连锁互换三定律讲解

连锁交换定律一．发现：W.Bateson和R.C.Punnett他们所研究的香豌豆F2的4种表型的比率却不符合9∶3∶3∶1，其中紫长和红圆的比率远远超出9/16和1/16，而相应的紫、圆和红、长却大大少于3／16；结果进行x2检验时，x2=3 371.58。

如此可观的x2数值，无疑说明实计频数与预计频数的极其显著的差异不可能由随机原因所造成。

重复实验，其中x2=32.40，证明它仍是显著不符合9∶3∶3∶1的。

(紫、长，红、圆)称为互引相，(紫、圆，红、长)为互斥相。

当两个非等位基因a和b处在一个染色体上，而在其同源染色体上带有野生型A、B时，这些基因被称为处于互引相(AB／ab)；若每个同源染色体上各有一个突变基因和一个野生型基因，则称为互斥相(Ab／aB)。

二．完全连锁与不完全连锁：Morgan用果蝇灰体长翅(BBVV)和黑体残翅(bbvv)的果蝇杂交，F1都是灰体长翅(BbVv)。

用F1的杂合体进行下列两种方式的测交，所得到的结果却完全不同：凡是位于同一对染色体上的基因群，均称为一个连锁群(linkage group)，玉米的染色体也正好是10对(n=10)。

链孢霉n=7，连锁群有7个。

水稻n=12，连锁群就是12。

有些生物目前已发现的连锁群数少于单倍染色体数，如：家兔n=22，连锁群是11；而家蚕n=28，连锁群却是27；牵牛花n=15，连锁群是12等等。

三．重组频率计算：遗传学以测交子代中出现的重组型频率来测定在这样的杂交中所表现出的连锁程度。

求重组频率(recombination frequency,RF)的公式是：用玉米为材料：①很多性状可以在种子上看到，种子虽然长在母本植株的果穗上，但它们已是子代产物；②同一果穗上有几百粒种子，便于计数分析；③雌、雄蕊长在不同花序上，去雄容易，便于杂交；④它是一种经济作物，某些实验结果有经济价值。

玉米籽粒的糊粉层有色(C)对糊粉层无色(c)为显性；饱满种子(Sh)对凹陷种子(sh)为显性。

基因Sh与C 是连锁的。

杂交亲本为互引相C Sh/C Sh×c sh/c sh时，有如下结果：=3.6％。

另外，某次杂交在互斥相c Sh/c Sh×C sh/C sh中进行，得到下列结果：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。

四。

交换：1．在减数分裂前期，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间有某些点上显示出交叉缠结的图像，每一点上这样的图像称为一个交叉(chisma)，这是同源染色体间对应片段发生过交换(crossing over)的地方图3-11。

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，就导致这两个连锁基因的重组有许多因素影响交换，其中包括温度、性别、射线、化学物质等等。

在果蝇中早已发现22℃饲养的雌蝇的交换频率最低。

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。

着丝粒使附近基因的交换值明显降低，人类和许多哺乳动物例如小鼠，雌性交换值大于雄性。

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。

英国生理学及遗传学家J.B.S.Haldane提出：凡是较少发生交换的个体必定是异配性别个体。

这被称为霍尔丹定律。

交换值虽然受许多因素的影响，但在一定条件下，相同基因之间的交换值是相对稳定的。

据研究，凡无交换的类型都没有发现联会复合体(SC)。

因为SC被认为是保证同源染色体准确配对和交换的一个重要结构。

多线交换与最大交换值在同源染色体的两个基因之间如果出现一个交叉，它只涉及两条非姊妹染色单体，由此产生的4条染色单体有两条是已交换的，两条是没有交换的，重组型占1／2。

如果100％的性母细胞在两个基因之间都出现一个交叉，则重组型频率为1／2×100％=0.50。

这就是两个基因间最大的交换值。

当两个基因相距较远时，其间可以发生两个或两个以上的交叉，即可能发生过两次或两次以上的交换，在这种情况下，不同交叉点上涉及的染色单体将不限于两条，可以是多线交换。

这时，是否会改变最大交换值？假定有一个互引相杂交组合AC／ac，A、C两个基因座间同时在Ⅰ区和Ⅱ区发生两次交换，Ⅰ区发生交换的位置不变，Ⅱ区在非姊妹染色单体之间随机地发生另一次交换，即在A和C两基因座之间同时发生了两次交换叫称双交换双交换有以下两个特点：1．双交换概率显著低于单交换的概率。

