遺傳學(xué)-第四章 遺傳圖的制作和基因定位

第四章基因定位4.1真核生物基因定位的根本方法和遺傳圖的制作基因定位：確定基因在染色體上的相對(duì)位置和排列次序。圖距：基因在染色體圖上的距離，以重組值去掉％表示。單位：圖距單位(mapunit,mu)或厘摩〔centimorgan，cM〕方法：兩點(diǎn)測(cè)交，三點(diǎn)測(cè)交總配子數(shù)重組配子數(shù)重組值＝×

100%＝測(cè)交后代總數(shù)測(cè)交后代重組類型數(shù)×

100%一、兩點(diǎn)測(cè)交每次只測(cè)定兩個(gè)基因間的遺傳距離。親本雜交，雜種F1與雙隱性親本測(cè)交，考察測(cè)交子代的類型與比例，計(jì)算重組值。例：玉米第9染色體上三對(duì)基因間連鎖分析：子粒顏色： 有色(C)對(duì)無(wú)色(c)為顯性；飽滿程度： 飽滿(SH)對(duì)凹陷(sh)為顯性；淀粉粒： 非糯性(Wx)對(duì)糯性(wx)為顯性.(1)(CCShSh×ccshsh)F1 × ccshsh(2)(wxwxShSh×WxWxshsh)F1× wxwxshsh(3)(wxwxCC×WxWxcc)F1 × wxwxcc〔1〕P：CSh/CSh×csh/cshF1:CSh/csh×csh/cshCSh/cshcsh/cshCsh/cshcSh/csh40324035149152

149＋1524032＋4035＋149＋152C-Sh的重組值＝×100%＝3.6%〔2〕P：wxSh/wxSh×Wxsh/WxshF1:wxSh/Wxsh×wxsh/wxshwxSh/wxshWxsh/wxshwxsh/wxshWxSh/wxsh5885599115311488

1531＋14885885＋5991＋1531＋1488Wx-Sh的重組值＝×100%＝20%〔3〕P：WxC/WxC×wxc/wxcF1:WxC/wxc×wxc/wxcWxC/wxcwxc/wxcWxc/wxcwxC/wxc25422716739717

739＋7172542＋2716＋739＋717Wx-C的重組值＝×100%＝22%兩點(diǎn)測(cè)交的局限性1.工作量大，對(duì)于三個(gè)基因位點(diǎn)需要作三次雜交，三次測(cè)交；2.無(wú)法檢出雙交換，準(zhǔn)確性不夠高。二、三點(diǎn)測(cè)交通過(guò)一次雜交和一次測(cè)交，同時(shí)確定三對(duì)等位基因的排列順序和它們之間的遺傳距離。優(yōu)點(diǎn)：〔1〕比兩點(diǎn)測(cè)交方便、準(zhǔn)確。一次三點(diǎn)測(cè)交相當(dāng)于3次兩點(diǎn)測(cè)交所獲得的結(jié)果?！?〕可以檢出雙交換。三點(diǎn)測(cè)交的特點(diǎn)：測(cè)交后代的個(gè)體親本型數(shù)量最多，雙交換型數(shù)量最少；雙交換的結(jié)果是：與親本相比，3個(gè)基因中只有處于中間的基因位置發(fā)生改變，另外兩個(gè)基因位置不變。以玉米C/c、Sh/sh、Wx/wx三對(duì)基因連鎖分析為例，在描述時(shí)用“+〞代表各基因?qū)?yīng)的顯性基因。1.用三對(duì)性狀差異的兩個(gè)純系作親本進(jìn)行雜交、測(cè)交；2.考察測(cè)交后代的表現(xiàn)型、進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)；3.進(jìn)一步確定兩種親本類型和兩種雙交換類型；4.確定三對(duì)基因在染色體上的排列順序；5.計(jì)算基因間的交換值；6.繪制連鎖遺傳圖。三點(diǎn)測(cè)交舉例：1＋＋＋22382cshwx21983c＋＋984＋sh

wx1075＋＋wx6726csh＋6627c＋wx398＋sh＋19Total6033玉米三對(duì)基因的三點(diǎn)測(cè)交結(jié)果F1配子的基因型實(shí)得籽粒數(shù)三、干預(yù)和并發(fā)率干預(yù)(interference)：一個(gè)交換發(fā)生后，它往往會(huì)影響鄰近基因交換的發(fā)生，其結(jié)果是使實(shí)際雙交換值不等于理論雙交換值。并發(fā)率：并發(fā)系數(shù)(coefficidenceofcoincidence,c)

