第六章连锁遗传分析和染色体作图

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性别对于交换的影响最典型的情况是在果蝇中由Morgan所发 现的雄蝇无交换(完全连锁)。在家蚕中则恰恰相反,交换只发 生在雄蚕而不发生在雌蚕中。实际上,凡是性染色体决定性别 的生物,异配性别的个体中一般总是较少发生交换。
9. 双交换
双交换(double crossingover):A、B两个基因座之间同时发 生两次交换。其特点是: (1). 双交换的概率显著低于单交换的概率,如果不存在干涉, 双交换的概率是两个单交换概率的乘积。 (2). AB两个基因座之间发生双交换,基因不会发生重组,如果 没有C基因座作为参照,则看不出发生过交换。 (3). 3个基因之间发生双交换,旁侧基因无重组,中间的基因 位置改变,与旁侧基因发生重组。
4. 交换
我们知道,不同染色体上的基因遗传时可以自由组合,因 而可以产生亲代所没有的新组合;位于同一条染色体上的 基因相互连锁,形成亲代所没有的新组合的机制是什么? 在两对基因连锁遗传时,为什么又会出现一定频率的重组?
1.交换的机制: Janssens, 1909年根据两栖类和直翅目昆
虫的减数分裂的观察,提出了交叉型假设(chiasmatype hypothesis),解释了遗传重组的机制,其要点是:
5. 连锁交换定律:
摩尔根通过深入研究发现了同一条染色体上 的基因之间具有连锁遗传和交换的特性,这就是 被誉为遗传学第三大定律的连锁交换定律。 其内 容是:
处在同一染色体上的两个或多个基因联合在 一起传入子代的频率大于重新组合的频率. 重组 类型的产生是由于配子形成时,同源染色体的非 姊妹染色单体间发生了局部交换的结果。
A
B
a
b
A
b
a
B
单交换
A
B
a
b
A
B
a
b
双交换
AC B ac b
Ac B aC b
双交换
II. 基因定位与染色体作图
前面已经提到,生物体的各个基因在染色体上的位置是相对恒 定的。关于这个问题的根据是两个基因之间的重组值(率)的相对恒 定性。不同基因间的重组值却是不同的。摩尔根(1911)曾提出设想, 重组值(交换值)的大小反映着基因座在染色体上距离的远近。他们 便将交换的百分率直接定为染色体上基因座之间的距离单位。
(2). 重组率:两个基因之间是否连锁,可以对F1代进行测交 来检测。如果测交后代的比率为1:1:1:1,则是自由组合的, 如果亲组型高于预期比率而重组型低于预期比率,则说明它
们是互相连锁的。遗传学中以测交子代中出现的重组子所占 的比例来测定基因连锁的程度,称为重组率(recombination frequency,RF) 。
6. 三大遗传定律的关系
1. 分离定律是自由组合定律和连锁交换定律的基础; 2. 自由组合定律和连锁交换定律是生物体遗传性状发生
变异的主要机制; 3. 自由组合于连锁交换的区别在于:自由组合是染色体
间重组(interchromosomal recombination),而交换则 是染色体内重组(intrachromosomal recombiation)。 4. 另外,自由组合受到生物染色体对数的限制,而连锁 交换则受到其染色体本身长度的限制。只要我们在染 色体上发现的突变愈多,由交换而产生的重组类型的 数量也愈大。从这个意义上说,自由组合是有限的, 连锁交换相对地说限度较小。
灰体长翅: 黑体长翅:灰体残翅:黑体残翅
(BbVv) (bbVv) (Bbvv) (bbvv)
BV
Bv bV bv
bv
bv
bv bv
42% 8% 8% 42%
玉米实验
1931年美国著名的遗传学家麦克林托克(McClintock) 指导了她的女博士生克莱顿(Creighton,B)以玉米为材 料进行了一项有趣的实验,为染色体交换导致遗传重组提供 了一个有力的证据。
Bateson-Punnet 香豌豆杂交试验
P:
红花长花粉×白花圆花粉

