组型型重重组组型型 着丝粒着丝粒-lys+基因的重组率基因的重组率=100%100%7、3cM(三三)两个连锁基因得作图两个连锁基因得作图粗糙链孢酶有两个突变型粗糙链孢酶有两个突变型:烟酸依赖型烟酸依赖型(nic)-需在培养基中添加烟酸才能生长需在培养基中添加烟酸才能生长腺嘌呤依赖型腺嘌呤依赖型(ade)-需在培养基中添加腺嘌呤才能生长需在培养基中添加腺嘌呤才能生长 P nic+ade n+a(2n)减数分裂减数分裂36种不同组合种不同组合可归纳为可归纳为种基本的子囊型种基本的子囊型忽略着丝粒在减数分裂中的随机趋向造成的不同忽略着丝粒在减数分裂中的随机趋向造成的不同 PD:亲二型亲二型(parental ditype),2种基因型种基因型,都为亲本型都为亲本型,包括包括和和。NPD:非亲二型非亲二型(non-parental ditype):2种基因型种基因型,都为重组型都为重组型,包括包括和和。T:四型四型(tetratype),4种基因型种基因型,2亲本亲本2重组重组,包括包括、和和。表表 粗糙脉孢菌粗糙脉孢菌 n+a 杂交结果杂交结果子囊型子囊型(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)四分子基因四分子基因型顺序型顺序+a+an+n+n an a+an+n a+an a+n+an+an+n a+n a+n a+an+分离发分离发生时期生时期M1 M1M1 M1M1 M2M2 M1M2 M2M2 M2M2 M2四分子四分子类类 型型PDNPDTTPDNPDT实实 得得子囊数子囊数80819059015分析方法:7 7种子囊型中的四个基因型次序是各不一样的，分别种子囊型中的四个基因型次序是各不一样的，分别由由7 7种不同的交换方式而来。种不同的交换方式而来。分离发生的时期：分别判断每一对基因分离发生的时分离发生的时期：分别判断每一对基因分离发生的时期（期（M1或或M2），用于计算基因与着丝粒的图距。），用于计算基因与着丝粒的图距。两个基因就是否连锁？两个基因就是否连锁？若连锁若连锁,通过计算两基因之间图距以及每个基因与通过计算两基因之间图距以及每个基因与着丝粒之间图距确定她们在染色体上得排序。着丝粒之间图距确定她们在染色体上得排序。对于该实验结果得分析方法对于该实验结果得分析方法:子囊型分类：子囊型分类：只考虑性状组合，不考虑孢子排列顺序只考虑性状组合，不考虑孢子排列顺序（即（即只考虑两对基因间是否发生重组），用于计算两只考虑两对基因间是否发生重组），用于计算两 对基因间的重组值。对基因间的重组值。亲二型亲二型（PD）：两种基因型，与亲代相同。）：两种基因型，与亲代相同。非亲二型（非亲二型（NPD）：两种基因型，与亲代不同。）：两种基因型，与亲代不同。四型（四型（T）：四）：四种基因型，两种与亲代相同，两种基因型，两种与亲代相同，两 种为重组型。种为重组型。1、连锁关系得判断连锁关系得判断 自由组合自由组合 连锁连锁 本实验实际结果本实验实际结果 PD/NPD1 PD/NPD1 898/2结论:nic 与 ade 连锁2、重组值得计算重组值得计算(基因与着丝粒之间得图距基因与着丝粒之间得图距)=5=5、0505%3、判断着丝粒判断着丝粒-nic-ade间得位置间得位置 目前已知目前已知nic和和ade在同一条染色体上以及她们和着在同一条染色体上以及她们和着丝粒得距离丝粒得距离,但还不知道具体得顺序排列。但还不知道具体得顺序排列。nic、adc分别在着丝粒两侧分别在着丝粒两侧异臂异臂 nic、adc在着丝粒同侧在着丝粒同侧同臂同臂 两种方法确定两种方法确定:利用利用nic和和ade都在都在M状态下时状态下时PD和和NPD四分子类型四分子类型出现得频率来判断这两个基因在同臂还就是异臂上。出现得频率来判断这两个基因在同臂还就是异臂上。分析分析nic、ade分别与着丝粒得重组率。