第六章染色体和连锁群

第六章染色体和连锁群ChromosomeandLinkagegroup基本知识遗传的染色体假说：Sutton在1903年根据基因的行为与染色体的行为的平行关系提出了遗传的染色体假说。遗传的染色体学说：Sutton提出的遗传的染色体假说由摩尔根的学生Bridges在1916年发现果蝇X染色体不分开现象得到充分的证实。因此，基因在染色体上的假说也就成了学说。染色体与基因的关系：一条染色体上不只是一个基因，而是带有很多基因，并且在染色体上是以直线方式排列的。6.1基因连锁的发现1906年,W.Bateson和R.C.Punnet研究了香豌豆两对性状的遗传。一对是花的颜色,紫花对红花为显性，一对是花粉形状，长形对圆形为显性。紫长PPLL×红圆ppll紫长PpLl紫长紫圆红长红圆P_L_P_llppL_ppll观察数284212155按孟德尔理论数215717124花色和花粉形状分离比符合3:1，表明都是由单基因控制的，但不符合两对因子的分离比9:3:3:1Punnet认为似乎两对基因在杂交子代中的组合并不是随机的，而是原来属于同一亲本的两个基因更倾向于进入同一配子，此叫做相引(coupling)，原来属于不同亲本的两个基因之间在形成配子时相互排斥，称为相斥(repulsion)。紫圆PPll×红长ppLL紫长PpLl紫长紫圆红长红圆P_L_P_llppL_ppll观察数22695971按孟德尔理论数235.878.578.526.2结果和前次的相近，仍不符合孟德尔定律，亲本组合比理论数多，重组组合比理论数少。当两个非等位基因a和b处在一个染色体上，而在其同源染色体上带有野生型A、B时，这些基因被称为处于相引相(couplingphase)(AB/ab)；若每个同源染色体上各有一个突变基因和一个野生型基因，则称为相斥相(repulsionphase)(Ab/aB)。赫钦森(C.B.Hetchinson,)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。测交：相引相测交：相斥相亲本表现型亲本基因型F1表现型F1基因型Ft表现型有色饱满有色凹陷无色饱满无色凹陷Ft基因型CcShshCcshshccShshccshshFt个体数6382137921096672比例(%)1.548.848.21.5有色饱满CcShsh有色凹陷无色饱满CCshshccShSh1910年，Morgan和Bridges用果蝇进行了大量的杂交实验，提出了连锁交换定律，被后人誉为遗传的第三定律。♀红长×♂紫残PPVVppvv红长PpVv×♂紫残ppvv红长紫残红残紫长PpVvppvvPpvvppVv13391195151154果蝇红眼对紫眼为显性，长翅对残翅为显性♀红残×♂紫长PPvvppVV红长PpVv×♂紫残ppvv红长紫残红残紫长PpVvppvvPpvvppVv1571469651067结果同Bateson等一样，都是亲本组合多于理论数，重组组合少于理论数。pvpvPPVVPpvPV配子PVpvF1两对位于同一染色体上等位基因的简单遗传连锁交换规律处在同一染色体的两个或两个以上的基因遗传时，联合在一起的频率大于重新组合的频率。重组类型的产生是由于配子形成过程中，同源染色体的非姐妹染色单体间发生了局部交换的结果。连锁和交换的重组称为染色体内重组(intra-chromosomalrecombination)，因染色体自由组合而产生的重组称为染色体间重组(inter-chromosomalrecombination)。pvPVPVpvpPvV减数分裂中染色体的交换亲代染色体减数分裂交换的染色体染色体交换连锁与交换的遗传机理PF1同源染色体联会(偶线期)非姊妹染色单体交换(双线期)终变期交叉与交换的关系1.区别：交叉指的是一种细胞学现象，在显微镜下可见。交换是一种遗传学的概念，在显微镜下不能看到，只能通过子代的表型来推算它的发生与否。2.联系：交叉是交换的结果（先交换后交叉）。6.2基因重组与染色体交换的证实1931年,McClintock和她的女博士生B.Creighton以玉米为材料进行了一项试验，为染色体交换导致遗传重组提供了第一个有力的证据。BarbaraMcclintock(1902-92)HarrietB.Creighton(1909-)9号染色体，色素基因C有色对c无色，非糯Wx对糯wxcWxCwx纽结(knob)来自第8号染色体的附加片段减数分裂配子cWxcwxCwxCWx×cWxCwxcWxcwxcWxcwxCwxCWxcWxcWxcWxcwxcwxcWxcwxcwxCWxcWxcwxCWxCwxcWxCwxcwxcWxcwx有色非糯在B.Creighton和McClintock的结果发表没几周，C.Stern又发表了果蝇实验的证据。CurtStern(1902-81)减数分裂配子c+C+Y染色体的易位片段缺失的片段cBC+CBcB果蝇X染色体，c为隐性突变，纯合体为粉红色，正常为红色，B为显性突变，表型为棒状眼。×c+c+C+cBc+C+CBcBc+C+C+c+CBCBc+c+c+c+cBcB6.3交换和重组值染色体内重组是交换的结果，但交换不一定导致重组。两基因间发生奇数次交换才导致重组。不能进行自由组合的基因群称为连锁群(linkagegroup)，排列在同一条染色体上及其同源染色体上的基因属于同一连锁群。一个二倍体生物的连锁群数应和其染色体对数相等。在少数的生物中如雄果蝇和雌家蚕都不发生重组，称为完全连锁。1922年英国的J.B.S.Haldane提出，凡较少发生交换的个体必定是异配性别个体。雄果蝇及雌蚕的连锁基因一般不发生交换，为完全连锁。