F1:
红花长花粉

表型 观察数(O) 期望比例 期望值(E)
F2: 红长
4831 9 3910.5
红圆
390 3 1303.5
白长
393 3 1303.5
白圆
1338 1 434.5
总计
6952
χ2 = ∑(Oi-Ei)2/Ei=3371.58
第六章 染色体和连锁群
引言:
孟德尔定律表明一对等位基因在遗传时相互分离,两 对以上的等位基因则自由组合。遗传的染色体学说则 说明基因在染色体上。基因有很多,成千上万,而染 色体只有几条到几十条,最多不过几百条。例如人类 有23对染色体,而基因数目为35000个。每条染色 体上必然有很多基因。基因在染色体上是如何排列的 呢?同一条染色体上的基因之间在遗传时又是如何相 互作用的呢?这就是本章要解决的问题 内容包括: I. 连锁交换定律 II. 基因定位与染色体作图 III. 人类基因组和染色体作图
I. 连锁交换定律 1. 连锁交换定律的发现
遗传学重大发现往往由一个“例外”现象而引起, Morgan由例外的白眼雄果蝇发现了伴性遗传,他的 学生Bridges由白眼雄果蝇中的初级例外和次级例外 发现了染色体不分离现象,并直接证明了遗传的染色 体学说。连锁现象的发现则是由两对基因杂交试验的 F2代性状分离比不符合孟德尔比率9:3:3:1的例外而引 起的,第一个发现非自由组合现象的是W.Bateson 和 R.C.Punnet,他们于1906年在研究香豌豆的花色及花 粉粒的形状的遗传时,发现这两对性状在遗传时不能 自由组合。
既然,连锁基因的交换率可以代表基因在同一染色体上的相对距 离,那么人们就有可能根据基因彼此之间的交换率来确定它们在染 色体上的相对位置。这个设想可以用实验来验证。为此,至少要考 虑3个基因座之间的交换关系。
如果将上述原理一般化,则任何3个距离较近的a、b、c连锁基 因,若已分别测得a、b和b、c间的距离,那么a、c的距离,就必然 等于前二者距离的和或差。这就是摩尔根的学生A·H·Sturtevant第 一次提出的"基因的直线排列"原理,并为后来制订果蝇以及其他真 核生物染色体图奠定了基础。
摩尔根1910年发现果蝇白眼的伴性遗传后,又发现了 几个其他的伴性遗传性状,他同时研究了两对伴性性状 的遗传,通过大量的杂交试验,发现凡是伴性遗传的基 因,相互之间总是连锁的。
2. 连锁
2.1 摩尔根的试验
摩尔根用灰体长翅与黑体残翅果蝇杂交:
P: 灰体长翅(BBVV) ×黑体残翅(bbvv)
ຫໍສະໝຸດ Baidu

F1:
BV ↓ bv
bv
bv
灰体长翅(BbVv) : 黑体残翅(bbvv) =1 : 1
BV
bv
bv
bv
(3). 不完全连锁(Incomplete linkage):如上述第二种情况, 基因可以发生部分重组,但亲本类型多于重组类型。
灰体长翅(BbVv) ♀ ×黑体残翅(bbvv) ♂
BV ↓
bv
bv
bv
是亲本类型:
测交②: 灰体长翅(BbVv) ♀ ×黑体残翅(bbvv) ♂ ↓ 灰体长翅(BbVv) : 0.42 黑体长翅(bbVv) : 0.08 灰体残翅(Bbvv) : 0.08 黑体残翅(bbvv) : 0.42
F2虽然出现了四种类型,但是重组类型显著少于亲 本类型。
2.2 摩尔根的解释:基因B、V处于同一条染色体上,而其等位基因b、 v位于同源染色体的另一条上。这样在形成配子的减数分裂时,B 和V,b和v结随同它们所在的染色体一起分离,而不能独立分配和 自由组合。
有色饱满 有色凹陷 无色饱满 无色凹陷 1 : 1 :1 : 1
实际结果 4032 149 152 4035 亲组合 8067占 96.4% ; 重组合 301 占3.6%
无色饱满ccShSh × 有色凹陷CCshsh
F1
CcShsh × ccshsh(测交)
F2 CcShsh Ccshsh ccShsh ccshsh
3. 连锁群
大量实验资料表明,连锁现象在生物界普遍存在。 凡是位于同一条染色体上的基因构成一个连锁群 (linkage group),连锁群的数目等于单倍体染色 体数(n),对于二倍体生物,有几对染色体,就有几 个连锁群,如果蝇有4对染色体,就有四个连锁群, 第I连锁群包括所有伴性遗传的基因,位于第1号染 色体——性染色体上,第II和第III连锁群分别对应 两对大的V 形的第2和第3号染色体,第四连锁群基 因数目最少,相当于最小的点状第4号染色体。人类 有23对染色体,人类的3.5万个基因分别位于这23 条染色体上,构成23个连锁群。
灰体长翅(BbVv) ♂
测交①:
灰体长翅(BbVv) ♂ ×黑体残翅(bbvv) ♀

