第四章 連鎖遺傳分析與染色體作圖 - 第三章 連鎖遺傳分析與染色體作圖

1、第一節(jié)第一節(jié) 連鎖與交換定律連鎖與交換定律問題問題: :基因在染色體上如何排列？基因在染色體上如何排列？同一條染色體上的基因之間在遺傳時如何相同一條染色體上的基因之間在遺傳時如何相互作用？互作用？內(nèi)容：內(nèi)容：I. 連鎖交換定律連鎖交換定律 II. 基因定位與染色體作圖基因定位與染色體作圖III. 人類基因組和染色體作圖人類基因組和染色體作圖 相引與相斥相引與相斥 1906 ，貝特遜貝特遜（Bateson, W.） 龐尼特龐尼特（Punnet, R.C） 香豌豆香豌豆（Lathyrus doratus） 一、一、 連鎖交換定律連鎖交換定律（一）（一） 連鎖交換定律的發(fā)現(xiàn)連鎖交換定律的發(fā)現(xiàn)Bate

2、son-Punnet 香豌豆雜交試驗香豌豆雜交試驗P: 紫花長花粉紫花長花粉紅花圓花粉紅花圓花粉 F1: 紫花長花粉紫花長花粉 表型表型 觀察數(shù)觀察數(shù)(O) 期望比例期望比例 期望值期望值(E)F2: 紫長紫長 4831 9 3910.5紫圓紫圓 390 3 1303.5紅長紅長 393 3 1303.5紅圓紅圓 1338 1 434.5 總計總計 6952 2 = (Oi-Ei)2/Ei=3371.58 df=4-1=3, 差異極顯著，差異極顯著， 結(jié)果不符合自由組合定結(jié)果不符合自由組合定律，律， F2代中性狀的親組合類型遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于重組類型。代中性狀的親組合類型遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于重組類型。P: 紫花圓花

3、粉紫花圓花粉紅花長花粉紅花長花粉 F1: 紫花長花粉紫花長花粉 表型表型 觀察數(shù)觀察數(shù)(O) 期望比例期望比例 期望值期望值(E)F2: 紫長紫長 226 9 235.8紫圓紫圓 95 3 78.5紅長紅長 97 3 78.5紅圓紅圓 1 1 26.2 總計總計 419 2 = (Oi-Ei)2/Ei=32.4 df=4-1=3, 差異極顯著，差異極顯著， 結(jié)果不符合自由結(jié)果不符合自由組合定律。組合定律。Batson等：等：互引相互引相(coupling phase) 前一種親本組合前一種親本組合 互斥相互斥相(repulsion phase) 后一種親本組合后一種親本組合1912年，年，摩爾

4、根：摩爾根： 連鎖交換定律連鎖交換定律 凡是伴性遺傳的基因，相互之間總是連鎖的。凡是伴性遺傳的基因，相互之間總是連鎖的。描述親本花色花粉粒形狀兩個顯性性狀連在一起遺傳P1紫花(顯)長花粉粒(顯)兩個隱性性狀連在一起遺傳P2紅花(隱)圓花粉粒(隱)一個顯性性狀與另一個隱性性狀P1紫花(顯) 圓花粉粒(隱)一個隱性性狀與另一個顯性性狀P2紅花(隱) 長花粉粒(顯)相引相相斥相描述親本花色花粉粒形狀兩個顯性性狀連在一起遺傳P1紫花(顯)長花粉粒(顯)兩個隱性性狀連在一起遺傳P2紅花(隱)圓花粉粒(隱)一個顯性性狀與另一個隱性性狀P1紫花(顯) 圓花粉粒(隱)一個隱性性狀與另一個顯性性狀P2紅花(隱)

5、 長花粉粒(顯)相引相相斥相 連鎖連鎖(linkage): 1、摩爾根的試驗、摩爾根的試驗：P: 灰體長翅灰體長翅(BBVV) 黑體殘翅黑體殘翅(bbvv) F1:灰體長翅灰體長翅(BbVv) 測交測交1：灰體長翅灰體長翅(BbVv) 黑體殘翅黑體殘翅(bbvv) 灰體長翅灰體長翅(BbVv) : 黑體殘翅黑體殘翅(bbvv) =1 : 1測交測交2： 灰體長翅灰體長翅(BbVv) 黑體殘翅黑體殘翅(bbvv) 灰體長翅灰體長翅(BbVv) : 0.42 黑體長翅黑體長翅(bbVv) : 0.08 灰體殘翅灰體殘翅(Bbvv) : 0.08 黑體殘翅黑體殘翅(bbvv) : 0.42 測交子代

6、雖然出現(xiàn)了四種類型，但是重組類型測交子代雖然出現(xiàn)了四種類型，但是重組類型顯著少于親本類型。顯著少于親本類型。l摩爾根的解釋：摩爾根的解釋：l 基因基因B、V處于同一條染色體上，而處于同一條染色體上，而其等位基因其等位基因b、v位于同源染色體的另一位于同源染色體的另一條上。減數(shù)分裂時不能獨立分配和自由條上。減數(shù)分裂時不能獨立分配和自由組合。組合。2、完全連鎖、完全連鎖(Complete linkage):如如測交測交1：基因完全：基因完全連鎖，不能發(fā)生重組。例連鎖，不能發(fā)生重組。例雄果蠅雄果蠅和和雌家蠶雌家蠶P: 灰體長翅灰體長翅(BBVV) 黑體殘翅黑體殘翅(bbvv(bbvv) ) F1:

7、灰體長翅灰體長翅(BbVv) 黑體殘翅黑體殘翅(bbvv(bbvv) ) 灰體長翅灰體長翅(BbVv) : 黑體殘翅黑體殘翅(bbvv(bbvv) =) =1 : 1B VB Vb vb vB Vb vb vb vB Vb vb vb v3、 不完全連鎖不完全連鎖(Incomplete linkage)： 如如測交測交2，基因可以發(fā)生部分重組，但親，基因可以發(fā)生部分重組，但親本類型多于重組類型。本類型多于重組類型。 灰體長翅灰體長翅(BbVv) 黑體殘翅黑體殘翅(bbvv(bbvv) ) 灰體長翅灰體長翅: 黑體黑體長翅長翅: 灰體灰體殘翅殘翅: 黑體殘翅黑體殘翅 (BbVv) (b bbVv

