真核生物的遗传分析ppt课件.ppt

第五章第五章 真核生物的遗传分析真核生物的遗传分析（4学时）学时）1 1第一节第一节 真菌类的染色体作图真菌类的染色体作图红红色色面面包包霉霉的的生生活活史史2 2酿酿酒酒酵酵母母的的生生活活史史3 3一两个连锁基因的遗传作图一两个连锁基因的遗传作图+ab+a ba b亲代双型亲代双型 PD+b+ba +a +非亲代双型非亲代双型 NPD+ba +a b四型四型 TT当当a和和b之间不存在连锁时，之间不存在连锁时，PD和和NPD类型出现的频率相同（自由组合）。类型出现的频率相同（自由组合）。4 4当当a和和b之间存在连锁时，在减数分裂过之间存在连锁时，在减数分裂过程中，程中，a、b之间：之间：a ba b+NCO(PD)abab+aba+b+a ba b+SCO(TT)5 5当当a和和b之间存在连锁时，在减数分裂过之间存在连锁时，在减数分裂过程中，程中，a、b之间：之间：abab+DCO(PD)双线双线a b+a b+a+ab+b+DCO(TT)三线三线+a b+a baba+bDCO(TT)三线三线+a b+a ba+a+b+bDCO(NPD)四线四线+a b+a b6 6如果四种双交换类型是随机的，双交换类如果四种双交换类型是随机的，双交换类型的频率为：型的频率为：DCO=4NPD平均交换次数平均交换次数m=SCO+2DCO =(TT-2NPD)+2(4NPD)=TT+6NPD单交换类型的频率：单交换类型的频率：SCO=TT-TT(DCO)=TT-2NPD 将将m转换为图距单位转换为图距单位 图距图距=50（TT+6NPD）参考杨业华参考杨业华普通遗传学普通遗传学第二版第二版 p103，p1097 7假设假设ab双因子杂交产生的各类孢子囊数目双因子杂交产生的各类孢子囊数目为为112个个PD，4个个NPD，24个个TT。因为。因为PDNPD,表明表明ab相互连锁。相互连锁。图距图距=50（TT+6NPD）=50(24/140+64/140)=17.1 cM在在TT类型中类型中1/2的孢子为重组型，在的孢子为重组型，在NPD类型类型中全部孢子为重组型。直接计算重组率：中全部孢子为重组型。直接计算重组率：Rf=1/2TT+NPD=0.114;图距为图距为11.417.1，原，原因在于重组率的计算中没有矫正双交换产生因在于重组率的计算中没有矫正双交换产生的影响。的影响。8 8二三个连锁基因的遗传作图（自学）二三个连锁基因的遗传作图（自学）1.1.分类：确定由不交换、单交换、双交分类：确定由不交换、单交换、双交换产生的类型与频率；换产生的类型与频率；2.2.确定基因顺序：根据三点测验中双交确定基因顺序：根据三点测验中双交换类型频率确定基因顺序的原理，利用频换类型频率确定基因顺序的原理，利用频率最小的包括两种亲本型孢子和两种重组率最小的包括两种亲本型孢子和两种重组型孢子的双线双交换类型确定基因在染色型孢子的双线双交换类型确定基因在染色体中的顺序；体中的顺序；3.3.遗传距离估算：根据相邻基因间重组遗传距离估算：根据相邻基因间重组率计算遗传距离，绘制连锁图。率计算遗传距离，绘制连锁图。9 9三红色面包霉染色体的着丝粒作图三红色面包霉染色体的着丝粒作图1)1)减数分裂的减数分裂的4 4个产物个产物,呈现有规律的排列呈现有规律的排列.2)2)8 8个子囊孢子中个子囊孢子中,两相邻者的基因型一致两相邻者的基因型一致.1010 着丝粒作图着丝粒作图 以着丝粒作为一个座位，测定某一基因与以着丝粒作为一个座位，测定某一基因与着丝粒之间的距离，并进行基因在染色体着丝粒之间的距离，并进行基因在染色体上的位置作图。上的位置作图。概念概念:A 如果着丝粒与某一对杂合基因之间未发生如果着丝粒与某一对杂合基因之间未发生交换，则该基因与着丝粒同步分离。