遗传学第三章遗传图的制作和基因定位
普通遗传学 第三章 连锁互换与基因作图
摩尔根的果蝇连锁实验（1910年）
完全连锁 :双杂合体 F1只产生两种亲本类型的配子，而 不产生非亲本型的配子。
不完全连锁：杂种F1不仅产生亲本类型的配子，还会产生重组 型配子
连锁与交换的遗传机理
复制、联会 交叉互换 终变期 重组型
为何重组型配子<50%？
1. 尽管在发生交换的孢(性)母细胞所产生的配子中，亲本型 和重组型配子各占一半，但是双杂合体所产生的四种配子 的比例并不相等，因为并不是所有的孢母细胞都发生两对 基因间的交换。
型为BL/bl。雄果蝇完全连锁，所以测交后代的表现型为灰身、 长翅和黑身、残翅各占1/2。 2. 解： • Ab和aB是亲本型配子，AB和ab是交换型配子。 • 交换值=16% • 32%的孢母细胞在两基因间发生交换。
果蝇相斥相测交实验
实验结果的共同特征：
1. 亲本两对非等位基因不是独立分配，而是联系在一起遗传。 2. F1形成的配子数不等，亲本型配子数偏多(>50%)，重组型
配子数偏少(<50%)。 3. 亲本型配子间的比例和重组型配子间的比例都接近１：１。
(三)、连锁遗传现象的解释
三、 完全连锁和不完全连锁
花粉粒形状： 显性性状：长(L) 隐性性状：圆(l)
杂交1：紫花、长花粉粒 × 红花、圆花粉粒
F2结果：
1. 出现四种表现型 2. 不符合9:3:3:1 3. 亲本性状组合(紫长和红圆)偏多，新性状组合类型
(紫圆和红长)偏少（与理论数相比）
杂交2：紫花、圆花粉粒 × 红花、长花粉粒
结果：杂交1相同。 结论：杂合子中属于同一亲本的两个基因有更多的机会 联系在一起遗传（连锁遗传）。
1、赫钦森(C. B. Hutchinson, 1922)玉米测交试验
遗传作图及基因定位
连锁分析的原理
遗传标记与疾病基因连锁
通过分析遗传标记在疾病家系中的传递 情况，判断遗传标记与疾病基因是否连 锁。
VS
遗传距离与重组率
利用遗传标记与疾病基因的相对位置关系 ，计算遗传距离和重组率，进一步定位疾 病基因。
连锁分析的应用
定位到特定的染色体 区域。
生物信息学方法
利用计算机技术对大量基因组数据进 行整合分析，确定基因位置。
03
遗传标记与连锁分析
遗传标记的种类
形态学标记
利用个体的形态差异进行标记，如身高、肤色等。
细胞学标记
利用细胞分裂和染色体变异进行标记，如染色体数目和结构异常。
分子遗传标记
利用DNA序列变异进行标记，如单核苷酸多态性（SNP）。
遗传信息传递
生物体的遗传信息通过DNA分 子传递给后代，基因型的不同
会导致表型的不同。
连锁分析
利用基因型和表型之间的连锁 关系，通过统计分析确定基因 在染色体上的位置。
分子标记技术
利用DNA分子的多态性，通过比较 不同个体间的基因型差异，构建基 因型和表型之间的对应关系。
全基因组测序
通过对全基因组进行测序和分析，确 定基因在染色体上的位置和功能，进
疾病风险预测
基因定位可以帮助预测个体患某种疾病的风险，为预防措施提供指 导。
生物进化研究
01
物种起源与演化
基因定位有助于揭示物种的起源 和演化过程，了解生物多样性的 形成机制。
02
适应性进化研究
03
系统发生学研究
通过基因定位技术，可以研究生 物对环境变化的适应性进化过程。
基因定位有助于构建物种之间的 系统发生关系，为生物分类提供 依据。
基因定位常用的方法ppt课件
4）原位杂交的步骤
制备中期染色体 DNA原位变性 变性 放射性或非放射性标记探针 杂交（在载玻片上） 洗膜 放射性标记：放射自显影 检测 非放射性标记：荧光染料与抗体或蛋白结合 记录杂交信号 结合染色体形态进行基因定位
DMD女性患者的核型
X染色体与常染色体易位时X染色体失活的结果
两个研究小组分别采用两种不同的方法克隆了DMD基因： 一组是通过X常染色体易位，克隆了该基因的一部分。 另一研究组使用有Xp21.1微小缺失的男孩的DNA，利用消减技术，获得了在正常X染色体存在而在这个男孩DNA中缺乏的DNA克隆片段。
遗传做图：是以研究家族的减数分裂，以了解两个基因分离趋势为基础来绘制基因座位间的距离，它表明基因之间连锁关系和相对距离，并以重组率来计算和表示，以厘摩（cM）为单位。 染色体定位：只把基因定位到某条染色体上。 细胞水平上的基因图又称细胞遗传图 区域定位：从细胞遗传学水平，用染色体显带等技术在光学显微镜下观察，将基因定位到染色体的具体区带。