8、) ( (Bbvv) ( bbvvbvv) ( bbvv) ) B Vb vB vb VB Vb vb vb vb vb vb vb v42% 8% 8% 42%Results of gamate formation where two hererozygous genes are (a) on two different pairs of chromoses; Results of gamate formation where two hererozygous genes are (b)on the same pair of homologs, but where no exchange o

9、ccurs between themResults of gamate formation where two hererozygous genes are (c) on the same pairs of homologs, where an exchange occurs between two nonsister chromatids. (1)相引相引是兩個基因位于同一條染色體上， 相斥相斥則反之。 (2)同源染色體在減數(shù)分裂時發(fā)生交換交換 ( crossing-over ) (3)位置相近的因子相互連鎖連鎖。(孟德爾遺傳的隨機(jī)分離與相引Science,191134.384) 1）.交換

10、的機(jī)制交換的機(jī)制： Janssens, 1909 交叉型假設(shè)交叉型假設(shè)（chiasmatype hypothesis) 要點：要點： (1). 減數(shù)分裂前期的粗線期，非姊妹染色減數(shù)分裂前期的粗線期，非姊妹染色單體之間由于在粗線期發(fā)生交換單體之間由于在粗線期發(fā)生交換(crossing over)而在雙線期出現(xiàn)而在雙線期出現(xiàn)交叉交叉(chiasma)。(2). 相互連鎖的兩個基因之間如發(fā)生交換，會相互連鎖的兩個基因之間如發(fā)生交換，會導(dǎo)致這兩個基因發(fā)生重組。導(dǎo)致這兩個基因發(fā)生重組。A Ba bA ba B交換交換A BA ba Ba bA Ba bA Ba bA Ba b復(fù)制復(fù)制 交換交換發(fā)生過交換

11、的性母細(xì)胞產(chǎn)生的配子，只有一半是發(fā)生過交換的性母細(xì)胞產(chǎn)生的配子，只有一半是重組子，另一半是親組合型。重組子，另一半是親組合型。 交換的特點交換的特點：2）交換率）交換率（crossoverrate）：）：又稱交換值或又稱交換值或重組率重組率(RF ，recombination frequency)。l 交換率交換率= 重組合重組合( (親組合重組合親組合重組合) ) 100100單位單位: : 圖距單位圖距單位 m.um.u. . (map unit) )或厘摩或厘摩( (centimorgan cM)以玉米的測交實驗為例說明交換率測定方法。以玉米的測交實驗為例說明交換率測定方法。 總配子數(shù)重

12、組型配子數(shù)交換值100(%)C與與Sh連鎖，親本為互引相時：連鎖，親本為互引相時：分析：分析：不論哪種基因組合的交配方式，測交后代中親不論哪種基因組合的交配方式，測交后代中親組合的頻率都是組合的頻率都是97%左右（高），重組合的頻率僅左右（高），重組合的頻率僅占占3%左右（低）。左右（低）。 RF值越小，基因間的連鎖強(qiáng)度越大。值越小，基因間的連鎖強(qiáng)度越大。 RF值越大，基因間的連鎖強(qiáng)度越小；接近值越大，基因間的連鎖強(qiáng)度越小；接近50%時，基因間的連鎖關(guān)系難以判斷，必須用大量時，基因間的連鎖關(guān)系難以判斷，必須用大量的測交后代的數(shù)據(jù)方可鑒別。的測交后代的數(shù)據(jù)方可鑒別。連鎖現(xiàn)象在生物界普遍存在。連鎖

13、現(xiàn)象在生物界普遍存在。連鎖群連鎖群(linkage group) ：連鎖群的數(shù)目連鎖群的數(shù)目=單倍體染色體數(shù)單倍體染色體數(shù)(n) 人類人類 果蠅果蠅l 摩爾根摩爾根l遺傳學(xué)第三大定律遺傳學(xué)第三大定律：連鎖交換定律連鎖交換定律。 l內(nèi)容內(nèi)容：l 處在同一染色體上的兩個或多個基因聯(lián)合處在同一染色體上的兩個或多個基因聯(lián)合在一起傳入子代的頻率大于重新組合的頻率在一起傳入子代的頻率大于重新組合的頻率. . 重組類型的產(chǎn)生是由于配子形成時，同源染色重組類型的產(chǎn)生是由于配子形成時，同源染色體的非姊妹染色單體間發(fā)生了局部交換的結(jié)果體的非姊妹染色單體間發(fā)生了局部交換的結(jié)果。 1. 分離定律是自由組合定律和連鎖交

14、換定律的基礎(chǔ)；分離定律是自由組合定律和連鎖交換定律的基礎(chǔ)； 2. 自由組合定律和連鎖交換定律是生物體遺傳性狀發(fā)自由組合定律和連鎖交換定律是生物體遺傳性狀發(fā)生生變異變異的主要機(jī)制；的主要機(jī)制； 3. 自由組合與連鎖交換的區(qū)別：自由組合與連鎖交換的區(qū)別： (1)染色體間重組染色體間重組(interchromosomal recombination) 染色體內(nèi)重組染色體內(nèi)重組(intrachromosomal recombination) (2)自由組合受生物染色體對數(shù)的限制，而連鎖交換自由組合受生物染色體對數(shù)的限制，而連鎖交換則受其染色體本身長度的限制。則受其染色體本身長度的限制。 生理學(xué)及遺傳學(xué)

15、家生理學(xué)及遺傳學(xué)家JBSHaldane（英）（英） 凡是較少發(fā)生交換的個體必定是異配性別凡是較少發(fā)生交換的個體必定是異配性別個體。個體。霍爾丹定律?；魻柕ざ伞?在一定條件下，相同基因之間的交換值是在一定條件下，相同基因之間的交換值是相對穩(wěn)定的。相對穩(wěn)定的。雙交換（雙交換（double crossingover）雙交換特點（雙交換特點（1）（）（2）（）（3）A ba B 單交換單交換A Ba b A Ba b雙交換雙交換A Ba bA C Ba c b A c Ba C b雙交換雙交換Consequences of a double exchange between two nonsiste