此时，交换，则该基因与着丝粒同步分离。此时，一对等位基因的分离为减数第一次分裂分离，一对等位基因的分离为减数第一次分裂分离，即即M1，形成非交换型子囊。，形成非交换型子囊。原理：原理：1111 第一次分裂分离（第一次分裂分离（M1）及非交换型子囊的形成）及非交换型子囊的形成1212B 如果基因与着丝粒之间发生了交换，则该如果基因与着丝粒之间发生了交换，则该基因与着丝粒的分离不同步。此时，一对等基因与着丝粒的分离不同步。此时，一对等位基因的分离为减数第二次分裂分离，即位基因的分离为减数第二次分裂分离，即M2，形成交换型子囊。，形成交换型子囊。第二次分裂分离（第二次分裂分离（M2）及交换型子囊的形成）及交换型子囊的形成1313 着丝粒距离的计算着丝粒距离的计算着丝粒与某一基因间着丝粒与某一基因间RF=1/2100%RF（着丝粒（着丝粒-基因）基因）=或者：或者：100%1414当两对以上等位基因分离时，有序四分子分当两对以上等位基因分离时，有序四分子分析不仅可以确定它们与着丝粒的遗传距离，析不仅可以确定它们与着丝粒的遗传距离，还可以分析它们之间是否连锁。还可以分析它们之间是否连锁。假设假设a与与b两个位点，它们的关系仅有两个位点，它们的关系仅有3种可种可能性：能性：（1）a与与b分别位于不同的染色体上分别位于不同的染色体上（2）a与与b位于同一染色体上着丝粒的两侧位于同一染色体上着丝粒的两侧（3）a与与b位于同一染色体着丝粒的同侧位于同一染色体着丝粒的同侧1515孢子对孢子对子囊类型子囊类型1-2aba+abab3-4aba+a+5-6+b+bab7-8+b+数目数目210512560分类分类PDNPDTTPDa分离分离M IM IM IM IIb分离分离M IM IM IIM IIab+杂交的子囊类型与数目杂交的子囊类型与数目1616分析：分析：（1）PDNPD，a与与b连锁连锁（2）若）若a与与b在着丝粒两侧，则在着丝粒两侧，则a MII分离、分离、b MI与与a MI分离、分离、b MII分离两种情况均会分离两种情况均会发生，本例中无此情况，表明发生，本例中无此情况，表明a和和b在着丝粒在着丝粒的同侧。的同侧。（3）由于）由于a MII分离的同时，多数情况下分离的同时，多数情况下b也发生了也发生了MII分离，可判断分离，可判断a位于着丝粒与位于着丝粒与b之间。之间。ba1717（4）a与着丝粒之间的遗传距离与着丝粒之间的遗传距离 =（1/2）（60/400）=7.5%=7.5 cMba7.519.426.9着丝粒与着丝粒与b间的遗传距离间的遗传距离=7.5+19.4 =26.9 cM a与与b间的遗传距离间的遗传距离 =50（125/400+65/400）=19.4 cM1818第二节第二节 真核生物重组的分子机制真核生物重组的分子机制一一 重组的类型与同源重组的发生重组的类型与同源重组的发生 同源重组同源重组(Homologous recombination):DNA 同源序列间发生的重组同源序列间发生的重组,或称非特异性重或称非特异性重组。组。位点特异性重组位点特异性重组(Site-specific recombination)：特异性序列对之间进行重组，：特异性序列对之间进行重组，在原核生物中最为典型，如将噬菌体基因组整在原核生物中最为典型，如将噬菌体基因组整合到细菌染色体中。合到细菌染色体中。1919 转座重组转座重组(transposition recombination)：使一段使一段DNA 序列插入到另一段序列插入到另一段DNA 序列中，序列中，而不依赖于序列同源性。而不依赖于序列同源性。