實(shí)際雙交換值理論雙交換值C＝干預(yù)與并發(fā)率的關(guān)系干預(yù)(I)＝1－并發(fā)率(C)C越大，干預(yù)越??；C=0，表示完全干預(yù)；C=1，表示沒(méi)有干預(yù)；0<C<1時(shí)，表示存在正干預(yù)；C>1，負(fù)干預(yù)。

四、染色單體干預(yù)

(1)(2)(3)(4)(1)2-3二線雙交換(2)1-4四線雙交換(3)1-3三線雙交換(4)2-4三線雙交換

當(dāng)?shù)谝淮谓粨Q發(fā)生后，第二次交換可在任意兩條非姊妹染色單體之間進(jìn)行。如果兩條非姊妹染色單體之間的一次單交換會(huì)干預(yù)其他非姊妹染色單體之間的交換，這叫染色單體干預(yù)。五、遺傳學(xué)圖遺傳學(xué)圖〔geneticmap〕：依據(jù)基因之間的交換值表示連鎖基因在染色體上相對(duì)位置的簡(jiǎn)單線形示意圖，又稱基因連鎖圖〔linkagemap〕或染色體圖〔chromosomemap〕。連鎖群〔linkagegroup〕：位于一對(duì)同源染色體上的所有基因群。連鎖群數(shù)目：一般來(lái)說(shuō)，某種生物的連鎖群的數(shù)目等于該生物的染色體對(duì)數(shù)。座位〔locus〕：基因在遺傳學(xué)圖上的位置。遺傳作圖的過(guò)程與說(shuō)明：著絲點(diǎn)位置、圖距累加4.2脈孢霉四分子及遺傳學(xué)分析脈孢霉作為遺傳研究材料的優(yōu)點(diǎn)：個(gè)體小，生長(zhǎng)快，易培養(yǎng)；具有有性生殖過(guò)程；無(wú)性世代是單倍體；一次減數(shù)分裂的產(chǎn)物在一個(gè)子囊內(nèi)，易分析。一、四分子分析與著絲粒作圖四分子：脈孢霉的合子在子囊內(nèi)進(jìn)行兩次減數(shù)分裂所形成的四個(gè)子囊孢子。四分子分析：對(duì)四分子進(jìn)行的遺傳分析。順序四分子：脈孢霉減數(shù)分裂的四個(gè)產(chǎn)物以直線方式排列在子囊中，具有嚴(yán)格的順序。著絲粒作圖：以著絲粒作為一個(gè)基因座位，計(jì)算某一基因與著絲粒間的距離，稱為著絲粒作圖。該基因與著絲粒間的距離稱為著絲粒距離。AAAAAaaaaa減分Ⅰ減分II第一次分裂別離(MI)有絲分裂非交換型：基因與著絲粒間未發(fā)生交換AAAAaaaaAAAAAaaaaa第二次分裂別離(MII)有絲分裂a(bǔ)aAAaaAA交換型：基因與著絲粒間發(fā)生了交換減分Ⅰ減分II交換的子囊孢子數(shù)總孢子數(shù)著絲粒距離=

×

100%交換型子囊數(shù)總子囊數(shù)

=×

×

100%12=MIIMI+MII×

×

100%12二、二對(duì)基因的四分子分析兩對(duì)基因雜交產(chǎn)生的子囊類型：親二型(PD)：四個(gè)孢子中只有兩種基因型，與兩親本相同。非親二型(NPD)：四個(gè)孢子中只有兩種基因型，與兩親本不同。四型(T)：四個(gè)孢子中有四種基因型，兩種與兩親本相同，另兩種與兩親本不同。1.兩對(duì)基因位于不同染色體上無(wú)交換時(shí)，PD和NPD各占50％；有交換時(shí)，產(chǎn)生T型，親本型和重組型各占50％；均表現(xiàn)為自由組合。例：ab×++的雜交：2.兩對(duì)基因位于同一染色體上PD型子囊是由無(wú)交換或二線雙交換產(chǎn)生；NPD型子囊是由四線雙交換產(chǎn)生；T型子囊是由單交換或三線雙交換產(chǎn)生。=NPD+?TNPD+PD+T×

