遺傳圖的制作和基因定位

第七章遺傳圖的制作和基因定位GENEMAPPING內(nèi)容基本概念和基本方法人類(lèi)基因定位的基本方法真菌類(lèi)生物（脈孢霉）的遺傳分析體細(xì)胞交換與基因定位細(xì)菌的基因定位噬菌體的重組作圖GeneNo.ChromosomeNo.Linkage???4131genesHuman:~20,500genes"Genemapping"referstothemappingofgenestospecificlocationsonchromosomes.

Itisacriticalstepintheunderstandingofgeneticdiseases.

Therearetwotypesofgenemapping:GeneticMapping-usinglinkageanalysistodeterminetherelativepositionbetweentwogenesonachromosome.PhysicalMapping-usingallavailabletechniquesorinformationtodeterminetheabsolutepositionofageneonachromosome.Theultimategoalofgenemappingistoclonegenes,especiallydiseasegenes.

Onceageneiscloned,wecandetermineitsDNAsequenceandstudyitsproteinproduct.

Earlystudiesofgeneticlinkage:Morgan’sexperimentswithDrosophila?X-linkagegenes,w(whiteeye)andm(miniaturewing)?Morgancrossedawhiteminiature(wm/wm)femaleflywithwild-typemale(w+m+/Y)（P39）Forexample:Cysticfibrosis(CF,囊腫性纖維化,屬遺傳性胰腺病)isthemostcommonlethalinheriteddiseaseintheU.S.

Asmanyas1in2500AmericansofNorthernEuropeandescentcarryagenewithCF.

In1985,thegenewasmappedtochromosome7q31-q32bylinkageanalysis.

Fouryearslater,itwasclonedbyCollinsF.andhiscoworkers.

Wenowknowthatthediseaseiscausedbythedefectofachloridechannel-theproteinproductofthisdiseasegene.LinkageanalysisThegeneticmappingisbasedonthelinkagebetween"loci"(locationsofgenes).

Iftwolociareusuallyinheritedtogether,theyaresaidtobe"linked".

Twolociondifferentchromosomesarenotlinked,becausetheyareusuallyseparatedby

independentassortment.A

locusmayhavedifferentsequences,referredtoasalleles.

ConsidertwolociAandB,eachhavingtwoalleles(onefrommother,anotherfromfather).

A1andA2arethetwoallelesoflocusA;B1andB2arethetwoallelesoflocusB.

Crossing-overrecombinationvalue(P45)大量實(shí)驗(yàn)表明，兩個(gè)基因之間的重組值是相對(duì)恒定的，不同基因之間的重組值卻不同，這表明生物體的各個(gè)基因在染色體上的位置是相對(duì)恒定的。

Therecombinationfrequencydependsonthedistancebetweenthetwolociandthepositionofcrossover(thechiasma).

Theclosertheyare,thelesslikelytherecombinationwilloccur,becauserecombinationoccursonlywhenthechiasmaislocatedbetweenthetwoloci.基因定位（genemapping）將基因定位于某一特定的染色體上，以及測(cè)定基因在染色體上線性排列的順序與距離圖距（mapdistance）（1mu=1cM)基因定位的基本方法:1兩點(diǎn)測(cè)交（two-pointtestcross）是指每次只測(cè)定兩個(gè)基因間的遺傳距離，這是基因定位的最基本方法。(P126-127)2三點(diǎn)測(cè)交（three-pointtestcross）是通過(guò)一次雜交和一次測(cè)交，同時(shí)確定3對(duì)等位基因的排列順序和它們之間的遺傳距離，是基因定位的常用方法。(P127-128)Detectinglinkagethroughtestcross

兩點(diǎn)測(cè)交(一)CSh/CSh

csh/csh

CSh/csh

csh/csh

CSh/cshcsh/csh

Csh/cshcSh/csh40324035149152

重組值=[(152+149)/(4032+4035+149+152)]100%=3.6%因此，C與Sh之間的圖距為3.6cM。有色飽滿

兩點(diǎn)測(cè)交(二)wxSh/wxSh

Wxsh/Wxsh糯性

wxSh/Wxsh

wxsh/wxsh

wxSh/wxsh

Wxsh/wxshwxsh/wxsh

WxSh/wxsh

5885599115311488

重組值=[(1531+1488)/(5885+5991+1531+1488)]100%=20%因此,Wx與Sh之間的圖距為20cM。

兩點(diǎn)測(cè)交(三)23.6?16.4?