16、r chromatids. 基因在染色體上的位置是相對恒定的。根據(jù)是兩基因在染色體上的位置是相對恒定的。根據(jù)是兩個基因之間的重組值個基因之間的重組值(率率)的相對恒定性。不同基因間的相對恒定性。不同基因間的重組值不同。的重組值不同。 摩爾根摩爾根(1911) ：重組值重組值(交換值交換值)的大小反映著的大小反映著基因座在染色體上距離的遠(yuǎn)近。于是將交換的百分率基因座在染色體上距離的遠(yuǎn)近。于是將交換的百分率直接定為染色體上基因座之間的距離單位。直接定為染色體上基因座之間的距離單位。 AHSturtevant ：“基因的直線排列基因的直線排列”原理原理任何任何3個距離較近的個距離較近的a、b、c連鎖

17、基因，若已分別測得連鎖基因，若已分別測得a、b和和b、c間的距離，間的距離，那么那么a、c的距離，就必然等于前二者距離的和或差。的距離，就必然等于前二者距離的和或差。1基因定位基因定位(gene mapping) 2染色體圖染色體圖(chromosome map)3圖距圖距(map distance) 圖距單位圖距單位(map unit，mu)： “厘摩厘摩” (centimorgan, cM)，l cM=l%重組值去掉重組值去掉%的數(shù)值。的數(shù)值。1). 測交并計算重組值：測交并計算重組值： bi-w: 5.3cM w-y: 1.1 cM (1) w-y-bi (2) y-w-bi y-bi:

18、 5.5 cM2). 畫出基因連鎖圖。畫出基因連鎖圖。 (1) w y bi 1.1 cM 4.2cM (2) y w bi 1.1 cM 5.3cM 1. 工作量大，需要作三次雜交，三次測交；工作量大，需要作三次雜交，三次測交；2. 不能排除不能排除雙交換的影響，準(zhǔn)確性不夠高雙交換的影響，準(zhǔn)確性不夠高。當(dāng)兩基因位點間超過當(dāng)兩基因位點間超過5個遺傳單位時，兩點測驗的個遺傳單位時，兩點測驗的準(zhǔn)確性就不夠高。準(zhǔn)確性就不夠高。MorganSturtevant：用用3個基因的雜合體個基因的雜合體abc/+與與3個基因的隱性純合體個基因的隱性純合體abc/abc做測交。做測交。以下用實驗說明其遺傳分析的

19、方法：以下用實驗說明其遺傳分析的方法： 表型表型 個體數(shù)目個體數(shù)目 比例比例 類型類型ec ct + 2125+ + cv 2207ec + cv 273 + ct + 265ec + + 217 + ct cv 223+ + + 5 ec ct cv 3 合計合計 5318 100% 81.5% 親本型親本型 10.1% 單交換型單交換型 8.3% 單交換型單交換型 0.1% 雙交換型雙交換型 ec-ct間的重組值是間的重組值是18.4%，但不等于，但不等于ec-cv及及cv-ct間兩間兩個重組值分量之和，即個重組值分量之和，即10.2%+8.4%=18.6%=/=18.4%。計。計算的算的

20、ec-ct重組值為什么低于重組值為什么低于ec-cv及及cv-ct間重組值之和間重組值之和? 因為在雙交換類型中，末端兩個基因因為在雙交換類型中，末端兩個基因(ec和和ct)之間雖同時之間雖同時發(fā)生了兩次交換，但看不到重組，對于發(fā)生了兩次交換，但看不到重組，對于ec-ct來講，雙交來講，雙交換的結(jié)果等于不交換。只有當(dāng)基因換的結(jié)果等于不交換。只有當(dāng)基因cv存在時，才能從表存在時，才能從表型上辨認(rèn)出雙交換。型上辨認(rèn)出雙交換。后代后代8種個體中，種個體中，+和和ec ct cv為雙交換產(chǎn)物，計為雙交換產(chǎn)物，計算算ec-cv及及cv-ct重組值時都用了此數(shù)值，但計算重組值時都用了此數(shù)值，但計算ec-c

21、t的的重組值時卻未用到，因為重組值時卻未用到，因為ec-ct間雙交換的結(jié)果并不出間雙交換的結(jié)果并不出現(xiàn)重組，所以現(xiàn)重組，所以ec-ct之間的實際交換值為重組值加之間的實際交換值為重組值加2倍倍雙交換值，即雙交換值，即18.4%+2*0.1%=18.6%。對。對ec-ct的交換的交換值作上述校正之后，它們之間的圖距就是值作上述校正之后，它們之間的圖距就是18.6cM，正，正好等于好等于 ec-cv和和cv-ct圖距之和。因此當(dāng)三點測交后代圖距之和。因此當(dāng)三點測交后代出現(xiàn)出現(xiàn)8種表型時，表明相距較遠(yuǎn)的末端兩個基因間必種表型時，表明相距較遠(yuǎn)的末端兩個基因間必定有雙交換發(fā)生，而末端兩基因間的重組值往往

22、會低定有雙交換發(fā)生，而末端兩基因間的重組值往往會低估了交換值，此時需要用兩倍雙交換值來作校正。若估了交換值，此時需要用兩倍雙交換值來作校正。若相距較近的相距較近的3個基因的三點測交，往往不出現(xiàn)雙交換個基因的三點測交，往往不出現(xiàn)雙交換類型，測交后代只有類型，測交后代只有6種表型，無需校正。種表型，無需校正。1）. 干涉干涉(interference, I) 在三點測交中每發(fā)生一次在三點測交中每發(fā)生一次 單交換都會影響它鄰近發(fā)生另一次單交換，這單交換都會影響它鄰近發(fā)生另一次單交換，這種現(xiàn)象稱作干涉或染色體干涉。種現(xiàn)象稱作干涉或染色體干涉。2）. 正干涉和負(fù)干涉正干涉和負(fù)干涉 第一次交換發(fā)生后，引起

23、鄰近發(fā)生第二次交換第一次交換發(fā)生后，引起鄰近發(fā)生第二次交換機(jī)會降低的情況稱為正干涉機(jī)會降低的情況稱為正干涉(positive interference) ，引起第二次交換機(jī)會增加的為負(fù)干涉引起第二次交換機(jī)會增加的為負(fù)干涉(negative interference) 。 觀察到的雙交換率與預(yù)期的雙交換率的比值稱做觀察到的雙交換率與預(yù)期的雙交換率的比值稱做并發(fā)系數(shù)并發(fā)系數(shù)(coefficient of coincidence，C)。 干涉干涉I=l-C。C愈大，干涉愈??；愈大，干涉愈小；C=l時，時，I=0, 沒沒有干涉；有干涉；I=1表示干涉完全，實驗中無雙交換，后代表示干涉完全，實驗中無雙交