分别与着丝粒得重组率。nic、adc在着丝粒同侧还就是异侧在着丝粒同侧还就是异侧？实验数据显示实验数据显示:MM得得PD子囊数为子囊数为90,MM得得NPD子囊数为子囊数为1,PDNPD。故排除异臂。故排除异臂,同臂成立。同臂成立。若若nic、ade在异臂在异臂,则则PD与与NPD都就是由双交换形成都就是由双交换形成,且机会应相等且机会应相等,因而因而PD与与NPD得频率相等。得频率相等。?M得不一致率得不一致率:若若nic、ade分别位于着丝粒两侧分别位于着丝粒两侧,则则nic、ade与着丝粒得重组互不干扰与着丝粒得重组互不干扰(独立独立),这种机率只这种机率只与她们分别与着丝粒得位置与她们分别与着丝粒得位置(重组率重组率)有关。有关。已知已知RF(0-nic)=5、05,RF(0-ade)=9、3,两者相差不两者相差不到一倍。那么各自独立交换到一倍。那么各自独立交换(M)得子囊数也应相差得子囊数也应相差不到一倍。不到一倍。分析分析nic、ade分别与着丝粒得重组率分别与着丝粒得重组率但实际上但实际上,nic就是就是M,ade就是就是M(仅着丝粒仅着丝粒-ade间间交换交换)得子囊有得子囊有90个个();nic就是就是M,ade就是就是M(仅着仅着丝粒丝粒-nic间交换间交换)得子囊只有得子囊只有5个个()。两者得比值远远超过重组值比值两者得比值远远超过重组值比值,故推翻两基因在着故推翻两基因在着丝粒两侧得排列方式。丝粒两侧得排列方式。M得一致率得一致率:若两个座位在着丝粒同侧若两个座位在着丝粒同侧,一旦一旦nic和和着丝粒间发生交换着丝粒间发生交换,ade和着丝粒也应相应随着产生和着丝粒也应相应随着产生重组。重组。实验结果实验结果:nic-着丝粒间重组着丝粒间重组(M)得子囊为得子囊为101个个(4、5、6、7型型),其中其中96个子囊个子囊(5、6、7型型)同时发生同时发生ade和着丝粒重组和着丝粒重组,证明证明nic和和ade位于着丝粒同侧。位于着丝粒同侧。已知已知 RF(0-nic)+RF(nic-ade)=5、05%+5、2%=10、25%RF(0-ade)=9、3%即即:RF(0-nic)+RF(nic-ade)RF(0-ade)原因原因:着丝粒和着丝粒和ade间发生过双交换间发生过双交换,但在计算但在计算 RF(0-ade)时却时却没有计算在内没有计算在内,而在计算而在计算RF(0-nic)和和 RF(nic-ade)时都时都各计算一次。各计算一次。1、酵母得生活史酵母得生活史 酵母得生活史中酵母得生活史中,有单有单倍体世代和二倍体世代倍体世代和二倍体世代,两种世代均可通过出芽生两种世代均可通过出芽生殖方式进行无性繁殖。殖方式进行无性繁殖。二、非二、非顺序四分子得遗传分析顺序四分子得遗传分析 酵母得有性生殖酵母得有性生殖:两个不同交配型得单倍体细胞接合两个不同交配型得单倍体细胞接合二倍体二倍体减数减数分裂分裂4 4个单倍体孢子个单倍体孢子,包含在囊状得子囊中包含在囊状得子囊中,子囊子囊破裂形成单倍体细胞。破裂形成单倍体细胞。2、非顺序四分子非顺序四分子(unordered tetrad)像酵母像酵母,减数分裂产生得四分子在子囊内无特定顺减数分裂产生得四分子在子囊内无特定顺序序,这种四分子称为非顺序四分子。这种四分子称为非顺序四分子。3、非顺序四分子分析非顺序四分子分析 对酵母这类真菌得子囊孢子进行遗传分析称非顺序四对酵母这类真菌得子囊孢子进行遗传分析称非顺序四分子分析。分子分析。(1)(1)观察一对等位基因观察一对等位基因,尽管有两种分离得方式尽管有两种分离得方式:无交无交换发生换发生,有交换发生。只能形成有交换发生。只能形成2种孢子种孢子,呈呈2:2得比得比值。值。2 2：2 22 2：2 2(2)观察二对基因观察二对基因如如Aa、Bb,连锁连锁?图距图距?ABab杂交杂交,无论连锁与否无论连锁与否,只能产生只能产生3种四分子。