连锁与互换规律

第五章 连锁与互换规律 1910年摩尔根将果蝇白眼基因定位于X上后，又发现一些伴性遗传基因，证明X上确有许多基因（人有23对染色体和十万个基因）。提出问题： （1） 同一染色体上众多基因如何排列 （2） 遗传传递有何规律 经研究得到结论：（1）基因论（2）连锁交换规律 第一节 基因的连锁与交换 一、连锁遗传现象 （一）连锁遗传现象发现 1906年英国学者贝特森（Bateson）和潘耐特（Pannett）研究香豌豆两对性状遗传时，首先发现的。 花颜色紫色P对红色p显性，花粉粒形状长形L对圆形l显性。F2分离比不符合9：3：3：1，亲组合类型较多，重组合类型偏少。 原为同一亲本的两个性状，在F2中常常有联系在一起的倾向，这说明来自同一亲本的基因，有较多的在一起传递的可能。但贝特森和潘耐特未能提出科学的解释。摩尔根认为应从F1产生配子数找原因，4种配子数目不等，亲组合类型多，重组类型少。 （二）摩尔根的实验  果蝇翅的长短，复眼的颜色 长翅Vg，残翅vg，红色复眼Pr，紫色复眼pr 解释相引组杂交 红眼雄果蝇产生两种数目相同的配子，测交后代1：1，红眼雌果蝇产生四种配子，但亲组型配子Vg Pr和vg pr多，而重组型配子Vg pr和vgPr少。同理可解释相斥组杂交结果。 果蝇翅的长短和眼的颜色是两对相对性状，这两对相对性状在杂交后代中具有某种程度的相关性或相连性，把这种现象叫连锁。把这两对相对性状叫连锁性状。控制连锁性状的基因叫连锁基因，连锁基因位于同一对同源染色体上。连锁基因之间能够发生交换的连锁叫不完全连锁（雌果蝇），不能发生交换的连锁叫完全连锁（雄果蝇、雌家蚕）。目前人们经过研究发现仅有两种动物雄果蝇和雌蚕属于完全连锁，不发生交换。 相引组：两个显性在一起，两个隐性在一起配成的杂交组合。 相斥组：一个显性一个隐性和一个隐性一个显性在一起配成的杂交组合。 （三）连锁的细胞学基础 同一染色体上非等位基因随染色体一起遗传——完全连锁，又能按一定比例发生交换而重组——不完全连锁。图示： （四）连锁交换规律 位于同一染色体上非等位基因随染色体一起遗传，又能按一定比例发生交换而重组，杂合体产生的配子亲组型多，重组型少。 二、交换和重组值 (一)交换 同源染色体在减数分裂配对时，偶尔在相应的位置发生断裂，然后错接，造成同源染色体中的非姐妹染色单体之间染色体片段的互换，这个过程叫交换或重组。交换的染色体叫重组染色体。染色体片段的交换导致连锁基因之间的交换。 特点：（图示） （1）连锁基因之间的交换发生在减数分裂的前期的粗线期。 （2）一般发生在靠近的非姐妹染色单体之间，等量互换片断。 （3）每发生一次有效交换，将产生两条重组染色体，两条非重组染色体（亲染色体），含有重组染色体的配子叫重组合配子，含有非重组染色体的配子叫亲组合配子。 （4）测交后代亲组型多，重组型少（说明原因），两亲组型配子相等AB＝ab，两重组型配子相等Ab=aB。 判断基因之间关系： 测交后代表型及比例：（1）1：1：1：1，自由组合；（2）1：1，完全连锁；（3）两多两少，连锁交换。 （二）重组值（交换值） 1、 概念重组型配子占总配子数的百分率。(两基因之间发生交换的频率，含义有别) 重组值（交换值）= ×100% 重组合配子 配子总数（亲组合配子+重组合配子） 2、重组值大小 0＜重组值＜50%    =0  完全连锁；＝50％  自由组合 反映两连锁基因连锁强弱，小——强；大——弱 3、 反映减分中发生交换的性母细胞比例 发生交换性母细胞＝2×交换值 发生交换的性母细胞的百分率是重组合配子百分率的2倍。因此如果交换值为4%，则表明有8%的性母细胞发生了交换。 4、 表示连锁基因间距离 重组值←重组型配子数←两基因间发生交换的频率←两基因间距离（距离越远交换点越多）。 用重组值大小表示连锁基因间距离——图距，度量单位——染色体图单位； 图距＝重组值去掉％，当连锁基因间距离大时有双交换，不能代表图距，需要校正。 (三) 重组值测定方法 1、 测交法  简单，常用，但有时操作困难 测交后代的表型和数目直接反应F1产生的配子类型和数目，用公式： 重组值（交换值）＝测交后代中重组型数/测交后代总数×100％ 上例相引组12％；相斥组13％ 例如：果蝇  正常腿T，粗腿t；长翅V，残翅v；直翅C，弯翅c。 相引相  正常腿长翅TV/TV × 粗腿残翅tv/tv TV/tv × tv/tv    TV /tv  tv/ tv    Tv/ tv  tV/ tv                                510    508        65      68=1151 Tv之间重组值=65+68/1151==11% 相斥相  正常腿残翅Tv/Tv × 粗腿长翅tV/tV TV/tv × tv/tv    Tv /tv  tV/tv  TV/tv  tv/tv          401    398    51    48 Tv之间重组值= (51+48 )÷(401+398+51+48)×100% =11% 相引相  长翅直翅VC/VC × 残翅弯翅vc/vc VC/vc× vc/vc    V C/vc  v c/vc  V c/vc  v C/vc        318    296      25      31 VC之间重组值=(25+31 )÷(318+296+25+31)×100%  =8% 相斥相  长翅弯翅Vc/Vc × 残翅直翅vC/vC Vc/vC× vc/vc        V  c/vc  v  C/vc    VC/vc  vc /vc        218    209      20    18 Vc之间重组值=(20+18)÷(218+209+20+18)×100% =8% 同法求TC之间重组值18.4% 2、自交法    对难以去雄不能杂交，可采用自交法 （1） 平方根法 例如：紫花长花粉×红花园花粉          PL    Pl    pL  pl PL/PL        pl/pl        PL F1                          PL/pl                Pl pL F2  P－L－ P－ll  ppL－  ppll        pl                      pl/pl 4831    390    393  1338＝6952 设pl＝d, 则PL＝d， Pl ＝pL＝0.5－d， d2＝1338/6952＝0.192    d＝0.44  重组型配子占总配子比例＝1－2×0.44＝12％    重组值＝12％ 因此法仅用双隐性和总数，会影响准确度 （2） 乘积比例法 由公式求乘积比例X值，再查“乘积比例法估算重组值”表，得重组率值。 相引组X＝a2 a3/ a1 a4    相斥组X＝a1 a4 / a2 a3 a1代表双显    a4代表双隐  a2  a3 代表一显一隐 上例为相引组  X＝a2 a3/ a1 a4＝390×393/4831×1338＝0.024 查表得0.12即12％  因后代四种类型都有，更准确 三、交换的细胞学基础 1913年斯特恩（Stern）在果蝇、麦克林托克在玉米中找到证据（玉米种子颜色有色C，无色c，种质非糯性Wx，糯性wx，位于第九染色体上特殊品系，一端带有一个染色结，一端附加了由第八染色体易位而带来的片段）。 以果蝇为例  X：断裂，不含着丝粒片断易位到4号染色体上，比正常X短，带粉眼a、棒眼B X：带Y的勾状部分，带红眼A、非棒眼b（图示） F1  观察测交后代X染色体长度和有无Y钩 雄果蝇粉非  X染色体正常长度且无Y钩；红棒X染色体短且有Y钩 证明：基因重组是由于交换了染色体片断。 