第五章+真核生物染色體制圖基礎(chǔ)

1、第五章 連鎖一 真核生物染色體制圖基礎(chǔ)第一節(jié) 連鎖與交換一、連鎖1、上世紀(jì)初W. Bateson和P. C. Punnett(1906)用甜豌豆做了以下雜交：P PPLL ppll（紫花，長(zhǎng)花粉粒） （紅花，圓花粉粒）F1 PpLl自交F2 PL + Pll + pp L + ppll284 + 21 + 21 + 55 = 384所得結(jié)果不符合獨(dú)立聯(lián)合的9331。2、Morgan研究果蠅眼睛顏色（pr紫色，pr+紅色）和翅形（vg殘翅，vg+正常翅），做了以下雜交：pr+ pr+ vg+ vg+ pr pr vg vgpr+ pr vg+ vg再以雙性雜合子雌性為母本，以雙性隱性純合子為父本

2、測(cè)交pr+ pr vg+ vg pr pr vg vg從測(cè)交結(jié)果可以推測(cè)出F1配子的基因型如下：pr+ vg+pr vg+pr+ vg+pr vg+1339+1195+151+154=2839(11)(11)3、Morgan又做了以下雜交，每個(gè)親本的一個(gè)性狀為隱性純合子，另一個(gè)為顯性純合子。pr+ pr+ vg vg pr pr vg+ vg+pr+ pr vg+ vg pr pr vg vgpr+ vg+pr vg+pr+ vg+pr vg+157+146+965+1067=2335(11)(11)結(jié)果與測(cè)交應(yīng)得到的F1四種配子的基因型之1111有很大背離。4、分析：Morgan認(rèn)為，在第一

3、個(gè)雜交中，兩個(gè)非等位基因位于同一條染色體上。對(duì)于第二個(gè)雜交，一個(gè)親本的染色體攜帶pr vg+另一個(gè)親本攜帶pr+ vg。對(duì)于配子基因型中非親本基因組合的產(chǎn)生，Morgan認(rèn)為，這是由于在減數(shù)分裂期間，同源染色體聯(lián)會(huì)時(shí)，在非姊妹染色單體間產(chǎn)生交換的結(jié)果。交換的細(xì)胞學(xué)證據(jù)是，在減數(shù)分裂期間，同源染色體配對(duì)時(shí)，兩個(gè)非姊妹染色單體間所出現(xiàn)的交叉(chiasma)。名詞相引(coupling)：在Morgan所做的第一個(gè)雜交中，親本的兩個(gè)非等位的顯性基因似乎“緊密結(jié)合”，稱為相引。相斥(repulsion)：在Morgan所做的第二個(gè)雜交中，親本的兩個(gè)非等位的顯性基因似乎“相互排斥”，稱為相斥。親本組合

4、(parantal combination)：在一對(duì)同源染色體上所排列的親本（P代）基因組合。重組(recombination)：在一對(duì)同源染色體上所出現(xiàn)的新的基因組合。又稱為交換型(crossing-over type)，交換產(chǎn)物(exchange product)，染色體內(nèi)重組(intra-chromosomal recombina-tion)。連鎖(linkage)：在同一條染色體上的兩個(gè)基因稱為連鎖。連鎖的基因間不出現(xiàn)獨(dú)立聯(lián)合。連鎖群(linkage group)：位于同一條染色體上的基因的總稱稱為一個(gè)連鎖群。交換(crossing-over)：排列在一對(duì)同源染色體上的兩對(duì)等位基因，其

5、中一對(duì)等位基因的位置相互調(diào)換，其結(jié)果產(chǎn)生基因重組，這一過(guò)程稱為交換。二、重組重組可分為兩大類型：染色體間重組和染色體內(nèi)重組。它們可以通過(guò)重組頻率加以區(qū)分。名詞重組率(frequency of recombination)：重組配子數(shù)占配子總數(shù)的百分率。重組率記為FR。1、染色體間重組：位于非同源染色體上的兩對(duì)等位基因之間進(jìn)行的重組。它們之間是獨(dú)立聯(lián)合的。2、染色體內(nèi)重組：染色體內(nèi)重組是交換的結(jié)果。交換可出現(xiàn)在一對(duì)同源染色體的任何兩條非姊妹染色單體的任何兩個(gè)座位間，但并不是所有減數(shù)分裂細(xì)胞在這兩個(gè)座位間都出現(xiàn)重組，因而重組率小于50%。如果沒(méi)有特別強(qiáng)調(diào)的話，“重組”多指染色體內(nèi)重組。在Morga

