高中生物競賽-第五章-連鎖遺傳分析與染色體作圖課件備課講稿

1、第五章 連鎖(lin su)遺傳分析與染色體作圖Genetic Linkage and Chromosomal Mapping第一頁，共37頁。基本概念 在減數(shù)分裂時(shí)同源染色體之間的交換導(dǎo)致了遺傳重組的發(fā)生。一個(gè)交叉(jioch)就是交換的位點(diǎn)。 遺傳重組的證據(jù)是在減數(shù)分裂中發(fā)現(xiàn)交換時(shí)細(xì)胞學(xué)標(biāo)記發(fā)生重組，遺傳學(xué)標(biāo)記也發(fā)生重組。 交換是一個(gè)交互事件，發(fā)生在減數(shù)分裂前期 I 染色體形成二價(jià)體的階段。 重組是交換的結(jié)果，但交換并不一定引起重組，如兩標(biāo)記間發(fā)生偶數(shù)次重組，標(biāo)記并不發(fā)生重組。 兩個(gè)染色體之間發(fā)生一次交叉(jioch)可以阻止相鄰位置第二次交叉(jioch)的發(fā)生，這個(gè)現(xiàn)象稱為交叉(jio

2、ch)干涉。第二頁，共37頁。5.1 基因連鎖的發(fā)現(xiàn)(fxin)1905年,W.Bateson和R.C.Punnet研究了香豌豆兩對性狀的遺傳。一對是花的顏色,紫花(z hu)對紅花為顯性，一對是花粉形狀，長形對圓形為顯性。紫長PPLL 紅圓ppll紫長PpLl 紫長 紫圓 紅長 紅圓 P_L_ P_ll ppL_ ppll觀察(gunch)數(shù) 284 21 21 55按孟德爾理論數(shù) 215 71 71 24花色和花粉形狀分離比符合3:1，表明都是由單基因控制的，但不符合兩對因子的分離比9:3:3:1第三頁，共37頁。紫圓PPll 紅長ppLL紫長PpLl 紫長 紫圓 紅長 紅圓 P_L_ P

3、_ll ppL_ ppll 觀察(gunch)數(shù) 226 95 97 1按孟德爾理論數(shù) 235.8 78.5 78.5 26.2結(jié)果和前次的相近，仍不符合孟德爾定律，親本組合比理論(lln)數(shù)多，重組組合比理論(lln)數(shù)少。第四頁，共37頁。Punnet 認(rèn)為(rnwi)似乎兩對基因在雜交子代中的組合并不是隨機(jī)的，而是原來屬于同一親本的兩個(gè)基因更傾向于進(jìn)入同一配子，此叫做相引(coupling)，原來屬于不同親本的兩個(gè)基因之間在形成配子時(shí)相互排斥，稱為相斥(repulsion)。當(dāng)兩個(gè)非等位基因a和b處在一個(gè)染色體上，而在其同源染色體上帶有野生型A、B時(shí)，這些基因被稱為處于相引相(coupl

4、ing phase)(AB/ab)；若每個(gè)同源染色體上各有一個(gè)突變基因和一個(gè)野生型基因，則稱為相斥相(repulsion phase)(Ab/aB)。第五頁，共37頁。1910年,Morgan和Bridges用果蠅進(jìn)行了大量的雜交實(shí)驗(yàn)，提出了連鎖交換定律，被后人譽(yù)為遺傳(ychun)的第三定律。紅長 紫殘 PPVV ppvv紅長PpVv 紫殘 ppvv紅長 紫殘 紅殘 紫長PpVv ppvv Ppvv ppVv 1339 1195 151 154 果蠅(u yn)紅眼對紫眼為顯性，長翅對殘翅為顯性第六頁，共37頁。紅殘 紫長 PPVV ppvv紅長PpVv 紫殘 ppvv紅長 紫殘 紅殘 紫長

