遗传图的制作和基因定位(A)

染色体干涉（chromosomal interference）
• 以上讲的干涉是就一个完整的染色体为单 位来说的，也叫染色体干涉：第一次交换 发生后，第二次交换可以在任意两条非姊 妹染色单体间进行。一般情况下，第一次 交换除对同线双交换有干涉外，对其他双 交换没有干涉。
遗传学图（genetic map）
两点测交和三点测交总结
• 两点测交工作量非常大，比如要确定四对基因， 则需6次杂交和6次测交，并且由于环境和基因间 的影响，使得测定结果会发生偏差；另外在两点 测交中，对于双交换是无法检出的，因为在两个 基因间双交换的结果等于没交换。 • 三点测交工作量大大降低，而且测定结果更准确， 且可以检出双交换。 • 两点测交和三点测交都必须用杂合体，否则就无 法判断是否发生了交换。
C
4.36
Sh 25.51
23.07
Wx
• 很明显，25.51≠4.36+23.07。原因是在两个基因之间如果 发生了双交换，从表型上是检测不出来的。刚才我们在计 算重组率时其中（39+19）个个体分别在计算C-Sh和ShWX之间各用了一次，说明有（39+19）的个体是发生了 双交换，但是我们在计算C-Wx间的图距时，没有将这个 双交换值计算进去，显然C-Wx间的图距被缩小了，因此 必须进行校正。我们先算双交换值（39+19） /6033=0.96%。而一次双交换等于两次单交换，所以在计 算C-Wx间图距时，应加上两倍的双交换值，即CWx=25.51+2X0.96=27.43。 • 从任何一个三点测交的实验中，我们可以发现，所得测 交后代的8种可能的表型中，最多的两种是亲组合，最少 的两种是双交换产物，中间数量的4种是单交换的产物。 根据这些规律，对于一个三点实验结果，在不计算重组值 的情况下，一眼就能判断出这三个基因的排列次序，即用 双交换类型与亲本类型相比较，改变位置的基因就是位于 中间位置的基因。在上面的例子中，亲组合为（+++， cshwx）,双交换产物为（+ sh +, c+wx）,只有当Sh位于中 间的时候，同时发生两个单交换后，才可能产生上述的双 交换个体。具体情况如下图所示：
Wx,C和Sh之间的位置关系图
• 由于Wx和C之间的图距21.7更接近 （20.3+3.6）=23.9 • 而不是（20.3-3.6）=16.7，所以三个基因 之间的位置关系和距离应为下图：
Wx Sh C
20.3
3.6
三点测交的实例
• 做三点测交时需要用这三个基因的杂合子 （如abc/+++或ab+/++c）同这三个基因的 隐性纯合子（abc/abc）测交。我们还以玉 米的上述三个基因为例说明，假如用于三 点测交的两个亲本为：＋＋＋／＋＋＋和c sh wx/c sh wx,则Ｆ１代的基因型为： +++/c sh wx,然后Ｆ１与三隐性纯合体c sh wx/ c sh wx测交，获得下表所示结果。
重组率与遗传图图距
• 我们知道，重组率是介于0-50%之间（为什么？），但在 遗传图上我们可以看多超过50图距单位的，这是因为这两 个基因间发生了多次交换，但实际上这两基因间的重组值 不会超过50%，所以实验得到的重组值与图上的重组值不 一定是一致的，因此要从图上知道基因间的重组值只限于 临近的基因座位间。 • 这里我们所讲的遗传学的界标都是一些表型性状， Botstein等于1980年提出了现代遗传连锁图的概念，主要 是将这些单纯的表型多态性界标改变为DNA序列的多态性 作为界标，如RFLP、VNTR、STR，SNP等，这些内容 我们在今后基因组水平上的遗传部分再讲述，这里暂不讲 述。
• 3、体细胞交换与基因定位： • 4、人类基因定位的基本方法
• • • • • • 4.1家系分析法。 4.2 体细胞杂交定位。 4.3 核酸杂交技术。 5.1 细菌的转化与基因定位。 5.2 细菌的接合与基因定位。 5.3 细菌的转导与作图。
• 5、细菌的遗传分析与基因定位。
• 6、噬菌体的重组作图。
玉米三对基因的三点测交结果
+ c c + + c c +