6、n所做的第一個(gè)雜交中，重組率為：重組率永遠(yuǎn)不會(huì)大于50%。3連鎖符號(hào)有幾種表示方法。4在X染色體上的連鎖基因在X-Y系統(tǒng)中，雄性是半合子，X染色體上的連鎖基因在雄性后代中都將得到表現(xiàn)，因而不必進(jìn)行測(cè)交即可得到母親配子類型。第二節(jié) 連鎖圖基因在染色體上呈線性排列。位于同一對(duì)同源染色體上的基因組成一個(gè)連鎖群（linkage group），它們具有連鎖遺傳的關(guān)系。把一個(gè)連鎖群的各個(gè)基因之間的順序和距離標(biāo)志出來(lái)，就成為連鎖圖（linkage map），又稱為遺傳學(xué)圖（genetic map）。連鎖圖是大量實(shí)踐資料的簡(jiǎn)明總結(jié)，是遺傳研究工作和育種工作的重要參考資料。一種生物連鎖群的數(shù)目應(yīng)該等于染色體的對(duì)

7、數(shù)，有n對(duì)染色體就有n個(gè)連鎖群。例如，水稻有12個(gè)連鎖群，桃有8個(gè)，玉米有10個(gè)。連鎖群的數(shù)目不會(huì)多于染色體的對(duì)數(shù)，但由于研究資料不足，可能暫時(shí)少于或多于染色體的對(duì)數(shù)。一、連鎖圖的概念Morgan在做了大量雜交后發(fā)現(xiàn)，后代重組率的變化范圍很大。因?yàn)橹亟M是同源染色體間交換的結(jié)果，重組率的不同可能反映了染色體上各個(gè)基因座之間的實(shí)際距離。Morgan將這一課題交給他的學(xué)生Alfred Sturtevant研究。Sturtevant從一個(gè)測(cè)交得到以下結(jié)果：prvg / prvg165 親本（非交換）型 + + / prvg191pr + / prvg 23 重組（交換）型+ vg / prvg 214

8、00重組率FR = (23+21)/400 = 11%。他認(rèn)為，可以用該數(shù)值作為遺傳圖上兩基因間線形距離的數(shù)量指標(biāo)。理由：他認(rèn)為交換沿配對(duì)的同源染色體隨機(jī)出現(xiàn)，連鎖的基因間距離越大，在這區(qū)間內(nèi)出現(xiàn)交換的機(jī)會(huì)也越高。因此，可以根據(jù)重組率得出基因間的圖距。名詞遺傳圖(genetic map)：以重組率表示的染色體上各基因座之間的相對(duì)距離圖。遺傳圖又稱為連鎖圖(linkage map)。圖距(map distance)：兩個(gè)基因座之間的相對(duì)距離。遺傳圖單位(genetic map unit；m.u.)：以1%重組率記為一個(gè)圖單位即1 m.u.。又稱為1厘摩(centimorgan；cM)?；蜃?g

9、ene locus，pl. loci)：在遺傳圖上表示基因所在的位置，稱為基因座。例如，眼色基因座和翅長(zhǎng)基因座相距11 m.u.，常以下圖表示。確定基因在染色體上的位置就叫做基因定位（gene mapping）。1）、基因位于哪一條染色體上2）、基因在染色體上的位置3）、與相鄰基因之間的關(guān)系確定基因的位置主要是確定基因之間的相對(duì)順序和距離?；蛑g的距離是用重組率來(lái)表示的。二、三點(diǎn)測(cè)交名詞三點(diǎn)測(cè)交(three-point test cross)：雜合子與三基因隱性純合子進(jìn)行測(cè)交，稱為三點(diǎn)測(cè)交。它是標(biāo)準(zhǔn)的遺傳分析方法。優(yōu)點(diǎn)：1）一次試驗(yàn)等于三次“兩點(diǎn)試驗(yàn)”；2）所得的三個(gè)重組值是在同一基因型背景

10、、同一環(huán)境條件下得到的，是嚴(yán)格可比的。而“兩點(diǎn)試驗(yàn)”則不一樣；3）可得到“兩點(diǎn)試驗(yàn)”不能得到的雙交換資料。例 1：果蠅的三對(duì)非野生型等位基因sc（鱗甲），ec（海膽眼；棘眼）和vg（殘翅）。以sc/sc，ec/ec，vg/vg與野生型雜交，F(xiàn)1再與三隱性純合子雜交，結(jié)果如下：雜合子所產(chǎn)生的配子基因型sc ecvg235+241scec+243+vg233sc+vg12+ec+14sc+14+ecvg161008分析：1、檢查數(shù)據(jù)，考查8類配子基因型的比，發(fā)現(xiàn)它們與11111111之間有明顯偏離，說(shuō)明基因座之間可能存在連鎖。2、計(jì)算RF。先看sc和ec基因座，因?yàn)殡s合子是由sc ec和+ + 配