100%兩基因間的距離=

重組子數(shù)目總后代數(shù)×

100%1.按照子囊的別離發(fā)生時(shí)期和子囊類型對(duì)后代子囊進(jìn)行分類；2.按照不同類別對(duì)子囊進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)；3.計(jì)算兩基因與著絲粒間的距離；4.求兩基因之間的距離；5.根據(jù)所得數(shù)據(jù)判斷兩基因間的相對(duì)位置；6.繪制連鎖圖。例：脈孢霉nic＋×＋ade1.兩基因是否在同一染色體上？PD＝NPD，兩個(gè)基因位于不同的染色體上；PD>>NPD，兩個(gè)基因連鎖。2.連鎖的兩基因在著絲點(diǎn)的同側(cè)還是異側(cè)？根據(jù)MII期的子囊數(shù)目，PD＝NPD，兩個(gè)基因位于著絲點(diǎn)的異側(cè)；PD>>NPD，兩個(gè)基因位于著絲點(diǎn)的同側(cè)。如何判斷兩個(gè)基因的位置？4.5細(xì)菌的遺傳分析和基因定位細(xì)菌作為遺傳研究對(duì)象的特點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單：屬于原核生物，無(wú)明顯細(xì)胞核，染色體裸露，不與組蛋白結(jié)合，不進(jìn)行減數(shù)分裂。世代周期短：20分鐘一代容易獲得各種突變型①合成代謝缺陷型(營(yíng)養(yǎng)缺陷型)②分解代謝缺陷型③抗性突變型易培養(yǎng)，可長(zhǎng)期保藏細(xì)菌之間遺傳物質(zhì)的轉(zhuǎn)移方式轉(zhuǎn)化：細(xì)胞從周圍介質(zhì)中吸收裸露的DNA。接合：DNA從供體菌到受體菌直接轉(zhuǎn)移。轉(zhuǎn)導(dǎo)：由噬菌體所介導(dǎo)的DNA從供體菌到受體菌的轉(zhuǎn)移。

細(xì)菌的轉(zhuǎn)化和基因定位轉(zhuǎn)化的類型①自然轉(zhuǎn)化〔naturaltransformation〕細(xì)菌能夠自然地吸收DNA，如枯草桿菌的轉(zhuǎn)化。②工程轉(zhuǎn)化〔engineeredtransformation〕通過(guò)某種處理使細(xì)菌能夠攝入外源DNA，如大腸桿菌的轉(zhuǎn)化。轉(zhuǎn)化效率：約1％轉(zhuǎn)化片段的長(zhǎng)度：20kb細(xì)菌轉(zhuǎn)化過(guò)程示意圖轉(zhuǎn)化在基因定位中的應(yīng)用判斷兩個(gè)基因的位置關(guān)系①觀察DNA濃度降低時(shí)AB基因共轉(zhuǎn)化頻率的下降和A、B各自轉(zhuǎn)化頻率下降的程度：程度相同說(shuō)明；共轉(zhuǎn)化頻率下降的程度遠(yuǎn)大于各自轉(zhuǎn)化頻率下降的程度，說(shuō)明。②觀察轉(zhuǎn)化頻率：AB共轉(zhuǎn)化頻率與A、B各自轉(zhuǎn)化的頻率相近，說(shuō)明；相差很遠(yuǎn)，說(shuō)明?；蜃鲌D：判斷基因間的距離

連鎖不連鎖連鎖不連鎖計(jì)算重組值遺傳作圖4.5.2細(xì)菌的接合與基因定位一、接合現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)1946年，萊德伯格(Lederberg)和塔特姆(Tatum)A菌株：met－bio－thi＋leu＋thr＋〔thi：硫胺素B1〕B菌株：met＋bio＋thi－leu－thr－原養(yǎng)型：met＋bio＋thi＋leu＋thr＋A菌株：met－bio－thi＋leu＋thr＋〔thi：硫胺素B1〕B菌株：met＋bio＋thi－leu－thr－AA+BB

