第五章(1)连锁遗传分析

第五章连锁遗传分析一、性别决定与性连锁二、连锁遗传的现象和解释；三、连锁和交换机理；四、交换值及其测定；五、基因定位和连锁遗传图。本章重点第一节性染色体与性别决定一、性别与性染色体（1）性别（sex）是从酵母菌到人类所有真核生物的共同特征，是长期进化的产物。两性生物中的雌性：雄性＝１:1，这是一个恒定的理论比率，称为性比（sexratio，SR）。在自然群体中，性别1：1的比率是同一物种内两种性别表型选异交配的结果。“性别”作为一种性状，是按孟德尔方式遗传的，因而1：1的性别比是一种测交结果，这意味着某一性别（例如哺乳动物的雌性）在遗传上是纯合体，而另一性别（雄性）则是杂合体。（2）性染色体的发现1891年，Henking用半翅目昆虫蝽进行减数分裂研究，发现雄体的细胞中有11对染色体和1条不配对的单条染色体，就称其为”X”染色体。1902年，C.E.McClung(麦克朗)等发现并确定了决定性别的染色体。他们采用蝗虫和其他直翅目昆虫为材料，发现在雄虫细胞内有一条单独的、不成对的染色体，在受精时，它决定昆虫的性别，就称其为副染色体（accessorychromosome）。1905年，N.M.Stevens(斯蒂文斯)发现粉虫（Tenebriomolitor）雌雄个体的染色体数目是相同的，但在雄虫中有一对是异源的，大小不同，其中有一条雌性也有，是成对的；另一条雌性没有，Stevens称之为Y染色体。果蝇的染色体生物染色体可以分为两类：性染色体（sex-chromosome）：直接与性别决定有关的一个或一对染色体。成对的性染色体往往是异型，即形态、结构、大小和功能都有所不同。常染色体(autosome)：其它各对染色体，通常以A表示。常染色体的各对同源染色体一般都是同型，即形态、结构和大小基本相同。如：果蝇n=4雌:3AA+1XX雄:3AA+1XY正常男人的染色体组型分析结果二、性别决定的机制1、性染色体决定性别：性别由性染色体的差异决定。☻XX-XY型性别决定XY型.性染色体在结构上有X和Y两种形态。人类、哺乳类、某些两栖类和鱼类、多种昆虫和雌雄异株植物属于此类。同配性别XX(homogametic-sex)是雌性；异配性别XY(heterogametic-sex)是雄性。X和Y染色体在性别决定中的作用是对等的吗？有些XY型性别决定生物，Y染色体在性别决定中起着重要的作用，如哺乳类。有的XY型性别决定生物，如果蝇，X染色体起重要作用，Y染色体与育性有关。☻X0型性别决定XX为雌性；而雄性只有一条X染色体为XO。某些双翅目、半翅目和直翅目的昆虫，如蝗虫、蟋蟀、蟑螂等，植物中花椒也属于该类型。一种半翅目昆虫果蝇性别决定的染色体机制果蝇性别决定的染色体机制是在1921年由C.B.Bridges通过对不同染色体组成的果蝇性别表型的分析而提出的。ZW型.鸟类、鳞翅目昆虫、某些两栖类及爬行动物属于此类。同配性别ZZ为雄性，异配性别ZW为雌性。与XY相反。☻ZW型性别决定☻Z0型性别决定雄性为ZZ，雌性为Z0。某些鳞翅目昆虫属于该类型。在玉米中有若干基因可以决定或改变植株的性别。正常的雌雄同株玉米的雌花序由基因Ba控制，雄花序由基因Ts控制。2、基因决定性别：3、染色体组的数目决定性别：蜜蜂等膜翅目的昆虫：性别取决于染色体组的数目，并受到环境影响。工蜂2n蜂皇2n雄蜂n雌雄同株和雌雄同体的生物有性别决定吗？性别决定指在各种因子的调控下性腺的形成。性别分化指在性腺产生的性激素作用下，某些体细胞分化发育成内、外生殖器以及第二性征。三、影响性别发育的环境因素1、外部环境因素的影响如蛙类的性别决定类型是XY型。蝌蚪在20℃以下的环境发育时性别由其性染色体决定；但在30℃条件下XX和XY个体均会发育成雄性个体。在葫芦科的植物里，丰富的氮肥，短的日照和夜晚的低温也有利于雌性的发育。3、性反转现象生物从一种性别转变为另一种性别的现象称为性反转（sexreversal）。