微生物遗传学第六章 丝状真菌的遗传1

分离类型指第一次分裂分离或者第二次分裂分离 四分体类型是从性状组合来区分的，可分3种，亲代二型（PD）、 非亲代二型（NPD)、四型（T)。
表中所列分离类型I-II是指子囊属于第 一次分裂分离还是第二次分裂分离，每 个子囊这两对基因必须分别考虑。
根据分离类型可计算着丝粒距离 四分体类型可计算重组频率
体上，那么杂交子代中重组频率最多不过X+Y，如果位于
不同的染色体上，杂交子代中重组频率约为50％。
用此法鉴定出脉孢菌的7个连锁群，并对7个连锁群上的基因进行了定位。
红色面包霉是遗传分析的好材料的 原因
1 个体小，生长快，易于培养，数量多 2 它的染色体结构和功能类似于高等植物，且能进行有性生殖 3 是单倍体，没有显隐性的问题，基因型直接在表现型上反映出来
同时，可以着丝点作为一个位点，估算一个基因与着丝 粒的重组值，进行着丝粒作图（centromere mapping）。
四分体
1.2粗糙脉孢菌有性杂交的四分体遗传 分析
粗糙脉孢菌有性杂交的特点——减数分裂的产物在 一个子囊内形成顺序排列的四分体
对顺序排列的4分体可进行如下的遗传分析： 判断第一次分裂分离和第二次分裂分离； 计算着丝粒距离； 计算重组频率。
子囊类别 1 2 3 4
5 67
Na NA nA NA nA NA NA
Na NA NA Na Na na na
nA na na nA nA NA Na
nA na Na na Na na nA
分离类型 ⅠⅠ ⅠⅠ ⅠⅡ ⅡⅠ ⅡⅡ ⅡⅡ ⅡⅡ
四分体类型 PD NPD T T
PD NPD T
子囊数
708 1 80 5
着丝粒图距和重组频率
A(a)的着丝粒距离= 1/2第二次分裂 分离子囊数/子囊总数
0.5 (128 5 3 10) 100% 6.287% 1161
1
T(t) 的着丝粒距离
0.5 (126 5 3 10) 100 % 6.20% 1161
由着丝粒距离测得的A和T的距离是6.28+6.20＝12.48图距单位
80 1 4
求N-A距离，着丝粒距离和四分体 分析法
1.3粗糙脉孢菌有性杂交的随机孢子 分析
随机孢子分析是:使所要研究的两个基因型杂交，形成二 倍体杂种，大量选择来自二倍体杂种孢子的菌落，用其重 组频率来表示这两个基因间遗传距离的方法。
实验时
先收集大量的粗糙脉孢菌的子囊孢子
待孢子成熟后 加水制成菌悬液
交换频率上，靠着丝点近的区段低于 离着丝点远的区段。
1.2.2 着丝粒距离
8个子囊孢子的排列方式可反映基因分离的方式及基因与着 丝粒之间是否有染色体交换发生。
只有当基因与着丝粒之间发生了一次染色体交换，才会产 生第二次分裂分离的排列方式。
染色体上两个位点之间距离越远，则两位点之间发生交换 的频率越高。---》着丝粒越远，交换频率越高
第六章 丝状真菌的遗传
真菌是在细胞结构和遗传机制上具有特殊性的真核微 生物。
一方面:具有类似于高等动植物的细胞核和染色体结 构，可进行有性生殖
另一方面:又具有微生物的生长迅速、生活周期短、 便于培养等优点。
真菌在自然界条件下进行遗传物质转移和重组的主要 途径——有性生殖和准性生殖
对丝状真菌的研究历史
1.2.1第一次分裂分离和第二次分裂分离
粗糙脉孢菌的特点——它的四分体呈顺序排列。
如：
将A和a接合型的 通过有性生殖 菌株的细胞接合
产生含有子囊的子 囊果，每个子囊果 中含有8个子囊孢子
将8个子囊孢子依
序分别分离培养
培养
得到8个单孢子菌株
在这8个菌株的斜面上都放 上属于接合型a的分生孢子
4个斜面上出现成熟的子囊果， 4个斜面上没有子囊果
1
2
3在 有性生殖和准性生 殖过程
20世纪70年代发展 起来的原生质体融合 技术为丝状真菌遗传 物质的转移和重组提 供了较方便和有效的 手段，使获得种间和 属间杂种成为可能。
1979年，Case等
在粗糙脉孢菌中建 立了第一个丝状真 菌的DNA转化系统 从此丝状真菌的遗 传研究跨入了分子 遗传学时代
AB
aB
ab
AB
aB