5、PpVv ppvv Ppvv ppVv 157 146 965 1067 結(jié)果同Bateson等一樣，都是親本組合多于理論數(shù)，重組組合少于理論數(shù)，存在(cnzi)相引和相斥的現(xiàn)象。第七頁，共37頁。pvpvPPVVPpvPV配子PVpvF1兩對位于同一染色體上等位基因的簡單(jindn)遺傳第八頁，共37頁。pvPVPVpvpPvV減數(shù)分裂(jin sh fn li)中染色體的交換親代(qndi)染色體 減數(shù)分裂 交換的染色體 染色體交換第九頁，共37頁。連鎖交換(jiohun)規(guī)律 處在同一染色體的兩個(gè)或兩個(gè)以上的基因遺傳時(shí)，聯(lián)合在一起的頻率大于重新組合的頻率。重組(zhn z)類型的產(chǎn)生是

6、由于配子形成過程中，同源染色體的非姐妹染色單體間發(fā)生了局部交換的結(jié)果。 連鎖和交換的重組(zhn z)稱為染色體內(nèi)重組(zhn z)(intra-chromosomal recombination)，因染色體自由組合而產(chǎn)生的重組(zhn z)稱為染色體間重組(zhn z)(inter-chromosomal recombination)。第十頁，共37頁。5.2 基因(jyn)重組與染色體交換的證實(shí)1931年,McClintock和她的女博士生B.Creighton以玉米(ym)為材料進(jìn)行了一項(xiàng)試驗(yàn)，為染色體交換導(dǎo)致遺傳重組提供了第一個(gè)有力的證據(jù)。Barbara Mcclintock(1902

7、-92)Harriet B.Creighton(1909-)第十一頁，共37頁。9號染色體，色素基因(jyn)C有色對c無色，非糯Wx對糯wxcWxCwx紐結(jié)(ni ji)(knob)來自第8號染色體的附加(fji)片段減數(shù)分裂配 子cWxcwxCwxCWx第十二頁，共37頁。cWxCwxcWxcwxcWxcwxCwxCWxcWxcWxcWxcwxcwxcWxcwxcwxCWxcWxcwxCWxCwxcWxCwxcwxcWxcwx有色非糯第十三頁，共37頁。在B.Creighton和McClintock的結(jié)果(ji gu)發(fā)表沒幾周，C.Stern又發(fā)表了果蠅實(shí)驗(yàn)的證據(jù)。Curt Stern(

8、1902-81)第十四頁，共37頁。減數(shù)分裂配 子c+C +Y染色體的易位片段(pin dun)缺失(qu sh)的片段cBC+CBcB果蠅X染色體，c為隱性突變，純合體(h t)為粉紅色，正常為紅色，B為顯性突變，表型為棒狀眼。第十五頁，共37頁。c+c+C +cBc+C+CBcBc+C+C+c+CBCBc+c+c+c+cBcB第十六頁，共37頁。5.3 交換(jiohun)和重組值染色體內(nèi)重組是交換的結(jié)果，但交換不一定導(dǎo)致重組。兩基因間發(fā)生奇數(shù)次交換才導(dǎo)致重組。不能進(jìn)行自由組合的基因群稱為連鎖群(linkage group)，排列在同一條染色體上及其同源染色體上的基因?qū)儆谕贿B鎖群。一個(gè)(

9、y )二倍體生物的連鎖群數(shù)應(yīng)和其染色體對數(shù)相等。在少數(shù)的生物中如雄果蠅和雌家蠶都不發(fā)生重組，稱為完全連鎖。1922年英國的J.B.S.Haldane提出，凡較少發(fā)生交換的個(gè)體必定是異配性別個(gè)體。第十七頁，共37頁?；蜷g的距離越長，發(fā)生交換的機(jī)會(huì)越多，因此交換值(crossing-over value) 的大小可以用來表示基因間距離的長短。但由于無法直接測定交換率，只有通過基因的重組率(recombination frequency)來估計(jì)交換頻率。重組頻率(RF)=重組型配子數(shù)目/(親組型配子數(shù)目+重組型配子數(shù)目)。單位(dnwi)是圖距單位(dnwi)m.u.(map unit)或厘摩(c

10、entimorgan, cM)。有時(shí)雖發(fā)生了交換(如雙交換)，但沒有導(dǎo)致重組，因此，重組值并不完全等于交換值,而是重組值交換值。第十八頁，共37頁。在圖距10以內(nèi)曲線近似直線，重組率幾乎等于交換率，可直接看作是圖距。當(dāng)圖距大于10時(shí)，重組率總是小于交換率，不能直接被看作為圖距，必須(bx)加雙交換的值予以校正。重組率最大值不可能超過50%。 Haldane圖譜函數(shù),示交換值和真實(shí)圖距的關(guān)系每次減數(shù)分裂產(chǎn)生的平均交換值 50 100 150 200相應(yīng)的圖距單位觀察到的重組值RF(%)第十九頁，共37頁。重組(zhn z)率測定玉米籽粒的糊粉層顏色基因C和飽滿度基因Sh是連鎖(lin su)的。