假设有一只雌鸡停止了产卵，并开始向雄鸡转变，最后能和雌鸡交配。这只特殊的雄鸡的性染色体组成应是怎样的？性别的表型是基因型和环境相互作用的结果，环境条件只能影响性别的表型，不能影响性别的基因型。总之：性别受遗传物质控制：通过性染色体的组成；通过性染色体与常染色体二者之间的平衡关系；通过染色体的倍数性等。环境条件可影响甚至转变性别的特征，但不会改变原来决定性别的遗传物质。环境影响性别的转变，主要是性别有向两性发育的特点（如玉米雌雄穗）。第二节性连锁遗传分析伴性遗传从性遗传限性遗传剂量补偿效应1910年以前，就有许多生物学家推测基因位于染色体上，但缺乏确凿的证据。研究者需要找到一个能确定地与一条染色体连在一起的基因。实现这个目标就要求可以通过一个突变等位基因来鉴别这个基因，而且这条染色体在形态上可加以区别。另外，基因传递的模式必须反映染色体在生殖阶段的行为。摩尔根等人（1910）以果蝇为材料进行试验时发现个别白眼个体（突变产生)。试验结果表明白眼性状的遗传与性别相联系，同X染色体的遗传方式相似。性连锁（sexlinkage）：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-linkedinheritance）。一、伴性遗传1.1909年Morgan在自己培养的黑腹果蝇群体中发现了白眼雄蝇突变体(“例外”)。对这个白眼雄蝇他设计了一些杂交实验，证明白眼性状的遗传与性别相关，是一种伴性遗传。1.果蝇白眼突变体的伴性遗传实验1：a.野生红眼雌蝇与突变体白眼雄蝇杂交。F1都是红眼，表明红眼为显性；性别比为1比1。b.红眼F1雌雄性果蝇互交产生性状分离。红眼比白眼为3比1，符合分离定律；雌性比雄性为1比1。c.假设白眼果蝇生活力低易死亡，F2的表型比为2:1:1，另外白眼只在雄蝇出现，无白眼雌蝇，也不符合分离组合定律。不是简单地用Mendel遗传规律所能解释的。测交实验(Testcross)CrossB：CrossA所得F1红眼雌蝇与亲本白眼雄眼做测交实验实验2：a.用实验1的F1红眼雌蝇为母本与实验1的父本白眼雄蝇杂交。该实验是一个假设白眼雄蝇是隐性亲本，F1红眼雌蝇是杂合的测交实验。b.子代出现四种表型：红眼雌蝇、白眼雌蝇、红眼雄蝇、白眼雄蝇，而且比例为1:1:1:1。这是典型的Mendel测交比例。c.实验结果表明：1.实验1F1红眼雌蝇是杂合体。2.实验1作父本的白眼雄蝇是隐性纯合体。雄蝇只有一个决定眼睛颜色的基因C实验3：a.以实验2的子代白眼雌蝇为母本，与无亲缘关系且取自另一种群的纯种野生红眼雄蝇进行杂交。b.F1代出现红眼雌蝇和白眼雄蝇表型，且比例相等。但是，表型传递是交叉的，即白眼的雌性亲本把性状遗传给了自己的雄性子代，而红眼的雄性亲本将性状传递给了自己的雌性子代。这种性状传递方式被称作交叉遗传(Criss-crossInheritance)。c.将本实验得到的F1代红眼雌蝇与白眼雄蝇相互交配，其F2与实验2的回交，即测交结果完全相同。d.实验结果表明：1.来自自然突变的白眼雄蝇(实验1和实验2)和由杂交(实验3)产生的白眼雄蝇都是隐性纯合体。2.由杂交产生纯合体只有一种可能，即在雄蝇中只有一个控制眼睛颜色的基因－或者红眼基因或者白眼基因，没有红眼或白眼的等位基因。或者说，雄蝇永远是纯合体，不会成为杂合体。Morgan的假设•1.控制白眼的隐性基因w位于果蝇的X染色体上。•2.雄性果蝇的Y染色体上不带有白眼隐性基因的显性等位基因。•根据假设Morgan圆满地解释了他设计的三个杂交实验。•在实验分析中，Morgan首次把一个特定的白眼基因(w)与一条特定的染色体(X染色体)联系在一起，并为遗传的染色体学说提供第一个实验证据。控制白眼性状的基因w位于X染色体上，是隐性的，Y染色体上不带有这个基因的显性等位基因。