第八章真菌的遗传(普通真菌学)

二、粗糙脉孢菌的遗传分析 1、粗糙脉孢菌的生活史 、 无性生殖：粗糙脉孢菌的营养菌丝体是分节的，每一节内含有 无性生殖 许多单倍体的核，每个核都有不成对的7条染色体。 野生型粗糙脉孢菌的分生孢子有两种，小型分生孢子中含有一 个核，大型分生孢子中含有几个核。
三、对于粗糙脉孢菌的遗传学研究
• Lindegren在1932年把它用于分离交配型因子的研 究，作为遗传学研究的材料引起了人们的重视。 • 1941年比得勒（G．W．Beadle）和Tatum利用 该种成功地分离出生物化学的突变株，进行了以 基因与酶假说为基础的研究。 • 此后，制作出与n=7的染色体数相对应的连锁图， • 该菌常被应用变机制、重组机 突变机制、 突变机制 基因的微细结构、互补性等的研究，已成为 制、基因的微细结构、互补性 遗传学上的重要发现。
0%
50%
二、四分体分析（Tetrad analysis） 四分体分析（ ）
1、顺序四分体 四分体分析：根据一个子囊中按严格次序排列的 四分体分析 四分体表现进行的遗传分析。 非顺序四分体分析：四分体没有严格按照排列顺序。 非顺序四分体分析 第一对子囊孢子来自一条染色单体，第二对子囊孢 子则是来自这条染色单体的姊妹染色单体；第三和 第四对子囊孢子是来自前一条染色体的同源染色体 的姊妹染色单体。所以，脉孢菌减数分裂所产生的 四分子是属于顺序四分体 顺序四分体(orderedtetrad)。 顺序四分体
Sporulation rhythm of Neurospora crassa（粗糙 脉孢菌的产孢周期）
Circadian rhythms （周日性規律） • Biological process that oscillate (震荡）with an approximate 24 hour periodicity （24小时震荡） when there are no external timing cues. • low nutrient medium and continuous darkness(低营养 量及持续黑暗条件下）. sporulation occurs every 22h.
3、用 途： 粗糙脉胞菌的某些变异或诱变菌株， 、
可用来作为生物素、胆碱、肌醇、硫胺素及多种 氨基酸的生物测定菌。 好食脉孢菌可测定吡哆醇、吡哆醛等，有人还用 它增加酒的香味。用稻草培养脉孢菌可制成稻草 曲。 营养缺陷株也可用于维生素B族等的生物学定量。 富含维生素B12，是猪的一种好饲料。
脉孢菌是研究遗传的好材料，用异宗配合容易进行杂交。 如好食脉孢菌，需要两个菌系（或称交配型）交配后才能 产生子囊壳。 有性生殖的结果，形成梨形的子囊果，产生包含有多达8 个子囊孢子的子囊。子囊孢子为黑色，橄榄状，直线排列， 很容易进行四分孢子分析。 • 脉孢菌的子囊狭细，进行分裂的细胞核是严格的按直线方 式顺序排列的。这就为获得某一性状的菌系提供了有利条 件，所以常用它们作生化遗传的研究，例如将野生型与某 一生化突变型 生化突变型杂交后，来观察其子代的生理变化或子株分 生化突变型 离的对比数。
1．孢子是单倍体，没有像二倍体那样的显隐性复杂 性， 表型直接反映基因型。
2．异核体
3、交换现象
4、体细胞交换
5、真核体
体积小，易增殖，易于培养，一次杂交可 以产生大量后代，易于获得正确的统计结 果。
第二节 脉孢菌及其遗传分析
粗糙脉孢菌Neurospora crassa 一、粗糙脉孢菌
4、害 处：这类菌也是空气中的杂菌，微生物实验室常 、
被它们所污染。面包业的有害菌
二、粗糙脉孢菌的生活史
无性生殖：粗糙脉孢菌的营养菌丝体是分节的，每一节内含 无性生殖 有许多单倍体的核，每个核都有不成对的7条染色体。野 生型粗糙脉孢菌的分生孢子有两种，小型分生孢子中含有 一个核，大型分生孢子中含有几个核。分生孢子萌发，菌 丝生长，形成菌丝体，菌丝再长出分生孢子散布开去，继 续无性繁殖周期。 有性生殖： 有性生殖：必须由两种不同的接合型相互结合.小分生孢子和 大分生孢子可代替雄器。