Ｆ１配子的基因型 + + sh wx + + sh wx + wx sh + + wx sh + 总数
实得籽粒数 ２２３８ ２１９８ ９８ １０７ ６７２ ６６２ ３９ １９ ６０３３
• 上表可看出，８种表型的实得籽粒数各不相同， 且相差悬殊，说明它们是连锁的。下面我们先不 考虑Ｗｘ，只考虑C-Sh间的情况，这样就可以 计算出C-Sh间的重组值：C-Sh= （98+107+39+19）/6033=4.36%。同样的方法 可计算出：Sh-Wx和C-Wx之间的交换值分别为： Sh-Wx=（672+662+39+19）/6033=23.07%和 C-Wx=（98+107+672+662）/6033=25.51%。 根据这三个数据我们可以将这三个基因作如下排 列：
• 又称基因连锁图（linkage map）或染色体 图（chromosome map），是一种依据基 因间的交换值（或重组值）表示连锁基因 在染色体上相对位置的简单线性示意图。
连锁群（linkage group）
• 所谓一个连锁群，是指位于一对同源染色 体上的所有基因群。通过大量的实验，我 们已经知道一个生物连锁群的数目等于或 少于染色体的对数。至于少于染色体数， 那是因为有些连锁群还未被发现。 • 基因在染色体上的位置叫座位（locus）， 一般以最先端的基因位置为0，如果发现有 新基因在更先端的位置时，就把0点让给新 基因，其余基因的位置亦作相应的移动。
Wx和C两对基因的遗传实验
• WxC/WxC X wxc/wxc • • WxC/wxc X wxc/wxc • WxC/wxc wxc/wxc Wxc/wxc wxC/wxc • 2542 2716 739 717
Wx与Ｃ之间的图距
• 重组率： • [（739+717）/（2542+2716+739+717）]X 100%=21.7% • 因此Wx与Sh之间的图距为21.7 cM
图距（map distance）
• 即两个基因在染色体图上距离的数量单位， 它以重组值1%去掉%号表示基因在染色体 上的一个距离单位，即某基因间的距离为 一个图距单位（map unit, mu）。 • 后人为了纪念现代遗传学的奠基人摩尔根， 将图距单位称为厘摩（centimorgan, cM）。
基因定位（gene mapping）
• 已知玉米粒糊粉层有色C（或无色c）、胚 乳饱满Sh（或缺陷sh），胚乳非糯性Wx （糯性wx）三对相对性状表现为连锁遗传， 它们位于同一对同源染色体上。要测定这 三个基因位点之间的距离和顺序，我们需 要分别进行三次杂交和三次测交。 • 这里要注意的是用于测交的F1必须是双杂 合体，否则无法检出重组。
Wx和Sh两对基因的遗传实验
• wxSh/wxSh X Wxsh/Wxsh • • wxSh/Wxsh X wxsh/wxsh • wxSh/wxsh Wxsh/wxsh wxsh/wxsh wxSh/wxsh • 5885 5991 1531 1488
Wx与Sh之间的图距
• 重组率： • [（1531+1488）/ （5885+5991+1531+1488）]X 100%=20.3% • 因此Wx与Sh之间的图距为20.3 cM • 那么Wx和C之间的图距应为（20.3+3.6）还 是（20.3-3.6）呢？ • 还需要第三次杂交和测交才能确定。
• 是指将基因定位于某一特定的染色体上，以及测定基因在 染色体上线性排列的顺序与距离。 • 基因定位的目的是通过将基因定位于染色体的基因座上后， 帮助我们理解和开发生物性状的遗传物质，特别是通过遗 传连锁将一种性状的遗传与另一种性状或标记相联系，或 者通过将表型差异与染色体结构的改变联系起来。这在商 业上可用于改良动植物的性状、定位与克隆人类的疾病基 因等。 • 两个基因之间的距离可以通过交换值来计算，交换值又可 以通过新组合在整个后代中的比例来计算，因此可以通过 交换值对基因进行定位。当然这种定位并不是基因间的绝 对位置，而是指基因在染色体上的排列次序和彼此之间的 相对距离。
• • • • 6.1 用于噬菌体作图的常用表型特征。 6.2 噬菌体的遗传重组与作图。 6.3 噬菌体的遗传图为环形但DNA却是线状的。 6.4 T4噬菌体的遗传学图。
