真核生物的遺傳分析

關(guān)于真核生物的遺傳分析C值悖論生物體單倍體DNA總量稱為C值。高等生物具有比低等生物更復(fù)雜的生命活動，所以，理論上應(yīng)該是它們的C值也應(yīng)該更高。但是事實上C值沒有體現(xiàn)出與物種進(jìn)化程度相關(guān)的趨勢。這種生物學(xué)上的DNA總量與進(jìn)化地位的矛盾，稱為C值悖論。第2頁,共64頁，2024年2月25日，星期天分類最小基因組支原體0.58X106細(xì)菌2.8X106酵母3.0X107霉菌5.5X107蠕蟲1.1X108昆蟲0.5X109鳥類0.2X1010兩棲類0.1X1010哺乳類2.8X1010

第3頁,共64頁，2024年2月25日，星期天

進(jìn)化地位高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜的生物的同類生物最小基因組比較，符合進(jìn)化程度越高，生物基因組越大的規(guī)律。

第4頁,共64頁，2024年2月25日，星期天N值悖論生物基因數(shù)目與生物在進(jìn)化樹中位置不存在正相關(guān)的事實。原因：1.內(nèi)含子可變剪切2.轉(zhuǎn)錄后加工3.基因組重復(fù)序列4.基因調(diào)控元件的復(fù)雜性第5頁,共64頁，2024年2月25日，星期天DNA序列的分類基因序列和非基因序列基因序列：以起始密碼子開始，終止密碼子結(jié)束的一段DNA序列，稱為開放閱讀框（openreadingframe,ORF）非基因序列：基因序列以外的DNA序列。編碼序列和非編碼序編碼序列：編碼RNA和蛋白質(zhì)的DNA序列。非編碼序：內(nèi)含子和基因的間隔序列。第6頁,共64頁，2024年2月25日，星期天單一序列和重復(fù)序列單一序列：基因組中只有一份的DNA序列。重復(fù)序列：基因組中重復(fù)出現(xiàn)的序列。例如，STR，SNP，微衛(wèi)星DNA等。第7頁,共64頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)真菌類的遺傳分析---四分子分析順序四分子分析非順序四分子分析:

著絲粒作圖重組作圖重組作圖(一)著絲粒作圖

1概念:

例如：Lys-XLys+四分子分析一順序四分子分析第8頁,共64頁，2024年2月25日，星期天Fig9.6aCulturesofNeurosporacrassa.?2003JohnWileyandSonsPublishersCredit:FromanINTRODUCTIONTOGENETICANALYSIS5ebyGriffithsetal.Copyright?1993byW.H.FreemanandCompany.Usedbypermission.第9頁,共64頁，2024年2月25日，星期天Fig9.8PhotomicrographshowingsegregationofdarkandlightascosporesinNeurospora.?2003JohnWileyandSonsPublishersCredit:ScienceSource/PhotoResearchers第10頁,共64頁，2024年2月25日，星期天Fig6.7SegregationpatternsinNeurosporaasci.?2003JohnWileyandSonsPublishers第11頁,共64頁，2024年2月25日，星期天Fig6.7.1ProductionoforderedtetradsofascosporesinNeurospora.?2003JohnWileyandSonsPublishers第12頁,共64頁，2024年2月25日，星期天1、著絲粒作圖：由于順序四分子的特點(diǎn)，可將著絲?？闯梢粋€基因座位，通過不同類型的子囊孢子接合來測定基因與著絲粒之間的遺傳距離。2、順序四分子分析：例：子囊孢子顏色性狀遺傳：B基因控制子囊孢子為黑色，b基因控制子囊孢子為淺灰色，兩種類型孢子接合，經(jīng)減數(shù)分裂對子代孢子顏色進(jìn)行分析。一順序四分子分析第13頁,共64頁，2024年2月25日，星期天親本：合子：減數(shù)分裂Ⅰ減數(shù)分裂Ⅱ有絲分裂B。。。。b。。。。。。。。Bb染色體復(fù)制且配對，進(jìn)入減數(shù)分裂Bb。。。。BBBbbb。。。。。。兩種基因型分離分裂模式：第一次分裂分離親本型（M1型）Bb第14頁,共64頁，2024年2月25日，星期天親本：合子：減數(shù)分裂Ⅰ減數(shù)分裂Ⅱ有絲分裂B。。。。b。。。。。。。。Bb染色體復(fù)制且配對，進(jìn)入減數(shù)分裂Bb。。。。BbBBbb。。。。。。兩種基因型分離Bb分裂模式：第二次分裂分離重組型（M2型）第15頁,共64頁，2024年2月25日，星期天考察兩種子囊的數(shù)目，可鏡檢區(qū)分子囊的類型，M2型子囊中只有一半孢子發(fā)生交換，故B基因與著絲粒的重組值：RF.=1/2（M2型子囊數(shù)）/全部子囊數(shù)第16頁,共64頁，2024年2月25日，星期天２著絲粒距離的計算基因與著絲粒的交換值：