11、雜交親本為相引相時(shí)，有如下結(jié)果：有色飽滿 無色凹陷 CSh/CSh csh/csh 無色凹陷 csh/csh有色飽滿 有色凹陷 無色飽滿 無色凹陷 CSh/csh Csh/csh cSh/csh csh/csh 4032 149 152 4035有色飽滿 CSh/csh重組(zhn z)型重組率RF=301/8368=3.6%第二十頁，共37頁。5.4 基因(jyn)定位與染色體作圖5.4.1 基因直線排列原理及相關(guān)概念基因定位(gene mapping)：根據(jù)重組值確定不同基因在染色體上的相對位置和排列順序的過程。染色體圖(chromosome map)：又稱基因連鎖圖(linkage ma

12、p)或遺傳(ychun)圖(genetic map)。依據(jù)基因之間的交換值(或重組值)，確定連鎖基因在染色體上的相對位置而繪制的一種簡單線性示意圖。圖距(map distance)：1%重組值(交換值)去掉其百分率的數(shù)值定義為一個(gè)圖距單位(map unit, mu)，后人為了紀(jì)念現(xiàn)代遺傳(ychun)學(xué)的奠基人Morgan，將圖距單位稱為厘摩(centimorgan, cM)，1cM=1%重組值去掉%的數(shù)值。第二十一頁，共37頁。q任何3個(gè)距離較近的a,b,c連鎖基因，若已分別測得a,b和 b,c間的距離，那么a,c間的距離，就必然等于前二者距離的和或差。這就是摩爾根學(xué)生(xu sheng)A

13、.H.Sturtevant第一次提出的基因的直線排列原理。Alfred H.Sturtevant1891-1970第二十二頁，共37頁。在果蠅X染色體上，除白眼(w)、黃體(y)基因外，還有隱性的粗脈翅(bi)基因，經(jīng)測交得知biw的交換值為5.3% (5.3cM)，wy的距離為1.1cM，那么biy的距離究竟(jijng)是多少？從理論上推測，這取決于w、y、bi這三個(gè)基因在X染色體上的排列順序，它們不外乎下列兩種方式:(1)wybi或(2)ywbi。決定哪一種是合理的排列就必須測定biy的交換值。測交的結(jié)果為5.5%(5.5cM)。這樣經(jīng)過3次兩點(diǎn)測交(two-point testcros

14、s)，就可把第(2)種排列關(guān)系確定下來。第二十三頁，共37頁。5.4.2 三點(diǎn)(sn din)測交(three-point testcross)與染色體作圖為了進(jìn)行基因定位，摩爾根和他的學(xué)生Sturtevant改進(jìn)了上述兩點(diǎn)測交，創(chuàng)造了三點(diǎn)測交方法(fngf)，即將3個(gè)基因包括在同一次交配中。進(jìn)行這種測交，一次實(shí)驗(yàn)就等于3次兩點(diǎn)試驗(yàn)。已知在果蠅中棘眼(ec)、截翅(ct)和橫脈缺失(cv)這3個(gè)隱性突變基因都是X連鎖的。把棘眼、截翅個(gè)體與橫脈缺失個(gè)體交配,得到3個(gè)基因的雜合體ec ct +/+ + cv (ec、ct、cv的排列不代表它們在X染色體的真實(shí)順序)，取其中3雜合體雌蠅再與3隱性體e

15、c ct cv/Y雄蠅測交，測交后代如下表。第二十四頁，共37頁。序號表型實(shí)得數(shù)1ec ct +2125親本型2+ + cv22073ec + cv273單交換I型4+ ct +2655ec + +217單交換II型6+ ct cv2237+ + +5雙交換型8ec ct cv3合計(jì)5318ec ct +/ + + cv ec ct cv/Y測交后代(hudi)數(shù)據(jù)第二十五頁，共37頁。結(jié)果(ji gu)分析1、歸類2、確定正確的基因順序 用雙交換型與親本類型相比較，發(fā)現(xiàn)改變了位置的那個(gè)基因一定是處于中央的位置，因?yàn)殡p交換的特點(diǎn)是旁側(cè)基因的相對(xingdu)位置不變，僅中間的基因發(fā)生變動(dòng)。于

