基因的连锁与互换定律

基因的连锁与互换定律1．完全连锁⑴.用纯种灰身长翅果蝇与纯种黑身残翅果蝇交配，子一代都是灰身长翅。⑵.F1代的雄果蝇与双隐性的雌果蝇测交结果：P纯种灰身长翅×黑身残翅BBVVbbvv测交F1灰身长翅♂×黑身残翅♀BbVvbbvv测交后代灰身长翅黑身残翅50%50%F1为灰身长翅：果蝇灰身（B）对黑身（b）是显性长翅（V）对残翅（v）是显性测交后代没有出现1∶1∶1∶1比例，无法用自由组合定律解释测交后代出现两种与亲本完全相同的类型，各占50%解释：摩尔根认为果蝇的灰身基因和长翅基因位于同一染色体上，可用表示，黑身基因和残翅基因也位于同一条染色体上，可用表示。当两种纯种的亲代果蝇交配，F1的基因型BbVv，应表示为，表现型是灰身长翅。F1测交只能产生两种类型灰身长翅，黑身残翅，比例各占50%。概念：连锁——位于一对同源染色体上的两对（或两对以上）的等位基因，在向下一代传递时，同一条染色体上的不同基因连在一起不分离的现象完全连锁——在配子形成过程中，只有基因的连锁，没有基因的互换，后代只表现出亲本的性状连锁群：存在于同一条染色体上的基因构成一个基因群，它们间的关系是彼此连锁的，称为就连锁群2.不完全连锁用子一代雌性个体进行测交实验结果：P纯种灰身长翅×黑身残翅BBVVbbvv测交F1灰身长翅♀×黑身残翅♂BbVvbbvv测交后代灰身长翅黑身残翅42%42%灰身残翅黑身长翅8%8%后代出现四种性状，其中亲本类型占多数，新组合类型占少数。解释：细胞在进行减数分裂形成配子的过程中，减数分裂第一期前期，同源染色体联会，形成四分体。联会复合体中同源染色体间的非姐妹染色单体间会发生染色单体的交叉互换，在交换区段上的基因随染色体发生交换，这种交换产生新的基因组合。交叉互换后形成四种配子，其数量相同；其中有两种配子是亲本类型，两种配子是重组合类型，各占一半。但是在生殖细胞形成过程中，发生交叉互换的性母细胞并不多，所以，减数分裂产生的配子中亲本类型的配子最多，重组合类型的配子占少数。重组类型配子数与所产生的配子总数的比值称为交换率。比如：以上测交实验中，两种重组个体分别占8%，所以，两个基因间的交换率为16%。其性母细胞在进行间数分裂过程中，发生交换的性母细胞占总细胞数的比例是16%×2=32%交换率×2=发生交换的性母细胞的比例（完全连锁）0≤交换率≤50%（自由组合）1)染色体上各个基因间的交换率是不同的，这种差异在反复的试验中总是恒定的2)交换率的大小与基因在染色体上的距离有关，两基因间的距离越小，染色体交叉的机会越小，基因交换率也越小3)基因交换率反映了两基因间的距离：交换率小，距离小；交换率大，距离大4)基因图是根据基因间的交换率绘制的5)生物连锁群的数目与它的染色体的对数是一致的3.基因连锁和交换定律的实质减数分裂形成配子时，位于同一条染色体上的不同基因，常常连在一起进入配子；在减数分裂四分体时期，位于同源染色体上的等位基因有时会随着非姐妹染色单体的交换发生交换，产生基因重组。4.基因连锁和交换定律在实践中的应用1)动植物育种工作，选配优良品种大麦：抗杆锈病抗散黑穗病紧密连锁育种时选择了抗杆锈病植株等同于选择了抗散黑穗病植株不利性状与有利性状连锁：打破基因连锁，促成基因交换，重组成所需基因型2)医学实践中，推测某种遗传病在胎儿中发生的可能性甲髌综合症：人类常染色体显性遗传病，主要症状是指甲发育不良，髌骨缺少或发育不良。致病基因（NP）与ABO血型的基因（IA、IB、i）位于同一条染色体上。患病家庭中：NP基因常与IA连锁np基因常与IB、I基因连锁若已知：NP与IB间的重组率为18%,患者的后代患病的概率是：从右边的图分析可以看出，NP与IB间的重组率位18%，产生的配子中、类型配子各占41%，、配子各占9%。与其他几种配子结合后，后代中只要是A型或是AB型血（含IA），一般将患甲髌综合症，不患病的可能性是18%。5．