05 真核生物的遗传分析

第五章真核生物的遗传分析

教学目的和要求：

1. 理解四分子分析的原理和遗传作图的方法；

2. 了解真核生物重组的机制

3. 掌握各种遗传标记的特点及应用。

教学重点和难点：

【教学重点】

1. 四分子分析的原理和遗传作图的方法；

2. 重要分子标记分析原理和方法。

【教学难点】应用四分子分析进行遗传作图的原理与方法；重要分子标记分析原理与具体实验环节之间的有机联系。

教学内容：

第一节真菌类的染色体作图

一．两个连锁基因的作图

二．三个连锁基因的作图

三．红色面包霉染色体的着丝粒作图

第二节真核生物重组的分子机制

一．同源重组的发生

二．同源重组的分子模型

三．有丝分裂分离与重组

第三节基因转变及其分子机制

一. 异常分离与基因转换

二. 基因转变及其分子机制

第四节真核生物遗传标记的特点及应用

一. RFLP标记

二. VNTR和STR标记

三. SNP标记

四. 分子标记遗传图谱的应用

第一节真菌类的染色体作图

除了二倍体的高等植物具有连锁和交换的遗传现象以外，单倍体的真菌也有连锁和交换的遗传现象。对单倍体真菌的遗传分析和染色体作图通常采用四分子分析（tetrad analysis）的方法。一次减数分裂的四个子细胞称为四分子，对四分子进行遗传学分析称为四分子分析。根据减数分裂产物在子囊中排列是否有序将四分子分析可分为有序四分子分析和无序死分子分析两种。有序四分子分析是指根据一个子囊中四个按严格顺序直线排列的四分子表现进行的遗传分析，也称为有序四分子分析。无序四分子或八分子中孢子没有特殊的顺序，因此也就不能进行着丝粒作图，但无序四分子也可用于各种减数分裂分离和重组分析。前者以对粗糙链孢霉(Neurospora crassa，2n＝14)的遗传分析为代表，而后者主要是对酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae 2n＝34)的遗传分析。

粗糙链孢霉，又称红色面包霉，在分类学上属于真菌中的子囊菌纲、球壳目、脉孢菌属，目前已知有4～5种。利用粗糙链孢霉进行遗传学分析有如下优点：①个体小，生长快，容易培养；②既可进行有性繁殖，又可进行无性繁殖，一次杂交可产生大量后代；③染色体与高等生物一样，研究结果可广泛应用于遗传学上；④无性世代是单倍体，没有显隐性，基因型可以直接在表型上反映出来；⑤一次只需分析一个减数分裂的产物，就可以观测倒遗传结果，简单易行，而二倍体合子是两个不同减数分裂产生的配子相互结合的结果，需要通过测交实验才能分析减数分裂的结果，手续麻烦。因此粗糙链孢霉是进行基因分离和连锁交换遗传分析的好材料。粗糙链孢霉的营养体是由单倍体（n＝7）的多细胞菌丝体和分生孢子所组成，生活方式由有性和无性两种。菌丝经有丝分裂直接发育成菌丝体，称无性生殖。而两种不同接合型细胞结合产生有性孢子的过程称有性生殖。无性繁殖过程，由菌丝顶端断裂形成分生孢子。分生孢子有两种，小型分生孢子中只含有一个核，大型分生孢子有几个核。分生孢子萌发成菌丝，可以再生成分生孢子，周而复始。

酿酒酵母（n=17）的细胞有两种生活形态，单倍体和二倍体。单倍体的生活史较简单，通过有丝分裂繁殖。在环境压力较大时通常则死亡。二倍体细胞（酵母的优势形态）也通过简单的有丝分裂繁殖，但在外界条件不佳时能够进入减数分裂，生成一系列单倍体的孢子。单倍体可以交配，重新形成二倍体。酵母有两种交配类型，称作a和α，是一种原始的性别分化，因此很有研究价值。

一．两个连锁基因的作图

酿酒酵母、构巢曲霉和单细胞藻类中的衣藻的每

一个子囊中的8个子囊孢子的排列是杂乱无序的。这

类真菌的遗传分析可采用非顺序四分子分析

(unordeted tetrad analysis)方法。以酿酒酵母为例，如

果要研究A、B基因是否连锁，并计算图距。首先要

明了当AB×ab杂交时，无论有无连锁，只产生下列3种可能的无序四分子。

因为这些子囊是无序排列的，所以尽管第一种类型(亲二型)看起来似乎是两个座位都同MⅠ模式，实际上不是这样，这些孢子以任意顺序写出来都是等效的。这些子囊仅仅是按照它们是包含二型(ditypes)还是四型(tetratypes)来划分的。在二型中，两种基因型要么是亲二型(PD)要么是非亲二型(NPD)，四型

子囊则是由T所表示的。我们可以试着写一些子囊，证明除了PD、NPD和T之外，没有别的子囊型。观察这3种子囊类型(即四分子类型)，可以发现只有NPD和T有重组型，故这两种四分子类型是决定重组频率的关键。由于T只有巨1／2重组型，所以当我们已知NPD及T的百分数后，用下列公式求：

若求出RF=0.5，可以断定A、B基因无连锁。如果RF＜0.5，则两基因座

连锁。并可以用这个百分数表征其图距。如本章先前所述，这个RF值也可能低估了图距，其原因仍然是没有考虑双交换和多交换的缘故。当然，PD、NPD和T的频率可用于校正双交换。首先，我们要了解PD、NPD和T的四分子类型是如何在连锁的标记基因的杂交中形成的。

假设基因a、b连锁，如果在减数分裂过程中a、b间可以发生非交换(no crossovers，NCO)、单交换(single crossover, SCO)或双交换(double crossovers,DCO)。用图表示减数分裂形成的这些无序子囊。

应注意到NPD是四线双交换产物。如果假设双交换在4条染色单体间随机发生。因此，可以推论4个DCO的频率是相同的。这就意味着NPD类型包括了1/4的DCO，则可以表示为：DCO=4NPD。

单交换也可以用同样方法计算。注意到T型四分子既可来自单交换(SCO)，也可来自双交换(DCO)。但我们可以估计T型中来自DCO减数分裂的部分是2NPD，故SCO的大小可以用下式表示：

SCO=TT-2NPD。

最后，NCO的大小可依公式：NCO=1-(SCO＋DCO)求得。

当我们已估算出这一区域上NCO、SCO、DCO的值之后，可以由这些数值来推导出m值，

平均交换次数m=SCO+2DCO=(TT-2NPD)+2(4NPD) =TT+6NPD

将m转换为图距单位图距=50×（TT+6NPD ）

二．三个连锁基因的作图(自学)

1. 分类：确定由不交换、单交换、双交换产生的类型与频率；

2. 确定基因顺序：根据三点测验中双交换类型频率确定基因顺序的原理，利用频率最小的包括两

种亲本型孢子和两种重组型孢子的双线双交换类型确定基因在染色体中的顺序；

3. 遗传距离估算：根据相邻基因间重组率计算遗传距离，绘制连锁图。

三．红色面包霉染色体的着丝粒作图

1. 着丝粒作图

①概念:

以着丝粒作为一个座位，测定某一基因与着丝粒之间的距离，并进行基因在染色体上的位置作图。

②原理：

A 如果着丝粒与某一对杂合基因之间未发生交换，则该基因与着丝粒同步分离。此时，一对等位

基因的分离为减数第一次分裂分离，即M1，形成非交换型子囊。

B 如果基因与着丝粒之间发生了交换，则该基因与着丝粒的分离不同步。此时，一对等位基因

的分离为减数第二次分裂分离，即M2，形成交换型子囊。