=

交換型子囊數(shù)(M2)×(1/2)×100%[交換型子囊數(shù)(M2)+非交換型子囊數(shù)(M1)]Lys-.交換值=

（9+5+10+16）×(1/2)×100%105+129+9+5+10+16=7.3%３作圖:0(著絲點(diǎn)）Lys07.3第17頁,共64頁，2024年2月25日，星期天第18頁,共64頁，2024年2月25日，星期天Fig6.7.2CentromeremappinginNeurospora.InCross1,themutantstrain,thi-,requiresthiamin;inCross2,themutantstrain,chol-,requirescholine.?2003JohnWileyandSonsPublishers第19頁,共64頁，2024年2月25日，星期天（二）兩連鎖基因的作圖１雜交實驗

Pn+X+a

(n)

(n)+n+a(2n)

減數(shù)分裂

36種不同組合

7種不同類型子囊型第20頁,共64頁，2024年2月25日，星期天表6-4中的第5類包括：+an++an+n++an++a+a+an+n+n+n++a+a第21頁,共64頁，2024年2月25日，星期天表6-4粗糙脈孢菌n+x+a雜交結(jié)果第22頁,共64頁，2024年2月25日，星期天2計算著絲粒距離

nic--.＝M2/(M1+M2)×(1/2)×100%=(5+90+1+5)/1000X100%×(1/2)=5.05%ade--.＝M2/(M1+M2)×(1/2)×100%=(90+90+1+5)/1000×(1/2)×100%=9.30%兩基因可能的位置關(guān)系：三種：自由組合連鎖：著絲粒兩側(cè)著絲粒同側(cè)第23頁,共64頁，2024年2月25日，星期天３分型與連鎖關(guān)系的判斷親二型(PD):非親二型(NPD):四型(T):連鎖判斷：自由組合連鎖結(jié)果

NPD/PD=1NPD/PD?12/898

結(jié)果表明：nic與ade連鎖

第24頁,共64頁，2024年2月25日，星期天4兩個連鎖基因位置的判斷（同臂或不同臂）（1）利用連鎖基因都處于MII時，PD和NPD四分子類型頻率判斷第25頁,共64頁，2024年2月25日，星期天（2）比較n和a分別為MI和MII時的子囊數(shù)進(jìn)行判斷+/n+/aM1

M1809M1M290M2M15M2M296如果兩基因各在一側(cè)：M2(a)/M2(n)≈2實驗結(jié)果：M1M2/M2M1=90/5=18(倍)與實驗不符，說明兩基因在同側(cè)。5作圖：

nicade

05.0510.25第26頁,共64頁，2024年2月25日，星期天202+208-372=3838/4000=0.95%9.3+0.95=10.25表6-6第27頁,共64頁，2024年2月25日，星期天二非順序四分子遺傳分析

子囊：PDNPDTABaBabABaBaBabAbAbabAbABRF（重組值）=1/2T+NPD/總子囊數(shù)X100%

重組值可能被低估，可用PD、NPD、T三種子囊的頻率推導(dǎo)出兩基因間平均每個減數(shù)分裂的交換數(shù)(m)；

m=SCO+2DCO交換值(X)=1/2m；

m=T+6NPD交換值(X)=(T+6NPD)X50%

第28頁,共64頁，2024年2月25日，星期天圖6-113種無序四分子的形成

abPDABNCO

abTABSCO

abTABDCO

abNPDABDCO第29頁,共64頁，2024年2月25日，星期天如果假設(shè)雙交換在四條染色單體間隨機(jī)發(fā)生：

DCO（4線雙交換）=4NPD如果假設(shè)雙交換在三條染色單體間隨機(jī)發(fā)生：

DCO（3線雙交換）=4T=2NPDT=SCO（單交換）+DCO（3線雙交換）

SCO=T-DCO（3線雙交換）=T–2NPDm=SCO+DCO=（T-2NPD）+2（4NPD）

=T+6NPD例如：PD=0.56；NPD=0.03；T=0.41

交換值=1/2m=（T+6NPD）X50%

圖距=50（T+6NPD）=50(0.41+6X0.03)=29.5第30頁,共64頁，2024年2月25日，星期天第三節(jié)遺傳重組的分子機(jī)制學(xué)習(xí)要點(diǎn)：1.概念：轉(zhuǎn)座子；基因轉(zhuǎn)變；負(fù)干涉；共轉(zhuǎn)換；極化子2.同源重組、位點(diǎn)專一重組和異常重組的異同。3.同源重組的過程(HollidayModel)

