2.3 遗传作图的方法

2.3 遗传作图的方法染色体作图：确定相互连锁的基因在染色体上的相对位置以及它们之间的遗传距离的过程，又称为基因定位(gene mapping)。

连锁图：根据基因在染色体上直线排列的定律，构建的基因位置以及相互交换值的图谱称为连锁图(linkage map)或遗传学图(genetic map)2.3.1 构建遗传图谱的基本原理假设交换是随机发生的，一对并列的染色单体上任何两点发生交换的机会是均等的；两个彼此靠近的基因之间因交换而分离的的几率要比互相远离的2个基因之间发生分离的几率要小。

随机的染色体上两个任意基因座越远，它们越容易被染色体断裂所分离。

因此重组率可以成为测量两个基因之间相对距离的尺度。

计算出不同基因间的重组率，就可以构建出显示基因在染色体上相对位置的图。

真核生物遗传过程中会发生减数分裂，此过程中染色体要进行重组和交换，这种重组和交换的概率会随着染色体上任意两点间相对距离的远近而发生相应的变化。

根据概率大小，就可以推断出同一条染色体上两点间的相对距离和位置关系。

正因为如此，得到的这张图谱也就只能显示标记之间的相对距离。

我们称这一距离(概率)为遗传距离(cM)，由此构建的图谱也称为遗传图谱。

重组率：是指重组型配子占总配子数的百分比，用Rf表示。

Rf ＝(重组型配子数/总配子数) ×100%交换值：重组率通常又称为交换值。

但严格地讲，交换值不能等同于重组率。

因为非等位基因之间可能发生多重交换，但不一定形成重组型配子，导致用重组率代表交换值会造成偏低估计。

基因间距离与交换值、遗传距离、连锁强度遗传图的偏离与造成遗传图偏离的原因重组热点（r e c o m b i n a t i o n h o t s p o t):染色体上某些比其他位点有更高交换频率的位点。

近端粒区和远着丝粒区有较高重组率。

性别之间也表现重组率的差异。

双交换的出现，产生距离减少的假象。

遗传学图的绘制1）测定基因所属连锁群2）确定基因在染色体上的顺序连锁群(linkage map)：位于同一染色体上的所有基因构成一个连锁群。

对于一个有n对同源染色体的个体，就有n个连锁群。

绘制方法：在绘制连锁群的遗传图时，以排列于最端部的位点为0，从上端或左端开始向下或向右按顺序排列。

图中的遗传距离从0位点开始，采用累加方式表示。

如果发现新的基因，可补充入遗传图谱，如果新基因位于最顶端位点的上部或最左边位点的前面，则0就让位于新基因。

其余基因相应变动。

玉米的连锁遗传图2.3.2 不同模式生物的连锁分析方法有性杂交实验：可进行遗传学实验的材料，如老鼠、果蝇、水稻等。

谱系分析：不能进行遗传实验的材料，如人类、多年生树木。

D N A转移：不发生减数分裂的生物，如细菌、酵母。

测交：未知基因型的显性个体和隐性纯合体亲本交配用以测定显性个体的基因类型。

有性杂交实验有性杂交实验的标准方法——测交分析（t e s t c r o s s)一个亲本为双杂合子，另一个亲本为双纯合子。

所以测交便于分析子代个体基因型的分离比。

A B/a b×a b/a b两点杂交确定两个位点是否连锁。

每次只测定两个基因间的遗传距离。

多点杂交确定多个位点的相对位置与排序。

A. 两点测验法两点测验是最基本的基因定位方法。

适用于两基因相距不超过5个遗传单位时应用。

两点测验法每次只研究两对基因，因此要测定三对基因在染色体上位置，要通过三次杂交，三次测交，最后根据交换值来判定基因的位置。

基本原理：首先通过一次杂交和一次用隐性亲本测交来确定两对基因是否连锁；然后再根据其交换值来确定它们在同一染色体上的位置。

两点杂交例：番茄果色紫色(P)对红色(p)为显性有毛茎杆(H)对无毛茎杆(h)为显性由于4种测交后代的比例不符合孟德尔两对基因的1:1:1:1分离比例，说明P和H之间存在连锁。

其重组率为：Rf＝(55+60)/800＝0.144＝14.4%故P与H之间的遗传图距为14.4 cM。

举例：已知玉米籽粒的有色(C)对无色(c)为显性，饱满(Sh)对凹陷(sh)为显性，非糯性(Wx)对糯性(wx)为显性。

下面将确定C、Sh、Wx这三对基因的相对位置。

基本步骤第一步：确定C和Sh是否连锁，并求出重组率。

第二步：确定Sh和Wx是否连锁，并求出重组率。

第三步：根据以上计算结果可以推断出这三个基因的可能排列顺序有如下两种：第四步：计算出Wx和C之间的重组率。

两点测验的特点方法简单；若用于确定3对以上非等位基因的位置，则需进行多次不同的杂交和测交，工作量大；由于杂交亲本的遗传背景、后代群体的大小和生长条件等的变化，常导致两点测验的准确性较低。

B. 三点测验基本原理：通过一次杂交和一次用隐性亲本测交，同时确定三对基因在染色体上的位置。

主要过程是：用三杂合体和三隐性个体杂交，获得三因子杂种（F1），再使F1与三隐性基因纯合体测交，通过对测交后代表现型及其数目的分析，分别计算三个连锁基因之间的交换值，从而确定这三个基因在同一染色体上的顺序和距离。