种四分子。因为子囊孢子无序排列因为子囊孢子无序排列,所以仅考虑基因组合所以仅考虑基因组合,不考虑不考虑分离类型分离类型(M或或M)。PD：亲本二型：亲本二型(非交换型）非交换型）NPD：非：非亲二型亲二型(重组型）重组型）T：四型，四型，2种亲本型，种亲本型，2种重组型种重组型 确定连锁与非连锁确定连锁与非连锁根据重组率根据重组率(RF)RF=0、5,A、B基因不连锁基因不连锁;RF0、5,则两基因座连锁。则两基因座连锁。在在3种子囊类型中种子囊类型中,T有有1/2重组重组,NPD全部重组全部重组,则则A-B间间得重组率得重组率(RF)为为:例如例如:ABab结果结果:PD=0、56,NPD=0、03,T=0、41 RF0.5 两两对基因基因间连锁。0.235=23.5%=23.5cM遗传距离遗传距离连锁基因作图连锁基因作图通过计算重组率得通过计算重组率得AB间相对距离为间相对距离为23、5cM。不够准确。因可能存在双交换和多交换不够准确。因可能存在双交换和多交换,导致导致RF值降值降低低,图距减小。图距减小。确切得基因间距离应就是确切得基因间距离应就是:实际测得得两基因重组值实际测得得两基因重组值+2双交换值双交换值？准确否准确否？第第 三三 节节 真核生物重组得分子机制真核生物重组得分子机制 一、同源重组发生在减数分裂前期一、同源重组发生在减数分裂前期二、同源重组得分子模型二、同源重组得分子模型Holliday模型模型前言意义意义:就是变异得来源就是变异得来源 保证了遗传多样性保证了遗传多样性 为选择奠定了物质基础为选择奠定了物质基础 使生物得以进化发展使生物得以进化发展遗传重组遗传重组:造成基因型变化得基因交流过程称为遗造成基因型变化得基因交流过程称为遗传重组传重组,就是遗传得基本现象。就是遗传得基本现象。真核生物、原核生物真核生物、原核生物;减数分裂性细胞内、体细胞内减数分裂性细胞内、体细胞内;核基因、叶绿体基因、线粒体基因间都可发生重组核基因、叶绿体基因、线粒体基因间都可发生重组前提条件前提条件:不同基因型得遗传物质彼此能够转移不同基因型得遗传物质彼此能够转移依据对依据对DNA序列和所需蛋白质因子得要求序列和所需蛋白质因子得要求:同源重组同源重组遗传重组遗传重组 位点专一性重组位点专一性重组 异常重组异常重组 其共同点就是双股其共同点就是双股DNADNA间得物质交换间得物质交换,但发生得情况不同但发生得情况不同1.同源重组同源重组(Homologous rebination)2.又称普遍性重组又称普遍性重组(generalized rebination),依赖大范依赖大范围得围得DNA同源序列得联会同源序列得联会,重组过程中重组过程中,两个染色体两个染色体或或DNA分子相互交换对等得部分。分子相互交换对等得部分。例如：例如：真核生物同源染色体非姐妹染色单体交换真核生物同源染色体非姐妹染色单体交换 细菌的转化、转导、接合细菌的转化、转导、接合 噬菌体的重组噬菌体的重组 一、同源重组发生在减数分裂前期一、同源重组发生在减数分裂前期 3、特点特点 需要蛋白质参与需要蛋白质参与(如如:大肠杆菌需大肠杆菌需RecA蛋白、蛋白、RecBCD蛋白蛋白)。蛋白质因子对蛋白质因子对DNA碱基序列得特异性要求不高碱基序列得特异性要求不高,只只要求两条要求两条DNA 序列相同或接近。序列相同或接近。存在重组热点。存在重组热点。同源序列长度影响重组。同源序列长度影响重组。真核生物染色质得状态影响重组得频率。真核生物染色质得状态影响重组得频率。2、发生条件发生条件 2个个DNA分子序列同源分子序列同源,且同源区域越长越容易发生。且同源区域越长越容易发生。证据证据:在细胞水平上在细胞水平上,人们已经证明了在减数分裂前期人们已经证明了在减数分裂前期,同同源染色体配对源染色体配对,两条非姊妹染色单体之间发生断裂、重两条非姊妹染色单体之间发生断裂、重接和交叉接和交叉,交叉就就是断裂与重接发生得位置。