南开大学遗传学-6_连锁遗传分析

例
已知RF = 27.5%，问基因座之间的图距是多少？
MD = -50 ln (1- 2RF) = -50 ln 0.45 = 40 m.u. 两基因座之间的距离是40 m.u.，若以RF为图距，则低估 基因座之间的真实距离。
已知RF = 4%，求图距
MD = -50 ln (1- 0.08) = 4.2 m.u., 则RF基本上反应了基因 座之间的真实距离。
因座之间的图距 用RF估计图距，低估
MD = 50 [0.41 + (6 了6 m.u.。这是由于
× 0.03)]= 50 ×
RF无法校正双交换所
0.59= 29.5 m.u.
致。只有在基因座距
离较小时方可用RF作
为图距
用制图函数求图距
把重组率代入制图函数 中，求出图距
MD = -50 ln(1-2RF)
序四分子分析计算基因座之间的距离 无序四分子分析计算基因座之间距离时，考虑三种可能性：
(1) 基因座分别在不同染色体上 (2) 基因座位于同一条染色体的着丝粒两侧 (3) 基因座位于同一条染色体的着丝粒同侧 其中(1)和(2)对于两个基因座来说全都是独立的交换型。而在(3)中，着 丝粒与近侧基因座之间出现交换，将在同一子囊中出现两个基因座的交 换型，由此可以判断基因座之间的连锁关系 在着丝粒制图时，若基因座与着丝粒之间距离较大，也需要用平均交换 次数μ校正期间可能出现的双交换或多交换
所以 实际双重组频率 = 并发系数（C）×理论双重组频率
= 0.6×10%×10% =0.6%
上述交配的子代预期频率可图示如下： αβγ/+++ × αβγ/αβγ
配子
40.3% ＋＋＋
40.3% 4.7% 4.7% 4.7% 4.7% 0.3% 0.3%
αβγ ＋＋γ αβ＋ α＋＋ ＋βγ α＋γ ＋β＋
交换次数很多时（曲线较大区域），斜率小于1，重组率不再是加性的， RFac<RFab+RFbc。必须用制图函数加以校正
由RF = (1 - e-2x) / 2解出x，x = -ln (1 - 2RF ) / 2 由此得出：MD = -50 ln (1 – 2 RF ) m.u.
不管基因座之间的远近，该公式都是适用的
并发系数C(coefficient of coincidence，c.o.c.)
实际双重组频率 并发系数（C）= 理论双重组频率
系数愈大，表示干扰愈小 符合系数等于1，表示无干扰 符合系数为0，表示完全干扰，
即一点发生交换，其邻近的另 一点就不再发生交换
干涉值(interference value)
为什么使用制图函数？ 遗传学图是一种依据基因间的重组值（或交换值）表示连锁基因在染色 体上相对位置的简单线性示意图。
– 只有在两个基因座距离较近时，才可以使用以RF表示的图距 – 在中等距离时开始出现双交换，这时图距与RF已不成线性关系 – 距离更远时，两基因座之间会出现多重交换，这种非线性关系变得更加明显；呈现非
第六章 真核生物特殊的染色 体制图技术
制图函数(mapping function)
以重组率为自变量，图距为因变量所得到的函数
MD: 图距（map distance），【MD = -50 ln (1 – 2 RF ) m.u.】
– 在这里只需要重组率一个变量，并不需要考虑两基因座之间是否存在双或多交换
是遗传分析的好材料
为线性四分子
– 个体小，生长快，易于培养，数 量多
可以简单明了地计算出 分离比和重组率
– 它的染色体结构和功能类似于高 等动植物，且能进行有性生殖
– 是单倍体，没有显隐性的问题， 基因型直接在表现型上反映出来
– 一次只分析一个减数分裂的产物， 手续简便。一般的二倍体生物的 合子是父母本两个不同减数分裂 产生的孢子相互结合的产物，不 易分析，测交的目的就是每次只
(1)和(2)是怎样产生的呢？
交换发生在着丝粒与lys+/lys－座位以 外
中期 I 时，带有lys+的两条染色体移 向一极，带有lys－的两条染色体移向 另一极。这样，就lys+/ lys－这一对 基因而言，在第一次分裂时就分离了， 称为第一次分裂分离
中期 II 时，着丝粒分裂，每一个染色 单体相互分开，两个lys+孢子排列在 一起，两个lys－孢子排列在一起
再经过一次有丝分裂，形成＋＋＋ ＋— — — —或— — — —＋＋＋＋ 两种排列方式，着丝粒和基因lys+/ lys－之间未发生过交换，所以称为非 交换型
(3)~(6)的形成
交换发生在着丝粒与基因lys+/lys－之间 中期 I 时，分配到每一子核的两条染色单
体都是一个带有lys+，一个带有lys－，所 以第一次分裂没有出现分离现象 中期 II 时，才发生分离，所以称为第二 次分裂分离 再经过一次有丝分裂形成4个孢子时，排 列顺序是＋＋— —＋＋— —或— —＋ ＋— —＋＋，这种情况是由于lys＋/ lys －与着丝粒之间发生了一次交换造成的， 所以(3)~(6)是交换型
14%是减数分裂出现交换的细胞百分数，而不是重组染色体 百分数
重组百分数是交换细胞百分数的一半，因此图距为： MD = 14/2 = 7 m.u.