基因定位（1）两基因间在遗传学上的相对图距，交换率的大小反映出连锁基因之间的距离大小，通过交换率的测定，即可以确定基因在染色体上的排列次序和相对距离。遗传学上把交换率的“％”去掉，可作为两基因在遗传学上的相对图距。（2）基因定位的方法基因定位通常采用“三点测交”法，即用三杂合体跟三隐性个体测交，通过对测定子代表型及比例分析、计算三个连锁基因间的交换值，从而确定各个基因在同一条染色体上的次序和相对距离。值得注意的两个问题：①两边的两个基因的相对距离＝两个单交换值之和＋两倍的双交换值。②两边的两个基因间的交换值＝两个单交换值－两倍的双交换值。另外，不必计算交换值，可直接判断三个基因的次序，其方法为：用亲组合表型的基因次序与双交换表型的基因次序进行比较，发生交换的一对等位基因应位于三对等位基因的中间。［学习指导］1.完全连锁遗传后代只出现两种类型，两种类型的比例为1∶1，无重组类型出现，完全连锁现象一般出现在雄果蝇和雌家蚕中。2.不完全连锁后代出现四种表现型，两种亲本类型（占多数），两种重组类型（占少数）。不完全连锁在生物中普遍存在，不同的基因的连锁的程度不一样。3.基因的连锁原因是，决定不同形状的两对或两对以上的等位基因位于一对同源染色体上，在遗传时，同一条染色体上的不同基因连在一起，不分离，表现出连锁现象。4.基因互换的原因是：细胞减数分裂形成配子时，同源染色体上的非姐妹染色单体间发生染色体互换，导致位于其上的等位基因彼此互换。5.减数分裂时，位于一条染色体上的多数不同基因常常进入同一配子，表现出连锁；部分等位基因会在四分体时期，随着染色体的互换而互换，产生基因重组。6.互换引起的基因重组，产生生物变异，为生物进化提供了原材料来源。7.互换率是F1产生的重组配子占总配子数的百分比。8.交换的可能性与基因间的距离大小有关。交换率=0，表现为完全连锁；交换率=50%，表现为自由组合；0＜交换率＜50%，表现为不完全连锁。9.交换的配子百分率是交换的性母细胞百分率的一半，因为任何一个交换的性母细胞所产生的四个配子中总有两个是亲本类型的，两个是重组类型的。10.不同基因间的交换率不同，这种差异在反复实验中总是恒定的。11.两个基因间的距离越近，它们之间染色体交叉的机会就越少，基因的交换率就越少，连锁就越强；反之，两个基因距离越远，交换率就越大。12.存在于一个染色体上的基因构成一个基因群，即是一个连锁群。果蝇有四对染色体，就有四个连锁群。人类的伴性遗传（1）人类的红绿色盲、血友病为伴X隐性遗传病。红绿色盲、血友病的遗传与果蝇的红眼和白眼遗传方式相同。遗传系谱的主要特点为：①人群中男性患者远多于女性患者，在一些发病率低的系谱中，只有男性患者。②双亲无病，儿子可能发病，女儿则不会发病。③女性患者的儿子必患病。④系谱一般具有交叉遗传的特点。（2）人类的抗维生素D佝楼病为伴X显性遗传。其系谱特点为：①人群中女性患者多于男性患者，前者的病情可较轻。②患者的双亲中，必有一个该病患者。③男性患者的后代中，女儿都将患病，儿子都正常。④女性患者的后代中，子、女都各有1/2的患病风险。（3）人类男性外耳道多毛症是伴Y连锁遗传（或限雄遗传）。其特点是：患者均为男性，并且是父传子，子传孙，女性不会出现相应的遗传病症。人类染色体疾病1．染色体数目异常的疾病（1）常染色体数目异常——先天愚型或Down综合症（软白痴）患者的核型为：47，XX（XY）＋21，也称21三体。该病大多是由卵子发生过程中21号染色体不分离，形成了多一条21染色体的异常卵细胞，受精后形成。发病率为：l/600～1/800。（2）性染色体数目异常的疾病①先天性学儿发育不全症（Klinefelter综合病）本病患者在青春期出现临床症状，睾丸小且发育不全，不能生育。其核型为47，XXY。该病大多是由卵子发生过程中X染色体不分离，形成多一条X染色体的异常卵子，受精后形成。发病率占男性的1/700～1/800。②性腺发育不全症（Turner综合症）本病患者只有卵巢基质而无滤泡，无生育能力。其核型为45、XO。