24、換，后代只有只有6種表型，一般是由于基因間相距很近，雙交換種表型，一般是由于基因間相距很近，雙交換不易發(fā)生。不易發(fā)生。A partial genetic map of the four chromosome of Drosophila melanogaster. 關(guān)于遺傳學(xué)圖的補(bǔ)充說明關(guān)于遺傳學(xué)圖的補(bǔ)充說明: (1).一般以最左瑞的基因位置為一般以最左瑞的基因位置為0，隨研究進(jìn)展，發(fā)現(xiàn)有，隨研究進(jìn)展，發(fā)現(xiàn)有新基因在更左端時，把新基因在更左端時，把0點的位置讓給新基因，其余的基因點的位置讓給新基因，其余的基因座相應(yīng)移動。座相應(yīng)移動。 (2). 重組率在重組率在0%-50%之間，但遺傳學(xué)圖上可出現(xiàn)

25、之間，但遺傳學(xué)圖上可出現(xiàn)50個單個單位以上的圖距。這是因為這兩個基因之間距離較遠(yuǎn)，發(fā)生多位以上的圖距。這是因為這兩個基因之間距離較遠(yuǎn)，發(fā)生多次交換的緣故，但實際上它們之間的重組率不會超過次交換的緣故，但實際上它們之間的重組率不會超過50%。要從圖上得知基因之間的重組率只限于鄰近的基因座間。相要從圖上得知基因之間的重組率只限于鄰近的基因座間。相距較遠(yuǎn)基因之間的重組率要通過測交才能得知。距較遠(yuǎn)基因之間的重組率要通過測交才能得知。y w v m r 0.0 1.0 30.7 33.7 57.6基因間的距離與交換值、遺傳距離、連鎖強(qiáng)度基因間的距離與交換值、遺傳距離、連鎖強(qiáng)度 一一. 鏈孢霉（鏈孢霉（N

26、eurospora crassa）的生活史）的生活史l 分生孢子(conidia)l交配型交配型（matig type）l子囊果子囊果(peri thecium)子實體子實體l子囊子囊(ascus)l子囊孢子子囊孢子(ascospore)分生孢子（分生孢子（n）菌絲菌絲（n）子實體子實體核融合核融合合子核合子核(2n)交配型交配型A交配型交配型B減數(shù)分裂減數(shù)分裂I減數(shù)分裂減數(shù)分裂II有絲分裂有絲分裂萌發(fā)萌發(fā)(n)子囊孢子（子囊孢子（n）粗糙鏈孢霉屬于低等真核生物，特點：粗糙鏈孢霉屬于低等真核生物，特點： (1).子囊孢子是單倍體，無顯隱性復(fù)雜性，表型子囊孢子是單倍體，無顯隱性復(fù)雜性，表型直接反

27、映基因型。直接反映基因型。 (2). 一次只分析一個減數(shù)分裂的產(chǎn)物。一次只分析一個減數(shù)分裂的產(chǎn)物。 (3). 體積小，易增殖，易培養(yǎng)，一次雜交可以產(chǎn)體積小，易增殖，易培養(yǎng)，一次雜交可以產(chǎn)生大量后代，易于獲得正確的統(tǒng)計結(jié)果。生大量后代，易于獲得正確的統(tǒng)計結(jié)果。 (4). 進(jìn)行有性生殖，染色體的結(jié)構(gòu)和功能類似于進(jìn)行有性生殖，染色體的結(jié)構(gòu)和功能類似于高等動、植物。高等動、植物。 粗糙脈孢菌的營養(yǎng)菌絲體是分節(jié)的，每一節(jié)粗糙脈孢菌的營養(yǎng)菌絲體是分節(jié)的，每一節(jié)內(nèi)含有許多單倍體的核，它的每一節(jié)都有不成對內(nèi)含有許多單倍體的核，它的每一節(jié)都有不成對的的7條染色體。分生孢子萌發(fā)，菌絲生長，形成條染色體。分生孢子萌

28、發(fā)，菌絲生長，形成菌絲體，菌絲再長出分生孢子散開去，繼續(xù)無性菌絲體，菌絲再長出分生孢子散開去，繼續(xù)無性繁殖周期。繁殖周期。 兩種不同的接合型相互結(jié)合兩種不同的接合型相互結(jié)合:一種接合型菌株一種接合型菌株(A)的分生孢子落在另一種接合型菌株的分生孢子落在另一種接合型菌株(a)的子實體的受的子實體的受精絲上。其細(xì)胞核進(jìn)人受精絲中，形成異核體。經(jīng)精絲上。其細(xì)胞核進(jìn)人受精絲中，形成異核體。經(jīng)多次有絲分裂，兩種細(xì)胞核在子囊多次有絲分裂，兩種細(xì)胞核在子囊(ascus)中融合成中融合成合子核合子核(2n)。接著合子核在子囊中進(jìn)行減數(shù)分裂，每。接著合子核在子囊中進(jìn)行減數(shù)分裂，每一個二倍體核產(chǎn)生一個二倍體核產(chǎn)生

29、4個單倍體核。每一單倍體又進(jìn)行個單倍體核。每一單倍體又進(jìn)行一次有絲分裂，使每一成熟的子囊中含有一次有絲分裂，使每一成熟的子囊中含有8個子囊孢個子囊孢子，其中鄰接的每一對孢子有相同的基因型。子，其中鄰接的每一對孢子有相同的基因型。1、順序四分子、順序四分子1）四分子四分子(tetrad) 一個性母細(xì)胞減數(shù)分裂的四個產(chǎn)物（子代個一個性母細(xì)胞減數(shù)分裂的四個產(chǎn)物（子代個體）留在一起體）留在一起. 四分子分析四分子分析(tetrad analysis) 對四分子進(jìn)行遺傳學(xué)分析對四分子進(jìn)行遺傳學(xué)分析. 順序四分子順序四分子(ordered tetrad)： 鏈孢霉的減數(shù)分裂的鏈孢霉的減數(shù)分裂的 四個產(chǎn)物（