练习：如AB交换值＝10％，预期100个后代，问： （！）有多少性母细胞在AB间发生交换    2×10％＝20％ （2）红棒眼果蝇数（雄） 为重组型＝100×1/2×10％=5（雄2.5） （3）粉非眼果蝇数（雌） 为亲组型＝100×45％＝45（雌22.5） 第二节基因定位和遗传学图 一、基因定位的方法 基因定位即将连锁的基因按一定顺序和距离排列 （一） 两点测交 用两连锁的基因杂合体测交，求出重组值 一次测定两个基因的位点，TV之间交换值为11%，则TV基因距离为11；VC之间交换值为8%，则VC基因距离为8； TC之间交换值为18.4%，则TC基因距离为18.4（11+8=19,不准确），因此排列顺序为T—V—C。 两点测交虽是最基本的方法，但它的手续烦琐（3次杂交3次测交），而且在连锁基因相距较远的情况下，对可能发生的双交换，用两点测交无法测出，所以数据不够准确，如上例TC基因距离为18.4＜19,通常采用三点测交。 （二）双交换 两连锁的基因之间同时发生二次单交换，结果两基因不发生重组 重组型配子对A-B， (1)＋（3） 对C-B，(2)＋（3） 对A-C，(1)＋（2）+(3) 当两点测交时如B不考虑，求重组值A-C时，（3）未计入，因（3）产生配子都为AC和ac，没有重组型配子，实际（3）发生2次交换，因此两点测交求出的重组值＜实际交换率，需校正。实际交换值=重组值+2×双交换值。 无双交换值时，用作图函数：R=1/2(1-e12),X=-1/2ln(1-2R)，R代表重组值。 （三）三点测交 用三个连锁基因杂合体测交，求出两两基因间重组值。优点1次杂交1次测交，可测出双交换。 例1：果蝇X染色体上三个突变基因，均为隐性，ec（棘眼）、sc（缺胸刚毛）、cv（缺横脉）；对应等位基因都为显性野生型。 棘眼  ec＋＋/ec＋＋♀×♂+ sc cv/Y 野生型ec＋＋/+ sc cv♀×♂ec sc cv/Y 测交后代表型 后代数  F1♀配子基因型  交换发生ec－sc  sc－cv  ec－cv 棘眼          810    ec＋＋                    无交换 缺毛、缺横脉  828    +sc cv 棘眼、缺毛    62    ec sc＋                  √        √ 缺横脉        88      + ＋cv                  √        √ 棘眼、缺横脉  103    ec ＋cv                            √    √ 缺毛          89      + sc＋                          √    √ 计算重组值：重组值ec－sc＝62＋88/1980＝7.6％ 重组值sc－cv＝62＋88＋103＋89/1980＝17.3％ 重组值ec－cv＝103——89/1980=9.7% d（ec－sc）＝7.6图单位；d(ec－cv)=9.7图单位；d（sc－cv）＝17.3图单位 无双交换。 例2：果蝇    直翅 +        无纹胸 +      灰身 + 弯翅 c        条纹胸 s    黑檀体 e +++/+++ × cse/cse（随机的排列顺序） ♀ +++/cse ♀× cse/cse 计算重组值：重组值c-s =10.6%+0.2%=10.8% 重组值s-e =9.3%+0.2%=9.5% 重组值c-e =10.6%+9.3%=19.9% 基因之间发生三次交换（奇数次交换），产生了重组配子，为有效交换； 基因之间发生四次交换（偶数次交换），没产生重组配子，为无效交换。 为什么10.8+9.5≠19.9？ 因为c-e之间两次交换值0.2×2未被加进去，需校正交换率=19.9%+0.2%×2=20.3%。