第五章 连锁遗传分析(第5、6节)
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第五节 连锁与交换
5.1 基因连锁的发现
1905年,W.Bateson和R.C.Punnet研究了香豌豆 两对性状的遗传。一对是花的颜色,紫花对红花为显 性，一对是花粉粒形状，长形对圆形为显性。 紫长PPLL × 红圆ppll
花色和花粉形状分离 比符合3:1，表明都是 由单基因控制的，但 不符合两对因子的分 离比9:3:3:1
97 78.5 1 26.2
观察数 226 按孟德尔理论数 235.8
95 78.5
X 2＝32.40
Punnet 认为似乎两对基因在杂交子代中的组合并不是随
机的，而是原来属于同一亲本的两个基因更倾向于进入同一 配子，此叫做相引(coupling)，原来属于不同亲本的两个基因 之间在形成配子时相互排斥，称为相斥(repulsion)。 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相引相 (coupling phase)(AB/ab)；若每个同源染色体上各有一个突变
♀红残 × ♂紫长
PPvv
ppVV
红长PpVv × ♂紫残 ppvv
红长 紫残 红残 紫长 PpVv ppvv Ppvv ppVv 157 146 965 1067
结果同Bateson等一样，都是亲本组合多于理论数，重 组组合少于理论数，存在相引和相斥的现象。
摩尔根的解释却与Bateson等不同：
0.1% 1
√ 10.2%
√ 8.4% 18.4%
5、绘染色体图
ec
10.2
cv
18.4≠18.6
8.4
ct
在计算ec—cv和cv—ct的重组值时都利用了双交换值，可 是计算ec—ct时没把它计在内，因为它们间双交换的结果并 不出现重组。所以ec—ct之间的实际双交换值应当是重组值 加2倍双交换值。即18.4%+2×0.1%=18.6%。
P V
V V
p
p p
v
v v
P
P P
配子
P V v
F1
p
两对位于同一染色体上等位基因的简单遗传
P
V
P p V v
P
v
p
V
p
v
亲代染色体
减数分裂 染色体交换
交换的染色体
减数分裂中染色体的交换
他们的假设归纳起来主要有三个论点：
①相引是两个基因位于同一条染色体上，相斥则反之。 其实按现代的概念，相引就是顺式(cis)，相斥就是反式 (trans)。
有色饱满 有色凹陷 无色饱满 无色凹陷 CSh/csh Csh/csh cSh/csh csh/csh 4032 149 152 4035
重组型
重组率 RF = 301/8368 ×100 % = 3.6 %
5.4 基因定位与染色体作图
5.4.1 基因直线排列原理及相关概念
基因定位(gene mapping)：根据重组值确定不同基因在染
(54.5) 57.6
y
w
v
m
r
Sturtevant在1913年绘制的第一张基因连锁图(果蝇 X染色体)(括号内为现在较为精确的数据) y:黄体 w:白眼 v:辰砂眼 m:小翅 r:斜截翅
染色体作图
Ø 每个基因的位置是用从一组连锁基因的一端算起的图距 来表示。 Ø 一般以最左端的基因位置为0，其他基因的位置通过它 与最邻近的基因间的重组率之和来确定。
当三点测交后代出现8种表型时,表明有双交换发生,此时 需用2倍双交换值来作校正。若3个基因相距较近，往往不出 现双交换类型,后代只有6种表型,无需校正。
亲本的基因型为：
ec
ec
+
+
ct
× ct ec +
+
cv
+
ct
ec ×
cv
ct
+
cv
+
(1.5) 0.0 1.0
(33.0) (36.1) 30.7 33.7
Ø 随着研究的进展，发现有新的基因在更左端时，就把0 点的位置让位给新的基因，其余的基因座作相应的移动。
Ø 重组率在0~50%之间，但在遗传图上，可以出现50个单 位以上的图距。因此要从图上数值得知基因间的重组率 只限于邻近的基因座间。
5.4.3 并发(coincidence)和干涉(interference)
非重组 重组
非重组
ec—cv间重组率 =(273+265+5+3)/5318 =10.2%=10.2cM
重组
3、计算重组值，确定图距 (3)、计算ec—ct的重组值
忽视表中第三列(+/cv)的存在，将它们放在括弧中， 比较第一、二列：
ec + ec + ec + + ec ct + + ct + ct + ct (+) (cv) (cv) (+) (+) (cv) (+) (cv) 2125 2207 273 265 217 223 5 3
双交换型
ec
ct
cv
3、计算重组值，确定图距 (1)、计算ct—cv的重组值
忽视表中第一列(ec/+)的存在，将它们放在括弧中， 比较第二、三列：
(ec) (+) (ec) (+) (ec) (+) (+) (ec) ct + + ct + ct + ct + cv cv + + cv + cv 2125 2207 273 265 217 223 5 3
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Morgan，将图距单位称为厘摩(centimorgan,
cM)，1 cM = 1 %重组值去掉 %的数值。
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间的距离，就必然等于前二者距 离的和或差。这就是摩尔根学生A.H.Sturtevant第一次提 出的基因的直线排列原理。
色体上的相对位置和排列顺序的过程。
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。
图距(map distance)：1%重组值(交换值)去掉其百分率的数
基因和一个野生型基因，则称为相斥相(repulsion phase)
(Ab/aB)。
!