aB
ab
Ab
Ab
ab
Ab
AB
PD
NPD T
因此两基因的相对距离是:
亲代二型（PD）、非亲代二型（NPD)、四型（T)。
A-T重组频率=重组染色单体数目/染色单体总数目
NPD
T
T
NPD T
(41 2126 2128 43 210) 100% 11.71% 4 1161
由重组频率测得的距离是11.71
除了上述方法外，还可以利用另外方法 进行遗传学分析：
（3）直接根据四分子中亲代双型、非 亲代双型及四型的出现频率来计算判断 两基因间的距离
四分体时期
每一四型子囊中:含有两条重组染色单体 每一非亲代双型子囊中:含有4条重组染色单体 而亲代二型子囊中:不含有重组染色单体 所以重组染色单体数是:2T十4NPD＝2(T十2NPD) 另外，由于染色单体的总数是:4(T十PD十NPD)
脉孢菌At和aT杂交子代的子囊类型
子囊类别
分离类型 四分体类型 子囊数
1 23 4 At AT At AT At AT AT aT aT at at At aT at aT at ⅠⅠ ⅠⅠ ⅠⅡ ⅡⅠ PD NPD T T 888 1 126 128
5 67 At AT At aT at aT At AT AT aT at at ⅡⅡ ⅡⅡ ⅡⅡ PD NPD T 5 3 10
A
A
A
A
A
A
A
a
a
a
a
a
a
第一次减数分裂中期 第一次减数分裂末期
a
第一次分裂分离
Ⅲ---Ⅵ型的出现的原因：A和a基因与着丝 粒之间发生染色体交换所致。 由于A和a基 因是在第二次分裂时才发生分离，称第二 次分裂分离。
A
A
A a
A a
a
a
A
A
a
a
A
第一次减数分裂中期 第一次减数分裂末期
a
第二次分裂分离
其子囊孢子的排列除上述情况外，还有5种排列方式。 Ⅰ AAAA a a a a Ⅱ a a a aAAAA Ⅲ AA a aAA a a Ⅳ a aAA a aAA Ⅴ AA a a a a AA Ⅵ a aAAAA a a 这6种排列方式和他们进行减数分裂时染色体行为有关
Ⅰ型和Ⅱ型的出现的原因：减数分裂过程 中接合型基因座位（A或a）与着丝粒之间 未发生染色体交换的缘故。由于A和a基因 在第一次分裂时就相互分离，所以称第一 次分裂分离。
在经典遗传学中，动植物的两个基因之间的距离是
用前重面组百讲分的值是表一示对的基因的情况，那么两对基因的 情况又如何呢？
那么两个基因之间的重组距离必定是这两个基因的 着丝粒距离之和（它们处于着丝粒两侧）或差（处 于着丝粒一侧）。
例如：脉孢菌中两对基因之间的杂交。
两对杂交基因的性状是接合型Aa和正常生长型 Tt，t是缓慢生长突变型，杂交亲本的遗传型是At 和aT，杂交后得到的子代的子囊类型和各类子囊 数见下表。
62 61
100 123 100 7.5
760 758 61 62
1641
总之，利用上述方法，可以进行粗糙脉孢菌的连锁分析
分析连锁群的原理
如果一个基因的着丝粒距离是X,另一个基因的着丝粒距离 是Y，则两基因间的距离或是X-Y，或是X+Y。
A
B
X
Y-X
A X
B Y
Y
X+Y
由于X和Y 值均很小，所以如果这两个基因位于同一染色
基上生长 因此是研究遗传学的好材料。
无性生殖：是由分生孢子发芽形成为菌丝， 菌丝长到一定程度形成分子孢子。
无性生殖过程中，由菌丝体上的气生菌 丝产生两类分生孢子
两类分生孢子
单核的小型 分生孢子
多核的大型 分生孢子
多细胞的菌 丝体 （mycelium）
和分生孢子 （conidium） 都是单倍的。
100
leu met leu met leu met leu met
基本培养基上菌落数 2 完全培养基上菌落数
100
结果发现： leu-met+ 型子囊孢子有758个、
leu+met-型子囊孢子 有760个、leu+met+ 子囊孢子 有61个、leu-met- 子囊孢子有62个，根据上述公式， 可知两基因间距离为：
均可萌发长出新菌丝而完成无性世代的循环
有性世代 A
a