30、子代鏈孢霉）不僅留在一起，而且四個產(chǎn)物（子代鏈孢霉）不僅留在一起，而且 以以直線方式順序排列在子囊中。直線方式順序排列在子囊中。 脈孢菌減數(shù)分裂的脈孢菌減數(shù)分裂的4個產(chǎn)物保留在一起，稱為四個產(chǎn)物保留在一起，稱為四分子分子(tetrad)，但是，子囊的外形是如此狹窄，以致分，但是，子囊的外形是如此狹窄，以致分裂的紡錘體不能重疊，只能縱立于它的長軸之中，所裂的紡錘體不能重疊，只能縱立于它的長軸之中，所有分裂后的核有分裂后的核8個子囊孢子都從上到下順序排列個子囊孢子都從上到下順序排列成行，可以推知，第一對子囊孢子來自一條染色單體，成行，可以推知，第一對子囊孢子來自一條染色單體，第二對孢子則是來自這條

31、染色單體的姊妹染色單體第二對孢子則是來自這條染色單體的姊妹染色單體;第第三和第四對子囊孢子是來自前一條染色體同源染色體三和第四對子囊孢子是來自前一條染色體同源染色體的姊妹染色單體。所以，脈的姊妹染色單體。所以，脈孢孢菌減數(shù)分裂所產(chǎn)生的四菌減數(shù)分裂所產(chǎn)生的四分子是屬于順序四分子分子是屬于順序四分子(orded tetrad)。 順序四分子在遺傳分析上有很多優(yōu)越性順序四分子在遺傳分析上有很多優(yōu)越性 (1)可以把著絲粒作為一個座位可以把著絲粒作為一個座位(locus)，計算基因，計算基因與著絲粒的重組率，即著絲粒作圖。與著絲粒的重組率，即著絲粒作圖。 (2) 子囊中子囊孢子的對稱性，證明減數(shù)分裂是子

32、囊中子囊孢子的對稱性，證明減數(shù)分裂是一個交互過程。一個交互過程。 (3). 可以檢驗染色單體的交換有否干涉現(xiàn)象，還可以檢驗染色單體的交換有否干涉現(xiàn)象，還可利用它來進(jìn)行基因轉(zhuǎn)變可利用它來進(jìn)行基因轉(zhuǎn)變(gene conversion)的研究。的研究。 (4). 證明雙交換不僅可以包括證明雙交換不僅可以包括4線中的兩線而且可線中的兩線而且可以包括以包括3線或線或4線線 利用四分子分析法，測定基因與著絲利用四分子分析法，測定基因與著絲粒間的距離稱為著絲粒作圖。粒間的距離稱為著絲粒作圖。問題：問題：高等動植物中能否用高等動植物中能否用著絲粒作圖著絲粒作圖來來確定某基因在染色體上的位置？確定某基因在染色體

33、上的位置？AAaa 如果著絲粒與某雜合基因座之間沒有發(fā)生交換，如果著絲粒與某雜合基因座之間沒有發(fā)生交換，則減數(shù)分裂中，等位基因則減數(shù)分裂中，等位基因A和和a的分離發(fā)生在第一次減的分離發(fā)生在第一次減數(shù)分裂期間。數(shù)分裂期間。MIAAaanAAaaAAaanAAaa2nM A A A A A M A M A A a a A a a a a a a a (a) 第一次分裂分離第一次分裂分離 如果著絲粒與某雜合基因座之間發(fā)生了交換，則如果著絲粒與某雜合基因座之間發(fā)生了交換，則減數(shù)分裂中，等位基因減數(shù)分裂中，等位基因A和和a的分離發(fā)生在第二次減的分離發(fā)生在第二次減數(shù)分裂期間。數(shù)分裂期間。AaAaAaAaA

34、aAaAAaaAaAaMII2nnnn A A A A A M a M a a A A a a A a a A a a (b) 第二次分裂分離 第一次分裂分離: 第二次分裂分離: 8個子囊孢子排列類型 利用四分子分析法，測定基因與著絲粒間的距離，利用四分子分析法，測定基因與著絲粒間的距離，即根據(jù)子囊孢子基因型的排列順序，計算基因與著絲粒即根據(jù)子囊孢子基因型的排列順序，計算基因與著絲粒的重組率，確定基因與著絲粒之間的距離和排列順序。的重組率，確定基因與著絲粒之間的距離和排列順序。實驗說明：兩種鏈孢霉雜交：實驗說明：兩種鏈孢霉雜交： 野生型菌株野生型菌株(lys+，或十，或十)，子囊孢子：黑色。，

35、子囊孢子：黑色。 賴氨酸缺陷型賴氨酸缺陷型(lys 或或 )，子囊孢子：灰色。，子囊孢子：灰色。重組率重組率= 交換型子囊數(shù)交換型子囊數(shù) 總子囊總子囊 1/2100 賴氨酸缺陷型賴氨酸缺陷型(lys-) X 野生型野生型(lys+)序號子囊類型子囊數(shù)序號子囊類型子囊數(shù) 分裂類型分裂類型1. I2. 非交換型非交換型3. 4. II5. 交換型交換型6. RF= * *100% II(MI+MII) 9+5+10+16105+129+9+5+10+16=* *100% =7.3%=7.3cMlys+/-7.3cM例：煙酸依賴型例：煙酸依賴型(n +) X 腺嘌呤依賴型腺嘌呤依賴型(+ a)序號序

36、號 1 2 34567 +a+a+a+子子 +a+anan+nana囊囊 n+nan+a+a型型 n+ nanan+n+nan+分離分離 MIMI MIMI MIMII MIIMI MIIMII MIIMII MIIMII類別類別 PD NPDTTPDNPDT數(shù)目數(shù)目 80819059015(1). 對子囊進(jìn)行分類統(tǒng)計，不考慮孢子排列順序，根據(jù)性狀組合將四分子分對子囊進(jìn)行分類統(tǒng)計，不考慮孢子排列順序，根據(jù)性狀組合將四分子分為三種類型：為三種類型：1) PD: 親二型（親二型（parental ditype)：孢子有：孢子有2種基因型，且與親代相同種基因型，且與親代相同.2) NPD: 非親二型