1、真核生物基因定位的基本方法和 遗传图的制作。
• 大量实验表明，两个基因之间的重组值是相对恒 定的，不同基因之间的重组值却不同，这表明生 物体的各个基因在染色体上的位置是相对恒定的。 • 重组值的大小反映基因座在染色体上距离的远近， 摩尔根于1911年提出设想，如果将交换的百分率 直接定为染色体上基因座之间的相对距离单位， 这样人们就有可能根据交换率来确定基因在染色 体上的相对位置。
“毫无疑问，中国基因组学研究已 达到世界水平”--美国国家科学 院院士唐纳德· 肯尼迪(科学杂志 社总编)
遗传图的制作和基因定位
By Li Gang
Outline
• 1、真核生物基因定位的基本方法和遗传图的制作。 • 2、脉孢霉四分子及其遗传学分析。
• • 2.1 四分子分析与着丝粒作用。 2.2 二对基因的四分子分析。
干涉（interference）
• 对同一染色体上的三个基因来说，发生双交换的概率应该是两个单交 换概率的乘积。在上面的例子中，理论上双交换率应为： 23.07%X4.36%≈1.0%，可是它的实际双交换值只有0.96%，实际值 小于理论值。可见每发生一次单交换时，它的临近基因间也发生一次 交换的机会就减少，这种现象称为干涉。干涉的程度通常用并发系数 （coefficient of coincidence，c）来表示： • 并发系数=实际双交换值/理论双交换值 • 并发系数通常在0-1之间。如果并发系数为1，则说明两个单交换之间 没有干涉；如果并发系数等于0，则说明发生了完全干涉，即一个交 换的发生完全干涉了第二个交换的发生，即没有双交换的发生。在上 面的例子中，并发系数=0.96/1.0=0.96，干涉=1-0.96=0.04.另外在微 生物发生基因转变的时候，并发系数可以大于1，这表示存在着负干 涉，即一次交换的发生使第二次发生交换的频率增加了。
3 体细胞交换与基因定位Leabharlann Baidu
• 正常情况下分裂分离和重组都是在减数分裂中发生的，但实验证据表 明在有的有机体中交换也可发生在有丝分裂中，这叫做体细胞交换 （somatic crossing over）或有丝分裂交换（mitotic crossing over）。 • 果蝇的孪生斑（twin spots）即两块互相靠近而面积相当的斑点，一 块为黄色直刚毛，一块为灰色曲刚毛，呈镶嵌表型就是有丝分裂交换 的一个典型例子。，C.Stern认为孪生斑是由于体细胞在有丝分裂过 程中发生了同源染色体间的交换而产生的。在果蝇X染色体上，有两 对连锁基因：y（黄体）对y+（灰体）隐性，sn（短的曲刚毛）对sn+ （长的直刚毛）隐性。照例基因型为杂合型的雌果蝇（y sn+/y+ sn） 应表现出野生型的灰体直刚毛。将一个灰体曲刚毛（y+ sn/ y+ sn） 雌果蝇和一个黄体直刚毛（y sn+）雄果蝇杂交，stern发现，正如预 料的那样雌性后代大部分为野生型（灰体直刚毛），但部分雌果蝇有 孪生斑，孪生斑的发生频率较高，一定是某种遗传事件的交互产物。 这种现象无法用体细胞突变等来解释，他认为最好的解释是由于体细 胞在有丝分裂过程中发生了同源染色体间的交换而产生的。如下图所 示：
基因定位的基本方法
• 两点测交：指每次只测定两个基因间的遗 传距离，这是基因定位的最基本方法。 • 三点测交：就是通过一次杂交和一次测交， 同时确定三对等位基因（即三个基因位点） 的排列顺序和它们之间的遗传距离。三点 测交能测出双交换，因此更能准确地反映 出连锁基因间的相对距离。
两点测交的实例
C和Sh两对基因的遗传实验
• CSh/CSh X csh/csh • • CSh/csh X csh/csh • • CSh/csh csh/csh Csh/csh cSh/csh • 4032 4035 149 152
C与Sh之间的图距
• • • • 重组率： [（152+149）/（4032+4035+149+152）] X 100%=3.6% 因此C与Sh之间的图距为3.6 cM