如果两次同时发生的交换互不干扰，各自独立，则根据概率相乘定律，双交换发生的概率应是两个单交换概率的乘积。

2．3个连锁基因间发生双交换的结果，旁侧基因无重组。

3个基因中只有处在中央位置的基因如图3-16中的(B)基因改变了位置，末端两个基因A、C的相对位置不变。

这样，只是A-B和B-C 间发生重组，而A-C间不发生重组，但却在其间同时发生了两次交换。

因此，在这里A-C之间的重组率低于实际的交换值。

五、基因定位与染色体作图(一)基因直线排列原理及其相关概念1．基因定位(gene mapping)根据重组值确定不同基因在染色体上的相对位置和排列顺序的过程。

2．染色体图(chromosome map)又称基因连锁图(linkage map)或遗传图(genetic map)。

依据基因之间的交换值(或重组值)，确定连锁基因在染色体上的相对位置而绘制的一种简单线性示意图。

3．图距两个基因在染色体图上距离的数量单位称为图距(map distance)。

1％重组值(交换值)去掉其百分率的数值定义为一个图距单位(map unit,mu)，后人为了纪念现代遗传学的奠基人T.H.Morgan，将图距单位称为“厘摩”(centimorgan, cM)，1 cM=1％重组值去掉％的数值。

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。

关于这个问题的唯一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。

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。

已知在普通果蝇X染色体上，除白眼(w)、黄体(y)基因外，还有隐性的粗脉翅(bi)基因。

经过测交得知bi—w的交换值为5.3％(5.3 cM)，w—y的距离为1.1 cM，那么bi—y的距离究竟是多少？从理论上推测，这就取决于w、y、bi这3个基因座在X染色体上的排列顺序，它们不外乎下列两种方式：①w—y—bi或②y—w—bi。

决定哪一种是合理的排列就必须测定y—bi的交换值。

测交的结果为5.5％(5.5 cM)。

经过3次两点测交(每次包括两个基因在内，分别进行3次测定的方法。

)，这样就把第②种排列关系确定下来。

如果将上述所发现的事实一般化，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。

(二)三点测交(three-point testcross)与染色体作图为了进行基因定位，摩尔根和他的学生Sturtevant改进了上述两点测交，创造了一种新的测交方法。

将3个基因包括在同一次交配中，例如用3个基因的杂合体abc／+++与3个基因的隐性纯合体abc／abc做测交。

进行这种测交，一次实验就等于3次上述w、y、bi3个基因的“两点试验”。

用以下实验说明其遗传分析的方法：已知在果蝇中有棘眼(echinus,ec)，复眼表面多毛，似海胆；截翅(cut,ct)，翅末端截短和横脉缺失(crossveinless,cv)，这3个隐性突变基因都是X连锁的。

把棘眼、截翅个体与横脉缺失个体交配，得到3个基因的杂合体ec ct+/++cv(ec、ct、cv的排列不代表它们在X染色体上的真实顺序)，取其中3杂合体雌蝇再与3隐性体ec ct cv/Y雄蝇测交，测交结果如下表(表3-4)。

结果分析：1．归类实得数最低的第7、8两种类型为双交换的产物。

实得数最高的第1、2两种是亲本型，其余为单交换类型。

2．确定正确的基因顺序用双交换型与亲本类型相比较，发现改变了位置的那个基因一定是处在中央的基因。

将ec ct+、+ +cv与+++、ec ct cv比较时，可见只有基因cv变换了位置，而ec—ct，+—+在双交换型中没有变化，因为双交换的特点是旁侧基因的相对位置不变，仅仅中间的基因发生变动，于是可以断定这3个基因正确排列次序是ec．cv．ct(或ct．cv．ec)。

3．计算重组值，确定图距(1)计算 ct—cv的重组值，忽视表3-4中的第一行(ec／＋)的存在，将它们放在括弧中，比较第二、三行：重组率RF(ct—cv间)=217＋223十5＋3/5 318=0.084=8.4％，8.4 cM。

(2)计算ec—cv的重组值，忽视第二行(ct/＋)的存在，将它们放在括弧中，比较第一、三行：重组率RF(ec—cv间)=273＋265＋5＋3/5 318=10.28％，10.28 cM现在已知ct—cv间的图距是8.4cM，ec—cv间的图距是10.28cM。

这3个基因的排列顺序可能有下列两种：但是，我们先前已经通过双交换型与亲组型的分析得知cv基因处在ec—ct中间，所以只有B 种排列是正确的。

验证这一判断的正确性的唯一方法是计算ec—ct间的重组值是10.2＋8.4=18.6 cM时，则上述分析无误。

因此，我们必须作以下计算：(3)求ec—ct间的重组值，忽视第三行的基因(＋/cv)，比较第一、第二行可知：重组率RF(ec—ct间)=273＋265＋217＋223／5 318=18.4％，18.4 cM这项计算验证了上述分析的正确性。

4．绘染色体图(图3-14)ec—ct间的重组值是18.4％，但不等于ec—cv间cv—ct间两个重组值分量之和，即10.2％＋8.4％=18 6％≠18.4％。

这究竟为什么？换言之，根据计算得知的ec—ct重组值为什么低于ec —cv间及cv—ct重组值的两个分量之和？是否直线排列原理有误？回答是否定的。