37、（非親二型（non-parental ditype)：孢子有：孢子有2種基因型，且與親代不種基因型，且與親代不同同. 如果如果 PD:NPD=1:1，則兩個基因自由組合，否則連鎖。，則兩個基因自由組合，否則連鎖。3) T: 四型（四型（tetratype):孢子有孢子有4種基因型，種基因型， 2種與親代相同種與親代相同, 2種與親代不同種與親代不同. 鏈孢霉的連鎖作圖鏈孢霉的連鎖作圖 nic（nicotinic) ad（adenine） PD為親二型親二型（parental ditype） NPD為非親二型非親二型 ( nonparental ditype ) T為四型四型（tetratyne

38、）表： nicnic + + + + ad ad 得到不同子囊型的后代得到不同子囊型的后代 （1 1） （2 2） （3 3） （4 4） （5 5） （6 6） （7)7) ad ad adad adad ad ad ad nic ad nicad nic ad nic nic ad nicnic ad nic ad ad nicnic + + nic ad nicnic ad nic adad adad nicnic + + nic ad nic ad nic nic ad nic ad nic nicnic nic ad nicnic ad nic M M 1 1 M M 1 1 M M

39、 1 1 M M 1 1 M M 1 1 M M 2 2 M M 2 2 M M 1 1 M M 2 2 M M 2 2 M M 2 2 M M 2 2 M M 2 2 M M2 2 （PDPD） （NPDNPD）（T T） （T T） （PDPD） （NPDNPD） （T)T) 808 808 1 1 90 5 90 5 90 901 1 5 5無交換無交換 0%單交換單交換 50%四線雙交換四線雙交換 100%二線雙交換二線雙交換 50%單交換單交換 0%四線多交換四線多交換 100%三線雙交換三線雙交換 50%子囊型子囊型 染色體圖染色體圖 交換類型，重組率及四分子類型交換類型，重組率及

40、四分子類型 + ade + ade + ade + ade (1) + ade (5) nic + nic + + ade nic + nic + nic + nic + + + + + + + + +(2) + + (6) nic ade nic ade + + nic ade nic ade nic ade nic ade + + + ade + + + nic(3) + ade (7) nic + nic + + ade nic ade nic ade nic + nic + + ade + ade(4) nic ade + + nic + nic +RF.-n= * *100% II

41、MI+MII 5+90+1+5 1000=* *100% =5.05%=5.05cM序號序號 1 2 34567 +a+a+a+子子 +a+anan+nana囊囊 n+nan+a+a型型 n+ nanan+n+nan+分離分離 MIMI MIMI MIMII MIIMI MIIMII MIIMII MIIMII類別類別 PD NPDTTPDNPDT數(shù)目數(shù)目 80819059015-n 5.05 序號序號 1 2 34567 +a+a+a+子子 +a+anan+nana囊囊 n+nan+a+a型型 n+ nanan+n+nan+分離分離 MIMI MIMI MIMII MIIMI MIIMII

42、MIIMII MIIMII類別類別 PD NPDTTPDNPDT數(shù)目數(shù)目 80819059015RF.-a= * *100% II MI+MII 90+90+1+51000=* *100% =9.3%=9.3cM -a 9.3RFn-a= NPD+ T PD+ NPD + T(1+1) + (90+5+5) 1000=5.2%=5.2cM（5）畫出基因連鎖圖：）畫出基因連鎖圖：-n 5.2 -a5.05 9.3+0.95=10.25 -n -a 5.05 9.3lRFRF（著絲粒（著絲粒- -nicnic） = (4)(5)(6)(7) 1000 1/2 100% = (5+90+1+5) 1

43、000 1/21/2 = 5.05 % = 5.05 (m.u)5.05 % = 5.05 (m.u)lRFRF（著絲粒（著絲粒- -adad） = (3) (5) (6) (7) 1000 1/2 100% = (90+90+1+5) 1000 1/21/2 = 9.30 % = 9.30 (m.u)% = 9.30 (m.u)lnic 和和ad 這兩個基因是否連鎖這兩個基因是否連鎖 ?lRF(RF(nicad) ) = ( NPD+1/2 T) 總子囊數(shù)總子囊數(shù) = (2) + (6) + 0.5 (3) (4) (7) 1000 = (1+1) + 0.5 ( 90+5+5 ) 1000

44、 = 5.2 % = 5.2 (m.u.)lnic 和和 ad 分別位于著絲點的兩側(cè)還是同側(cè)？分別位于著絲點的兩側(cè)還是同側(cè)？ (1)若若nicnic和和adad不在同不在同 nic ad 一條染色體上：一條染色體上： 5.05 9.035.05 9.03 (2) 若若nicnic和和adad 連鎖，連鎖， nic ad 但在著絲但在著絲點兩側(cè)：點兩側(cè)： 5.05 9.039.03 (3) 若若nicnic和和adad 連鎖連鎖, , nic ad 在著絲點同側(cè)在著絲點同側(cè): : 5.055.05 9.03 圖：圖： nic,adnic,ad 座位著絲點作圖分析座位著絲點作圖分析l因親組合因親組

45、合(M1M1)約占約占80，表明是連鎖的；，表明是連鎖的；不同步不同步： M2M15 M1M290 o 5.05 nic ad 9.03 o nic 之間發(fā)生交換的子囊為之間發(fā)生交換的子囊為 101 o ad 之間發(fā)生交換的子囊為之間發(fā)生交換的子囊為186同步同步：M2M2= 90 + 1+ 5 = 96 o nic 之間發(fā)生交換的子囊為之間發(fā)生交換的子囊為 101次交換中有次交換中有96次次 o ad 之間也發(fā)生了交換之間也發(fā)生了交換 如前所述，重組通常總是交互的，如在一個如前所述，重組通?？偸墙换サ?，如在一個雜合體雜合體Aa中，如果一染色體把基因中，如果一染色體把基因A交給其同源交給其同源

46、染色體，則它的同源染色體必定把染色體，則它的同源染色體必定把 a回交給它?；亟唤o它。所以在真菌如鏈孢霉中，一個座位上的兩等位基所以在真菌如鏈孢霉中，一個座位上的兩等位基因分離時，應(yīng)該呈現(xiàn)因分離時，應(yīng)該呈現(xiàn)2：2分離，即野生型與突變分離，即野生型與突變型孢子為型孢子為4：4分離。分離。19301930年年WinklerWinkler把真菌中不規(guī)則分離現(xiàn)象解釋為基把真菌中不規(guī)則分離現(xiàn)象解釋為基因轉(zhuǎn)變（因轉(zhuǎn)變（conversionconversion）。）。Lindegren,C.CLindegren,C.C（19491949）報道了酵母有規(guī)律的異常）報道了酵母有規(guī)律的異常分離現(xiàn)象：交配型分離現(xiàn)象：