*********************************************************************************************************摩尔根说这是由于基因之间的交换（crossingover）产生的。这种连锁，后来叫不完全连锁不完全连锁（non-complatelinkage)如果两个位置间发生交换，就导致两个连锁基因的重组，即不完全连锁。发生交换的所产生的配子中，亲本组合和重组合各占50%。如F1性母细胞减数分裂时有6%的发生有效交换，则有3%的重组配子。①.概念：交换值（重组值）:在测交实验中重组型配子占所有类型配子总数的百分数。重组值=一般用测交方法进行重组值=重组型配子数全部配子总数×100%测交后代重组型数测交后代总数100%×100%交换值②.交换值的含义：(1)、交换值不可能大于50%。(2)、交换值的大小代表了连锁基因的连锁强度，反映了基因间在色体上的相对距离。0时？50%时？0-50%时？(3)、它反映了发生交换的细胞占细胞总数的百分率。③.连锁与交换规律的实质：连锁基因在遗传传递中共同行动而表现出完全连锁；又由于在形成配子中部分细胞的同源染色体之间发生了交换，所以产生了少量重组类型而表现出不完全连锁。（连锁基因在染色体上呈直线排列并在遗传上表现出连锁与交换现象。•Morgan1911年的有一天，他说，我突然理解到连锁强度的变化与基因之间的距离的关系。讨论：重组配子50%当全部孢母细胞发生交换，结果产生1/2亲型配子，1/2重组型配子（等于独立遗传）重组率测定玉米籽粒的糊粉层颜色基因C和饱满度基因Sh是连锁的。杂交亲本为相引相时，有如下结果：有色饱满×无色凹陷CSh/CShcsh/csh×无色凹陷csh/csh有色饱满有色凹陷无色饱满无色凹陷CSh/cshCsh/cshcSh/cshcsh/csh40321491524035有色饱满CSh/csh重组型重组率RF=301/8368=3.6%基因间的距离越长，发生交换的机会越多，因此交换值(crossing-overvalue)的大小可以用来表示基因间距离的长短。但由于无法直接测定交换率，只有通过基因的重组率(recombinationfrequency)来估计交换频率。重组频率(RF)=重组型配子数目/(亲组型配子数目+重组型配子数目)。单位是图距单位m.u.(mapunit)或厘摩(centimorgan,cM)。有时虽发生了交换(如双交换)，但没有导致重组，因此，重组值并不完全等于交换值,而是重组值小于交换值。在图距10以内曲线近似直线，重组率几乎等于交换率，可直接看作是图距。当图距大于10时，重组率总是小于交换率，不能直接被看作为图距，必须加双交换的值予以校正。重组率最大值不可能超过50%。Haldane图谱函数,示交换值和真实图距的关系0102030405001234相应的图距单位（100x，x是交换率）观察到的重组值RF(%)6.4基因定位与染色体作图6.4.1基因直线排列原理及相关概念基因定位(genemapping)：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。染色体图(chromosomemap)：又称基因连锁图(linkagemap)或遗传图(geneticmap)。依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。图距(mapdistance)：1%重组值(交换值)去掉其百分率的数值定义为一个图距单位(mapunit,mu)，后人为了纪念现代遗传学的奠基人Morgan，将图距单位称为厘摩(centimorgan,cM)，1cM=1%重组值去掉%的数值。任何3个距离较近的a,b,c连锁基因，若已分别测得a,b和b,c间的距离，那么a,c间的距离，就必然等于前二者距离的和或差。这就是摩尔根学生A.H.Sturtevant第一次提出的基因的直线排列原理。AlfredH.Sturtevant1891-1970在果蝇X染色体上，除白眼(w)、黄体(y)基因外，还有隐性的粗脉翅(bi)基因，经测交得知bi—w的交换值为5.3%(5.3cM)，w—y的距离为1.1cM，那么bi—y的距离究竟是多少？从理论上推测，这取决于w、y、bi这三个基因在X染色体上的排列顺序，它们不外乎下列两种方式:(1)w—y—bi或(2)y—w—bi。决定哪一种是合理的排列就必须测定bi—y的交换值。测交的结果为5.5%(5.5cM)。这样经过3次两点测交(two-pointtestcross)，就可把第(2)种排列关系确定下来。两点测验：1.通过三次亲本间两两杂交，杂种F1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).(CCShSh×ccshsh)F1×ccshsh(2).(wxwxShSh×WxWxshsh)F1×wxwxshsh(3).(wxwxCC×WxWxcc)F1×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。6.4.2三点测交(three-pointtestcross)与染色体作图为了进行基因定位，摩尔根和他的学生Sturtevant改进了上述两点测交，创造了三点测交方法，即将3个基因包括在同一次交配中。进行这种测交，一次实验就等于3次两点试验。已知在果蝇中棘眼(ec)、截翅(ct)和横脉缺失(cv)这3个隐性突变基因都是X连锁的。把棘眼、截翅个体与横脉缺失个体交配,得到3个基因的杂合体ecct+/++cv(ec、ct、cv的排列不代表它们