第4章連鎖互換和基因作圖

1、第四章 連鎖互換與交換定律 本章重點(diǎn)本章重點(diǎn) 一、連鎖遺傳：一、連鎖遺傳： 二對(duì)性狀雜交有四種表現(xiàn)型，親型多、重組型少；二對(duì)性狀雜交有四種表現(xiàn)型，親型多、重組型少； 雜種產(chǎn)生配子數(shù)不等，親型相等、重組型相等雜種產(chǎn)生配子數(shù)不等，親型相等、重組型相等。 二、連鎖和交換機(jī)理：二、連鎖和交換機(jī)理： 粗線期交換、雙線期交叉，非姐妹染色體交換粗線期交換、雙線期交叉，非姐妹染色體交換。 三、交換值及其測(cè)定：三、交換值及其測(cè)定： 重組配子數(shù)重組配子數(shù)/ /總配子數(shù)；總配子數(shù)； 測(cè)交法測(cè)定，也可用測(cè)交法測(cè)定，也可用F2 F2 材料進(jìn)行估計(jì)。材料進(jìn)行估計(jì)。 確定位置、距離，基因位于染色體上；確定位置、距離，基因位

2、于染色體上； 二點(diǎn)測(cè)驗(yàn)、三點(diǎn)測(cè)驗(yàn)；二點(diǎn)測(cè)驗(yàn)、三點(diǎn)測(cè)驗(yàn)； 連鎖群、連鎖遺傳圖。連鎖群、連鎖遺傳圖。 四、基因定位和連鎖遺傳圖四、基因定位和連鎖遺傳圖： 19001900年孟德爾遺傳規(guī)律重新發(fā)現(xiàn)以后，生物界廣泛年孟德爾遺傳規(guī)律重新發(fā)現(xiàn)以后，生物界廣泛 重視，進(jìn)行了大量試驗(yàn)。重視，進(jìn)行了大量試驗(yàn)。 其中有些屬于兩對(duì)性狀的遺傳結(jié)果不符合獨(dú)立分配其中有些屬于兩對(duì)性狀的遺傳結(jié)果不符合獨(dú)立分配 規(guī)律規(guī)律 摩爾根以果蠅為材料進(jìn)行深入細(xì)致研究摩爾根以果蠅為材料進(jìn)行深入細(xì)致研究 提出提出 連鎖遺傳規(guī)律連鎖遺傳規(guī)律 創(chuàng)立基因論創(chuàng)立基因論 認(rèn)為基因成直線排認(rèn)為基因成直線排 列在列在 染色體上，進(jìn)一步發(fā)展為細(xì)胞遺傳學(xué)。

3、染色體上，進(jìn)一步發(fā)展為細(xì)胞遺傳學(xué)。 第一節(jié)、連鎖與交換現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)第一節(jié)、連鎖與交換現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn) 19061906年，貝特森（年，貝特森（Bateson W.Bateson W.） 和潘耐特（和潘耐特（Punnett R. C.Punnett R. C.）在香豌豆）在香豌豆 的二對(duì)性狀雜交試驗(yàn)中的二對(duì)性狀雜交試驗(yàn)中 首先發(fā)現(xiàn)首先發(fā)現(xiàn) 性狀連鎖遺傳現(xiàn)象。性狀連鎖遺傳現(xiàn)象。 貝特生 (18611926)： 英國(guó)生物學(xué)家, 曾經(jīng)重復(fù)過孟德爾 的實(shí)驗(yàn) 連鎖遺傳：連鎖遺傳：原來親本所具有的兩個(gè)性狀，在原來親本所具有的兩個(gè)性狀，在F2F2連系在一起連系在一起 遺傳的現(xiàn)象。遺傳的現(xiàn)象。 相引組：相引組：甲乙兩個(gè)