47、交配型A Aa a的雜交中，有些子囊所含的的雜交中，有些子囊所含的孢子為（孢子為（3A+1a3A+1a），也稱為基因轉(zhuǎn)變。），也稱為基因轉(zhuǎn)變。5050年代中期年代中期Mitchell M.B.Mitchell M.B.發(fā)現(xiàn)了鏈孢霉中的異常發(fā)現(xiàn)了鏈孢霉中的異常分離，認(rèn)為其不是由于整個染色體的異常行為，而分離，認(rèn)為其不是由于整個染色體的異常行為，而是由于特定位點的是由于特定位點的“基因轉(zhuǎn)變基因轉(zhuǎn)變”所致，即屬于基因所致，即屬于基因內(nèi)重組。內(nèi)重組。Olive, E1-AniOlive, E1-Ani和和KitaniKitani等在糞殼菌（等在糞殼菌（Sodaria Sodaria fimicolaf

48、imicola）中也發(fā)現(xiàn)了異常分離。認(rèn)為這種異常分）中也發(fā)現(xiàn)了異常分離。認(rèn)為這種異常分離是有絲分裂的產(chǎn)物，稱為減數(shù)后分離離是有絲分裂的產(chǎn)物，稱為減數(shù)后分離（postmeiotic segreationpostmeiotic segreation） + pdxp pdx + 585個子囊，其中4個特殊 子子 囊囊孢孢 子子 對對第一對第一對 + pdxp pdx + + + pdx +第二對第二對 + + pdx + + pdxp + pdxp第三對第三對 + pdxp + + pdx + + +第四對第四對 pdx + + pdxp pdx + pdx + 1 2 3 4 重組？！重組？！ 相

49、反的重組子未出現(xiàn)。相反的重組子未出現(xiàn)。 突變？！突變？！ 其出現(xiàn)的概率比正常的突變率高的多。其出現(xiàn)的概率比正常的突變率高的多。pdx + + pdxp pdx + + pdxppdx + pdx + pdx pdxp pdx + + + + + + pdxp + pdxp 正常分離正常分離 正常正常2：2 異常異常3：1 基因轉(zhuǎn)變往往伴有轉(zhuǎn)換區(qū)外基因的重組，但基因轉(zhuǎn)變往往伴有轉(zhuǎn)換區(qū)外基因的重組，但區(qū)外基因的重組是正常的交互形式，所以雖然區(qū)外基因的重組是正常的交互形式，所以雖然pdxp位點出現(xiàn)異常的位點出現(xiàn)異常的3：1（或（或6：2）分離，但鄰）分離，但鄰接的接的pdx位點仍顯示正常的位點仍顯示

50、正常的2：2分離。分離。 在糞生糞殼菌中也發(fā)現(xiàn)此現(xiàn)象。被廣泛研究的在糞生糞殼菌中也發(fā)現(xiàn)此現(xiàn)象。被廣泛研究的是是g基因，其決定子囊孢子的顏色：基因，其決定子囊孢子的顏色： g+為黑色為黑色 g-為灰色為灰色 g+ g- 正常正常4：4 5：3 6：2 3：1：1：3 異常（異常（0.080.06%）+gg+ +g+ + + + + + g g 6：2+/gg+ + + + + g g g 5：3+/g+/g + + + g + g g g 異常異常4：4 此菌異常分離子代中，雖此菌異常分離子代中，雖g+/g-呈現(xiàn)異常分離，但鄰近的呈現(xiàn)異常分離，但鄰近的A/a基因仍呈現(xiàn)正常分離?；蛉猿尸F(xiàn)正常分離

51、。A A a aAAaag+A g+Ag+a g-ag+Ag-Ag-ag-a非重組孢子對非重組孢子對重組孢子對，其中一個孢重組孢子對，其中一個孢子發(fā)生基因轉(zhuǎn)變子發(fā)生基因轉(zhuǎn)變重組孢子對，其中一個孢重組孢子對，其中一個孢子發(fā)生基因轉(zhuǎn)變子發(fā)生基因轉(zhuǎn)變非重組孢子對非重組孢子對 A g+ A g+ a g+ A g+ 全部校正 4 : 4 a g+ 6 :2 a g 正常分離 正常分離 a g A g+ 未校正 A g+ A g+ a g A g+ a g 部分 a g+ 校正 a g a g+ a g+ 5 : 3 A g+ A g+ 異常 a g+ 4 : 4 分離 A g+ 異常分離 A g A

52、g a g a g A g a g a g a g 圖 23-7 基因轉(zhuǎn)變和減數(shù)后分離（一）各種模型理論（一）各種模型理論 1 1、交叉理論交叉理論（chiasmatatype hypothesis） 1909年Janssens并提出了交叉型理論 2 2、斷裂重接（愈合）模型斷裂重接（愈合）模型 1937年Darlington提出 3、模板選擇學(xué)說模板選擇學(xué)說（copy choice copy choice ） Belling J.首先提出，1933年他又撤回了這 一假設(shè)。 4、 19481948年年HersheyHershey提出提出模板選擇學(xué)說模板選擇學(xué)說 1 2. 斷裂重接模型 3. 4

53、. 1 2. 模板選擇復(fù)制 模型 3. 4. 圖 23-3 斷裂重接模型和模板選擇復(fù)制模型的比較 斷裂重接模型斷裂重接模型不能解釋基因轉(zhuǎn)變和極化子現(xiàn)象模板選擇復(fù)制模型模板選擇復(fù)制模型存在的問題： (1) 違背了半保留復(fù)制； (2) DNA復(fù)制應(yīng)在S期，重組應(yīng)在粗線期，不應(yīng)同時發(fā)生。 (3)不能解釋3線和4線交換。（二）（二） Holliday 模型模型 基因重組的模型都必須解釋異源雙基因重組的模型都必須解釋異源雙鏈的形成以及基因轉(zhuǎn)變往往伴隨著兩側(cè)鏈的形成以及基因轉(zhuǎn)變往往伴隨著兩側(cè)基因重組這一現(xiàn)象?；蛑亟M這一現(xiàn)象。19641964年美國學(xué)者年美國學(xué)者Robin Holliday提出了著名的Ho