兩點(diǎn)測(cè)交(四)WxC/WxC

wxc/wxc

WxC/wxc

wxc/wxc

WxC/wxc

wxc/wxc

Wxc/wxcwxC/wxc25422716739717重組值=[(739+717)/(2542+2716+739+717)]100%=22%C與Wx之間的圖距為22cM,更接近23.6。二點(diǎn)測(cè)交的缺陷:1、工作量大(3基因，3雜交3測(cè)交；4基因，6雜交6測(cè)交……)2、無(wú)法檢出雙交換或偶數(shù)次交換

三點(diǎn)測(cè)交實(shí)驗(yàn)的意義在于:（1）比兩點(diǎn)測(cè)交方便、準(zhǔn)確。一次三點(diǎn)測(cè)交相當(dāng)于3次兩點(diǎn)測(cè)交實(shí)驗(yàn)所獲得的結(jié)果。（2）能獲得雙交換的資料。

F1配子的基因型 實(shí)得籽粒數(shù)

+ + + 2238

c sh wx 2198

c + + 98

+ sh wx 107

+ + wx 672

c sh + 662

c + wx 39

+sh+ 19

總數(shù)6033

玉米三對(duì)基因的三點(diǎn)測(cè)交結(jié)果（+++/+++

cshwx/cshwx）玉米三點(diǎn)測(cè)交實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

干涉(interference)F1配子實(shí)得籽粒數(shù)

+++2238 cshwx2198 c++ 98 +shwx 107 ++wx672 csh+ 662 c+wx 39 +sh+ 19 總數(shù)6033實(shí)際單交換頻率c-sh4.36%sh-wx23.07%理論雙交換頻率4.36%

23.07%=1.0%實(shí)際雙交換頻率0.96%并發(fā)系數(shù)與干涉干涉通常用并發(fā)系數(shù)(C)（coefficidenceofcoincidenceorcoincidence）來(lái)表示。并發(fā)系數(shù)（C）=實(shí)際雙交換值÷理論雙交換值

按上列數(shù)值

C=0.96%÷1.0%=0.96

干涉（I）=1-C,即1-0.96=0.04(可正可負(fù))當(dāng)C=1，I=0時(shí)，表示無(wú)干涉

C=0，I=1時(shí)，表示存在完全干涉

1>C>0時(shí)表示存在正干涉

（positiveinterference）

C>1，I<0時(shí)，表示存在負(fù)干涉

（negativeinterference）負(fù)干涉僅在微生物中發(fā)生基因轉(zhuǎn)變時(shí)才出現(xiàn)。

染色體干涉

chromosomalinterference

染色單體干涉

chromatidinterference染色單體干涉(1)(2)(3)(4)(1)2-3二線雙交換

(2)1-4四線雙交換

(3)1-3三線雙交換

(4)2-4三線雙交換

當(dāng)?shù)谝淮谓粨Q發(fā)生后，第二次交換可在任意兩條非姊妹染色單體之間進(jìn)行。情況如(1)、(2)、(3)或(4)。一般情況下，第一次交換除對(duì)同線雙交換有干涉外，對(duì)其他雙交換沒(méi)有干涉.果蠅的遺傳學(xué)圖(遺傳連鎖圖)概念（P129）：遺傳圖（geneticmap)連鎖群（linkagegroup)人類(lèi)基因定位

Humanlinkageanalysis

1911年Wilson將紅綠色盲基因首次定位到X染色體上。

1968年Donahue首次將基因定位于常染色體上。Purposeofhumanlinkageanalysis

Toobtainacrudechromosomallocationofthegeneorgenesassociatedwithaphenotypeofinterest,e.g.ageneticdiseaseoranimportantquantitativetrait.