四、基因连锁作图（基因定位） 基因连锁作图（基因定位）
两个连锁基因的作图 利用顺序四分子分析也可以对两个基因进行连锁分 析和作图。
实例
• 粗糙脉孢菌的烟酸依赖型 粗糙脉孢菌的烟酸依赖型,nic(简化代号为n)，需要在培养基中添加烟酸才 能生长； • 腺嘌呤依赖型ade(简化代号为a) ，在培养基中添加腺嘌呤才能生长。 腺嘌呤依赖型 • 将n+×+a两个菌株杂交。由前可知，一对基因杂交，有6种不同的子囊型， 两对基因杂交必有6×6=36种不同的子囊类型； • 但是因为半个子囊内的基因型次序可以忽视，不论是n+孢子对在“上 面”，+a 孢子对在“下面”，还是+a在“上面”，n+孢子对在“下面”， 都不过是反映着丝粒在减数分裂过程中的随机趋向而已，所以可以把36种 不同的子囊型归纳为7种基本子囊型。下表(表3-8)显示的是7种子囊型及 其实得子囊数。
（1）（2）未交换；（3）2、3交换；（4）1、4交换； （5）2、4交换（6）1、3交换；
• 第一次分裂 Ⅰ)时，带有lys+的两条染色单体移向一极，而带有lys-的两条 第一次分裂(MⅠ 染色单体移向另一极。这样，就lys+／lys-这一对基因而言，在第一次减数 分裂时就发生了分离，所以子囊型(1)和(2)属于第一次分裂分离类型。 第二次减数分裂时，每一染色单体相互分开，所以在每一子囊中两个lys+的 孢子排列在一起，两个lys-的孢子排列在一起，再经过一次有丝分裂，最后 形成4个孢子对，排列顺序自然是++- -或- -++，因为凡属第一次分裂分离的 子囊，均是着丝粒和所研究的基因间未发生过交换，所以称为非交换型 非交换型。 非交换型 lys+/lys-基因与着丝粒间没有发生过交换。 • 子囊型(3)、(4)、(5)和(6)均属于第二次分裂分离 (MⅡ)的子囊。由于 第二次分裂分离 Ⅱ lys+/lys-基因与着丝粒之间发生了一次单交换，带有lys+的染色单体和带有 交换而来的lys的染色单体相互分开，必然发生在第二次减数分裂时(MⅡ)。 就lys+/lys-这一对基因对而言，分离发生在第二次减数分裂。所以它们在有 丝分裂后最终形成的子囊孢子的排列顺序是+-+-(或-+-+)以及+--+(或-++-)。 由此可见，凡属第二次分裂分离型的子囊，一定是在着丝粒与所研究的基因 之间发生过交换。所以MⅡ型也称作交换型 交换型。 交换型
1．首先判断n、a基因是独立分配还是连锁。比较PD／ NPD=1或≈1，则非连锁，PD／NPD＞1，则连锁。如果NPD 的子囊数极少，则连锁很紧密。 根据表3-8中的数字，PD=808+90=898，NPD=1+1=2。如果 这两个基因是自由组合的话，可以预期PD∶NPD=1∶1，而 实验结果PD>>NPD。说明这两个基因不是自由组合，而是相 互连锁的。
2．其次计算着丝粒(·)与基因nic(n)、ade(a)间的重组率(RF) 着丝粒与nic的距离=1/2×M2/子囊总数×100=1/2 （5+90+1+5）×100=5.05% 着丝粒与ade的距离=1/2（90+90+1+5）× 100=9.5%
• 由于5.05＜9.5，所以n基因比a基因离着丝粒近。 但是n与a基因在着丝粒同侧还是不同侧？也就是 说着丝粒、n、a在染色体上的排列可能有两种方 式：
2、顺序四分体在遗传上的特点
①可以把着丝粒作为一个座位(locus)，计算某一基因与着 丝粒的重组率，即着丝粒作图 着丝粒作图 ②子囊中子囊孢子的对称性，证明减数分裂是一个交互过 程。 ③可以检验染色单体的交换有否干涉现象 干涉现象，还可利用它来 干涉现象 进行基因转变的研究，测定基因是否连锁。 ④证明双交换不仅可以包括4线中的两线而且可以包括3线 或4线。