54、llidayHolliday模型。模型。 (1) 5 A B 3 (8) A 3 5 B3 55 a b 3 兩臂旋轉(zhuǎn) 聯(lián)會 (2) 5 A B 3 b 3 5 a3 55 a b 3 (9) A 酶切 B (3) 5 A B 33 5 b 3 5 a5 a b 3 游離端移動聯(lián)會 (4) 5 A B 3 (10) A A 3 5 B B 3 55 a b 3 游離端交叉連接 b b(5) 5 A B 3 a a3 53 5 (11) A B A b5 a b 3 形成單鏈交叉 a b a B(6) 5 A B 33 5 3 5 A B A b 5 a b 3 分支點移動(7) A a b a

55、 B B a b 圖 238 Holiday 重組模型。g+ g-g+: 5-ACAGT-33-TGTCA-5 5-ACATT-33-TGTAA-5g-: 5-ACAGT-33-TGTCA-53-TGTAA-55-ACATT-3 重組重組 5-ACAGT-33-TGTAA-53-TGTCA-55-ACATT-3G（+）A（g）GC A丟失丟失TAG丟失丟失野生型（野生型（+） 突變型（突變型（g）三、重組類型三、重組類型（一）同源重組同源重組 (homologous recombination )或 普遍性重組普遍性重組（generalized recombination ）（二）位點特異性重

56、組位點特異性重組(site-specific recombination) 如1、在在att位點的整合位點的整合u 2、倒位重組：沙門氏細(xì)菌、倒位重組：沙門氏細(xì)菌（Salmonella） u 的相轉(zhuǎn)變的相轉(zhuǎn)變u Mu噬菌體噬菌體G片段的倒位片段的倒位u 3、 酵母交配型轉(zhuǎn)變的重組酵母交配型轉(zhuǎn)變的重組（三）非同源重組非同源重組 如轉(zhuǎn)座如轉(zhuǎn)座 噬菌體 P O P 包裝 感染宿主 P O P B O B Int Int IHF IHF Xis B O P P O B 圖 23-21噬菌體的整合和切離 四、轉(zhuǎn)座四、轉(zhuǎn)座1951年McClintock：轉(zhuǎn)座轉(zhuǎn)座（Transposition） 跳躍基因跳躍

57、基因(jumping gene) 1、原核生物中的轉(zhuǎn)座因子的發(fā)現(xiàn)和檢出原核生物中的轉(zhuǎn)座因子的發(fā)現(xiàn)和檢出 1967年年Shapiro才在才在E.coli的的半乳糖操縱子半乳糖操縱子(gal K,T,E）中發(fā)現(xiàn)了轉(zhuǎn)座因子（）中發(fā)現(xiàn)了轉(zhuǎn)座因子（transposable element）。）。l2原核轉(zhuǎn)座因子的類型原核轉(zhuǎn)座因子的類型l(1) 插入序列插入序列(IS)l(2) 復(fù)合轉(zhuǎn)座子。復(fù)合轉(zhuǎn)座子。 l(3) TnA家族家族 l (4)Mu噬菌體噬菌體表 23-4 IS 的結(jié)構(gòu)和功能DR(bp)IR(bp)中心區(qū)域(bp)靶的選擇拷貝數(shù)IS 1923768隨機(jī)58IS25411327熱點5 (在 F因

58、子上為1)IS41113181428AAN20TTT1 或 2IS54161195熱點？IS10R9221329NGCTNAGCNIS50R991531熱點IS9039181057隨機(jī) 表 23-5 復(fù)合轉(zhuǎn)座子的結(jié)構(gòu)和功能轉(zhuǎn) 座因子長 度(bp)遺 傳標(biāo)記末 端 組件方向二組件的關(guān)系組件的功能Tn9033100KanRIS903反向相同二者皆有功能Tn92500CamRIS 1正向推測相同預(yù)計有功能Tn109300TetRIS 10R有功能IS 10L反向有 2.5%的差異無功能Tn55700KanRIS 50R有功能IS 50L反向1 bp 的改變無功能 IS 組件相同，方向相反 camR

59、ISL ISR IS 組件 IS 組件 中的 IR 中的 IR 圖 23-31 復(fù)合轉(zhuǎn)座子結(jié)構(gòu)的(Tn9) 轉(zhuǎn)錄單位 IR res IR tnpA tnpR ampR 38 3066 19 558 861 38tnpA GUA AUG tnpR -58 0 +105 mRNA mRNA 圖 23-34 TnA 的結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)錄 3轉(zhuǎn)座機(jī)制轉(zhuǎn)座機(jī)制l (1) 類型la、 復(fù)制型轉(zhuǎn)座復(fù)制型轉(zhuǎn)座（replicative transposition）lb、 非復(fù)制型轉(zhuǎn)座非復(fù)制型轉(zhuǎn)座（nonreplicative l transposition）lc、 保守轉(zhuǎn)座保守轉(zhuǎn)座（conservative tranp

60、osition）4轉(zhuǎn)座的共同中間體轉(zhuǎn)座的共同中間體 Tn 從 3 末端復(fù)制 產(chǎn)生共合體 靶 單鏈交錯切割 共合體 重組 轉(zhuǎn)座子被切開的 末端和靶被切開 的末端連接 交叉結(jié)構(gòu)(單鏈轉(zhuǎn)移復(fù)合 圖 2341 轉(zhuǎn)座模型。Mu 轉(zhuǎn)座產(chǎn)生交換結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)通過復(fù)制產(chǎn)生共合體， 共合體中的轉(zhuǎn)座子之間發(fā)生交換產(chǎn)生 2 個重組子。 轉(zhuǎn)座酶結(jié)合在 Tnd 兩端 轉(zhuǎn)座子末端被交錯剪切 + 另一條鏈也被切 受體也被交錯切割 圖 23-42 交換結(jié)構(gòu)經(jīng)剪切釋放 供體被釋放 Tn 連接到靶上 后導(dǎo)致非復(fù)制型轉(zhuǎn)座子插入到靶 DNA 中，DR 包在兩側(cè)，供體留 下了一個雙鏈缺口。 圖 23-43 Tn 的兩條鏈先后被切割，然后