拷贝选择拷贝选择(Copy choice)性重组：性重组：异常重组异常重组（illegitimate recombination）：）：完全不依赖于序列间的同源性而使一段完全不依赖于序列间的同源性而使一段DNADNA序序列插入另一段中，但在形成重组分子时往往列插入另一段中，但在形成重组分子时往往依赖依赖DNADNA复制而完成重组过程，因此又称复制复制而完成重组过程，因此又称复制性重组。性重组。人工重组：人工重组：2020同源重组的特点同源重组的特点同源重组是双链同源重组是双链DNA间的反应。间的反应。反应中涉及的酶可以用任何一对同源序列作反应中涉及的酶可以用任何一对同源序列作为底物。为底物。存在重组热点。存在重组热点。基因组中重组频率受染色体结构影响。如在基因组中重组频率受染色体结构影响。如在异染色质附近，交换受到抑制。异染色质附近，交换受到抑制。两个两个DNA分子序列同源区越长越有利于重组。分子序列同源区越长越有利于重组。21212222二二 同源重组的分子模型同源重组的分子模型 Holliday模型模型 Holliday R.于于1964年提出，适用于原核类和年提出，适用于原核类和真核类，既说明了同源重组的过程，又解释真核类，既说明了同源重组的过程，又解释了基因转变现象。了基因转变现象。双链断裂起始重组模型双链断裂起始重组模型2323Holliday 模型24242525三三 有丝分裂分离与重组有丝分裂分离与重组1 1 单倍体化与体细胞交换单倍体化与体细胞交换例例:构巢曲霉构巢曲霉(Aspergillus nidulans)营养缺陷菌株营养缺陷菌株1(n)营养缺陷菌株营养缺陷菌株2(n)原养型菌落原养型菌落(2n)异核体（异核体（heterocaryon）:两不同基因型的两不同基因型的体细胞融合体细胞融合,形成同时含有两个细胞核的细胞、形成同时含有两个细胞核的细胞、孢子或菌丝体等称为异核体。孢子或菌丝体等称为异核体。2626合核体合核体:大量异核体中的核保持单倍体状态大量异核体中的核保持单倍体状态,少少数单倍体细胞核融合成为二倍体细胞核数单倍体细胞核融合成为二倍体细胞核,即合即合核体核体.如如:构巢曲霉野生型分生孢子是绿色的构巢曲霉野生型分生孢子是绿色的(w+y+),突突变型有黄色变型有黄色(w+y-)和白色和白色(w-y+)分生孢子。分生孢子。A-B+w+y A+B-wy+A-B+w+y-产生的分生孢子有黄色、产生的分生孢子有黄色、A+B-w-y+白色、也有绿色（合核体）白色、也有绿色（合核体）2727分离子：重组体和非整倍体或单倍体的总分离子：重组体和非整倍体或单倍体的总称。即分离子产生的途径包括有丝分裂不称。即分离子产生的途径包括有丝分裂不分离和体细胞交换。分离和体细胞交换。单倍体化：体细胞在有丝分裂过程中单倍体化：体细胞在有丝分裂过程中,由于由于染色体不分离产生非整倍体或单倍体的过程。染色体不分离产生非整倍体或单倍体的过程。体细胞交换：体细胞在有丝分裂过程中体细胞交换：体细胞在有丝分裂过程中,同源同源染色体间发生的染色体交换。染色体间发生的染色体交换。2828MMM+M+或M+M+MMMMM+M+MMM+M+MMM+M+MM+MM+MM+MMM+M基因型表型基因型表型MMM+M+基因型表型MMM+MM+野生型有丝分裂不分离正常正常不分离不分离2n2nM+2n-1MMM+2n+12929aaa+a+aaa+a+(+(丢失）丢失）aaa+有丝分裂染色体丢失2n2n2n-13030a b ca b ca b cA B C A B CA B CA B Ca2n+1 b c2n-1a b cA B CA B Ccn+1A B CA B C有丝分裂有丝分裂(a)(a)不分离不分离;丢失丢失a a染色体染色体;丢失丢失b b染色体；染色体；失去失去c c染色体。染色体。