4、顯性性狀，連系在一起遺傳、而甲乙兩甲乙兩個(gè)顯性性狀，連系在一起遺傳、而甲乙兩 個(gè)隱性性狀連系在一起的雜交組合。個(gè)隱性性狀連系在一起的雜交組合。 如如：PLPL/ /plpl。 相斥組：相斥組：甲顯性性狀和乙隱性性狀連系在一起遺傳，而乙甲顯性性狀和乙隱性性狀連系在一起遺傳，而乙 顯性性狀和甲隱性性狀連系在一起的雜交組合。顯性性狀和甲隱性性狀連系在一起的雜交組合。 如：如：P Pl l/p/pL L。 第一個(gè)試驗(yàn)：相引相第一個(gè)試驗(yàn)：相引相 P P 紫花紫花、長(zhǎng)花粉粒長(zhǎng)花粉粒(PPLL)(PPLL)紅花紅花、圓花粉粒、圓花粉粒(ppll)(ppll) F1F1紫紫、長(zhǎng)長(zhǎng)PpLlPpLl F2F2紫紫

5、、長(zhǎng)長(zhǎng)紫紫、圓、圓紅紅、長(zhǎng)長(zhǎng)紅紅、圓、圓 P_L_P_L_P_ll ppL_P_ll ppL_ ppllppll總數(shù)總數(shù) 實(shí)際個(gè)體數(shù)實(shí)際個(gè)體數(shù) 48314831390390393 1338393 133869526952 按按9:3:3:19:3:3:1推算推算 3910.53910.51303.5 1303.51303.5 1303.5 434.5434.569526952 以上結(jié)果表明以上結(jié)果表明 F2F2： . . 同樣出現(xiàn)四種表現(xiàn)型；同樣出現(xiàn)四種表現(xiàn)型； . . 不符合不符合9:3:3:19:3:3:1； . . 親本組合數(shù)偏多，重新組合數(shù)偏少（與理論數(shù)相比）。親本組合數(shù)偏多，重新組合

6、數(shù)偏少（與理論數(shù)相比）。 第二個(gè)試驗(yàn)：相斥相第二個(gè)試驗(yàn)：相斥相 P P紫花紫花、圓花粉粒、圓花粉粒(PPll)(PPll) 紅花紅花、長(zhǎng)花粉粒、長(zhǎng)花粉粒(ppLL)(ppLL) F1F1紫紫、長(zhǎng)、長(zhǎng)PpLlPpLl F2F2紫紫、長(zhǎng)、長(zhǎng)紫紫、圓、圓紅紅、長(zhǎng)、長(zhǎng)紅紅、圓、圓 P_L_P_L_P_llP_llppL_ppL_ppllppll總數(shù)總數(shù) 實(shí)際個(gè)體數(shù)實(shí)際個(gè)體數(shù)226226959597971 1419419 按按9:3:3:19:3:3:1推算推算235.8235.878.578.578.578.526.226.2419419 結(jié)果與第一個(gè)試驗(yàn)情況相同。結(jié)果與第一個(gè)試驗(yàn)情況相同。 組合二：

7、紫花、圓花粉粒紫花、圓花粉粒紅花、長(zhǎng)紅花、長(zhǎng) 花粉?；ǚ哿?結(jié)果： lF1兩對(duì)相對(duì)性狀均表現(xiàn)為顯性，F(xiàn)2出現(xiàn)四種 表現(xiàn)型； lF2四種表現(xiàn)型個(gè)體數(shù)的比例與9:3:3:1相差很 大，并且兩親本性狀組合類型(紫圓和紅長(zhǎng)) 的實(shí)際數(shù)高于理論數(shù)，而兩種新性狀組合類 型(紫長(zhǎng)和紅圓)的實(shí)際數(shù)少于理論數(shù)。 （二（二) )、連鎖遺傳的解釋、連鎖遺傳的解釋 試驗(yàn)結(jié)果是否受分離規(guī)律支配？試驗(yàn)結(jié)果是否受分離規(guī)律支配？ 第一個(gè)試驗(yàn)：第一個(gè)試驗(yàn)： 紫花紫花: :紅花紅花(4831+390):(1338+393)=5221:1731 3:1(4831+390):(1338+393)=5221:1731 3:1 長(zhǎng)花粉長(zhǎng)