无序四分子分析
酵母子囊孢子的排列是无序的，不能用上述方法分析 两个基因a和b，以a b × + + 可得三种子囊型
记住！这些子囊是无序的，虽然第一列可以看成两基因座的非交换 型，但实际上不是！孢子可以用任何序列写出。这些子囊只是根据 它们包含两种基因型(ditype)，还是四种基因型(tetratype)，以及二 型中有无亲本组合而分为三类：亲本二型，非亲二型和四型
着丝粒制图(centromere mapping)
测定基因与着丝粒间 距离称为着丝粒作图
制图原理：着丝粒与 基因座之间出现与不 出现交换所产生的八 分子，其等位基因的 构型不同，由此即可 得出着丝粒与基因座 间的重组率
第一次分裂分离：在 一对非姐妹染色单体 间没有发生着丝粒和 某杂合基因座交换的 减数分离
αβγ
＋＋＋/αβγ
αβγ/αβγ ＋＋γ/αβγ αβ＋/αβγ α＋＋/αβγ ＋βγ/αβγ α＋γ/αβγ ＋β＋/αβγ
表型
403 ＋＋＋
403 αβγ 47 ＋＋γ 47 αβ＋ 47 α＋＋ 47 ＋βγ 3 α＋γ 3 ＋β＋
关于遗传图的说明
（1）基因在遗传学图上有一定的位置，这个位置叫做座位。 一般以最先端的基因位置为0，但随着研究进展，发现有基 因在更先端的位置时，把0点让给新的基因，其余的基因位 置，作相应的移动。 （2）重组值在0到50％之间，但在遗传学图上，可以出现 50单位以上的图距。例如玉米第一连锁群上，sr与bm2间的 图距是172，这是因为这两个基因间发生了多次交换，但实 际上sr与bm2间的重组值不超过50％，所以由实验得到的重 组值与图上的数值不一定是一致的。从而要从图上数值知道 基因间的重组值只限于邻近的基因座位间。
非交换型
(1) ＋ ＋ ＋ ＋ — — — — (2) — — — — ＋ ＋ ＋ ＋
交换型
(3) ＋ ＋ — — ＋ ＋ — — （(1)的2、3对交换） (4) — — ＋ ＋— — ＋ ＋ （(2)的2、3对交换） (5) ＋ ＋ — — — — ＋ ＋ （(1)的2、4对交换） (6) — — ＋ ＋ ＋ ＋ — — （(2)的2、4对交换）
四分子分析
– 对四分子进行遗传学分析
八分子(actad)
– 减数分裂的四个产物又经一次有丝分裂所生成的八个产物 – 八分子是双倍的四分子，对它的分析与对四分子的分析是一样的
粗糙脉孢菌的生活史
粗糙脉孢菌减数分裂 中等位基因的分离
粗糙链霉菌(Neurospora crassa)
粗糙链霉菌（Neurospora crassa）
= -50 ln0.53 = 50 ×0.635
= 31.74 m.u.
该结果大于29.5，原 因是用制图函数求图 距时，考虑了多重交 换，使其结果向上偏 离
线性四分子分析和无序 四分子分析结合使用
无序四分子分析可精确度量基因座之间的距离 线性四分子分析可做着丝粒制图，也可忽略子囊孢子的排列顺序，按无
MD = 50 μ = 50 (T+6NPD)
例
在a b × + +杂交 重组率的计算
中，各类子囊的
因NPD子囊全都是 重组孢子，T子囊一
频率为：56%
半是重组孢子，所
PD，41%T和 3%NPD。求基
以RF = T/2 + NPD= 0.205 + 0.03= 0.235
MD = 23.5 m.u.