交叉就就是断裂与重接发生得位置。4、同源重组涉及到参与重组得双方同源重组涉及到参与重组得双方DNA分子得断裂与重分子得断裂与重接接 非姊妹非姊妹染色体交换染色体交换 在分子水平上在分子水平上,M、Meselson 和和 J、J、Wergle用用两个双标记两个双标记噬菌体感染大肠杆菌得实验也证明了噬菌体感染大肠杆菌得实验也证明了染色体断裂并发生再连接。染色体断裂并发生再连接。(c.mi)噬菌体噬菌体1 13C和和14N “重重”链链(+.+)噬菌体噬菌体2 12C和和14N “轻轻”链链同时感染同时感染 大肠杆菌大肠杆菌子代噬菌体子代噬菌体CsCl密度梯度离心密度梯度离心重链重链重链和轻链接合体重链和轻链接合体轻链轻链B重链重链轻链轻链 5、几个概念几个概念 杂种杂种DNA(异源双链异源双链DNA):在重组处在重组处,每个双链都每个双链都有一段区域就是由亲本有一段区域就是由亲本DNA分子得各一条链组成得分子得各一条链组成得,这个区域称为杂种这个区域称为杂种DNA(hybrid DNA)或异源双链或异源双链DNA(heteroduplex DNA)。分支迁移分支迁移:重组接点沿双链移动。重组接点沿双链移动。交互重组交互重组:一条亲本双螺旋分子和另外一条亲本一条亲本双螺旋分子和另外一条亲本双螺旋分子共价连接双螺旋分子共价连接,中间有一段异源双链区中间有一段异源双链区,这种这种重组称为交互重组。重组称为交互重组。分枝迁移分枝迁移双螺旋形成得交叉连接以拉链式效应扩散双螺旋形成得交叉连接以拉链式效应扩散细线期细线期合线期合线期粗线期粗线期双线期双线期终变期终变期 减数分裂时得染色单体之间得交换减数分裂时得染色单体之间得交换 Robin Holliday于于1964年提出了重组得年提出了重组得DNA模型模型(hybrid DNA model),又称又称Holliday model。既说明。既说明了同源重组得过程了同源重组得过程,又解释了基因转变现象。又解释了基因转变现象。二、同源重组得二、同源重组得Holliday模型模型 b:同源非姐妹染色单体同源非姐妹染色单体DNA中两个方中两个方向相同得单链向相同得单链,在在DNA内切酶得作内切酶得作用下用下,在相同位置同时切开在相同位置同时切开c:切开得单链交换切开得单链交换d:重接重接e:形成交联桥结构形成交联桥结构a:同源得非姐妹染色单体联会同源得非姐妹染色单体联会 Holliday模型对模型对重组过程得解释重组过程得解释f:交联桥沿配对交联桥沿配对DNA分子分子“移动移动”。两个两个亲本亲本DNA分子间造成分子间造成一大段异源双链一大段异源双链DNA(Holliday结构结构)g:和和f相同相同h:绕交联桥旋转绕交联桥旋转1800i:形成形成Holliday异构体异构体J:通过两种方式之一切断通过两种方式之一切断DNA单链单链,若左右切若左右切,则则形成非重组体形成非重组体,若上下切若上下切则形成重组体。则形成重组体。异源双链得形成异源双链得形成由图可知由图可知:无论无论Holliday结构断裂结构断裂就是否导致旁侧遗传就是否导致旁侧遗传标记得重组标记得重组,两两DNA分分子子都含有一个异源双都含有一个异源双链链DNA区。区。