8、花粉: :短花粉短花粉(4831+393):(1338+390)=5224:1728 3:1(4831+393):(1338+390)=5224:1728 3:1 第二個(gè)試驗(yàn)：第二個(gè)試驗(yàn)： 紫花紫花: :紅花紅花(226+95):(97+1)=321:98 3:1(226+95):(97+1)=321:98 3:1 長(zhǎng)花粉長(zhǎng)花粉: :短花粉短花粉(226+97):(95+1)=323:96 3:1(226+97):(95+1)=323:96 3:1 以上結(jié)果都受分離規(guī)律支配，但不符合獨(dú)立分配規(guī)律。以上結(jié)果都受分離規(guī)律支配，但不符合獨(dú)立分配規(guī)律。 F2F2不符合不符合9:3:3:19:3:3:1

9、，則說明，則說明F1F1產(chǎn)生的四種配子不等產(chǎn)生的四種配子不等。 可用可用測(cè)交法測(cè)交法加以驗(yàn)證，加以驗(yàn)證，測(cè)交后代的表現(xiàn)型種類以及測(cè)交后代的表現(xiàn)型種類以及 比例可反映出比例可反映出F1F1配子的種類和比例。配子的種類和比例。 利用測(cè)交法驗(yàn)證連鎖遺傳現(xiàn)象利用測(cè)交法驗(yàn)證連鎖遺傳現(xiàn)象: : 特點(diǎn)：特點(diǎn)：連鎖遺傳的表現(xiàn)為：連鎖遺傳的表現(xiàn)為： 兩個(gè)親本型配子數(shù)是相等，兩個(gè)親本型配子數(shù)是相等，50%； 兩個(gè)重組型配子數(shù)相等，兩個(gè)重組型配子數(shù)相等，50%。 第二節(jié) 連鎖交換規(guī)律的建立連鎖交換規(guī)律的建立 1908年摩爾根利用果蠅進(jìn)行遺傳試驗(yàn)， 1910年發(fā)現(xiàn)了果蠅的白眼和殘翅突變型，由此 材料試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了連鎖與

10、交換定律。 1、完全連鎖、完全連鎖 lB/VB/V，b/vb/v是非等位基是非等位基 因，因， lF1F1代形成配子沒有發(fā)代形成配子沒有發(fā) 生交換生交換 l后代各占后代各占50%50% l雜種個(gè)體形成配子是雜種個(gè)體形成配子是 非姊妹染色體之間，非姊妹染色體之間， 沒有發(fā)生交換的遺傳沒有發(fā)生交換的遺傳 現(xiàn)象現(xiàn)象- -完全連鎖完全連鎖 l這是因?yàn)樵诠壷?，雄性是完全連鎖的，即基 因B和V同處于一條染色體上，基因b和v 處于 同源染色體的另一條染色體上。F1雜合雄蠅 （BbVv）只產(chǎn)生兩種類型的配子，不產(chǎn)生重 組類型，所以用雙隱性雌蠅測(cè)交的后代，只能 有兩種表現(xiàn)型。 l如果在同一染色體上的連鎖基因在

11、遺傳時(shí)完全 不分離在傳遞到下一代，叫做 2.不完全連鎖不完全連鎖 l摩爾根用F1灰身長(zhǎng)翅的雌果蠅和黑身殘翅的雄 果蠅進(jìn)行測(cè)交，后代出現(xiàn)了四種類型：灰身長(zhǎng) 翅、灰身殘翅、黑身長(zhǎng)翅、黑身殘翅。而且兩 種親本類型灰身長(zhǎng)翅和黑身殘翅數(shù)目比較多， 兩種新類型灰身殘翅、黑身長(zhǎng)翅比較少，這是 因?yàn)橥慈旧w上連鎖的非等位基因在雜合子 形成配子時(shí)，（在統(tǒng)計(jì)中）少部分發(fā)生分離， 產(chǎn)生重組配子，出現(xiàn)了性狀重組個(gè)體，這樣的 連鎖遺傳情況叫做。 果蠅（相斥組）：果蠅（相斥組）： 紅眼正常翅紅眼正常翅pr+pr+pr+pr+vgvgvgvg紫眼長(zhǎng)翅紫眼長(zhǎng)翅prprprprvg+vg+vg+vg+ F1 F1 紅眼長(zhǎng)翅紅