5）荧光原位杂交 （florescence in situ hybridization，FISH）
用特殊荧光素（dig或Biotin）标记探针DNA（Nick translation 标记法），变性成单链后与变性后的染色体或细胞核靶DNA杂交。在荧光显微镜下观察并记录结果。 FISH 优点：可用来作基因或特定DNA片段的染色体区 域定位。 缺点：必须在已知探针的情况下方可进行。
HAT选择系统：
人的突变细胞株：缺乏HGPRT酶 小鼠细胞株：缺乏TK酶 两者融合培养于HAT培养基中 HAT培养基： H为次黄嘌呤，是HGPRT的底物，为DNA合成提供原料（核苷酸旁路合成原料） A可阻断正常的DNA合成（嘌呤及TMP合成受抑制） T在胸苷激酶（TK）的作用下生成胸腺嘧啶核苷酸，为DNA合成提供原料
遗传制作和基因定位上
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例如:已知玉米子粒有色(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。
为了明确这三对基因是否连锁遗传，分别进行了以下三个试验:
第一组试验：
F1
F1 饱满、非糯、有色× 凹陷、粒性、无色 +sh +wx +c ↓ shsh wxwx cc Ft
F1配子及Ft表型见下表：
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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
F1
CCShSh × ccshsh ↓
CcShsh × ccshsh
三点测交的一般方法
表型
实得数 比例(%) 重组发生位点
a-b a-c c-b
a + + 580 80.9
+ b c 592
a b c 45 5.9
√√
+ + + 40
a b + 89 12.6
√√
+ + c 94
a+ c
3 0.6
√√
+b+
5
合计 1448 100
18.5 6.5 13.2
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基因在染色体上各有其一定的位置 确定基因的位置 主要是确定基因之间的距离和顺序 基因之间的距离是用 交换值来表示的，叫图距，图距单位是厘摩（centimorgan， cM)。
准确地估算出交换值 确定基因在染色体上的相对 位置 把基因标志在染色体上。
第三章 遗传作图及基因定位
建立RI群体是非常费时的。在实际研究中，人们往 往无法花费那么多时间来建立一个真正的RI群体，所以 常常使用自交6~7代的“准”RI群体。
在RI群体中，每一分离座位上只存在两种基 因型，且比例为1:1。 RI群体的优点是可以长期使用，可以进行重 复试验。因此它除了可用于构建分子标记连锁图 外，特别适合于数量性状基因座（QTL）的定位 研究。但是，考虑到构建RI群体要花费很长时间， 如果仅是为了构建分子标记连锁图的话，选用RI 群体是不明智的。另外，异花授粉植物由于存在 自交衰退和不结实现象，建立RI群体也比较困难。
与单标记分析法相比，区间作图法具有 以下优点： ①能从支持区间推断QTL的可能位置； ②可利用标记连锁图在全基因组系统地 搜索QTL，假如一条染色体上只有一个 QTL,QTL的位置和效应估计渐近于无偏； ③QTL检测所需的个体数大大减少。区间 作图法一度成为QTL作图的标准方法。
3.2区间作图法（Interval mapping, IM）
鉴于单标记方法存在的问题，Lander 和 Bostein(1989)提出了基于两个侧邻标记 的区间作图法。
该方法借助于完整的分子标记连锁图谱，计算 基因组任意位置上两个相邻标记之间存在或不 存在QTL的似然比的对数（LOD值）。 根据整个染色体上各点处的LOD值可以检测出 一个QTL在该染色体上存在与否的似然图谱。 当LOD值超过某一给定的临界值时，即表明存 在一个QTL， 其置信区间为对应于峰两侧各下降1个LOD值 的图谱区间。