20.3个图单位表示c-e之间的距离，而19.9%表示c-e之间的重组值。 基因排列顺序c        s        e d(c-s)= 10.8图单位；d(e-s)= 9.5图单位; d(c-e)= 20.3图单位 如只确定基因排列顺序，可不求交换值 （1） 判断有无双交换（测交后代6种类型，无双交换，必须求交换值；8种类型则有双交换，数目最少为双交换类型） （2） 比较双交换与亲本类型（数最多），位置改变的基因位于中间 上例数最少 +s+和c+e为双交换型，最多+++和cse，s位置改变位于中间。 二、干涉和并发系数 （一）干涉 如染色体上某一单交换发生对另一相邻单交换发生没有影响，则二单交换同时发生的频率即双交换率＝PⅠ×PⅡ；上例理论上双交换率＝10.8%×9.5%＝1％实际双交换率＝0.2％，表明一交换的发生影响另一交换的发生。染色体上某一位置发生交换将影响相邻部位发生交换，这种现象叫干涉。 干涉的大小用并发系数表示。干涉=1－并发系数 （二）并发系数 并发系数=实际交换值÷理论交换值（两个单交换的乘积） 该例中并发系数C=0.2%÷1%=0.2，干涉I=1-0.2=0.8 表示理论预期双交换中有20%发生，80％由于干涉不能发生 正干涉：一处发生交换将抑制多次交换 负干涉：一处发生交换将促进多次交换， C=0  实际不发生双交换；C＝1无干涉，基因相距远 三、 遗传学图 (一)连锁群 位于同一染色体图上的全部基因构成的群体。连锁群、同源染色体和基因之间的关系：连锁群反映了一对同源染色体上的基因排列。如人类有46条染色体，经测定有23个连锁群。 （二）连锁图 标有基因座位的图，也叫遗传学图、基因位置图、染色体图。 绘制连锁图的规则： （1）一般绘制某种生物单倍体全部染色体。 （2）纵线代表染色体，右侧基因符号，左侧标出基因座位（位点即距离0点的图距），小写字母代表突变基因，而不表示基因的显隐性。 （3）把染色体的某一端作为原点（一般短臂）标为O,其它的基因所在的位置距O点的单位标出来,若以后发现在0点前有新的基因，则以新基因为0点，基因座位相应改变。 连锁图反映了一对同源染色体上的基因排列情况，并不反映某一位点基因为A或a。 a    b    c    d      e        ABO    0  10  15  20    30        200 表明控制血型的位点，而不是ABO基因 ，下图为玉米遗传图 说明豌豆7对基因（孟德尔研究7对相对性状）位于4条染色体上。 第三节 真菌的遗传分析 一、研究材料优点 链孢霉是一种丝状的真菌，是一类菌的名称，属于子囊菌纲。遗传学上常用的叫粗糙链孢霉。菌丝是单倍体， 1、 个体小，繁殖快，一次产生大量后代。 2、 具有一定形状、数目的染色体有7条染色体，形态功能行为似高等生物，可进行有性生殖。 3、 单倍体占优势，菌丝、分生孢子、子囊孢子为单倍体，性状在单倍体表型，直接反应基因型。 4、 后代即为子囊孢子，一次减分则可产生子囊孢子，且按顺序排列在同一子囊中。 二、四分子分析 减数分裂产生4个孢子，按一定顺序排列在子囊内，叫顺序四分孢子或顺序四分子，对其进行分析叫顺序四分子分析。 特点： 一个顺序四分子是一个合子一次减数分裂的产物，它不和其它合子的减数分裂产物相混合，四分孢子来源清楚，因此能够对合子进行单个的分析。 链孢霉菌丝体、子囊孢子、分生孢子都是单倍体，无显隐性之分，不管显性还是隐性都能表现，表现型就代表基因型。有以下优点： 1、不需要测交，可以证明Aa产生二种数目相同的配子 白菌丝a        Aa  减分        有丝        单个培养  4红 红菌丝A        2N                                    4白 证明Aa产生A和两种数目相同配子 2、把着丝粒作为一个座位，计算某基因与着丝粒间重组值，可得到该基因与着丝粒间距离即着丝粒作图。 