12、眼長(zhǎng)翅紫眼正常翅紫眼正常翅 pr+pr+prprvg+vg+vgvg prprvgvgprprvgvg 配子配子 pr+vg+ pr+vg+ prprvg+ pr+vg+ pr+vg prvgvg prvgprvgprvg FtFt pr+pr+prprvg+vg+vgvgprprprprvg+vg+vg vg pr+pr+prprvgvgvg vg prprprprvgvgvgvg 紅眼長(zhǎng)翅紅眼長(zhǎng)翅紫眼長(zhǎng)翅紫眼長(zhǎng)翅紅眼正常翅紅眼正常翅紫眼正常翅總數(shù)紫眼正常翅總數(shù) 個(gè)數(shù)個(gè)數(shù) 157 157 1067 1067 965 965 14614623352335 結(jié)果：結(jié)果：親本親本組合組合=(106

13、7+965)/2335)=(1067+965)/2335)100%=100%=87.02%87.02% 重新重新組合組合=(157+146)/2335)=(157+146)/2335)100%=12.98%100%=12.98% 證實(shí)證實(shí)F1F1所成的四種配子數(shù)不等所成的四種配子數(shù)不等。 上述結(jié)果均說明重組型配子數(shù)占總配子數(shù)的百分率上述結(jié)果均說明重組型配子數(shù)占總配子數(shù)的百分率 50%50%。 重組率（交換值）：重組率（交換值）：重組型的配子百分?jǐn)?shù)稱為重組率。重組型的配子百分?jǐn)?shù)稱為重組率。 當(dāng)兩對(duì)基因?yàn)檫B鎖遺傳時(shí)，其重組率總是當(dāng)兩對(duì)基因?yàn)檫B鎖遺傳時(shí)，其重組率總是5050。 相引組或相斥組中一對(duì)同

14、源染色體的四條非姐妹染色單相引組或相斥組中一對(duì)同源染色體的四條非姐妹染色單 體，體，兩個(gè)基因之間的染色體區(qū)段內(nèi)兩個(gè)基因之間的染色體區(qū)段內(nèi) 僅有兩條非姐妹染色單體僅有兩條非姐妹染色單體發(fā)生交換發(fā)生交換 （crossing over)crossing over)。 重組型配子數(shù)目只是少數(shù)。重組型配子數(shù)目只是少數(shù)。 生物性狀很多，控制這些性狀的基因自然也多，而生物生物性狀很多，控制這些性狀的基因自然也多，而生物 的染色體數(shù)目有限的染色體數(shù)目有限 必有必有許多基因位于同一染色體許多基因位于同一染色體上上 引起連鎖遺傳。引起連鎖遺傳。 連鎖連鎖：若干非等位基因位于同一染色體而發(fā)生連系遺傳：若干非等位基因

15、位于同一染色體而發(fā)生連系遺傳 的現(xiàn)象。的現(xiàn)象。 完全連鎖完全連鎖：同源染色體上非等位基因間不能發(fā)生非姐妹：同源染色體上非等位基因間不能發(fā)生非姐妹 染色單體之間的交換染色單體之間的交換 F1F1只產(chǎn)生兩種親型配子只產(chǎn)生兩種親型配子、其自交或、其自交或 測(cè)交后代個(gè)體的表現(xiàn)型均為親本組合。測(cè)交后代個(gè)體的表現(xiàn)型均為親本組合。 非等位基因完全連鎖的情形很少，一般是不完全連鎖。非等位基因完全連鎖的情形很少，一般是不完全連鎖。 不完全連鎖（部分連鎖）：不完全連鎖（部分連鎖）：F1F1可產(chǎn)生多種配子，后代可產(chǎn)生多種配子，后代 出現(xiàn)新性狀的組合，但新組合較理論數(shù)為少。出現(xiàn)新性狀的組合，但新組合較理論數(shù)為少。 如