第二次分裂分离：在 一对非姐妹染色单体 间发生着丝粒和某杂 合基因座交换的减数 分离
营养缺陷型
从野外采集来的面包霉能在简单的培养基上生长和繁殖， 一般称之为野生型或原养型（prototroph）
在实验室中得到的突变型菌株，一定要在培养基中添加某 一营养物质才能生长，一般称之为营养缺陷型 （auxotroph）
一定要在培养基中添加赖氨酸才能生长，称之为赖氨酸依 赖型（lysine dependent）
把野生型记作Lys＋或＋，赖氨酸缺陷型记作Lys－或－ Lys＋成熟后子囊孢子是黑色的，Lys－是灰色的
Lys＋与Lys－杂交
所得子囊孢子，4个是黑色的(+)，4个是灰色的(-) 8个子囊孢子可有六个不同的排列方式（子囊型）
RF = (1-e-2x)/2
纵轴为重组率。横轴为图距，单位为μ= 100 x
平均交换次数越多，基因座之间的距离越远
从上图的实线可以看出，不论染色体上的两个基因座相距有多远，其 RF值永不会大于50%。当x →∞时e-x →0，这时RF→50%
从上图的虚线可以看出，只有在μ值很小时的一个很小区间内，图距才 与RF呈线性关系，斜率为1，重组率是加性的。这时的RF可直接用来 作为图距
连锁状态 在后2种情况下，需寻找一个或多个标记（为发现双或多交换而寻找的居间基因）。实际 操作起来很困难
Haldane制图函数
Haldane(霍尔丹)推 导的重组率校正函数 RF = (1 - e-2x) / 2
x代表交换率，e是自然底数 公式表示重组率与图距的关 系 图距的单位是1%交换率
说明
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重组率
在(3)~(6)的 4 种子囊型中，其实只有两对孢子交换了位置， 其余两对孢子维持原位
在(3)中，第二对与第三对交换了位置，第一对与第四对维 持原位
也就是说，每发生一次交换，一个子囊中有半数孢子发生 重组。所以，着丝粒与基因间的重组率为：
例
前两种为非交换型，其频率几近相等，因而A/a与着丝粒之 间有(126+132)/300=86%无交换。其余的42个或14%为交换 型，即A/a与着丝粒之间有14%的交换
在双交换中四型频率T1= 2NPD， 在单交换中只有四型T2=SCO， 四型总频率为T= T1+T2=2NPD +SCO，所以SCO=T–2NPD
NCO = 1 – (SCO+DCO)
平均交换率是单交换率和双交换 率的加权平均数μ = SCO + 2DCO= (T-2NPD) + 2(4NPD)= T + 6NPD
干涉值（I）= 1 - C I = 1- 8/12 = 1/3
重组值、并发系数的应用
例：位于同一条染色体上的三个隐性基因的连锁图如下：
α
β
γ
0
10
20
如果并发系数是0.6，在αβγ/+++ x αβγ/αβγ杂交的1000 个子代中预期表现型频率是多少？
解：因为 并发系数（C）=
实际双重组频率 理论双重组频率
四分子分析(tetrad analysis)
四分子(tetrad)
– 在真菌和单细胞藻类中，单一减数分裂的4个产物（子囊孢子）以 特定的方式留在一起，称为四分子。
– 线性四分子(linear tetrad)：子囊孢子以线性方式排列的四分子 – 无序四分子(unordered tetrad)：子囊孢子无序排列的四分子
子囊中子囊孢子的对称 性可用以证明减数分裂 是一个交互过程 （reciprocal process）
四分子在子囊中的排列 顺序取决于减数分裂时 着丝粒的取向，因此可 把着丝粒作为一个座位
研究一个减数分裂的产物，即配 子的比例，但实验手续烦杂，而 且有时还不易做到
（locus）计算某一基因 与着丝粒之间的重组率。 这就是着丝粒作图
连锁基因座a和b间的关系
无交换 (no crossovers, NCO) 一次单交换 (a single crossover,
SCO)
双交换 (double crossover, DCO) 三次或多次交换也可能出现，但是
太少了，可以忽略
NPD只存在于双交换中，NPD的 期望频率是DCO/4，所以双交换 频率为DCO=4NPD