F2群体的另一个缺点是不易长期保存，有性繁殖一代后，群体的 遗传结构就会发生变化。为了延长F2群体的使用时间，一种方法是 对其进行无性繁殖，如进行组织培养扩繁。但这种方法不是所有的植 物都适用，且耗资费工。另一种方法是使用F2单株的衍生系（F3株 系或F4家系）。将衍生系内多个单株混合提取DNA，则能代表原F2 单株的DNA组成。为了保证这种代表性的真实可靠，衍生系中选取 的单株必须是随机的，且数量要足够多。这种方法对于那些繁殖系数 较大的自花授粉植物（如水稻、小麦等）特别适用。
遗传学复习之——名词解释
第2章遗传的三大基本定律1. 测交：指将未知基因型的个体与一隐性纯合基因型个体杂交来确定未知个体基因型的方法。
2. 回交：子一代与亲本之一相互交配的一种杂交方法。
3. 基因型：指所研究性状所对应的有关遗传因子。
4. 表型：指在特定的环境下所研究的基因型的性状表现。
5. 纯合体：由两个相同的遗传因子结合而成的个体。
6. 杂合体：由两个不同的遗传因子结合而成的个体。
7. 等位基因：指一对同源染色体的某一给定的位点的成对的遗传因子。
8. 不完全显性：又称半显性，杂合体的表型介于纯合体显性与纯合体隐性之间。
9. 并显性：一对等位基因的两个成员在杂合体中都表达的遗传现象。
10. 超显性：杂合体Aa的性状表现超过纯合显性AA的现象。
11. 致死基因：指那些使生物体不能存活的等位基因。
12. 一因多效：一个基因可以影响到若干性状，又称为基因的多效性。
13. 基因互作：不同对的基因相互作用，出现了新的性状。
14. 抑制基因：有些基因本身并不能独立地表现任何可见表型效应，但可以完全抑制其他非等位基因的表型效应。
15. 上位效应/遮盖作用：一对等位显性基因的表现受到另外一对非等位基因的作用，这种非等位基因的抑制作用称为上位效应。
起抑制作用的基因称为上位基因，被抑制的基因称为称为下位基因。
16. 连锁遗传：两队非等位基因并不总是能进行独立分配及自由组合的，而更多的时候是作为一个共同单位而传递的，从而表现为另一种遗传现象，即连锁遗传。
17. 不完全连锁：指位于同一染色体上的两个或两个以上的非等位基因不总是作为一个整体遗传到子代中去的。
18. 重组：新类型的产生是由于同源染色体上的不同对等位基因之间的重新组合的结果，这种现象称为重组。
19. 遗传染色体学说：在第一次减数分裂中，由于同源染色体的分离，使位于同源染色体的等位基因分离，从而导致性状的分离；由于决定不同性状的两对非等位基因分别处在两对非同源染色体上，形成配子时同源染色体的等位基因分离，非同源染色体上的非等位基因以同等的机会在配子内自由组合，从而导致基因的自由组合，实现了性状的自由组合。
遗传课后习题
第一章绪论1.名词解释：遗传学，遗传，变异2.遗传学研究的主要内容是什么？3.试述遗传学发展的主要阶段和重要事件。
4.试述遗传学的应用前景。
第二章遗传的三大基本定律1．名词解释：正交，反交，自交，回交，测交，基因型，表型，显性性状，隐性性状，纯合体，杂合体，等位基因，同源染色体，表型模写，外显率，表现度，不完全显性，并显性，超显性，致死基因，复等位基因，自交不亲和，一因多效，基因互作，抑制基因，显性上位，隐性上位，累加作用，重叠作用，染色质，染色体，核小体，常染色质，异染色质，联会复合体，互引相，互斥相，完全连锁，不完全连锁2．孟德尔豌豆杂交试验取得成功的原因有哪些？3．遗传三大规律之间的区别和联系。
4．什么是遗传的染色体学说？其提出的依据是什么？5．减数分裂的特点及遗传学意义是什么？6．有丝分裂和减数分裂的主要区别何在？7．基因型为AACC的紫茎缺刻叶植株与基因型为aacc的绿茎马铃薯叶植株杂交，获得的F2结果如下：紫茎缺刻叶紫茎马铃薯叶绿茎缺刻叶绿茎马铃薯叶247 90 83 34(1) 在总数454株F2中，计算4种表型的预期值。
(2) 进行X2检验。
(3) 问这两对基因是否为自由组合？8．如果一个植株有4对显性基因是纯合的。
另一植株有相应的4对隐性基因是纯合的，把这两个植株相互杂交，问F2中：（1）基因型，（2）表型全然象亲代父母本的各有多少？9．如果两对基因A和a，B和b，是独立分配的，而且A对a是显性，B对b是显性。
（1）从AaBb个体中得到AB配子的概率是多少？（2） AaBb与AaBb杂交，得到AABB合子的概率是多少？（3） AaBb与AaBb杂交，得到AB表型的概率是多少10．几只曲翅黑体的雄果蝇与直翅灰体的雌果蝇杂交，F1中一半是曲翅灰体，一半是直翅灰体。