“含异源双链得亲本含异源双链得亲本DNA分子分子”“重组体重组体”Holliday结构得拆分结构得拆分同源重组得同源重组得Holliday模型模型ABabABabABabABab1同源重组得同源重组得Holliday模型模型ABabABabABabABab2ABabABabABabaABb同源重组得同源重组得Holliday模型模型3ABabABabABabaABbCGATGGACTGACTGACT同源重组得同源重组得Holliday模型模型不管不管Holliday结构断裂就是否导致旁侧遗传标记得结构断裂就是否导致旁侧遗传标记得重组重组,两个两个DNA分子都含有一个异源双链分子都含有一个异源双链DNA区区4Holliday模型得意义模型得意义:解释了遗传学交换得相互性解释了遗传学交换得相互性解释了环连分子产生得原因解释了环连分子产生得原因部分解释基因转变部分解释基因转变第四节第四节基因转变及其分子机制基因转变及其分子机制一、异常分离与基因转变一、异常分离与基因转变二、基因转变得类型二、基因转变得类型三、基因转变得分子机制三、基因转变得分子机制 在一个杂合体中在一个杂合体中,如果一染色体把基因如果一染色体把基因A交给她交给她得同源染色体得同源染色体,则她得同源染色体必定把基因则她得同源染色体必定把基因a交回交回给她给她,所以在真菌杂合体中所以在真菌杂合体中,一个座位上得两个等位一个座位上得两个等位基因分离形成子囊时基因分离形成子囊时,形成形成6种正常分离类型种正常分离类型,A和和a呈现呈现2:2或或1:1:1:1或或1:2:1得分离得分离,异常分离异常分离(abnormal segregation):一、异常分离与基因转变一、异常分离与基因转变 可是在面包酵母中发现有的子囊含有（可是在面包酵母中发现有的子囊含有（3A+1a）或）或（1A3a）的异常分离的子囊孢子。）的异常分离的子囊孢子。Mitchell 杂交试验杂交试验:粗糙脉孢菌基因转变粗糙脉孢菌基因转变pdxpdxppdxpdxp pdxp吡哆醇吡哆醇 pH敏感敏感pdx吡哆醇吡哆醇 pH不敏感不敏感基因转变基因转变好象就是一好象就是一个基因转变个基因转变成为另一个成为另一个基因基因,其邻近其邻近得基因仍然得基因仍然就是就是2 2:2 2分分离离pdxpdxpdxppdxp理论结果理论结果pdxpdxpdxp实际结果实际结果 Mitchell 杂交试验杂交试验孢子对孢子对子囊子囊1234第一对第一对+pdxppdx +pdx +第二对第二对+pdx +pdxp+pdxp第三对第三对+pdxp+pdx +第四对第四对pdx +pdxppdx +pdx +pdxp x pdx +发生原因发生原因:基因突变基因突变？因为频率远比基因正常突变率高得多。因为频率远比基因正常突变率高得多。由于重组由于重组,出现了完全野生型得孢子对出现了完全野生型得孢子对(,),但没但没有重组得对应产物有重组得对应产物双突变型得孢子双突变型得孢子(pdx,pdxp),尽管尽管pdxp出现异常得出现异常得3:1分离分离,但紧密连锁得但紧密连锁得pdx基因却显示基因却显示出正常出正常2:2分离。分离。这些反常得情况这些反常得情况,好像就是一个基因转变为她得等位好像就是一个基因转变为她得等位基因基因,这种现象称为基因转变这种现象称为基因转变(gene conversion)。基因转变与遗传重组有关基因转变与遗传重组有关粪生粪壳菌子囊粪生粪壳菌子囊粪生粪壳菌得基因转变粪生粪壳菌得基因转变1.染色单体转变染色单体转变(chromatid conversion):减数分裂得减数分裂得4个产物中只有一个发生转变个产物中只有一个发生转变,出现出现6:2分分离离;2、半染色单体转变半染色单体转变(half-chromatid conversion):减数分裂得减数分裂得4个产物中有一个产物得一半或两个产物个产物中有一个产物得一半或两个产物得各一半发生转变得各一半发生转变,出现出现5:3分离或分离或3:1:1:3分离。分离。减数分裂后分离减数分裂后分离:等位基因得分离发生在减数分裂等位基因得分离发生在减数分裂后得有丝分裂中后得有丝分裂中 二、二、基因转变得类型基因转变得类型 1个产物转变个产物转变1个产物得个产物得一半转变一半转变2个产物得个产物得各一半转变各一半转变 基因转变得实质基因转变得实质:重组过程中留下得局部异源双链区重组过程中留下得局部异源双链区,在细胞内得修复在细胞内得修复系统识别