Morgan的假设红眼♀x白眼♂X+X+XwY红眼♀红眼♂X+XwX+YMorgan对假设的验证XwXwX+YP白眼♀红眼♂F1X+XwXwY红眼♀白眼♂F2XwXwX+XwX+YXwY白眼♀红眼♀红眼♂白眼♂伴性遗传由性染色体所携带的基因在遗传时与性别相联系的遗传方式。绞花遗传（交叉遗传）：外祖父的性状通过女儿在外孙身上表现；或者说女儿像父亲，儿子像母亲的现象。X连锁遗传Y连锁遗传2、人类的伴性遗传人类性染色体如色盲、A型血友病等表现为性连锁遗传。色盲性连锁：①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；②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。存在于Y染色体差别区段上的基因所决定的性状仅由父亲传给儿子，不传给女儿，称为Y连锁遗传。一种罕见的毛耳缘（hairyearrims）性状只限于男性，其特殊的表型是外耳道长有许多长2～3cm黑色硬毛，常成丛生长伸于耳孔之外。男性青春期后即可出现位于X、Y染色体上非同源区域的基因称为X连锁基因、Y连锁基因。位于X、Y染色体上同源区域的基因称为“X和Y连锁”基因，因为该区域有交换重组的可能，也称为不完全性连锁基因。果蝇伴性基因的遗传分析--果蝇截毛基因(bobbed，bb)的遗传黑腹果蝇中截毛突变种（bb）比正常果蝇（Xbb＋）的刚毛短而细。这个基因不仅在果蝇的X染色体上存在，而且Y染色体上也有它的等位基因，这是非常稀罕的情况。纯合的雌蝇（XbbXbb）与杂合的雄蝇（Xbb＋Ybb）交配时，预期的子代所有的雌蝇（XbbXbb＋）将有正常的表型，所有的雄蝇（XbbYbb）则是截毛的。♀非芦花F1ZbWZBZb♂芦花1:1:1:1♂芦花♂非芦花♀芦花♀非芦花P♀芦花♂非芦花ZBWZbZbF2ZBZbZbZbZBWZbW交叉遗传近亲繁殖3、鸡的伴性遗传芦花斑羽显性基因B的遗传正反交的结果不同；交叉遗传现象决定性状的基因在Z染色体上的伴性遗传方式称为Z连锁遗传。X连锁遗传Y连锁遗传Z连锁遗传伴性遗传伴性遗传的特点※决定性状的基因位于性染色体上；※性状的遗传与性别有关；※正交与反交F1的结果不同；※表现特殊的交叉遗传规律。二、从性遗传从性遗传（sex-controlledinheritance）或称为性影响遗传（sex-influencedinheritance）：指性状的遗传是由常染色体上的基因决定的，不是由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。有角绵羊X无角绵羊有角绵羊X无角绵羊♀HHhh♂♂HHhh♀♀Hh无角Hh♂有角例如，羊的有角因品种不同而有三种特征：①.雌雄都无角；②.雌雄都有角；③.雌无角而雄有角。以前两种交配，其F1雌性无角，而雄性有角。反交结果和正交相同。只是在某一性别中表现的性状的遗传方式，基因在常染色体上或性染色体上。例如：人的毛耳的遗传；奶牛的泌乳量等性状。三、限性遗传限性遗传的性状多与性激素有关。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，而伴性遗传则可在雄性也可在雌性上表现，只是表现频率有所差别。四、剂量补偿效应及其分子机制1、性染色质体1949年，Barr等人发现在雌猫的神经细胞间期核中有一个染色很深的染色质小体，而雄猫中没有。这种浓缩的、惰性的异染色质化的小体称为巴氏小体（Barrbody）。由于巴氏小体与性别及X染色体的数目有关，所以又称为性染色质体(sex-chromatinbody)。剂量补偿效应(DosageCompensationEffect)：指在XY型性别决定的生物中，使性连锁基因产物在两种性别中有相等或近乎相等的有效剂量的遗传效应。2、剂量补偿效应与Lyon假说哺乳动物性染色体异常（数目）􀁄成活常染色体数目异常往往􀁄死亡哺乳动物X染色体上的基因在纯合的雌性细胞中有相同的两份拷贝，而雄性体细胞中只有一份，可是在雌体与雄体的表型上却看不出任何显著的差别。