F1的曲翅雌雄果蝇相互杂交，其后代的表型比例如下：2曲翅黑体：6曲翅灰体：1直翅黑体：3直翅灰体怎样解释这一比例的产生？11. 在小鼠中，有一复等位基因系列，其中三个基因列在下面：AY = 黄色，纯质致死；A =鼠色，野生型；a = 非鼠色（黑色）。
遗传图的制作和基因定位规则
玉米三对基因的三点测交结果
Ｆ１配子的基因型 实得籽粒数
+
+
+
２２３８
c
sh
wx
２１９８
c
+
+
９８
+
sh
wx
１０７
+
+
wx
６７２
c
sh
+
６６２
c
+
wx
３９
+
sh
+
１９
总数
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：
• 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：
真核生物基因定位基本方法和遗传图制作
真核生物基因定位的基本方法和遗传图的制作图距(map distance)即指两个基因在染色体图上距离的数量单位，它是以重组值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）。
假设两基因a-b间的重组率为17%，即这两个基因相距17个图距单位(17cM) 。
基因定位（gene mapping）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到染色体的基因座上后，以帮助我们理解和开发生物性状的遗传性质，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、定位和克隆人类的疾病基因等。
1．两点测交（two-point testcross）：两点测交是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。
(我仅重点介绍三点测交)2．三点测交(three-point testcross)：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，是基因定位的常用方法。
用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。
同样，在做三点测交时需要用这三个基因的杂合子(abc/+++，或ab+/++c，或a++/+bc等)同这三个基因的隐性纯合子(abc/abc)测交。
下面还是以玉米的上述三个基因为例来说明，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，获得如下的结果。
从上表可以看出，8种表型的实得籽粒数各不相等，且相差悬殊，说明它们是连锁的。
基因组作图与基因定位
接合：DNA从一个细菌到另一个细菌。 转导：通过噬菌体转移小片段DNA。 转化：受体菌从环境中摄取供体细胞释放的DNA片段
③对人的连锁分析，只能通过家系分析完成：分析家 庭连续几代成员遗传标记与某基因（或某疾病）共同 出现的频率。
将一组不同颜色的荧光标记探针与单个变性的 染色体杂交，分辨出每种杂交信号，从而测定 出各探针序列的相对位置。
探针间位置关系提供了DNA序列与基因组图谱 间的联系。
物理图作图方法Ⅱ：荧光原位杂交 （FISH）作图
难点6
物理图作图方法Ⅲ：序列标记位 点（STS）作图
STS 来源于基因的编码序列， 是染色体上位置 已定的、核苷酸序列已知的、且在基因组中只 有一份拷贝的DNA短片断位点，片段长200－ 500bp。 基本特征：唯一性。
基因组学
基因组作图
genome mapping
这条轨道上的信息中蕴藏多少金钱呢？
我国能在竞争中 占据多少地盘呢？
基本要求
1、掌握基因组遗传图和基因组物理图的 概念和原理； 2、了解基因组作图技术进展和在医学研 究中的应用。
与基因组作图有关的诺贝尔奖
The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1933
Cosmid粘粒
