真核生物的遗传分析

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scot2npd交换平均次数msco2dcot2npd24npdt6npd50t6npd单交换产生编辑ppt4717124140140例如a双因子杂交产生的各类型子囊数为112pdnpd24因为pdnpd所以ab相互连锁如果直接计算重组率140140rf114重组率分析没能矫正双交换产生的影响编辑ppt48编辑ppt49mii最大分离频率23最大重组率等于13编辑ppt50三个连锁基因的作图无序四分子分析编辑ppt51确定基因顺序利用频率最小的双线双交换四分孢子计算重组率绘连锁图顺序为abcacbcab双线双交换编辑ppt52rfac12tnpd12822165rfcb12tnpd12722160连锁图为编辑ppt53同源homologousrecombination重组
• 链孢霉有两种繁殖方式,一种是无性繁殖,当其孢子(N) 或菌丝落在营养物上,孢子萌发,菌丝生长形成菌丝体(N )。
• 另一种是有性繁殖,两个亲本必须是不同的交配型(matig type )A和a,各自的分生孢子会散落在不同交配型子实体的受精丝 上,进入子实体,进行核融合,形成2n核,(A/a)。二倍体时 期十分短暂,很快进行减数分裂,最后再经过一次有丝分裂,在 子囊中产生8个单倍体的子囊孢子,其中邻接的每一对孢子具有 相同的基因型。子囊孢子成熟后又可萌发,长成新的菌丝体
四分体遗传分析的特殊意义在于:
(1) 能从四分体不同类型出现的相对频率计算连锁关系; (2) 能计算标记基因与着丝点之间的连锁; (3)子囊中子囊孢子的对称性,证明减数分裂是一个交互 过程。
(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。
链孢霉的第一次和第二次分裂分离
链孢霉减数分裂过程

4 ——
= 11.4%
2
2 140 140
重组率分析没能矫正双交换产生的影响
MII最大分离频率 <2/3
最大重组率等于1/3
三. 三个连锁基因的作图
——无序四分子分析
①确定基因顺序 利用频率最小的双线双交换四分孢子
②计算重组率 ③绘连锁图
顺序为
双线双交换 四分孢子为
abc
abc a+c +b+ +++
1 0 .2 5
注意:9.30 - 5.05 = 4.25 5.2。这种差异我们在三 点测验时也曾看到,这是因为某些二价体中存在一 次以上重组的缘故。
+a
+a na
n+
n+ ++
9.30<10.25,忽略了着丝粒与a点之间的双交换
子 囊 型
2 3 4 5 6 7 总数
每一子囊被计算为重
2.其次计算着丝粒(·)与基因nic(n)、ade(a)间的重组率 (RF)
由于5.05<9.3,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:
nic和ade的距离?