1910年,Morgan和Bridges用果蝇进行了大量的杂 交实验，提出了连锁交换定律，被后人誉为遗传的 第三定律。
♀红长 × ♂紫残
果蝇红眼对紫眼 为显性，长翅对 残翅为显性
PPVV
ppvv
红长PpVv × ♂紫残 ppvv 红长 紫残 红残 紫长 PpVv ppvv Ppvv ppVv 1339 1195 151 154
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，创造了三点测交方法，即将3个基因 包括在同一次交配中。进行这种测交，一次实验就等于3 次两点试验。
已知在果蝇中棘眼(ec)、截翅(ct)和横脉缺失(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，测交后 代如下表：
(1)w—y—bi或 (2)y—w—bi。
决定哪一种是合理的排列就必须测定bi—y的交换值。 测交的结果为6.4%(6.4cM)。这样经过3次两点测交(twopoint testcross)，就可把第(2)种排列关系确定下来。
5.4.2 三点测交(three-point testcross)与染色体作图
紫长PpLl 紫长 紫圆 红长 红圆 P_L_ P_ll ppL_ ppll
21 71 21 71 55 24
观察数 284 按孟德尔理论数 215
X 2＝3371.58
紫圆PPll × 红长ppLL
结果和前次的相近， 仍不符合孟德尔定 律，亲本组合比理 论数多，重组组合 比理论数少。
紫长PpLl 紫长 紫圆 P_L_ P_ll 红长 红圆 ppL_ ppll
每发生一次单交换都会影响它邻近发生另一次单交换， 这种现象称作干涉(interference，I)或染色体干涉。 第一次交换发生后，引起邻近发生第二次交换机会降 低的情况称为正干涉(positive interference)，引起增加的 称为负干涉(negative interference)。 观察到的双交换率与预期的双交换率的比值称做并发 系数(coefficient of coincidence，C)。一般用并发系数来 表示干涉作用的大小。I =1－C C=1，I= 0，无干涉存在；C= 0，I=1时，完全干涉； 0<C<1，存在正干涉；C>1，I<0，存在干涉。
处在同一染色体的两个或两个以上的基因遗传时，
联合在一起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过程中，同源染色体的非姐妹染 色单体间发生了局部交换的结果。 连锁和交换的重组称为染色体内重组(intrachromosomal recombination)，因染色体自由组合而产生 的重组称为染色体间重组(inter-chromosomal recombination)。
a
b
c
ab + bc = ac
Alfred H.Sturtevant 1891-1970
在果蝇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，经测交得知bi—w的交换值为 5.3% (5.3cM)，w—y的距离为1.1cM，那么bi—y的距离究 竟是多少？
从理论上推测，这取决于w、y、bi这三个基因在X染 色体上的排列顺序，它们不外乎下列两种方式:
②同源染色体在减数分裂时发生交换(cross-over)重 组(1910年)； ③1911年摩尔根又补充了一点：位置相近的因子相互 连锁。连锁和交换的重组称为染色体内重组，因染色体自 由组合而产生的重组称为染色体间重组。(孟德尔遗传的 随机分离与相引Science, 1911,34,384)
连锁交换定律：
5.2 基因重组与染色体交换的证实
1909年 Janssens提出交换型假说。
11:24:47
11
5.2 基因重组与染色体交换的证实
1931年,McClintock和她的女博士生B.Creighton以玉 米为材料进行了一项试验，为染色体交换导致遗传重组 提供了第一个有力的证据。
Barbara Mcclintock (1902-92)
非重组 重组
重组
ec—ct间重组率 =(273+265+217+223)/5318
=18.4%=18.4cM
非重组
4、资料整理
表型 ec + ct + cv + ec cv + + + ct ec + + + cv ct +++ ec cv ct 总计 实得数 2125 2207 273 265 217 223 5 3 5318 比例 81.5% 10.1% 8.3% √ √ √ √ 重组发生在 ec—cv cv—ct ec—ct
无色 非糯
×
Biblioteka Baidu
c
c
c C C
Wx
wx
亲组合
Wx wx
c C
c C c
wx Wx
wx wx wx
重组合
5.3 重组率测定