16、玉米顏色基因如玉米顏色基因CcCc和籽粒飽滿度基因和籽粒飽滿度基因ShshShsh是位于玉米是位于玉米 第第9 9對(duì)染色體上的兩對(duì)對(duì)染色體上的兩對(duì)不完全連鎖不完全連鎖的非等位基因。的非等位基因。 由連鎖遺傳例證中可見由連鎖遺傳例證中可見兩個(gè)問題兩個(gè)問題： 1 1相引組和相斥組都表現(xiàn)為不完全連鎖，后代中均出現(xiàn)相引組和相斥組都表現(xiàn)為不完全連鎖，后代中均出現(xiàn) 重組類型，且重組率很接近重組類型，且重組率很接近 其其重組型配子是重組型配子是 如何出現(xiàn)的如何出現(xiàn)的? ? 2 2為何重組型配子數(shù)為何重組型配子數(shù) 親型配子數(shù)，親型配子數(shù)，其重組率其重組率50%NPD），我們可以說兩個(gè)基），我們可以說兩個(gè)基 因

17、是連鎖的。因是連鎖的。 一旦我們知道兩個(gè)基因是一旦我們知道兩個(gè)基因是連鎖連鎖的，以及我們知道了每一種的，以及我們知道了每一種 減數(shù)分裂四分子類型減數(shù)分裂四分子類型的相對(duì)數(shù)目，通過下述公式我們就可的相對(duì)數(shù)目，通過下述公式我們就可 以算出兩個(gè)以算出兩個(gè)基因間的距離基因間的距離： 其中：重組子數(shù)目其中：重組子數(shù)目 = /T + NPD，非重組子數(shù)目，非重組子數(shù)目 （即親本型數(shù)目）（即親本型數(shù)目）= /T + PD。 現(xiàn)在通過實(shí)例來說明如何對(duì)兩個(gè)基因進(jìn)行連鎖分析和作圖現(xiàn)在通過實(shí)例來說明如何對(duì)兩個(gè)基因進(jìn)行連鎖分析和作圖: : 脈孢霉脈孢霉: : 煙酸依賴型煙酸依賴型nicnic 腺膘呤依賴型腺膘呤依賴型

18、adeade nic + nic + + ade + ade 必有必有6 66 63636種子囊類型，種子囊類型， 可歸納為可歸納為7 7種基本子囊型。種基本子囊型。 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 PD NPD T T PD NPD T PD NPD T T PD NPD T 808 1 90 5 90 1 5 808 1 90 5 90 1 5 結(jié)果分析結(jié)果分析 是否連鎖：是否連鎖： PD=808+90=898, NPD=1+1=2: PD=808+90=898, NPD=1+1=2: PDNPD, PDNPD,不是自由組合是連鎖不是自由組合是連鎖 同臂、異臂：同臂

19、、異臂： 著絲點(diǎn)和著絲點(diǎn)和nicnic的重組頻率的重組頻率 （5+90+1+55+90+1+5）/1000/10001001000.50.55.055.05 著絲點(diǎn)和著絲點(diǎn)和adeade的重組率的重組率 （90+90+1+590+90+1+5）/1000/10001001000.50.59.39.3 單獨(dú)和著絲點(diǎn)的交換比例為單獨(dú)和著絲點(diǎn)的交換比例為8 8：1 1 和和9.39.3：5.055.051.81.8：1 1不同。不同。 兩個(gè)在同臂。兩個(gè)在同臂。 作圖作圖 nicnicadeade的重組率（的重組率（1/2T+NPD)/(T+NPD+PD)=5.2%1/2T+NPD)/(T+NPD+P

20、D)=5.2% 5.055.055.205.20 一、人類基因定位方法一、人類基因定位方法 （一）家系分析與基因定位（一）家系分析與基因定位 1、有時(shí)得到合適的家系，也可簡(jiǎn)單地計(jì)算重組率。 如一方親體是雙雜合體，而且連鎖相（linkage phase）知道， 另一方親體為雙隱性。這樣的婚配相當(dāng)于測(cè)交試驗(yàn)。 相偶相偶（xoupling相引組）。兩顯性基因在同一染色體上。 相斥相斥（repulision相斥組）。兩顯性基因分別位于一對(duì)同源染 色體上。 如 甲臏綜合癥（指甲和臏骨畸形或缺如）和ABO血型的連鎖 分析。 圖示：Npa IB/npa i npa i/npa i 顯 性 遺 傳 2 2、把