根本培養(yǎng)基

原養(yǎng)型：met＋bio＋thi＋leu＋thr＋

出現(xiàn)頻率：10－7分析原因發(fā)生了回復(fù)突變？可能是轉(zhuǎn)化的結(jié)果。培養(yǎng)基中含有某些代謝產(chǎn)物，混合后這些產(chǎn)物互相補(bǔ)充了對(duì)方的缺乏而得以在根本培養(yǎng)基上生長(zhǎng)。結(jié)論：重組子的產(chǎn)生需要兩個(gè)菌株的直接接觸，二者之間發(fā)生了遺傳物質(zhì)的轉(zhuǎn)移。Davis(1950)U型管實(shí)驗(yàn)結(jié)論：接合過(guò)程是一種單向轉(zhuǎn)移，從供體到受體。二、遺傳物質(zhì)的轉(zhuǎn)移方向1953年，海斯(W.Hayes)的雜交實(shí)驗(yàn)①菌株B〔str處理〕＋菌株A

↓

無(wú)菌落

②菌株A〔str處理〕＋菌株B

↓

有菌落

三、F因子1.F因子：致育因子〔性因子〕攜帶F因子的菌株稱為供體菌或雄性，用F＋表示。未攜帶F因子的菌株為受體菌或雌性，用F－表示。2.F因子的組成：①?gòu)?fù)制區(qū)(含2個(gè)復(fù)制起點(diǎn)oriT,oriV)；②致育基因區(qū)；③配對(duì)區(qū)〔含有4個(gè)IS〕3.

F因子的轉(zhuǎn)移：

4.F+×F-的特點(diǎn)：(1)F因子轉(zhuǎn)移的頻率高，使F-→F+。(2)染色體重組頻率低；10-6。(3)F+×F+不發(fā)生接合。因此，F(xiàn)+品系又稱為低頻重組品系(lowfrequencyrecombination，Lfr)。四、高頻重組(Hfr)1.Hfr的形成及轉(zhuǎn)移過(guò)程由F因子和細(xì)菌染色體的單交換產(chǎn)生；轉(zhuǎn)移時(shí)帶有供體細(xì)菌的染色體。2.Hfr的特點(diǎn)：(1)染色體重組頻率高，比F+×F-高1000倍；(2)F因子轉(zhuǎn)移頻率低，F(xiàn)-→F+很少或沒(méi)有。3.Hfr和F+的聯(lián)系和區(qū)別聯(lián)系：都是雄性菌，含有F質(zhì)粒區(qū)別：〔1〕前者高頻重組，后者低頻重組；〔2〕前者F因子轉(zhuǎn)移頻率低，后者F因子轉(zhuǎn)移頻率高；〔3〕前者F因子整合，后者F因子游離。五、中斷雜交作圖根據(jù)供體基因進(jìn)入受體細(xì)胞的順序和時(shí)間繪制連鎖圖的技術(shù)。1961年Jacob和Wollman供體HfrH：strsthr＋leu＋azirtonrlac＋gal＋受體F－：strrthr－leu－azistonslac－gal－操作方法：37℃混合培養(yǎng)每隔一段時(shí)間取樣攪拌器中斷雜交涂布含鏈霉素的根本篩選培養(yǎng)基影印培養(yǎng)于含鏈霉素的幾種不同的培養(yǎng)基〔選擇培養(yǎng)基〕上觀察重組子鑒定各基因的轉(zhuǎn)移時(shí)間HfrH菌株各非選擇標(biāo)記基因進(jìn)入F－細(xì)菌的時(shí)間和頻率