第31頁,共64頁，2024年2月25日，星期天遺傳重組的類型根據(jù)對DNA和序列和所需蛋白質(zhì)因子的要求，可有三種類型的重組。其共同點(diǎn)是雙股DNA間的物質(zhì)交換，但其發(fā)生的情況有所不同。一、同源重組

它的發(fā)生是依賴大范圍的DNA同源序列的聯(lián)會。重組過程中，兩個染色體或DNA分子交換對等的部分⒈需要重組的蛋白質(zhì)參與，eg.大腸桿菌中的RecA蛋白、RecBC蛋白；⒉蛋白質(zhì)因子對DNA堿基序列的特異性要求不高；（存在重組熱點(diǎn)和序列長度的影響）⒊真核生物染色質(zhì)的狀態(tài)影響重組的頻率。第32頁,共64頁，2024年2月25日，星期天三、異常重組

完全不依賴于序列間的同源性而使一段DNA序列插入另一段中，但在形成重組分子時往往是依賴于DNA復(fù)制而完成重組過程。eg.轉(zhuǎn)座作用,需要轉(zhuǎn)座酶和對轉(zhuǎn)座區(qū)域DNA的復(fù)制。二、位點(diǎn)專一性重組

重組依賴于小范圍同源序列的聯(lián)會，發(fā)生精確的斷裂、連接，DNA分子并不對等交換

eg.λ-phageDNA對E.coli的整合(attP→attB),需要有15bp的同源序列和專一性的蛋白質(zhì)因子參與。第33頁,共64頁，2024年2月25日，星期天一、斷裂與重接模型重組雙方DNA分子的斷裂與重接

1.證據(jù)：

1961，M.MeselsonandJ.J.Wergle兩個雙標(biāo)記λ噬菌體感染大腸桿菌。(c.mi)λ噬菌體1

13C和14N“重”鏈

(+.+)λ噬菌體2

12C和14N“輕”鏈同時感染大腸桿菌子代噬菌體CsCl密度梯度離心重鏈重鏈和輕鏈輕鏈同源重組的分子機(jī)制第34頁,共64頁，2024年2月25日，星期天第35頁,共64頁，2024年2月25日，星期天試驗結(jié)論：菌株A與菌株B必定發(fā)生DNA鏈的斷裂和重接，各類重組型的密度梯度離心呈現(xiàn)中間條帶，說明遺傳重組是通過兩條鏈斷裂后重接完成。二、同源重組的Holliday模型：1、同源的非姐妹染色單體聯(lián)會。2、同源的非姐妹染色單體兩個方向相同的兩條鏈，在內(nèi)切酶作用下，在相同位置上形成切口。3、切開的單鏈交換重接，形成交聯(lián)橋，或稱Holliday中間體。4、形成的Holliday中間體，通過平面旋轉(zhuǎn)，形成Holliday異構(gòu)體。第36頁,共64頁，2024年2月25日，星期天5、不同的切割、重接模式形成親本型和重組型染色體。6、不論怎樣方式切割、重接，在兩個異源雙鏈中都存在一段異源DNA。第37頁,共64頁，2024年2月25日，星期天第38頁,共64頁，2024年2月25日，星期天第39頁,共64頁，2024年2月25日，星期天

兩個環(huán)狀DNA分子配對、斷裂、重接形成“8”字型結(jié)構(gòu)中間物，根據(jù)切割的位置不同，可分別形成兩個親本環(huán)、大的單體環(huán)或者是滾環(huán)結(jié)構(gòu)。也可以形成“χ”結(jié)構(gòu)三、環(huán)狀DNA分子的重組第40頁,共64頁，2024年2月25日，星期天第41頁,共64頁，2024年2月25日，星期天第42頁,共64頁，2024年2月25日，星期天四、基因轉(zhuǎn)變及其分子機(jī)理4.1異常分離與基因轉(zhuǎn)變基因轉(zhuǎn)變(geneconversion)：一個基因轉(zhuǎn)變?yōu)樗牡任换虻倪z傳學(xué)現(xiàn)象?；蜣D(zhuǎn)變的類型：