16、是可以斷定這3 個(gè)基因正確排列順序是ec cv ct。親本型ec ct + + cv雙交換型+ + +ec ct cv第二十六頁，共37頁。3、計(jì)算重組值，確定圖距(1)、計(jì)算ctcv的重組值 忽視表中第一列(ec/+)的存在，將它們放在括弧中，比較(bjio)第二、三列：(ec) ct +2125非重組(+) + cv2207(ec) + cv273非重組(+) ct +265(ec) + +217重組(+) ct cv223(+) + +5重組(ec) ct cv3ctcv間重組(zhn z)率=(217+223+5+3)/5318=0.084=8.4%=8.4cM第二十七頁，共37頁。3

17、、計(jì)算重組值，確定(qudng)圖距(2)、計(jì)算eccv的重組值 忽視表中第二列(ct/+)的存在，將它們放在括弧中，比較第一、三列：ec (ct) +2125非重組+ (+) cv2207ec (+) cv273重組+ (ct) +265ec (+) +217非重組+ (ct) cv223+ (+) +5重組ec (ct) cv3eccv間重組(zhn z)率=(273+265+5+3)/5318=10.2%=10.2cM第二十八頁，共37頁。3、計(jì)算重組值，確定(qudng)圖距(3)、計(jì)算ecct的重組值 忽視表中第三列(+/cv)的存在，將它們放在括弧中，比較第一、二列：ec ct (

18、+)2125非重組+ + (cv)2207ec + (cv)273重組+ ct (+)265ec + (+)217重組+ ct (cv)223+ + (+)5非重組ec ct (cv)3ecct間重組(zhn z)率=(273+265+217+223)/5318=18.4%=18.4cM第二十九頁，共37頁。4、繪染色體圖eccvct10.28.418.418.6在計(jì)算eccv和cvct的重組值時(shí)都利用了雙交換值，可是計(jì)算ecct時(shí)沒把它計(jì)在內(nèi)，因?yàn)樗鼈冮g雙交換的結(jié)果并不出現(xiàn)重組。所以ecct之間的實(shí)際雙交換值應(yīng)當(dāng)是重組值加2倍雙交換值。即18.4%+20.1%=18.6%。當(dāng)三點(diǎn)測交后代出現(xiàn)

19、8種表型時(shí),表明有雙交換發(fā)生,此時(shí)需用2倍雙交換值來作校正。若3個(gè)基因相距較近，往往不出現(xiàn)雙交換類型(lixng),后代只有6種表型,無需校正。第三十頁，共37頁。5、資料(zlio)整理表型實(shí)得數(shù)比例重組發(fā)生在eccv cvct ecctec + ct212581.5%+ cv +2207ec cv +27310.1%+ + ct265ec + +2178.3%+ cv ct223+ + +50.1%ec cv ct3總計(jì)5318110.2%8.4%18.4%第三十一頁，共37頁。親本(qn bn)的基因型為：ec + ctec + ct+ cv +ec + ct+ cv +ec cv ct

20、第三十二頁，共37頁。0.01.030.733.757.6ywvmrSturtevant在1913年繪制的第一張基因連鎖圖(果蠅X染色體)(括號內(nèi)為現(xiàn)在較為精確的數(shù)據(jù))y:黃體(hungt) w:白眼 v:辰砂眼 m:小翅 r:斜截翅(1.5)(33.0)(36.1)(54.5)第三十三頁，共37頁。染色體作圖每個(gè)基因的位置是用從一組連鎖(lin su)基因的一端算起的圖距來表示。一般以最左端的基因位置為0，其他基因的位置通過它與最鄰近的基因間的重組率之和來確定。隨著研究的進(jìn)展，發(fā)現(xiàn)有新的基因在更左端時(shí)，就把0點(diǎn)的位置讓位給新的基因，其余的基因座作相應(yīng)的移動(dòng)。重組率在050%之間，但在遺傳圖上，可以出現(xiàn)50個(gè)單位以上的圖距。因此要從圖上數(shù)值得知基因間的