• 对上述问题的分析可以有以下两种方法： 1．利用连锁基因n和a都处在MⅡ状态下的 PD和NPD四分子类型出现的频率来判断这 两个基因在同臂还是异臂上(图3-23)。
1)、如果n、a在异臂上，则PD与NPD都是由双交换形成，且 机会应相等，因而PD与NPD的频率相等。但是，表3-8的 实验数据显示在(5)中，同处MⅡMⅡ的PD子囊数为90，在 ⑥中，同处MⅡMⅡ的NPD子囊数为1。显然，PD多于 NPD。故这种排列的可能性不存在。于是，我们可以判断 n、a在同臂。
着丝粒作图(centromere mapping) 三、着丝粒作图 •
实 例
• 有两种不同接合型的脉孢菌菌株 • 野生型菌株：能合成赖氨酸(ly-sine) (记作lys+或 野生型菌株 +)，成熟的子囊孢子呈黑色 黑色。 黑色 • 突变型菌株 突变型菌株：赖氨酸缺陷型(记作lys-或-)，子囊孢 子成熟较迟，呈灰色 灰色。 灰色 • 两种菌株进行杂交lys+×lys-。在杂种子囊中减数 分裂的产物，根据黑色孢子和灰色孢子的排列次 序可有6种子囊型，为方便起见只写出其中的4个 孢子对(spore pairs)，其计数的结果在表3-7中。
1．亲二型(parental ditype,PD)，2种基因型，而且跟亲代一样。包括子囊型 ①和⑤。 2．非亲二型(non-parental ditype,NPD)，有2种基因型，都跟亲代不同，是 重组型。包括子囊型②和⑥。 3．四型(tetratyp,T)，有4种基因型，2种与亲代相同，2种重组型，包括子囊 型③、④和⑦。 下图(图3-22)可以从染色体交换和重组规律来理解3种四分子类型和各类 子囊的形成原因。
第三节 利用标记基因研究染色 体交换
一、染色体交换Exchange chromosome • 在一对非姊妹染色单体间没有发生着丝 粒和某杂合基因座交换的减数分裂，称为 第一次分裂分离(first-division segregation) 第一次分裂分离 或叫MⅠ模式 对非姊妹染色单体间没有发生着丝粒和 某杂合基因座交换的减数分裂，称为第二 第二 次分裂分离(second-division segregation) 次分裂分离 或称为MⅡ模式
第八章 真菌的遗传
第一节 真菌遗传学的特点 第二节 脉孢菌及其遗传分析 第二节 利用基因标记研究染色体交换 第四节 细胞质遗传 丝状真菌的DNA DNA转化 第五节 丝状真菌的DNA转化
• 真菌在遗传学研究中有什么优势？ • 什么是异核现象?什么是异核体？
第一节 真菌遗传学特点
一、真菌遗传学特点
1、分类地位：子囊菌门核菌纲（Pyrenomycetes）球壳菌目 分类地位： （Sphaeriales）粪壳科（Sordariaceae）脉孢菌属 （Neurospora） 2、习 性：腐生菌，在发霉的玉米上，特别在玉米轴上常 出现，有人称它为红色面包霉。其分生孢子耐高温，湿热 70℃4 min后失去活力，而干热可耐130℃。 有的表现出单一型无性世代。菌丝多核，附有桔色分生孢 子。野生型在加有生物素（biotin）的培养基上生长繁殖， 可分离出营养缺陷型突变株。
• 染色体上两个基因座之间的距离愈远，则它们之间发生交换的频率愈高。 因此，第二次分裂分离的子囊愈多，则说明有关基因和着丝粒的距离愈 远。所以由第二次分裂分离子囊的频数，可以计算某一基因和着丝粒间 的距离，这距离称为着丝粒距离 着丝粒距离。 着丝粒距离 • 由于交换发生在4个染色单体的两个染色单体中，所以有关的基因和着丝 粒之间的每一次交换产生两个交换型和两个非交换型的染色单体，也就 是说，每发生一次交换，一个子囊中只有半数孢子发生重组。从子囊中 子囊孢子排列的形式来讲，则每一次交换产生一个第二次分裂分离的子 囊。 • 因此着丝粒与有关基因间的重组率为：1/2重组体/子囊总数=1/2×交换型 /（亲本型+交换型）=1/2（9+5+10+16）/105+129+40=7.3 • 换言之，lys+基因与着丝粒间的图距是7.3cM，这便是着丝粒距离