遗传学第三章 连锁互换和基因作图

第三章连锁互换与基因作图第一节连锁与重组性状连锁遗传的发现连锁遗传的解释测交：杂合体或未知基因型的个体与隐性纯合体的交配1912年Morgan用果蝇为材料研究连锁现象，提出了遗传学的第三定律——连锁与互换定律完全连锁与不完全连锁二、交叉与交（互）换交叉：1909年Janssens首先观察到减数分裂同源染色体部分区域的交叉。互换：Morgan设想交叉的区域应该是染色体互换的区域，因此表现为不完全连锁（如上例的11%重组合）。完全连锁：雄果蝇和雌家蚕几个概念：1、重组与交换：重组是指基因的重新组合；交换是指染色体片段的交换。2、单交换和双交换：单交换是指在考察区域内发生了一次交换，同理双交换是指发生了两次交换。第二节重组率及测定交换值的测定交换值与连锁强度的关系影响交换值的因子第三节基因定位与连锁遗传图基因定位两点测验三点测验果蝇三点测验果蝇三点测交作图：例：果蝇Y染色体上有y—黄身，Y—灰身；ct—截翅，Ct—正常翅；ec—棘眼，Ec—正常眼。杂交：YCtEc/yctec(♀)xyctec/Y(♂)子代：yctec1071YCtEc1080Yctec66yCtEc78YCtec6yCtec282YctEc293yctEc4例如：y+w+ec+/ywec可产生8种配子，这8种配子来源于非交换、单交换及双交换。分析：•归类：把一次交换产生的配子（表型）归为一类，填入表中：重组类型数目占总数%y—ecec—cty—ctyctec107174.68YCtEc1080Yctec665.00√√yCtEc78yCtec28219.97√√YctEc293YCtec40.35√√yctEc6•确定基因顺序：根据双交换类型的特点，我们知道这3个基因的顺序为y—ec—ct。•统计各类型的数据,计算重组值：y—ec:5.00%+0.35%=5.35%ec—ct:19.97%+0.35%=20.32%y—ct:5.00%+19.97=24.97%•图距：y5.35ec20.32ct24.97•问题：24.97≠5.35+20.32•原因：双交换引起•校正：5.35+20.32=24.97+2x0.35=25.67•y5.35ec20.32ct25.67双交换的特点：•双交换的比率最低：如果3个基因是自由组合的，则8种配子的比率为1：1：1：1：1：1：1：1，如果是连锁的，则非交换单交换双交换。•双交换的结果是3个基因中只有中间的基因位置发生改变，另两个基因位置不变。•重组值与交换值的区别：发生双交换后，头尾两个基因间发生了两次交换，但两基因没有重组。理论上说，染色体图距应由交换值表示，但我们能观察到的只有表型（基因）的重组。干扰与符合干涉（扰）和并发系数（率）•干涉：发生一次单交换后会影响临近发生另一次单交换，称干涉。•可分为正干涉和负干涉。真核生物一般为正干涉，原核生物为负干涉。•干涉的大小用并发系数（C）表示：观察到的双交换频率•并发系数C=两个单交换的乘积•干涉I=1-并发系数上例：C=0.35%/(5.35%x20.32%)=0.3211I=1-0.3211=0.6789(67.89%)连锁遗传图连锁遗传图连锁群：彼此连锁，具有一起往下传递的趋势的许多基因，构成一个连锁群。某种生物的连锁群的数目等于该生物的染色体对数。重组频率(值）：重组合Rf=X100%亲组合+重组合染色体图距：•两个基因在染色体上的相对距离。1%的重组值定义为1个图距单位（mapunit,mu)。•也有人将1个图距单位称为1个厘摩（centiMorgan,cM)。果蝇的4个连锁群第三节真菌的遗传分析真菌类的遗传分析---四分子分析顺序四分子分析非顺序四分子分析:着丝粒作图重组作图重组作图四分子分析一、脉孢霉(红色面包霉)的生活史无性孢子——分生孢子有性孢子——子囊孢子优点：•单倍体生物•生活史简单，生长快，易培养•具有有性生殖过程•一次减数分裂的产物在一个子囊内，易分析红色面包霉的特点生活史简单，易于繁殖、培养、管理；子囊孢子是单倍体，表型直接反映基因型,可直接观察基因表现，无需测交；一次只分析一个减数分裂产物,可获得并分析单次减数分裂的结果；可进行有性生殖，染色体结构和功能类似于高等生物。粗糙链孢霉的生活史二、顺序四分子分析单倍体营养体在营养或生长环境不利时，转入有性生殖。菌丝产生的单倍体分生孢子与另一个菌丝的原子囊果中的单倍体子囊孢子杂交。形成2倍体的杂合体，该2倍体经过第一次减数分裂，获得一个细胞内含有4个单倍体的产物，4个单倍体产物呈直线排列，称为：四分子由于脉孢霉一次减数分裂的四个产物被包裹在窄窄的子囊内，称为四分子，对其分析称四分子分析（tetradanalysis）四分子在子囊中的排列顺序取决于减数分裂时着丝粒的取向，因此可以将着丝粒看作一个“基因”，以它作为标准点，将基因与它比较，分析各基因间的顺序与距离，该方法也称着丝粒作图。PhotomicrographshowingsegregationofdarkandlightascosporesinNeurospora.四分子分析的优越性：1、可把着丝粒看作一个座位2、子囊孢子的对称性，证明减数分裂是一个交互过程。3、可以检验染色单体的交换是否有干涉，还可用于基因转变的研究。4、证明双交换可以包括4线中的两线、3线或4线。三、着丝点作图（centromeremapping)：利用四分子分析法，测定基因与着丝粒间的距离。