特点：–可以纠正两点测验的缺点，使估算的交换值更加准确；–通过一次试验可以同时确定三对连锁基因的位置。

–当在某一连锁群中发现一个新的基因C时，可在C与同一连锁群上的2个已知基因A，B作三点试验，便能定出基因C在连锁图上的位置。

三对等位基因—三对同源染色体，测交后代应该有8种表现型，比例1:1:1:1:1:1:1:1 三对等位基因—两对同源染色体，测交后代应该有8种表现型，比例a:a:a:a:b:b:b:b 三对等位基因—一对同源染色体，测交后代应该有8种表现型，比例a:a:b:b:c:c:d:d例2以玉米C/c、Sh/sh、Wx/wx三对基因连锁分析为例，在描述时用“+”代表各基因对应的显性基因。

1.用三对性状差异的两个纯系作亲本进行杂交、测交；2.考察测交后代的表现型、进行分类统计；3.进一步确定两种亲本类型和两种双交换类型；4.确定三对基因在染色体上的排列顺序；5.计算基因间的交换值；6.绘制连锁遗传图。

单互换Ⅰ（%）=[（98 + 107）+（39+ 19）]/6033=4.36（%）单互换Ⅱ（%）=[（672+662）+（39+19）]/6033=23.07（%） 于是，这三个基因在染色体上的顺序和距离为确定三对基因在染色体上的排列顺序。

用两种亲本型配子与两种双交换型配子比较：双交换配子与亲本型配子中不同的基因位点位于中间。

C双交换与染色体作图 从上述遗传图中可以看出v与b 之间的遗传距离应等于44.5cM，比直接计算出来的v与b之间的遗传距离36.8cM高出7.7cM，其原因何在？基因直线排列定律三点测验中，两边两个基因对间的重组率一定等于另外两个单交换重组率之和减去两倍的双交换值。

这个法则是A.Sturtevant 1913年确立的，叫做基因直线排列定律。

利用三点测验数据直接推导基因排列顺序对比双交换的基因型和亲本的基因型,出现变化的基因在另外两个基因之间。

用重组率表示的遗传图距是一个相对值，基因位点间的遗传图距不能等同于位点间的实际物理距离，但两者基本上呈正比；相同的遗传图距在不同生物中所代表的物理距离可以相差几十倍；改变测交群体的大小，可能得到基因位点间不同的遗传图距估计值，但位点间的物理距离是不变的；遗传图谱中只能标明基因位点间的相对位置和距离，而不能确定位点在染色体上的具体位置以及它们位于哪一条染色体上。

D.干扰与符合在双交换中若各个单交换事件是独立发生的，则双交换发生的概率应为两次单交换频率的乘积，如v-l的交换值为18.9%，l-b的交换值为25.6%，两者的乘积为4.84%，但实际的双交换值为3.86%，可见v-l间的交换和l-b 间的交换不是独立的，说明一个区域的交换可能影响相邻区域再发生交换的频率。

干扰(interference)：实际的双交换值与理论上期望得到的双交换值不相符的现象。

符合系数(C)：实际获得的双交换类型的数目或频率与理论上期望得到的双交换类型的数目或频率的比值。

C＝实际双交换值/理论双交换值干扰值(I)＝1－CI＝0，无干扰，理论值与观察值一致，C＝1；I＝1，无双交换发生；0﹤I﹤1，存在干扰现象，理论值与观察值不一致。

系谱分析系谱分析法即对某家庭性状相关成员进行统计，分析性状之间的连锁关系，通过重组率进行相关基因定位，这种方法又称家系分析法(pedigree method)不能进行有计划的遗传实验，只能收集家系成员的相关资料进行连锁分析，主要涉及人类和多年生树木细菌遗传作图面临的困难: ♪细菌是单倍体♪细菌不发生减数分裂转导（t r a n s d u c t i o n)：以噬菌体为媒介，将长度可达50k b的D N A片段从供体细胞转移到受体细胞。

转化(t r a n s f o r m a t i o n)：供体细胞释放的一段D N A（通常小于50k b)，经受体细胞摄取后整合到基因组中，可借助抗性培养基筛选重组克隆。

接合转移（c o n j u g a t i o n)：2个细菌机械接触，其中一个细菌（供体）将D N A转移到另一个细菌（受体）中。

转移长度可达1M b。

E 以DNA标记构建遗传图操作程序与经典的遗传作图类似，只是统计的形状改为DNA标记。

例同一连锁群上两个基因座A 和B，亲本P1和P2各有标记A1和A2，B1和B2。

P1与P2杂交，F1代自交，若A与B交换，则有新的基因型。

F2代亲本型个体231，重组型39，A与B 的交换率39/（231+39）=0.14遗传作图步骤（1）选择适于作图的遗传标记；（2）根据遗传材料间多态性表现情况，选择适于建立作图群体的亲本组合；（3）建立作图群体，群体要求具有大量标记处于分离状态；（4）检测并记录作图群体中个体或株系的标记基因型；（5）将标记基因型数据进行连锁分析，构建出遗传连锁图谱。

目前研究的标记数目日益增多，随之带来的是计算工作量越来越大，人们开始借助计算机来进行分析和处理。

根据计算机技术和智能算法的开发出现了许多的植物遗传作图的软件，如CarthaGene、JoinMap、G-Mendel、ManagerQTX及Mapmaker等。

这些软件中中除了JoinMap是商业软件外，其余的都是免费软件。

扩增产物以“A”、“B”、“H”、“-”统计数据并建立数据库。

将来自亲本K55的纯合带型记为“A”，来自亲本K58的纯合带型记为“B”，同时具有双亲的杂合带型记为“H”，模糊不清或者缺失的带型记为“-”。

统计每个引物扩增出的多态性条带数。