nic和ade的距离
因此连锁顺序应该是:
5 .0 5 n ic 5 .2 a d e •
1PD 2T 1NPD 若四种双交换类型随机 发生,双交换类型的频 率为:
DCO = 4NPD
单交换产生 T型 ;
双交换产生
1 PD型 2 T型 1 NPD型
双交换类型频率: DCO = 4NPD 单交换类型频率: SCO=T-2NPD 交换平均次数m :
(单交换的频率加上两倍双交换频率) m =SCO+2DCO =(T-2NPD) +2(4NPD)=T+6NPD
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。
真核生物的遗传分 析
第一节 生物进化的C值矛盾
真核生物基因组 基因组:一个物种单倍体的染色体数目及其所携
带的全部基因。 1 C值悖理
C值:一个物种基因组的DNA含量是相对稳定的, 通常称为该物种DNA的C值,即单倍体所含DNA量。
C值悖理:物种的C值及其进化复杂性之间没有严 格的对应关系。
C value paradox of nucleotide
图距 = 50×m = 50×(T+6NPD)
例如,a b 双因子杂交产生的各类型子囊数为 112 PD, 4 NPD, 24 T 因为PD﹥NPD, 所以ab相互连锁
图距
=
50
×(
24 ——
+6 ×——4 )= 17.1
140Leabharlann 140如果直接计算重组率
RF= —1 × T+NPD
1 =—
×—2—4
④拷贝选择(Copy choice):如RNA 病毒,聚合 酶在合成RNA 时从一条模板链转换到另一条链上。 因此,新合成的分子把两个不同亲本中的序列信息 连在一起。
2 同源重组的特点 ①同源重组是双链DNA 间的反应。 ②反应中涉及的酶可以用任何一对同源序列作为 底物。 ③存在重组热点。 ④基因组中重组频率受染色体结构影响。如在 异染色质附近,交换受到抑制。
• 链孢霉Neurospora是真菌,属于子囊菌纲,又称红色面包霉 ,在遗传研究上应用极广。这类真菌特别有利之处在于它们 一方面有性生殖,具有跟高等动植物行为相象的染色体,另 一方面又象细菌那样有较短的生活周期。链孢霉的有性生殖 周期只要10天,能在含碳源和某些无机盐的简单培养基中生 长。
• 链孢霉(Neurospora crassa)是一种丝状真茵,生活史相当 复杂(图6.2)。
acb
acb a+b +c+ +++
cab
cab c+b +a+ +++
RF(a-c)=1/2T+NPD=1/2×(8+2+2+1)%=6.5%
RF(c-b)=1/2T+NPD=1/2×(7+2+2+1)%=6.0%
连锁图为 a 6.5
c 6.0 b
第三节 真核生物重组的分子机制
1 重组的类型
① 同源(Homologous recombination) 重组:DNA 同源序列间发生的重组,或称非特异性 重组。
1.首先判断n、a基因是独立分配还是连锁。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。在判断这两个基因是否连锁时,四分子类型中的T型 (四型)的数据不能带来有价值的信息,因为T型四分子中有 4种基因型,其中50%为重组型,50%为亲本型,与独立分 配的遗传规律不能相区别,因此T型四分子说明不了问题, 故只需比较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。
如果a和b连锁,则在a与b之间可以
不发生交换(non crossover,NCO) 发生一次交换(single crossover,SCO) 发生两次交换(double crossover,DCO)
……等。
假定发生更多次交换的频率可以忽略不计。
§无交换只产生PD §单交换只产生T §双交换产生三种
• 在所有子囊中重组染色单体数是第二次分裂分离子囊数的2 倍(2N2)。染色单体的总数是子囊数的4倍(4N1 + 4N2),这里 N1和N2是第一次和第二次分裂分离的子囊数。
• 因此,重组百分率是:
2N 2 10 0N 2 100
4(N 1N 2)
2(N 1N 2)
将表中所观察到的各类子囊数代入上式可得:
• 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。
例:有两种不同接合型的脉孢菌菌株,一种是能合成赖 氨酸的野生型菌株(记作lys+或+),该菌株成熟的子囊孢 子呈黑色。另一种是赖氨酸缺陷型(记作lys-或-),这种菌 株的子囊孢子成熟较迟,呈灰色。将这两种菌株进行杂 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,其计数的结果
⑤两个DNA分子序列同源区越长越有利于重组。