A.染色單體轉(zhuǎn)換；

B.半染色單體轉(zhuǎn)換。第43頁,共64頁，2024年2月25日，星期天4.2基因轉(zhuǎn)變（geneconversion）：

糞生糞殼菌：野生型黑色子囊孢子與突變型灰色子囊孢子的雜交（g+×g-）中曾發(fā)現(xiàn)：p207

5:3占0.06％

6:2占0.05％不規(guī)則的4:4占0.008％(異常分離)

第44頁,共64頁，2024年2月25日，星期天5：36：2不規(guī)則4：4第45頁,共64頁，2024年2月25日，星期天Mitchell：+pdxpxpdx+第46頁,共64頁，2024年2月25日，星期天第47頁,共64頁，2024年2月25日，星期天4.3基因轉(zhuǎn)變的分子機(jī)制實質(zhì)是重組過程中留下的局部異源雙鏈區(qū)，在細(xì)胞內(nèi)的修復(fù)系統(tǒng)識別下不同的酶切/不酶切產(chǎn)生的結(jié)果。*不同的切除會產(chǎn)生不同的結(jié)果。第48頁,共64頁，2024年2月25日，星期天4.4基因轉(zhuǎn)變與高度負(fù)干涉正干涉：一次交換后引起鄰近的第二次交換的頻率下降。負(fù)干涉：一個區(qū)域發(fā)生交換后使鄰近的交換頻率增加的遺傳學(xué)現(xiàn)象。共轉(zhuǎn)變：彼此相距很近的幾個位點(diǎn)的基因同時發(fā)生轉(zhuǎn)變。極化現(xiàn)象：越靠近斷裂位點(diǎn)的基因，越容易發(fā)生轉(zhuǎn)換，越遠(yuǎn)的越不容易發(fā)生轉(zhuǎn)換。極化子：染色體上呈現(xiàn)基因極化現(xiàn)象的區(qū)域。第49頁,共64頁，2024年2月25日，星期天五、Meselson-Radding模型

Holliday模型中為對稱的雜合雙鏈，而實際情況有不均等分離現(xiàn)象，1975年Meselson-Radding

提出模型解釋這種不對稱重組現(xiàn)象：

1.單鏈切斷

2.鏈置換

3.單鏈入侵

4.泡切除

5.鏈同化（碎鏈吸收）

6.異構(gòu)化——Holliday7.分支遷移第50頁,共64頁，2024年2月25日，星期天第51頁,共64頁，2024年2月25日，星期天六體細(xì)胞交換與基因定位

曲霉菌中,曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)許多需要腺嘌呤的營養(yǎng)缺陷型。其中,有兩個缺陷型ad16和ad8都是隱性的,ad16和ad8是同一染色體上的等位基因(屬于同一座位),但又不在同一位點(diǎn)上,兩者之間可以發(fā)生交換。因為交換不是發(fā)生在減數(shù)分裂中,而是出現(xiàn)在二倍體菌絲的有絲分裂中,所以叫做體細(xì)胞交換(somaticcrossingover)或有絲分裂交換(mitoticcrossingover)。第52頁,共64頁，2024年2月25日，星期天ad16菌株和ad8菌株雜交,二倍體雜種是缺陷型,但在后代中出現(xiàn)少量野生型。其中，順式排列的（ad16ad8/++）是野生型，反式排列的（ad16+/+ad8）是突變型?；蛐彤a(chǎn)物類型順式ad16ad8有缺陷

++

正常野生型反式

ad16+有缺陷

+ad8有缺陷突變型第53頁,共64頁，2024年2月25日，星期天所謂座位（locus，loci），是指基因在遺傳學(xué)圖上的位置?；騼?nèi)的不同位點(diǎn)（sites）上可以發(fā)生突變,基因內(nèi)的不同位點(diǎn)間可以發(fā)生重組。所謂位點(diǎn)，是指基因內(nèi)能發(fā)生獨(dú)立突變的最小單位。當(dāng)兩個突變型彼此不能重組時，這兩個突變型便占據(jù)了同一個位點(diǎn)。與單一功能相關(guān)的緊密連鎖的一系列位點(diǎn)構(gòu)成一個座位。第54頁,共64頁，2024年2月25日，星期天Fig.6.7.3Somatic-cellhybridizationexperimentstolocatethehumanTK+andHPRT+genesonspecificchromosomes.七體細(xì)胞融合與基因定位第55頁,共64頁，2024年2月25日，星期天八基因刪除小麥癭蚊卵的結(jié)扎實驗第56頁,共64頁，2024年2月25日，星期天基因擴(kuò)增DNA序列中由于寡核苷酸拷貝數(shù)目的變化，引起生物表型改變的突變，稱為動態(tài)突變。動態(tài)突變通常