①cosmid 是英文 cos site-carrying plasmid 的缩写, 也称 粘粒、柯斯载体。是人工建造的含有λ噬菌体DNA的 cos序列和质粒复制子的特殊类型的质粒载体。 ② 带有质粒的复制起点、克隆位点、选择性标记以及λ 噬菌体用于包装的cos末端等。 ③可利用噬菌体体外包装的特性，利用噬菌体感染的 方式将重组DNA导入受体细胞。但它不会产生子代噬 菌体，而是以质粒DNA的形式存在于细胞内。
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基因定位gene mapping： 将基因定位于某一特定染色体的具体
位置，以及测定基因在染色体上线性排列 的顺序与距离。
遗传作图、基因定位的意义
• 展开基因功能研究的需要； • 阐明发育的分子机制、分子标记辅助育种
工作的基础； • 对于农作物等基因组序列冗长的物种，作
图定位是基因克隆的必备环节。
P 凹陷、非糯、有色×饱满、糯性、无色
sh
+
++
wx c
F1×凹陷、糯性、无色
玉米三点测验数据
8种类型的Ft子代，4种比例，典型的3对基因连锁遗传表现， 可用于推断3对基因在染色体上的顺序，并计算距离。
确定三对基因的顺序
根据测交子代表现型，推测F1杂合体3对连 锁基因的顺序：双交换配子中，没有变化的 基因决定的性状在中间。
据此可以确定本例三对连锁基因在染色体上 顺序是wx sh c
计算相邻基因的交换值，确定基因之间的距离
双交 4 换 2 1 值 0 % 0 0 .0% 9 6708
交(w 换 ) x 6 -值 s 0 6h 1 2 1% 6 0 0 .0% 9 1.4 8% 6708
交(换 s -ch ) 1值 1 1 3 1 1% 6 0 0 .0% 9 3 .5 % 6708
标出遗传距离
wx 18.4
sh 3.5 c
谢谢聆 听
共同学习相互提高
两点测验繁杂，确定三个基因位置需要进行三次杂交和测交；以重组率 代替交换值，未将双交换估计在内，在距离超过5个遗传单位时，可发 生双交换，所以准确性较差。
三点测验（一定要掌握！）
• 是三对连锁基因定位最常用的方法，首先用三对相对性状 均有差异的两纯合亲本杂交，然后用杂种F1与纯隐 性个体进行测交，根据测交子代不同类型占总类型的百分
→
玉米两点测验数据
由第一、二实验测得的C－Sh间的重组率为3.6％，Wx－Sh间的重 组率为20.0％，据此初步推测3个基因的排列顺序可能是：
① Wx
23.6 20.0
Sh 3.6 C
② Wx
16.4
C 3.6
20.0
Sh
Wx－C重组率为23.6％ Wx－C重组率为16.4％
由第三组试验测得Wx－C之间的重组率为22.0％，与23.6％较为 接近，所以可以推断3个基因的排列顺序为第一种排列方式。
数，确定F1所产生的配子类型和比例，用于估计双交换值、推 出基因排列顺序，并估算基因之间的距离。
• 三点测验通过一次杂交和一次测交，同时确定3对基因在染 色体上的位置，将双交换包括在交换值中，因而对距离
的估算更加准确。又因只做一次杂交、一次测交，所以更便于 控制环境影响。
玉米的三点测验（ + 表示显性基因型）
3.1 基因定位的基本方法
• 两点测验：通过一次杂交和一次测交来确定 两对基因的重组率，然后根据重组率确定距 离。
• 首先将三对性状两两组合成三组，进行三次 杂交和三次测交，求算每两对相对性状基因 的重组率，推出三个基因的排列顺序。
Shቤተ መጻሕፍቲ ባይዱC
同源染色体
Sh C sh c sh c
Sh C
同源染色体 （交换）
Sh C
sh c sh c c Sh C
Sh c
同源染色体
（交换后）
sh C
sh c
同源染色体配对、交换重组示意图
交换都发生在同源染色 体相靠近的非姊妹染色 体之间
Sh C Sh c sh C sh c （后期II染色单体分开）
一部分染色体交换发生在连锁基因之内，→重组配子 1/2重组、1/2亲型配子
F1
Sh C
Sh C
交换
sh c
sh c F1
Sh C
交换
sh c
Sh C
Sh C
交
换
Sh C
发 生
sh c
在 连
sh c
二 分 体
锁
Sh c sh C
sh c
基 因 之
CC Sh Sh
外
C c新 Sh Sh
非
c
c
重
sh sh
组
c
C
sh sh 新
配 子
全部亲本型
1/2亲型 1/2重组型
所以重组型配子自然少于50%