Examples:cysticfibrosis(囊腫性纖維化，屬遺傳性胰腺病),diabetes(糖尿病),multiplesclerosis(多發(fā)性硬化),andbloodpressureStrategies1)家系連鎖分析法；2)等位基因共享法；3)人群關(guān)聯(lián)分析法；4)體細(xì)胞雜交定位；5)核酸雜交技術(shù)。

1、Linkageanalysisonpedigrees（家系分析法）

通過(guò)分析、統(tǒng)計(jì)家系中有關(guān)性狀的連鎖情況和重組率而進(jìn)行基因定位的方法叫家系分析法。以二代或二代以上的家系材料為基礎(chǔ)，觀察標(biāo)記位點(diǎn)與疾病致病基因位點(diǎn)在家系內(nèi)是否呈共分離，并計(jì)算出遺傳距離及連鎖程度。

什么是遺傳標(biāo)記？遺傳標(biāo)記（geneticmarker）：指可追蹤染色體、染色體某一節(jié)段、某個(gè)基因座位在物種中傳遞的任何一種遺傳特性。它具有兩個(gè)基本特征，即可遺傳性和可識(shí)別性；遺傳標(biāo)記分為：1、形態(tài)標(biāo)記(MorphologicalMarker)：人的膚色、作物的株高、種子的粒形等。2、細(xì)胞標(biāo)記(CytologicalM~)：主要指染色體組型和帶型。3、生化標(biāo)記(BiochemicalM~)：同工酶和貯藏蛋白。

4、DNA分子標(biāo)記(MolecularM~)：是能反映生物個(gè)體或種群間基因組中某種差異特征的DNA片段。

小衛(wèi)星DNARAPDAFLPDNA分子標(biāo)記RFLP限制性片段長(zhǎng)度多態(tài)性Microsatellite微衛(wèi)星SNP單核苷酸多態(tài)性P321-326性連鎖基因的定位外祖父法蠶豆?。杭t細(xì)胞葡萄糖-6-磷酸脫氫酶（G6PD）有遺傳缺陷者在食用新鮮蠶豆或接觸蠶豆花粉后皆會(huì)發(fā)生急性溶血性貧血癥。G6PD有保護(hù)正常紅細(xì)胞免遭氧化破壞的作用，新鮮蠶豆是很強(qiáng)的氧化劑。這種病多見(jiàn)于兒童，男性患者約占90%以上。大多食蠶豆后1至2天發(fā)病，早期癥狀有厭食、疲勞、低熱、惡心、不定性的腹痛，接著因溶血而發(fā)生眼角黃染及全身黃疸，出現(xiàn)醬油色尿和貧血癥狀。嚴(yán)重時(shí)有尿團(tuán)、休克、心功能和腎功能衰竭，重度缺氧時(shí)還可見(jiàn)雙眼固定性偏斜。此時(shí)如不及時(shí)搶救可于一至二天內(nèi)死亡。所以出現(xiàn)以上癥狀的病人，應(yīng)馬上送醫(yī)院診治。常染色體上基因的定位現(xiàn)在人類(lèi)疾病基因的定位主要是通過(guò)使用一系列特征性強(qiáng)的、在全基因組上均勻分布的、具有一定密度的多態(tài)性DNA標(biāo)記進(jìn)行遺傳連鎖分析的。遺傳標(biāo)記不是一成不變的。重組改變連鎖關(guān)系、突變等2、等位基因共占法（allelesharingmethod）等位基因共占法是基于觀察受累同胞(affectedsib-pair)或家系成員間標(biāo)記位點(diǎn)等位基因的共占情況，即來(lái)源于同一祖先的致病基因由受累的親屬共占的機(jī)率大于隨機(jī)分布的機(jī)率。在ASP中，當(dāng)標(biāo)記位點(diǎn)與疾病無(wú)連鎖時(shí)，雙親的標(biāo)記位點(diǎn)等位基因隨機(jī)分配給子代；若存在連鎖，則受累同胞間共有等位基因機(jī)率將高于連鎖時(shí)的預(yù)期值。APM是ASP的延伸，通過(guò)觀察家系內(nèi)所有患病成員標(biāo)記位點(diǎn)等位基因的共有情況，來(lái)提高每個(gè)家系的信息量。等位基因共占法包括受累同胞對(duì)分析(Affectedsibpair,ASP)