大肠杆菌活体重组至少20-40bp同源序列 大肠杆菌与λ噬菌体或质粒间的重组至少 13bp 枯草杆菌基因组与质粒间重组同源区域长度 ≥70bp 哺乳动物基因间重组同源区域长度≥150bp
组子的染色单体数
.—n n—a .—a
0
4
0
0
2
2
2
2
0
2
0
2
2
4
2
2
2
2
子 在所有子囊中被计算为
囊 重组子的染色单体数

.—n n—a .—a
1
0
4
0
90
0
180
180
5
10
10
0
90 180
1
2
0
180
4
2
5
10
10
10
202 208
372
202+208-372 = 38 38/ 4000=0.95% 9.3+0.95=10. 25
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。
两对基因杂交时,如不考虑孢子排列,只考虑性状组合时,子囊可以 分作3种四分子类型:
显花植物 鸟类 哺乳类 爬行类
两栖类
硬骨鱼类 软骨鱼类
棘皮类
甲壳类 昆虫类 软体动物
蠕虫类 霉菌
藻类 真菌 G+细菌 G-细菌 支原体
A 生物体进化程度高低 与C值不成明显 相关(非线性)
人类109bp,肺鱼1011bp
B 亲缘关系相近的生 物C值相差较大
C值悖理解释:
基因组的部分或完全加倍 转座、反转录已加工基因 DNA复制滑动 不等交换和DNA扩增 生物进化过程中非编码DNA清除速率的不同
1.第一次分裂分离(MI) 基因与着丝粒
间无交换,等位基 因在第一次减数分 裂时分开。子囊孢 子中等位基因的分 离形式为MI 。
2.第二次分裂分离
(MⅡ)
基因与着丝粒间有 交换,等位基因在第 二次减数分裂时才分 开。子囊孢子中等位 基因的分离形式MⅡ 模式 。
MI
MⅡ
1 着丝粒作图
• 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。
N值悖理 N值:一个物种基因组的基因数目。 N值悖理:生物的基因数目与生物在进化树上的
位置不完全相关。
人类基因组大约含25000个基因 线虫含有近20000个基因 果蝇只有14000个基因
剪接方式的复杂性,一个基因产生多个蛋白质分子
第二节 真菌类的四分子分析与作图
一 顺序四分子的遗传分析
• 链孢霉(Neurospora crassa)的生活史
②位点特异性重组(Site-specific recombination):特异性序列对之间进行重组, 在原核生物中最为典型,如将噬菌体基因组整合 到细菌染色体中。
③ 转座重组(transposition recombination):使 一段DNA 序列插入到另一段DNA 序列中,而不 依赖于序列同源性。
5 .0 5 n ic 5 .2 a d e •
1 0 .2 5
二. 两个连锁基因的作图
——无序四分子分析
在一个++×a b的杂交组合的子囊中,四分子的基 因型可归纳为:
RF=1/2T+NPD 若RF=0.5,a、b基因无连锁
若RF<0.5,a、b基因连锁
1.第一次分裂分离(MI) 基因与着丝粒
间无交换,等位基 因在第一次减数分 裂时分开。子囊孢 子中等位基因的分 离形式为MI 。
2.第二次分裂分离
(MⅡ)
基因与着丝粒间有 交换,等位基因在第 二次减数分裂时才分 开。子囊孢子中等位 基因的分离形式MⅡ 模式 。
2 两个连锁基因的作图
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,ade(简化代号为a)是腺嘌呤 依赖型,在培养基中添加腺嘌呤才能生长。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
•每个子囊是一次减数分 裂的产物,而每对孢子 则是有丝分裂的产物, 因此每对孢子的每个成 员具有相同的基因型。
减数分裂所产生的四个 产物即四分体不仅仍保 留在一起,而且在子囊 中成线状排列。
四分子分析(tetrad analysis)
• 子囊孢子是单倍体,不存在显隐性的问题,表型和基因型一 致;孢子按顺序排列在子囊中,我们称其为顺序四分子( Ordered tetrad),经过分析易于确定是否是重组类型及基 因的转变,其着丝粒本身也可看作是一个位点来研究,因此 在四分体时期进行遗传分析是很方便的,这种方法称为四分 子分析
• 根据这种情况,就有可能计算某一位点和 着丝点之间的重组百分率。
• 重组百分率的标准公式如下:
A 位点 染和 色 染 着 单 色 丝 体 1单 0
• 在第一次分裂分离的子囊中,lys+、lys-位点与着丝点之间
没有重组的染色单体。
• 在第二次分裂分离的子囊中,四条染色单体中有两条(即1/2) 发生重组。
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