(1)、第一次分裂分离与第二次分裂分离M1:第一次分裂分离着丝粒与标记基因的分离时期在第一次减数分裂时期M2：第二次分裂分离着丝粒与标记基因的分离时期在第二次减数分裂时期(3)、着丝点作图的计算着丝粒作图与基因重组交换的子囊孢子数着丝粒距离=总孢子数交换型子囊数=x1/2总子囊数M2=x1/2M1+M2例：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孢子中lys+和lys-有六种排列方式，即我们教材p80表3-7所示的六种排列方式。粗糙脉孢菌+X-杂交子代子囊类型(1)(2)(3)(4)(5)(6)子囊类型++----+++-+--+-++--+-++-子囊型105129951016分裂类型M1M1M2M2M2M2未交换型交换型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（重组率RF）的计算公式为：MⅡ×1/2RF=×100%MⅠ+MⅡRF0-lys=(9+5+10+16)×1/2/(105+129+9+5+10+16)×100%=7.3%即着丝粒与lys间的距离为7.3cM。着丝粒距离=%10021%10021子囊总数第二次分裂分离子囊数子囊总数交换型子囊数如：将两种菌株进行杂交lys+×lys－，得如下结果子囊类型子囊数分裂类型（1）（2）（3）（4）（5）（6）＋＋－－＋＋－－＋－＋－－＋－＋＋－－＋－＋＋－105129951016MIMIMIIMIIMIIMII非交换型交换型%3.7%10021161059129105161059%10021IIIIIMMM着丝粒距离Lys基因与着丝粒之间的距离是7.3cM。(4)交换型与非交换型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M1彼此分离，称第一次分裂分离(firstdivisionsegregation)。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M2发生分离，称第二次分裂分离(seconddivisionsegregation)。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、交换型子囊的形成四、两个连锁基因的作图亲二型（PD）、非亲二型（NPD）、四型（T）•PD：四个孢子中只有两种基因型，且分别与两亲本相同，基因间没有重组。••NPD：四个孢子中只有两种基因型，且分别与两亲本不同，是由基因重组产生的。•T：四个孢子中只有四种基因型，两种分别与两亲本相同（没有重组），另两种分别与两亲本不同（重组）。两对基因杂交，如不考虑孢子排列，只考虑性状组合时，子囊可以分为3种四分子类型。1.亲二型(parentalditype,PD)，有两种基因型，并与亲代相同。包括子囊型①和⑤。2.非亲二型(non-parentalditype,NPD)，有两种基因型都跟亲代不同，是重组型。包括子囊型②和⑥。3.四型（tetratype,T），有四种基因型，2种与亲代相同，2种重组型，包括子囊型③、④和⑦。下图是从染色体交换和重组来理解各类子囊的形成原因。交换类型染色体图象重组四分子类型子囊型无交换四线双交换单交换0%100%50%＋an＋＋an＋＋an＋＋a,＋a,n＋,n＋(PD)＋＋,＋＋,na,na(NPD)＋＋＋,＋a,n＋,na(T)①②③交换类型染色体图象重组四分子类型子囊型二线双交换单交换四线多交换50%0%100%＋an＋＋a,na,＋＋,n＋(T)＋a,n＋,＋a,n＋(PD)＋＋,na,＋＋,na(NPD)④⑤⑥＋an＋＋an＋Neurosporacrassaan杂交结果51905901808实得子囊数TNPDPDTTNPDPD四分子类别分离发生时期四分子基因型次序⑦⑥⑤④③②①子囊型+a+an+n+++++nana+++an+na+ana++n++an++an+++na++na++na+an+MIMIMIMIMIMIIMIIMIMIIMIIMIIMIIMIIMII＋an＋＋＋,na,＋a,n＋(T)⑦50%三线双交换资料分析：1.计算nic与着丝粒之间的重组率：%05.52110005190521765421212总子囊数）（）（）（）（总子囊数总子囊数交换型子囊数M2.计算ade与着丝粒之间的重组率：%30.9211000519090217653212总子囊数）（）（）（）（总子囊数M3.判断nic、ade基因是独立分配还是连锁。如果两个基因是自由组合的话，则PD︰NPD=1︰1而实验结果PD=808+90=898，NPD=1+1=2，PD远远大于NPD。说明这两个基因是相互连锁的。5.059.30nicadenicade5.059.30哪一种排列正确呢？如果我们把资料用另一种方式排列，得下表：按照分离时期排列nic/＋＋/ade子囊数MIMIMIIMIIMIMIIMIMII(808+1)809(90)90(5)5(90+5+1)961000RF(·－nic)=5.05%RF(·－ade)=9.30%若n和a各自独立的与着丝粒发生交换的话，则MII的子囊数应为9.30%︰5.05%≈1.84︰1事实上：交换发生在着丝粒与ade间，n是MI,a是MII的子囊有90个。交换发生在着丝粒与n间，n是MII，a是MI的子囊只有5个。比例相差悬殊，所以这两个基因处在着丝粒的同一侧。另从上表可见，在n与着丝粒发生交换时，a基因也一道与着丝粒发生了交换。即n是MII，a也是MII共计96（=90+1+5)个子囊。同一交换使＋/n出现MII型分离，也使＋/a出现MII型分离，101次中有96次，证明n,a在