3、子囊中子囊孢子对称性证明交换为交互过程。 4、四线分析证明，四线中常2、3线交换，但有三线、四线。 5、可检验交换有无干涉。 三、着丝粒作图 把着丝粒作为一个座位，计算某一基因与着丝粒之间距离 例如：赖氨酸缺陷型：在培养基中必须加lys才能生长，表示为lys－， 赖氨酸野生型：在培养基中不加lys也能生长，加lys后生长快，表示为lys＋。 孢子在子囊中发育的过程由无色到灰色到黑色，由于lys＋生长快，因此存在一个时期lys－子囊孢子灰色，lys＋子囊孢子黑色。 lys＋与lys－杂交后子囊孢子的排列顺序有（＋代表黑色，－代表灰色）： （1）＋  ＋  －  －    非交换型子囊 （2）－  －  ＋  ＋ （3）＋  －  ＋  － （4）－  ＋  －  ＋      交换型子囊      （5）＋  －  －  ＋      （6）－  ＋  ＋  －        （一）非交换型子囊 ●  ●    Ⅰ后     ●        ●    或 ●    ●  Ⅱ后 ＋    －    ＋ ＋  －－  － －＋ ＋ ●    ●    ●    ● 或    ●    ●      ●    ● ＋  ＋  －  －    －  －    ＋  ＋ 1、 着丝粒与lys基因之间未发生交换，属非交换型子囊 2、 （1）、（2）两种排列是由于Ⅰ后同源染色体分开时着丝粒随纺锤牵丝随机运动造成。 3、 lys＋lys－在Ⅰ后同源染色体分开时分离，属第一次分裂分离M1 (二)交换型子囊 ●  ●    Ⅰ后     ●        ●    Ⅱ后                  或 ＋    －    ＋  － ＋ －    ＋  －  ＋  － 或  ●  ●    ●    ● 或  ●    ●    ●    ● 或  ●  ●  ●  ● －  ＋  －  ＋    ＋  －  －  ＋  －  ＋ ＋－      1、着丝粒与lys基因之间发生交换，属交换型子囊 2、（3）、(4)、(5)、(6)四种排列是由于Ⅱ后姐妹染色单体分开时着丝粒随纺锤牵丝随机运动造成。 3、lys＋lys－在Ⅰ后同源染色体分开时未分离，Ⅱ后姐妹染色单体分开时分离，属第二次分裂分离M2 （三）基因与着丝粒间交换值 一个交换型子囊中有一半子囊孢子是交换后产生的(位置改变)。 基因和着丝点之间的交换值=交换型子囊孢子数/总子囊孢子数×100% =交换型子囊数/总子囊数×1/2×100% 着丝点作图：测出某染色体上的每个基因和着丝点的距离，据此距离可以绘制染色体图，这种绘图方法叫着丝点作图。 四、着丝粒距离和重组频率 将着丝粒作为一座位，同时研究两对连锁基因，作出连锁图 例如：接合型A、a，生长野生型V＋ ，生长缓慢型V，有性生殖，将有6×6＝36种排列，不考虑Ⅱ后染色单体随机运动，36种可归纳为7种基本子囊型，例如上例（3）、(4)、(5)、（6）归纳为一种＋－＋－。 实验结果： 子囊型 1 2 3 4 5 6 7 四分体（1） AV AV+ AV AV AV AV+ AV 基因（2） AV AV+ AV+ aV aV+ aV aV+ 排列（3） aV+ aV aV AV+ AV AV+ aV 顺序（4） aV+ aV aV+ aV+ aV+ aV AV+ 分离发生期 M1 M1 M1 M1 M1M2 M2M1 M2 M2 M2 M2 M2 M2 四分子类型 PD NPD T T PD NPD T 子囊数1161 888 1 126 128 5 3 10                 PD：亲二型，子囊孢子只有亲本AV 和aV+两种类型； NPD：非亲二型，子囊孢子与亲本完全不同，即AV 和aV+两种； T:四型，子囊孢子有四种AV 、aV+、AV 和aV+ 计算重组值： 