玉米籽粒的糊粉层颜色基因C和饱满度基因Sh是连锁 的。杂交亲本为相引相时，有如下结果： 有色饱满 × 无色凹陷 CSh/CSh csh/csh 有色饱满 CSh/csh × 无色凹陷 csh/csh
Harriet B.Creighton (1909-)
纽结 (knob)
c C
Wx wx
来自第8号染色 体的附加片段
9号染色体，色 素基因C有色对 c无色，糯Wx对 非糯wx为显性
减数分裂
c c C C
Wx wx Wx wx
配 子
c C
有色
Wx wx
糯质
c
wx wx c c c c wx Wx wx wx
ec ct +/ + + cv × ec ct cv/Y测交后代数据
序号
1 2
3
4 5
6
7 8
表型 ec ct + + + cv ec + cv + ct + ec + + + ct cv +++ ec ct cv
实得数
2125 2207 亲本型 单交换I型 单交换II型
273
265 217
223
非重组 非重组
重组
ct—cv间重组率 =(217+223+5+3)/5318 =0.084=8.4%=8.4cM
重组
3、计算重组值，确定图距 (2)、计算ec—cv的重组值
忽视表中第二列(ct/+)的存在，将它们放在括弧中， 比较第一、三列：
ec + ec + ec + + ec (ct) (+) (+) (ct) (+) (ct) (+) (ct) + cv cv + + cv + cv 2125 2207 273 265 217 223 5 3
5 3
双交换型
合计
5318
结果分析
1、归类 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于中央的位置，因为双交换的特 点是旁侧基因的相对位置不变，仅中间的基因发生变 动。于是可以断定这3 个基因正确排列顺序是ec cv ct。
ec 亲本型 + + ct + + + cv +
5.1 基因连锁的发现
1905年,W.Bateson和R.C.Punnet研究了香豌豆 两对性状的遗传。一对是花的颜色,紫花对红花为显 性，一对是花粉粒形状，长形对圆形为显性。 紫长PPLL × 红圆ppll
花色和花粉形状分离 比符合3:1，表明都是 由单基因控制的，但 不符合两对因子的分 离比9:3:3:1
97 78.5 1 26.2
观察数 226 按孟德尔理论数 235.8
95 78.5
X 2＝32.40
Punnet 认为似乎两对基因在杂交子代中的组合并不是随
机的，而是原来属于同一亲本的两个基因更倾向于进入同一 配子，此叫做相引(coupling)，原来属于不同亲本的两个基因 之间在形成配子时相互排斥，称为相斥(repulsion)。 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相引相 (coupling phase)(AB/ab)；若每个同源染色体上各有一个突变
♀红残 × ♂紫长
PPvv
ppVV
红长PpVv × ♂紫残 ppvv
红长 紫残 红残 紫长 PpVv ppvv Ppvv ppVv 157 146 965 1067
结果同Bateson等一样，都是亲本组合多于理论数，重 组组合少于理论数，存在相引和相斥的现象。
摩尔根的解释却与Bateson等不同：
0.1% 1
√ 10.2%
√ 8.4% 18.4%
5、绘染色体图
ec
10.2
cv
18.4≠18.6
8.4
ct
在计算ec—cv和cv—ct的重组值时都利用了双交换值，可 是计算ec—ct时没把它计在内，因为它们间双交换的结果并 不出现重组。所以ec—ct之间的实际双交换值应当是重组值 加2倍双交换值。即18.4%+2×0.1%=18.6%。
P V
V V
p
p p
v
v v
P
P P
配子
P V v
F1
p
两对位于同一染色体上等位基因的简单遗传
P
V
P p V v
P
v
p
V
p
v
亲代染色体
减数分裂 染色体交换
交换的染色体
减数分裂中染色体的交换
他们的假设归纳起来主要有三个论点：
①相引是两个基因位于同一条染色体上，相斥则反之。 其实按现代的概念，相引就是顺式(cis)，相斥就是反式 (trans)。
有色饱满 有色凹陷 无色饱满 无色凹陷 CSh/csh Csh/csh cSh/csh csh/csh 4032 149 152 4035
重组型
重组率 RF = 301/8368 ×100 % = 3.6 %
5.4 基因定位与染色体作图
5.4.1 基因直线排列原理及相关概念
基因定位(gene mapping)：根据重组值确定不同基因在染
(54.5) 57.6
y
w
v
m
r
Sturtevant在1913年绘制的第一张基因连锁图(果蝇 X染色体)(括号内为现在较为精确的数据) y:黄体 w:白眼 v:辰砂眼 m:小翅 r:斜截翅
