基因定位的方法-知识讲义

基因定位的方法

一定义

基因所属连锁群或染色体以及基因在染色体上的位置的测定。

基因定位是遗传学研究中的重要环节。在遗传学的早期研究中并未发现果蝇等生物的基因在染色体上的位置和生理功能有什么关系。但以后发现一些有类似表型效应的基因是紧密连锁的。例如1945年E.B.刘易斯在果蝇中发现与中胸发育有关的几个基因相邻接，构成一个复合座位或称基因复合体或拟等位基因系列；1960年J.莫诺和 F.雅各布报道大肠杆菌的与乳糖发酵有关的几个基因紧密连锁，构成一个操纵子。可见基因的位置并不是和它们的功能完全无关的，因此基因定位有助于了解基因的功能。此外，测定了某一基因在某一染色体上的位置以后，便可以用这一基因作为所属染色体或其一部分的标记，追踪并研究染色体的行为。例如通过分析大肠杆菌的接合过程中各个标记基因在受体菌株中出现的先后次序,就有助于了解接合过程中染色体的行为(见细菌接合);在许多生物中根据杂交子代中各个标记基因的组合，可以研究染色体干涉、染色单体干涉和染色体畸变；在育种工作中也经常通过标记基因来识别染色体的替换。1913年C.B.布里奇斯首先在果蝇中通过 X染色体的不离开现象证实了白眼基因(white,w)是在X染色体上。同年A.H.斯特蒂文特根据两个基因之间的距离愈远则交换频率愈高这一假设，首先在果蝇中进行了基因定位工作。

二基因所属连锁群或染色体的测定

(一)系谱分析法

通过分析、统计家系中有关性状的连锁情况和重组率而进行基因定位的方法。其中连锁分析法是最常用的家系分析法(pedigree method)。早在20世纪30年代，通过家系分析法已将人类的绿色盲、G6PD、红色盲、血友病A的基因定位在X染色体上。

1．如果某性状只出现在男性，则可将决定这个性状的基因定位在Y染色体上。

2．X连锁基因的定位根据伴性遗传原理，男性的X染色体总是来自他的母亲，而这条X染色体又总是传给他的女儿，所以在正常情况下在X染色体上的基因不会出现直接从男性到男性的传递方式，而是隔代交叉遗传，亦即外祖父出现的某种性状在母亲身上不出现(当外祖母为纯合正常时)，往往出现在其外孙身上。如果两个性状都表现为隔代交叉遗传，则可以判定这两个性状的基因都在X染色体上，或可以说这两个基因是性连锁的。但这种方法不能确定其排列顺序和连锁强度。

3．外祖父法在确定X染色体的连锁关系后，进一步确定其相对距离，但这一步必须测定重组率才可完成。根据双亲的基因型来判断子代中哪些是重组体，哪些是亲本型才可计算重组率。对于X染色体上的基因来说，只需要知道母亲的基因型是否为双重杂合体(即两对基因都处于杂合状态)。根据双重杂合体的母亲所生儿子中有关性状的重组情况，就可以估计重组率，而母亲X染色体上的基因组成，

可以由外祖父的表型得知，因此，这种基因定位的方法称为外祖父法(grandfather method)。就 Aa、Bb两对连锁基因而言，母亲为双重杂合体时，可能有两种连锁相：互引相AB／ab(或称顺式相——cis phase)和互斥相Ab／aB(或称反式相——trans phase)。

现以人类X连锁的色盲基因(a)和蚕豆病基因(G6PD-)(g)为例说明外祖父法：

(1)若X染色体没有重组交换，则不论母亲是顺式还是反式杂合体，其儿子中的

X染色体只有两种类型

（2)若母亲的X染色体的两个基因间发生了交换根据外祖父的表型确定作为母

亲的双重杂合体的连锁相(反式或顺式)，然后判断其儿子中的各种表型中哪种属于重组型，统计其重组体所占的比例，就可计算两个基因间的重组率，继而确定连锁基因间的相对距离。根据这种外祖父法测得色盲基因与G6PD基因间的相对距离约为5cM(平均每20个儿子中有一个重组体)。

家系分析法在原则上也可用于常染色体上的基因定位。当已知某染色体上的某种标记与某基因间的连锁关系后，就可以用家系分析法将该基因定位在这条染色体上。如决定Duffy血型的基因就是这样定位在人的1号染色体上的，这也是第一个用这种方法定位在常染色体上的基因。

（二）非整倍体测交法

非整倍体测交法可以用来测定基因属于哪一个常染色体。

用常染色体隐性突变型纯合体(a/a)和野生型二倍体（+/+）杂交，再用子一代杂合体(a/+)和隐性亲本回交,在它们的子代中表型是野生型的和表型是突变型的各占50％（见孟德尔定律）。

杂交a/a ×+/+

↓

回交a/+ × a/a

↓

回交子代a/a a/+

突变型野生型

比例 1 ∶ 1

如果常染色体隐性突变型纯合体和某一染色体的野生型三体 (+/+/+)品系（见染色体畸变）杂交，子一代中的三体个体再和隐性亲本回交，在它们的子代中野生型和突变型之比是5∶1而不是1∶1。

如果常染色体隐性突变型纯合体和某一染色体的野生型单体品系 (+)杂交，在子一代中就出现50％的突变型个体，而不是100％的野生型。

杂交a/a ×+

↓

子一代a/+ ∶ a

野生型突变型

比例 1 ∶ 1

根据上述三种不同的杂交结果，可见只要具备相当于每一染色体的一系列三体和单体品系，便能从杂交子代的突变型和野生型的比数中判断任何一个突变基因所属的染色体。小麦是多倍体植物，多倍体植物增加或减少一个染色体不会使它的生活力受到严重的影响，因此容易建立整套三体或单体品系，使基因定位工作得以顺利进行。除了小麦等植物以外，这一方法也用在酵母菌的遗传学研究中。（三）四分体分析法

四分体定义：

由于子囊菌减数分裂所形成的四分体包被在一个子囊里，所以判断两个基因是否连锁，只需计算出各种类型的四分体数（即子囊数）。如果其中一个基因所属的连锁群已经知道，便很容易测定另一基因是否属于同一连锁群。

四分体有三种,即亲代二型(PD)、非亲代二型(NPD)和四型 (T)。如果有关的两个