21、某一性狀的遺傳與某一染色體畸變聯(lián)、把某一性狀的遺傳與某一染色體畸變聯(lián) 系起來系起來，把基因定位在某一染色體的某一區(qū)，把基因定位在某一染色體的某一區(qū) 域，作成域，作成細(xì)胞學(xué)圖（cytological mapcytological map）。）。 l例如, 某一家系中，紅細(xì)胞酸性磷酸酯酶1 （acid phosphatase 1）活性的缺乏與2號(hào)染 色體缺臂遠(yuǎn)端的微小缺失相關(guān)聯(lián)。 (二)體細(xì)胞遺傳學(xué)與細(xì)胞學(xué)圖的制作 l體細(xì)胞遺傳學(xué)體細(xì)胞遺傳學(xué)（somatie cell genetics）是以高 等生物的體細(xì)胞為實(shí)驗(yàn)材料,采用細(xì)胞離體培養(yǎng)，細(xì) 胞融合以及遺傳物質(zhì)在細(xì)胞間轉(zhuǎn)移等方法，研究真核 細(xì)胞內(nèi)基

22、因的結(jié)構(gòu)、功能及其表達(dá)規(guī)律和條件等的遺 傳學(xué)分支學(xué)科。它涉及到眾多領(lǐng)域，如為基因定位， 植物育種等提供了完全嶄新的方法，也是基因工程和 人類遺傳性疾病基因治療的基礎(chǔ)。 l它可以繞過減數(shù)分裂過程，應(yīng)用細(xì)胞培養(yǎng)方法，研究 體細(xì)胞融合、突變、分離以及連鎖和交換等等。把基 因定位在染色體上，作成細(xì)胞學(xué)圖細(xì)胞學(xué)圖。 1、體細(xì)胞雜交 ：已成功地應(yīng)用于異種、異屬、異綱、已成功地應(yīng)用于異種、異屬、異綱、 異門、甚至動(dòng)物和植物細(xì)胞之間，突破了有性生殖中異門、甚至動(dòng)物和植物細(xì)胞之間，突破了有性生殖中 種的特異性的限制。不同種的體細(xì)胞互相融合就形成種的特異性的限制。不同種的體細(xì)胞互相融合就形成 種間體細(xì)胞雜種。種間

23、體細(xì)胞雜種。 如人、鼠細(xì)胞融合如人、鼠細(xì)胞融合 雜種細(xì)胞雜種細(xì)胞 在有絲分裂時(shí)，專一丟失人的染色體，隨即留下在有絲分裂時(shí)，專一丟失人的染色體，隨即留下n n 條人類染色體，就獲得不同細(xì)胞系（克?。l人類染色體，就獲得不同細(xì)胞系（克?。?l促融促融 因子因子 ： l（1 1）仙臺(tái)病毒：）仙臺(tái)病毒： 通常有幾個(gè)特定的附著點(diǎn) （atlachment point）。附著到宿主細(xì)胞上，并 由此進(jìn)入細(xì)胞。如果兩個(gè)細(xì)胞靠近在一起，它就 能同時(shí)附著到兩個(gè)不同的細(xì)胞，促進(jìn)兩個(gè)細(xì)胞膜 的融合。 l（2 2）聚乙二醇）聚乙二醇（PEG）可能使細(xì)胞膜部分降解， 并在細(xì)胞質(zhì)間形成細(xì)胞質(zhì)橋，促進(jìn)細(xì)胞融合。 小鼠細(xì)胞為營(yíng)養(yǎng)缺陷型，要使這種細(xì)胞能夠 生長(zhǎng)，非得在培養(yǎng)基上添加某種營(yíng)養(yǎng)物不可。 這種營(yíng)養(yǎng)缺陷可由人體染色體上的有關(guān)基因 的作用來彌補(bǔ)，所以培養(yǎng)基上不添加某種營(yíng) 養(yǎng)物質(zhì)雜種細(xì)胞也可保持下去。 l雜種細(xì)胞的形成(圖)： 人的成纖維細(xì)胞與帶有選擇性 遺傳標(biāo)記的小鼠細(xì)胞混合培養(yǎng)，在促融因子作用下，有 些細(xì)胞融合，先形成異核體。異核體的兩個(gè)核融合，形 成雜種細(xì)胞。