有性生殖：在氮源不 足时，他们可产生相 当于雌性生殖结构的 原子囊果，可进入有 性生殖过程。
两种不同生理类型的菌丝都能产生分生孢 子和原子囊果，原子囊果相当于卵细胞，分 生孢子相当于精细胞。 单一菌株只产生不含子囊的原子囊果，接 合型A或a菌株的分生孢子与接合型 a或A菌 株的原子囊果上的受精丝结合发生受精过程， 形成双倍体的合子。
红色面包霉的有性繁殖方式：
“A”“a”两种生理型（接合型，conjugant）， 它们通过融合和异型核的接合（conjugation） 而形成二倍体的合子，这便是有性世代。合子是 短暂的二倍体世代。
两种生理型 A
合子
a
合子形成以后，立即进行减数分裂，产生四个单倍 体的核，称为四分孢子（四分体）。
可通过第二次分裂分离的子囊频率来计算某一基因和着丝 粒之间的距离，这种距离称为着丝粒距离。
A a A a
因为每一个第二次分裂分离子囊中只有一半是重 组的子囊孢子，另一半是非重组的
所以基因座位和着丝粒之间的距离应是：
着丝粒距离＝1/2(第二次分裂分离子囊数/子囊总 数)
A a A a
1.2.3着丝粒距离和重组频率
酸和亮氨酸的基本培养基上生长，对粗糙脉孢菌来 说， leu+met+的数目和leu-met-的数目基本相等，所 以leu和met间的重组率为
对粗糙脉孢菌来说， leu+met+的数目和leu-met-的数目 基本相等，所以leu和met间的重组率为
leumet重组率
leu met leu met
两种方法测得的两个数值很相近，说明着丝粒
距离可表示基因在染色体上的位置。
T 6.2
A 6.28
11.72
两个数值不完全相符的原因 由于在着丝粒距离计算中，着丝粒作为一个座
位来考虑的。而在重组频率计算中，不考虑着 丝粒，那么双交换类型就和非交换类型不能区 别，把图距估计偏低。
nA * Na杂交子代的子囊类型
现在在丝状真菌 中建立了DNA转 化系统，并已普遍 用于基因分离、基 因结构、基因表达 调控等研究。
1.粗糙脉孢菌的遗传分析 1.1粗糙脉孢菌的生活史
粗糙脉孢菌（红色面包霉）是一种丝状真菌 其生殖方式包括：无性生殖和有性生殖 以无性生殖为主，单倍体。 世代周期相对较短，又可以在简单的化学培养
用三角瓶进行大量杂交 涂布于培养基上
检查所形成的菌落
A
a
leu-met+ leu+met-
如使A接合型的亮氨酸缺陷菌株（A leu-met+）和a接 合型的蛋氨酸缺陷株（a leu+met-）杂交，当不考虑 A、a接合型时，预计可以形成leu-met+ 、leu+met- 、 leu+met+ 、leu-met- 4种子囊孢子，其中leu+met+和 leu-met-为重组型，在这两种重组型中， leu+met+可 以在基本培养基上生长，而leu-met-只能在添加蛋氨
4 一次只分析一个减数分裂的产物，程序简便
2.构巢曲霉（非顺序排列四分体） 的遗传分析
在构巢曲霉中，一次减数分裂的产物虽然也同处 于一个子囊内，但其子囊孢子不像脉孢菌那样呈 直线排列
这种不以直线排列在一个子囊内的四个减数分裂 产物称为非顺序排列四分体。
分生孢子 原子囊果
合子
四分体
四分体再经过一次有丝分裂，形成8个子囊孢子，它严格 顺序直线排列在子囊里，这样，每个子囊里的8个孢子有4 个为“A”交配型，4个为“a”交配型，二者总是1：1分离。 由于子囊内的孢子直接反应了减数分裂的结果，因而是遗 传分析的好材料。
通过四分体分析，可以直接比较其分离比例，并验证其有 无连锁。
说明4个菌株的接合型属于A，4个属于a，且其排列顺序为AAAA a a a a，
两种生理型 十(A)
一(a)
一(a)
说明4个菌株的接合型属于A，4个属于a，且其排列顺序为a a a aAAAA ，
为什么会出现这种现象呢？
原因---染色体基础
A和a接合型分别受染 色体上的接合型基因 的控制 ，在减数分裂 的第一次分裂中A和a 基因发生分离，结果 出现上述性状。如果 决定接合型的物质与 染色体无关，它就不 会作这样有规律的分 离。