该病大多数为精子发生过程中XY不分离，形成了性染色体异常的精子，并和卵子受精后形成。发病率占女性的1/3500。2．染色体结构异常的疾病（1）猫叫综合症，本病患者哭声如猫叫，智力低，肌张力也低下。患者的核型为46，XX（XY），但患者的一条5号染色体的短臂缺失。（2）14/21易位型先天愚型，患者核型为46，XX（XY），－14，tt（14；21）。患儿核型中少一条14号染色体，多一条由14号和21号染色体形成的易位染色体。这种易位可以是新发生的结构畸变，也可以由双亲之一传来。基因表达的调控【知识概要】一、基因调控的重要意义任何一个细胞在一定时期内，并非全部基因都能表达，而是在一定时期内的一定条件下，只能部分特定基因在表达。所以，基因表达的调控能使生物在利用自然资源和应付生活环境方面很有灵活性，从而使生物可以更好的保存自己，繁衍种族。二、操纵子学说1．原核生物的基因调控——乳糖操纵子的关闭状态和打开状态如下图所示。乳糖操纵子的关闭状态乳糖操纵子的打开状态2．乳糖操纵子的打开状态如图所示。基因的调控系统表明，它使一个代谢系统中的酶系能够同时按所需要的数量准确地合成。乳糖操纵子只有在环境中有乳糖存在时，才开始合成这个酶系，乳糖分解完之后，由于负反馈而停止酶的合成，这就使细菌能更有效地适应环境的变化。3．真核生物基因调控的复杂性。一般地说，包括四个水平的调控。①转录前的调控a．组蛋白转位模型：DNA的一个特定位置上的一种特异性的非组蛋白磷酸化以后，磷酸基带负电荷，于是非组蛋白与带负电荷的DNA相斥，并与带正电荷的组蛋白强烈地结合在一起。组蛋白和非组蛋白复合体从DNA上脱离开来，使这部分DNA裸露出来，不再受组蛋白的抑制而开始转录。b．真核细胞基因调控系统的模型：由于真核生物代谢需很多酶，这些酶的基因可能分散在不同染色体的不同部位上。那么，达到协调机制的原理如面两图所示。真核细胭基因调控系统的模型真核细胞基因的复杂调控系统②转录水平的调控RNA聚合酶I催化rRNA的转录，RNA聚合酶Ⅱ催化mRNA的转录，RNA聚合酶Ⅲ催化tRNA和5sRNA的转录。③转录后的调控对初产生的RNA加工剪接，去掉内含子和非编码区顺序，把几个外显子连接起来，成为成熟的mRNA。④翻译水平的调控，mRNA的戴帽与核糖体小亚基识别并与之结合，是开始翻译的条件。⑤翻译后的调控翻译的最初产物是一个大的蛋白质分子。有时，必须经酶切成更小的分子才能有生物活性。如胰岛素原→胰岛素。细胞质遗传及其在育种上的应用【知识概要】一、细胞质遗传的特点①遗传方式是非孟德尔式的。②F1通常只表现母方的性状。③杂交的后代一般不出现一定比例的分离。二、高等植物叶绿体的遗传1．紫茉莉的绿白斑的遗传其特点为：不同枝条上的花朵相互受粉时，其后代的叶绿体种类完全决定于种子产生于哪一种枝条上，而与花粉来自哪一种枝条无关。2．玉米的埃型条斑遗传其特点是：①条斑植株作父本，正常植株作母本时，显示孟德尔式遗传。②条斑植株作母本，不论父本基因型怎样，其子代看不到典型的孟德尔式比数，显示出典型的细胞质遗传。三、真菌类线粒体的遗传核基因遗传遵循孟德尔式遗传，但杂交的后代性状跟核基因无直接关系而表现为细胞质遗传（如酵母菌的“小菌落”和链孢霉的“缓慢生长”要变型等）。四、细胞质遗传在育种上的应用玉米的“二区三系”制种，就是核质互作的一个例子。杂交制种过程如下：（S）rr×（N）rr（S）rr×（N）RR雄性不育系↓↓保持系↓↓（S）rr（N）rr（S）Rr（N）RR雄性不育系保持系杂交种恢复系雄性不育系和保持系的繁殖制造杂交种，同时繁殖恢复系植物雄性不育的遗传：植物雄性不育并不完全是由细胞质决定的，它也有核不育型，但是难以找到保持系。细胞质和细胞核互相作用的不育，简称质-核型，表现型比较复杂，当细胞质不育基因S存在时，细胞核内必须有一对隐性基因rr，个体才表现不育。杂交或回交时，只要父本核内没有R基因，杂交后代保持雄性不育。如果细胞质基因是正常可育的N，即使核基