灰体长翅(BbVv) : 黑体残翅(bbvv) =1 : 1
按自由组合定律, 应该产生:灰体长翅(BbVv) :黑体长
翅(bbVv) :灰体残翅(Bbvv):黑体残翅(bbvv)=1:1:1:1的四种
类型,可是试验结果并非如此, F2代没有重组类型,全部
7. 影响交换的因素:
有许多因素影响交换,包括温度、性别、射线、化学物质等等。
1) 温度:在果蝇中早已发现22C饲养的雌蝇的交换频率最低。
2) 射线和化学物质:某些化学物质如放线菌D、丝裂霉素C可
以引起交换值的增加。
3) 着丝粒使附近基因的交换值明显降低。
4) 性别:人类和许多哺乳动物例如小鼠,雌性交换值大于雄性。
有色饱满 有色凹陷 无色饱满 无色凹陷
1: 1 : 1 : 1
实际结果:638 21379 21906 672
亲组合占 97.06%;重组合占2.94%
(1). 重组:同一对同源染色体上不同对等位基因之间的重新 组合的现象叫做重组(Recombination) ,以与自由组合相区 别。重组产生的重组类型个体称为重组子(recombinants)。
玉米的优点:1、很多性状可以在种子上看到2、同一 穗上有几百粒种子,便于计数分析3、去雄容易,4、 经济作物,可以直接用在生产上。
玉米籽粒的两对性状遗传:
糊粉层有色C对无色c是显性 饱满种子Sh对凹陷种子sh是显性 P CCShSh × ccshsh F1 CcShsh × ccshsh (测交) F2 CcShsh Ccshsh ccShsh ccshsh
由此可知,不论用哪种基因组合的交配
方式,测交的结果都是亲组型的频率很高, 占97%左右,而重组型的频率很低,仅占3% 左右。显然,测得的两个特定基因座的RF值 越大,例如接近50%时,基因间的连锁关系 越难以判断,因为与基因的自由组合测交比 1:1:1:1很接近,在这种情况下,必须用大量 的测交后代的数据方可鉴别。如RF值越小, 基因间的连锁关系越易察觉,因为测交比例 与1:1:1:1相差甚远。
(1).连锁(linkage): 处于同一条染色体上的基因遗传时较多地联系在一起 的现象称为连锁.
(2). 完全连锁(Complete linkage):如上述第一种情况,基因完全连锁, 不能发生重组。
P: 灰体长翅(BBVV) ×黑体残翅(bbvv) BV ↓ bv
BV
bv
F1:
灰体长翅(BbVv) ♂ ×黑体残翅(bbvv) ♀
A
B 交换 A
b
a
b
a
B
交换发生在染色体复制之后,因此发生过交换的性母细胞 产生的配子,只有一半是重组子,另一半是亲组型。
A
B
复制
A A
B 交换 B
A A
B b
a
b
a
b
a
B
a
b
a
b
重组率最大值不可能超过50%,无论染色体 上两点距离如何大,一次交换只可能发生在非 同源染色体的两条染色单体之间,另外两条单 体并未发生交换,即使是每个初级性母细胞都 如此,重组率也只有50%,其实当重组率达 到50%时已是染色体间的自由组合了。
df=4-1=3, χ2 >χ2 0.05=7.82,χ2 >>χ2 0.01=11.35,统计差异极显 著, 说明实验结果不符合自由组合定律, F2代中性状的亲
本组合类型远远多于重组类型。
香豌豆的花色及花粉粒的形状的遗传这两对性状在遗 传时不能自由组合,F2代中性状的亲本组合类型远远多 于重组类型。为什么?Batson等人并没能解释其原因, 只是提出了两个名词术语,用互引相(coupling phase)来 表示前一种亲本组合,用互斥相(repulsion phase)来表示 后一种亲本组合。这个谜团直到1912年摩尔根发现连锁 交换定律才被解开。
(1). 减数分裂前期,尤其是双线期,配对中的同源染 色体不是简单地平行靠拢,而是在非姊妹染色单体 之间的出现交叉(chiasma),这是同源染色体对应片 段之间发生过交换(crossing over)的地方.
(2). 处于同源染色体的不同座位的相互连锁的两个基因之间如果发 生了交换,就会导致这两个基因发生重组。
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