以基因出現(xiàn)的時(shí)間為標(biāo)準(zhǔn)，作出E.coli的遺傳連鎖圖六、環(huán)狀連鎖圖結(jié)論：不同Hfr菌株向F－細(xì)胞轉(zhuǎn)移的順序、起點(diǎn)和方向不同。說(shuō)明大腸桿菌的染色體是環(huán)狀的。七、細(xì)菌的重組作圖細(xì)菌重組的特點(diǎn)：①基因重組發(fā)生在局部二倍體中；②只有偶數(shù)次交換才能產(chǎn)生平衡的重組子；③在選擇培養(yǎng)基上只出現(xiàn)一種重組子，而沒(méi)有相反的重組子。例如：根據(jù)中斷雜交試驗(yàn)lac和ade基因是緊密連鎖的，而且lac比ade先進(jìn)入受體。Hfrlac+ade+strs×F-lae-ade-strr未重組的基因型是lac+ade+重組體的基因型是lac-ade+lac-ade間的距離：

lac-ade+(lac+ade+)+(lac-ade+)×100

lac-ade+

ade+＝×100八、F’因子與性導(dǎo)F’因子：從Hfr染色體上不精確別離產(chǎn)生的含有細(xì)菌基因組的新的F因子。性導(dǎo)：利用F’因子將供體細(xì)胞的基因?qū)胧荏w形成局部二倍體的過(guò)程。內(nèi)基因子和外基因子4.5.3細(xì)菌的轉(zhuǎn)導(dǎo)與作圖一、噬菌體噬菌體結(jié)構(gòu)組成：頭部：核酸和蛋白質(zhì)外殼；頸部：中空的針狀結(jié)構(gòu)及外鞘；尾部：由基板、尾針和尾絲組成。類型：①烈性噬菌體：使宿主發(fā)生裂解的噬菌體。②溫和噬菌體：除偶爾情況外，感染后不裂解細(xì)菌的噬菌體。溫和噬菌體的增殖周期：①溶菌周期：細(xì)菌受到感染后，噬菌體迅速增殖，菌體被裂解，噬菌體釋放。②溶源周期：噬菌體感染細(xì)菌后，其DNA整合到細(xì)菌染色體中，隨宿主染色體的復(fù)制而復(fù)制，細(xì)菌繼續(xù)增殖。原噬菌體：整合到宿主染色體中的噬菌體基因組。溶源性細(xì)菌：帶有原噬菌體的細(xì)菌。附加體：噬菌體既可整合在細(xì)菌染色體上，又可游離于細(xì)胞質(zhì)中。Lederberg

和N.Zinder的雜交試驗(yàn)(1952年)沙門氏菌

LT22:

phe-trp-tyr-met+his+×

LT2:phe+trp+tyr+met-his-

二、細(xì)菌染色體的轉(zhuǎn)導(dǎo)作圖結(jié)果:10-5頻率出現(xiàn)野生型菌株根本培養(yǎng)基結(jié)論：重組通過(guò)一種過(guò)濾性因子實(shí)現(xiàn)。后來(lái)發(fā)現(xiàn)這種過(guò)濾因子是一種溫和噬菌體P22。

轉(zhuǎn)導(dǎo)類型：①普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)：通過(guò)噬菌體可以轉(zhuǎn)移細(xì)菌染色體上的任何基因，如P22，P1。②特異性轉(zhuǎn)導(dǎo)：噬菌體只能轉(zhuǎn)移細(xì)菌染色體的特定局部，如噬菌體。1.普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)的過(guò)程2.普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)作圖①原理：如果兩個(gè)基因始終一起轉(zhuǎn)導(dǎo)或同時(shí)轉(zhuǎn)導(dǎo)頻率較高，那么說(shuō)明這兩個(gè)基因是連鎖的；兩個(gè)基因同時(shí)轉(zhuǎn)導(dǎo)的現(xiàn)象稱為共轉(zhuǎn)導(dǎo)或并發(fā)轉(zhuǎn)導(dǎo)〔contransduction〕；兩基因共轉(zhuǎn)導(dǎo)頻率愈高，說(shuō)明兩個(gè)基因連鎖愈緊密；相反，共轉(zhuǎn)導(dǎo)頻率愈低，那么說(shuō)明兩個(gè)基因距離愈遠(yuǎn)。判斷細(xì)菌基因間的位置關(guān)系

以普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體P1為例，測(cè)定大腸桿菌的leu、thr、azi三個(gè)基因的順序。供體thr+leu+azir

→

受體thr-leu-azi