染色体作图
Ø 每个基因的位置是用从一组连锁基因的一端算起的图距 来表示。 Ø 一般以最左端的基因位置为0，其他基因的位置通过它 与最邻近的基因间的重组率之和来确定。
当三点测交后代出现8种表型时,表明有双交换发生,此时 需用2倍双交换值来作校正。若3个基因相距较近，往往不出 现双交换类型,后代只有6种表型,无需校正。
亲本的基因型为：
ec
ec
+
+
ct
× ct ec +
+
cv
+
ct
ec ×
cv
ct
+
cv
+
(1.5) 0.0 1.0
(33.0) (36.1) 30.7 33.7
Ø 随着研究的进展，发现有新的基因在更左端时，就把0 点的位置让位给新的基因，其余的基因座作相应的移动。
Ø 重组率在0~50%之间，但在遗传图上，可以出现50个单 位以上的图距。因此要从图上数值得知基因间的重组率 只限于邻近的基因座间。
5.4.3 并发(coincidence)和干涉(interference)
非重组 重组
非重组
ec—cv间重组率 =(273+265+5+3)/5318 =10.2%=10.2cM
重组
3、计算重组值，确定图距 (3)、计算ec—ct的重组值
忽视表中第三列(+/cv)的存在，将它们放在括弧中， 比较第一、二列：
ec + ec + ec + + ec ct + + ct + ct + ct (+) (cv) (cv) (+) (+) (cv) (+) (cv) 2125 2207 273 265 217 223 5 3
双交换型
ec
ct
cv
3、计算重组值，确定图距 (1)、计算ct—cv的重组值
忽视表中第一列(ec/+)的存在，将它们放在括弧中， 比较第二、三列：
(ec) (+) (ec) (+) (ec) (+) (+) (ec) ct + + ct + ct + ct + cv cv + + cv + cv 2125 2207 273 265 217 223 5 3
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Morgan，将图距单位称为厘摩(centimorgan,
cM)，1 cM = 1 %重组值去掉 %的数值。
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间的距离，就必然等于前二者距 离的和或差。这就是摩尔根学生A.H.Sturtevant第一次提 出的基因的直线排列原理。
色体上的相对位置和排列顺序的过程。
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。
图距(map distance)：1%重组值(交换值)去掉其百分率的数
基因和一个野生型基因，则称为相斥相(repulsion phase)
(Ab/aB)。
!
1910年,Morgan和Bridges用果蝇进行了大量的杂 交实验，提出了连锁交换定律，被后人誉为遗传的 第三定律。
♀红长 × ♂紫残
果蝇红眼对紫眼 为显性，长翅对 残翅为显性
PPVV
ppvv
红长PpVv × ♂紫残 ppvv 红长 紫残 红残 紫长 PpVv ppvv Ppvv ppVv 1339 1195 151 154
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，创造了三点测交方法，即将3个基因 包括在同一次交配中。进行这种测交，一次实验就等于3 次两点试验。
已知在果蝇中棘眼(ec)、截翅(ct)和横脉缺失(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，测交后 代如下表：
(1)w—y—bi或 (2)y—w—bi。
决定哪一种是合理的排列就必须测定bi—y的交换值。 测交的结果为6.4%(6.4cM)。这样经过3次两点测交(twopoint testcross)，就可把第(2)种排列关系确定下来。
5.4.2 三点测交(three-point testcross)与染色体作图
紫长PpLl 紫长 紫圆 红长 红圆 P_L_ P_ll ppL_ ppll
21 71 21 71 55 24
观察数 284 按孟德尔理论数 215
X 2＝3371.58
紫圆PPll × 红长ppLL
结果和前次的相近， 仍不符合孟德尔定 律，亲本组合比理 论数多，重组组合 比理论数少。
紫长PpLl 紫长 紫圆 P_L_ P_ll 红长 红圆 ppL_ ppll