11、子而來(lái)，所以sc ec和+ +為親本組合，sc + 和 + ec為重組合，重組類型共有12+14+14+16=56個(gè)，因而RF=(56/1008) 100=5.5 m.u.。如下圖所示：以類似的方法計(jì)算sc和vg的重組率，結(jié)果為RF = 506/100850%。因而sc和vg間是不連鎖的，見(jiàn)下圖：注意！本例是以雌性雜合子為母本進(jìn)行測(cè)交的，在黑腹果蠅減數(shù)分裂期間雄果蠅不產(chǎn)生聯(lián)會(huì)復(fù)合體，因而在雄性黑腹果蠅中同源染色體間不進(jìn)行交換，也就不會(huì)有重組后代。這種現(xiàn)象只出現(xiàn)在黑腹果蠅中，并不是普遍現(xiàn)象。例 2：黑腹果蠅的三個(gè)非野生型等位基因v（朱砂眼），cv（無(wú)十字翅脈）和ct（切翅）。做了以下雜交：雌性雜

12、合子所產(chǎn)生的配子基因型v+580+cvct592vcv+45+ct40vcvct89+94v+ct3+cv+51448分析：1、判斷是否存在連鎖。8類配子基因型的比與11111111之間有明顯偏離，說(shuō)明基因座之間可能存在連鎖。2、計(jì)算v和cv基因座間的RF，其中+ cv和v +為親本組合。RF(v-cv) = (45+40+89+94) / 1448 = 18.5%計(jì)算v和ct基因座間的RF，其中+ ct和v +為親本組合。RF(v-ct) = (89+94+3+5) / 1448 = 13.2%計(jì)算cv和ct基因座間的RF，其中cv ct和+ +為親本組合。RF(cv-ct) = (45+4

13、0+3+5) / 1448 = 6.4%3、三個(gè)RF均小于50%，這些基因座都在同一染色體上，相互連鎖。v和cv的RF最大，ct基因座必在它們中間，可用下圖表示：4、13.2 m.u.+6.4 m.u.=19.6 m.u.18.5m.u.出現(xiàn)這種結(jié)果的原因是由于在v和cv間出現(xiàn)雙交換所造成的。對(duì)于雙交換見(jiàn)下圖：從v和cv兩個(gè)座位看，雙交換的結(jié)果又恢復(fù)到親本組合。所以v ct + 和 + + cv 沒(méi)有計(jì)入v和cv的重組率中，由于忽略了兩次單交換（即雙交換），又恢復(fù)到原來(lái)（即不交換），勢(shì)必低估v-cv間重組率，也就是低估v-cv間的距離。雙交換率=(3+5) / 1448 =0.5%兩次單交換=

14、雙交換=不交換所以，校正的v-cv間重組率RF(v-cv)=兩基因間交換值+2倍的雙交換率=18.5%+20.5% =19.6%即為：(45+40+89+94+3+3+5+5) / 1448=19.6%。5、不經(jīng)作圖直接排列基因座順序在配子基因型中雙交換的頻數(shù)最低。按F1代（或配子基因型最多）的基因型排列順序，把親本三個(gè)基因座中的每一個(gè)，各排在中間一次。把中間的一對(duì)等位基因位置互換（相當(dāng)于雙交換）。與8種配子基因型比較，從三種排列中找出符合雙交換（頻數(shù)最低的配子基因型）的基因型，它的順序即為三個(gè)基因座的順序。例如：上述雜交中，位置互換后的“2”基因型與屬于雙交換的配子基因型一致，ct應(yīng)位于中間

15、，所以“2”的排列順序是正確的。說(shuō)明：遺傳圖只是以圖單位表示的基因座之間的相對(duì)距離，并不能確定它在染色體的什么部位，也不能確定它在那一條染色體上，遺傳圖是一種抽象結(jié)構(gòu)。三、干涉如果兩個(gè)單交換的發(fā)生是彼此獨(dú)立的，雙交換的頻率就應(yīng)該是兩個(gè)單交換頻率的乘積。但實(shí)際雙交換值比預(yù)期少?？梢?jiàn)：一個(gè)單交換發(fā)生后，在它附近再發(fā)生第二個(gè)單交換的機(jī)會(huì)就會(huì)減少一些。這種現(xiàn)象叫做干涉（interference）。用并發(fā)系數(shù)表示干涉的大小。名詞干涉(interference)：在染色體的一個(gè)區(qū)段上出現(xiàn)交換，影響相鄰區(qū)段交換出現(xiàn)的現(xiàn)象稱為干涉。正干涉(positive interference)：在染色體的一個(gè)區(qū)段上出現(xiàn)交換，減少了相鄰區(qū)段的交換稱為正干涉。在上例中，RF(v-ct)=0.132，RF(ct-cv) = 0.064，若兩區(qū)段相互獨(dú)立，則雙重組頻率=0.1320.064=0.0084，1448只0.0084=12只，實(shí)際上只有8只，證明兩區(qū)段不