2nn单倍体化过程3131体细胞交换 paba y +ad8 +ad16 +bi1234 paba y +ad8 +ad16 ad8 +paba y +bi +ad16+bi1+32+4构巢曲霉的体细胞重组3232(y-sn)(sn-)(y-sn-)y +sny +sny +sny +sny +sny sn+y +y +sn+sny +y sn+sn单纯黄体野生型黄体焦刚毛野生型焦刚毛1234果蝇体细胞有丝分裂交换+sn33332 2 有丝分裂交换与基因定位有丝分裂交换与基因定位原理：体细胞同源染色体的交换导致染色体原理：体细胞同源染色体的交换导致染色体远端的杂合基因纯合。离着丝粒愈近的基因远端的杂合基因纯合。离着丝粒愈近的基因纯合的机会愈小，愈远的愈大，而且，着丝纯合的机会愈小，愈远的愈大，而且，着丝粒一端的基因纯合影响着着丝粒另一端基因粒一端的基因纯合影响着着丝粒另一端基因的纯合。的纯合。如果两个染色体臂的基因同时出现如果两个染色体臂的基因同时出现纯合化，有可能是一条染色体丢失的结果。纯合化，有可能是一条染色体丢失的结果。3434 d a b c+1234 d a b c+c d a b c+d a b c+b c d a b c+d a b c+a b c 有丝分裂基因定位原理1313133535如：构巢曲霉ad pro pdb y +ad pro pdb y+产生黄色、绿产生黄色、绿色分生孢子。色分生孢子。其中黄色分生其中黄色分生孢子：单倍体孢子：单倍体（y)和二倍体和二倍体（y/y)y的隐性纯合子中，的隐性纯合子中，5.5%为为pdb和和pro的纯合子，的纯合子，72%的的pdb纯合子。纯合子。22.5%的原养型，没有一个的原养型，没有一个 y分离分离子需腺苷酸。子需腺苷酸。ad 5.5pro 72 pdb 22.5 y3636第三节 基因转变及其分子机制1.1.异常分离与基因转换现象异常分离与基因转换现象 正常分离：重组是交互的，两等位基因分离正常分离：重组是交互的，两等位基因分离时，呈现时，呈现2：2或或1：1：1：1或或1：2：1的分的分离。离。3737异常分离异常分离:减数分裂是非交互的。两等位基减数分裂是非交互的。两等位基因分离时，呈现因分离时，呈现3：1或或1：3的分离。的分离。3838基因转变基因转变(gene conversion)：一个基因转变：一个基因转变为它的等位基因的遗传学现象。为它的等位基因的遗传学现象。基因转变往往伴有转换区外基因的重组，基因转变往往伴有转换区外基因的重组，但区外基因的重组是正常的交互方式，仍但区外基因的重组是正常的交互方式，仍显示正常的显示正常的2：2(或或4：4)分离。分离。解释：解释：39394040基因转变的类型：基因转变的类型：染色单体转变：染色单体转变：减数分裂的一个产物减数分裂的一个产物(一条染一条染色单体色单体)的的两条链两条链均发生了基因转变。均发生了基因转变。6：2或或2：6。半染色单体转变：基因转变只影响半个染色半染色单体转变：基因转变只影响半个染色单体，即单体，即一条一条DNA链链。5：3或或3：5或或3：1：1：3。2 2 基因转变的类型及分子机制基因转变的类型及分子机制4141基因转变的分子机制基因转变的分子机制 实质是遗传重组过程中留下的局部异实质是遗传重组过程中留下的局部异源双链区，源双链区，DNA错配碱基在细胞内的修复错配碱基在细胞内的修复系统识别下所发生的一个基因转变为它的系统识别下所发生的一个基因转变为它的等位基因的现象。等位基因的现象。*不同的切除会产生不同的结果。不同的切除会产生不同的结果。4242 假设用于假设用于g+g-杂交的两亲本仅有一对杂交的两亲本仅有一对碱基之差，如：碱基之差，如：g+或或+是是 g-或或-是是 则异源双链则异源双链DNA区应为区应为 或或 如何修复不配对的碱基？如何修复不配对的碱基？