每发生一次单交换都会影响它邻近发生另一次单交换， 这种现象称作干涉(interference，I)或染色体干涉。 第一次交换发生后，引起邻近发生第二次交换机会降 低的情况称为正干涉(positive interference)，引起增加的 称为负干涉(negative interference)。 观察到的双交换率与预期的双交换率的比值称做并发 系数(coefficient of coincidence，C)。一般用并发系数来 表示干涉作用的大小。I =1－C C=1，I= 0，无干涉存在；C= 0，I=1时，完全干涉； 0<C<1，存在正干涉；C>1，I<0，存在干涉。
处在同一染色体的两个或两个以上的基因遗传时，
联合在一起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过程中，同源染色体的非姐妹染 色单体间发生了局部交换的结果。 连锁和交换的重组称为染色体内重组(intrachromosomal recombination)，因染色体自由组合而产生 的重组称为染色体间重组(inter-chromosomal recombination)。
a
b
c
ab + bc = ac
Alfred H.Sturtevant 1891-1970
在果蝇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，经测交得知bi—w的交换值为 5.3% (5.3cM)，w—y的距离为1.1cM，那么bi—y的距离究 竟是多少？
从理论上推测，这取决于w、y、bi这三个基因在X染 色体上的排列顺序，它们不外乎下列两种方式:
②同源染色体在减数分裂时发生交换(cross-over)重 组(1910年)； ③1911年摩尔根又补充了一点：位置相近的因子相互 连锁。连锁和交换的重组称为染色体内重组，因染色体自 由组合而产生的重组称为染色体间重组。(孟德尔遗传的 随机分离与相引Science, 1911,34,384)
连锁交换定律：
5.2 基因重组与染色体交换的证实
1909年 Janssens提出交换型假说。
11:24:47
11
5.2 基因重组与染色体交换的证实
1931年,McClintock和她的女博士生B.Creighton以玉 米为材料进行了一项试验，为染色体交换导致遗传重组 提供了第一个有力的证据。
Barbara Mcclintock (1902-92)
非重组 重组
重组
ec—ct间重组率 =(273+265+217+223)/5318
=18.4%=18.4cM
非重组
4、资料整理
表型 ec + ct + cv + ec cv + + + ct ec + + + cv ct +++ ec cv ct 总计 实得数 2125 2207 273 265 217 223 5 3 5318 比例 81.5% 10.1% 8.3% √ √ √ √ 重组发生在 ec—cv cv—ct ec—ct
无色 非糯
×
Biblioteka Baidu
c
c
c C C
Wx
wx
亲组合
Wx wx
c C
c C c
wx Wx
wx wx wx
重组合
5.3 重组率测定
玉米籽粒的糊粉层颜色基因C和饱满度基因Sh是连锁 的。杂交亲本为相引相时，有如下结果： 有色饱满 × 无色凹陷 CSh/CSh csh/csh 有色饱满 CSh/csh × 无色凹陷 csh/csh
Harriet B.Creighton (1909-)
纽结 (knob)
c C
Wx wx
来自第8号染色 体的附加片段
9号染色体，色 素基因C有色对 c无色，糯Wx对 非糯wx为显性
减数分裂
c c C C
Wx wx Wx wx
配 子
c C
有色
Wx wx
糯质
c
wx wx c c c c wx Wx wx wx
ec ct +/ + + cv × ec ct cv/Y测交后代数据
序号
1 2
3
4 5
6
7 8
表型 ec ct + + + cv ec + cv + ct + ec + + + ct cv +++ ec ct cv
实得数
2125 2207 亲本型 单交换I型 单交换II型
273
265 217
223
非重组 非重组
重组
ct—cv间重组率 =(217+223+5+3)/5318 =0.084=8.4%=8.4cM
重组
3、计算重组值，确定图距 (2)、计算ec—cv的重组值
忽视表中第二列(ct/+)的存在，将它们放在括弧中， 比较第一、三列：
ec + ec + ec + + ec (ct) (+) (+) (ct) (+) (ct) (+) (ct) + cv cv + + cv + cv 2125 2207 273 265 217 223 5 3
5 3
双交换型
合计
5318
结果分析
1、归类 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于中央的位置，因为双交换的特 点是旁侧基因的相对位置不变，仅中间的基因发生变 动。于是可以断定这3 个基因正确排列顺序是ec cv ct。
ec 亲本型 + + ct + + + cv +