重组值（A－着丝粒）=Aa交换型子囊数/总子囊数×1/2×100％＝Aa的M2/1161＝128＋5＋3＋10/1161×1/2×100％=6.28% 重组值（V－着丝粒）= V+V交换型子囊数/总子囊数×1/2×100％＝V+V的M2/1161×1/2×100％＝126＋5＋3＋10/1161=6.2% 重组值（V－A）=(0.5T+NPD)/1161×100％=｛0.5(126+128+10)+1+3｝/1161×100％=11.71% 在A-V间有双交换，重组值低于交换率，例如第5类型PD，在A-V间发生双交换，无重组型，在计算A-V间重组值时没有记入。 各类型产生原因： 发生两线、三线、四线交换。 第四节人类基因的定位 一、家谱分析法 Ⅲ中除Ⅲ－5外，凡甲膑都为A型，正常都为B型，所以，N与IA连锁，n与IB连锁. Ⅱ中母iinn,父IAIBNn；交换型为Ⅲ－5IAN/in 交换值＝1/8＝12.5％。不准确（交换无对应产物，后代数少） 二、生化测定和细胞学观察 如红细胞型酸性磷酸脂酶活性缺乏，与2号染色体断臂缺失平行，该基因位于2号染色体的断臂上。 三、体细胞杂交 把同种或异种细胞通过特殊处理，使它们融合在一起，形成杂种细胞的过程。 特殊处理的方法：PEG（聚乙二醇），仙台病毒，电融合。 融合过程（了解）： 处理 细胞A+细胞B        相互靠近（膜溶解）      异核体（一个细胞两个核）    杂种细胞 将人细胞与小鼠细胞进行细胞融合，得到人鼠杂种细胞，进行有丝分裂时人的染色体被排斥，被丢失，可保留几条染色体。丢失的染色体是随机的，这样就可以得到一系列稳定的细胞株。每个细胞株中含有人的不同的染色体，因此可利用群体细胞株来进行基因定位。 例如：人胸苷激酶基因定位；用胸苷激酶缺乏的小鼠体细胞与正常人体细胞杂交得人鼠杂种细胞，经多次分裂，选出一些留个别染色体的杂种细胞株，测酶活性。 各细胞株中染色体的分布情况 细胞株 保留人染色体 酶活性 1 5、9、12、21 － 2 3、4、17、21 ＋ 3 5、6、14、17、22 ＋ 4 3、4、9、18、22 － 5 1、2、6、7、20 － 6 1、9、17、18、20 ＋   凡保留17染色体，酶都具有活性，无17染色体，则不具有活性，此基因位于17号染色体。可同时确定几个基因 细胞株 保留人染色体 酶活性 1、 2、 3 A、B、C、D 1 － ＋ － ＋ － ＋ ＋ 2 ＋ － － － ＋ － ＋ 3 － － － － － － ＋ 4 ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ － 5 － － ＋ － － － －   可断定基因A、C位于2号染色体上，基因B位于1号染色体上，基因D不位于1、2、3号染色体上。 第五节连锁交换规律意义 一、 使生物即有稳定性又有多样性 二、 基因定位 三、 预测特定类型比例 番茄  园果单一花序×长果复花序        交换值20％  OOSS    ooss        问：（1）预测F2中园复比例 OoSs          （2）获OOss10株，F2最小种植群 ⊕ 40%OS  40%os  10%Os    10%oS  40%OS 40%os                    Ooss 10%Os            Ooss  OOss 10%oS  (1) 园复O ss  40%×10×2+10%×10%=9% (2) OOss占F2 1％    10÷1％＝10000株 练习： 1、 三对连锁基因杂合体测交，后代8种类型，其中数目最多二类为ABC、abc，数目最少Abc和abC，问三连锁基因排列顺序。 2、 在下列家谱中色盲b和血友病h都是伴性遗传，已知bh间交换值为10％，问甲、乙两妇女的儿子为的概率分别为多少。 3、 ,A-C间干涉为40％，问ABC/abc产生配子类型和比例