4343两种切除方式两种切除方式44444545基因转变的解释基因转变的解释 两个杂种分子均未校正两个杂种分子均未校正,复制后出现异常的复制后出现异常的4+:4g(4+:4g(或或3:1:1:3)3:1:1:3)的分离。的分离。两个杂种分子都被校正为两个杂种分子都被校正为+（或（或g)g)时，修复后出时，修复后出现现6 6：2 2（或（或2 2：6 6）的的异常分离。）的的异常分离。只有一个杂种分子校正为只有一个杂种分子校正为+或或g g时，修复后出现时，修复后出现5 5：3 3（或（或3 3：5 5）的分离。）的分离。当两个杂种分子都按原来的两个亲本的遗传结当两个杂种分子都按原来的两个亲本的遗传结构进行修复时，则减数分裂的四个产物恢复成正常构进行修复时，则减数分裂的四个产物恢复成正常的配对状态，子囊孢子呈现正常的的配对状态，子囊孢子呈现正常的4 4：4 4分离。分离。4646（1）两个杂种分子都未校正，子囊孢）两个杂种分子都未校正，子囊孢子分离为子分离为3 1 1 3 4747（2）两个杂种分子都校正到）两个杂种分子都校正到+（或（或-）子囊）子囊孢子出现孢子出现6 2分离，如果校正相反，子囊孢分离，如果校正相反，子囊孢子分离正常子分离正常 48484949（3 3）一个杂种分子校正为）一个杂种分子校正为+，子囊，子囊孢子出现孢子出现5353分离。分离。5050第四节第四节 真核生物遗传标记的特点及应用真核生物遗传标记的特点及应用遗传标记就是遗传物质的特殊的易于识别遗传标记就是遗传物质的特殊的易于识别的多态性表现形式，它包括形态标记、细的多态性表现形式，它包括形态标记、细胞学标记、生化标记和分子标记。胞学标记、生化标记和分子标记。形态标记：主要指可以观察到的一些性状形态标记：主要指可以观察到的一些性状,如种皮颜色、眼色、株高等。如种皮颜色、眼色、株高等。细胞学标记：细胞学标记是指能明确显示细胞学标记：细胞学标记是指能明确显示遗传多态性的细胞学特征。遗传多态性的细胞学特征。生化标记：主要是同工酶及种子贮藏蛋白，生化标记：主要是同工酶及种子贮藏蛋白，有时又称蛋白质标记。有时又称蛋白质标记。分子标记：主要指分子标记：主要指DNA水平上的标记。水平上的标记。5151形态学标记形态学标记细胞学标记细胞学标记生化标记生化标记分子标记分子标记uRFLP标记标记uVNTR和和STR标记标记uSNP标记标记 5252数量丰富、信息量大；与生长发育无关，数量丰富、信息量大；与生长发育无关，取材不受限制；较多共显性，信息量完整取材不受限制；较多共显性，信息量完整在真核生物中，基因组在真核生物中，基因组DNA多态性要远远多态性要远远多于各种基因的遗传多态性，因为基因组多于各种基因的遗传多态性，因为基因组中存在着大量的不编码的中存在着大量的不编码的DNA序列，它们序列，它们的变异不受或较少地受自然选择的制约。的变异不受或较少地受自然选择的制约。分子标记的优点分子标记的优点53531.RFLP标记标记限制性片段长度多态性限制性片段长度多态性(restriction fragment length polymorphism,RFLP)是第一代是第一代DNA标标记。记。RFLP是指用限制性内切酶切割不同个体的是指用限制性内切酶切割不同个体的DNA时，会产生长度不同的时，会产生长度不同的DNA片段，因为片段，因为酶切位点的变化使得酶切后的酶切位点的变化使得酶切后的DNA片段长度发片段长度发生了改变，从而某位点上的生了改变，从而某位点上的DNA片段在电泳后片段在电泳后用克隆探针检测时就会出现泳动行为上的改变用克隆探针检测时就会出现泳动行为上的改变。54545555RFLP/MstII test for Sickle-Cell Anemia5656D(d)与某与某RFLP位点连锁分析位点连锁分析5757RFLP标记特点：重复性好、可靠性高；共标记特点：重复性好、可靠性高；共显性，能区分纯合体和杂合体。显性，能区分纯合体和杂合体。RFLP局限性：多态性位点较少；有些突局限性：多态性位点较少；有些突变不能用限制性内切酶检出；手续繁琐，变不能用限制性内切酶检出；手续繁琐，不安全。不安全。58582.VNTR、SSR标记标记VNTR(variable number of tandem repeats)：数量可变的串联重复数量可变的串联重复(重复单位为重复单位为6-12个核苷个核苷酸酸)，重复单位为，重复单位为6-12个核苷酸个核苷酸。STR(short tandem repeats)：称微卫星：称微卫星DNA，短串联重复序列；短串联重复序列；SSR(simple sequence repeat)也称简单重复序列，指也称简单重复序列，指DNA基因组中小基因组中小于于10个核苷酸的简单重复序列，广泛存在于真个核苷酸的简单重复序列，广泛存在于真核基因组中，多数以核基因组中，多数以26个碱基为核心单位、个碱基为核心单位、串联重复排列的序列。串联重复排列的序列。5959VNTR多态性多态性 60603.SNP标记标记“第三代第三代DNA遗传标记遗传标记”的单核苷酸多态性标的单核苷酸多态性标记记(single nucleotide polymorphism，SNP)，它是目前最有发展前途的一类新型它是目前最有发展前途的一类新型DNA标记。标记。SNP就是指基因组内特定核苷酸位置上存在就是指基因组内特定核苷酸位置上存在两种不同的核苷酸，其中最少一种在群体中两种不同的核苷酸，其中最少一种在群体中的出现频率不少于的出现频率不少于1%（低于（低于1%则视为点突则视为点突变）。变）。微阵列微阵列DNA芯片（芯片（DNA chip)等技术的发展，等技术的发展，使得这一类标记的检测效率大大提高。使得这一类标记的检测效率大大提高。646465654.分子标记遗传图谱的应用分子标记遗传图谱的应用（1）基因组作图和基因定位研究）基因组作图和基因定位研究（2）基于图谱克隆基因）基于图谱克隆基因（3）物种亲缘关系和系统分类中的应用）物种亲缘关系和系统分类中的应用（4）用于疾病诊断和遗传病连锁分析）用于疾病诊断和遗传病连锁分析6666习习 题题重组极性杂合重组极性杂合DNA模型中的异常分离现象模型中的异常分离现象最早是在酵母不同交配型最早是在酵母不同交配型Aa的杂交中发现的杂交中发现的。合子减数分裂产生的的。合子减数分裂产生的4个子囊孢子除了个子囊孢子除了正常的正常的2A：2a分离外，出现了分离外，出现了3A：1a或或1A：3a的分离，试用某种的分离，试用某种DNA重组模型加以重组模型加以说明，并附图解。说明，并附图解。6767 试说明这些结果，试说明这些结果，a1、a2和和a3三个三个突变位点的可能突变位点的可能次序如何？次序如何？子囊菌纲的一种真茵子囊菌纲的一种真茵Ascobulus某座位上的某座位上的一些突变产生浅色子囊孢子，称为一些突变产生浅色子囊孢子，称为a突变体。突变体。不同不同a突变体进行了以下的杂交，查具有黑突变体进行了以下的杂交，查具有黑色野生型子囊孢子的子囊，杂交中出现的色野生型子囊孢子的子囊，杂交中出现的黑色孢子的基因型如下：黑色孢子的基因型如下：6868一鼠体细胞杂交技术研究杂种克隆中染色体与人一鼠体细胞杂交技术研究杂种克隆中染色体与人类类5种酶的关系，得到下列结果：问编码这五种酶种酶的关系，得到下列结果：问编码这五种酶的基因应分别归属于哪一条染色体？的基因应分别归属于哪一条染色体？杂杂种抗体种抗体A AB BC CD DE E五五种种酶酶酯酯酶酶A4A4酯酯酶酶D D烯烯醇醇酶酶1 1烯烯醇醇酶酶2 2肽肽酶酶A A人人类类染染色色体体1 12 2111112121313181869697070