及家系成員分析(APM)

。ALLELE-SHARINGMETHODS等位基因共占法的優(yōu)點(diǎn)是：①不受遺傳模式等遺傳參數(shù)影響，為非參數(shù)分析法；②對(duì)系譜材料要求低，只需一代或二代的家系內(nèi)患病成員資料，而不需非患病成員資料；③可進(jìn)行數(shù)量性狀研究；④可研究?jī)蓚€(gè)不相連鎖位點(diǎn)對(duì)疾病的聯(lián)合作用，以解決復(fù)雜病易感基因間的相互關(guān)系；⑤在候選基因研究中可應(yīng)用間距較遠(yuǎn)（～20cM）的標(biāo)記，故特別適合多基因遺傳病及參數(shù)情況多數(shù)未明的復(fù)雜病研究。等位基因共占法的缺點(diǎn)在于：①對(duì)連鎖的判別效能弱于家系連鎖分析，不能確定連鎖程度；②檢出力低于相關(guān)分析；③若家系中雙親均為患者的機(jī)率較高時(shí)，因易感基因可由雙親傳遞給子代，會(huì)影響分析正確性。

3、人群相關(guān)性分析法（associationanalysis）原理：在一定人群中設(shè)置患者組和對(duì)照組，在可能的候選致病基因附近選擇遺傳標(biāo)記，通過(guò)觀察標(biāo)記位點(diǎn)與致病基因位點(diǎn)間存在連鎖不平衡現(xiàn)象，得到某一遺傳標(biāo)記和引起疾病基因關(guān)聯(lián)的相對(duì)危險(xiǎn)度，又稱(chēng)連鎖不平衡定位法（linkagedisequilibriummapping,LDM）。

概念1：連鎖不平衡--在某一群體中，不同座位上某兩個(gè)等位基因出現(xiàn)在同一條單元型上的頻率與預(yù)期的隨機(jī)頻率之間存在明顯差異的現(xiàn)象。概念2：?jiǎn)卧突騿伪缎?HAPLOTYPE）：在同一條染色體上緊密連鎖的一系列等位基因的特殊組合人群相關(guān)性分析（associationanalysis）法

LDM法假設(shè)在人群中某一致病基因起源于同一遠(yuǎn)祖，經(jīng)過(guò)若干代的傳遞，那些與致病基因緊密連鎖的基因或DNA標(biāo)記被一起分配到不同的患病個(gè)體。研究那些表面上無(wú)親緣關(guān)系的患者是否有相同的DNA標(biāo)記的等位基因，根據(jù)該DNA標(biāo)記可以得到待研究基因在染色體上的定位。人群相關(guān)性分析（associationanalysis）法

標(biāo)記位點(diǎn)與致病基因越近、且突變率越低、雜合度越高，則用標(biāo)記檢測(cè)致病基因位點(diǎn)的機(jī)率越高。LDM法適合在人口流動(dòng)極小，相對(duì)同源的人群中進(jìn)行。該類(lèi)人群遺傳背景及環(huán)境相近，但患者間親緣關(guān)系遠(yuǎn)（相對(duì)家系分析而言），故其連鎖不平衡作用大，此時(shí)定位基因所需遺傳標(biāo)記及研究的患者數(shù)較一般人群相關(guān)性分析少。

人群相關(guān)性分析（associationanalysis）法

優(yōu)點(diǎn)：①無(wú)親緣關(guān)系患者樣本容易隨機(jī)采集，并完全符合群體中疾病的臨床譜；②為非參數(shù)分析；③檢出力高于家系連鎖分析，在復(fù)雜病研究中不但可以檢出主效基因，而且可以檢出相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)率小的次效基因；④檢出的相關(guān)位點(diǎn)與致病突變的距離多在1cM以內(nèi)，而家系連鎖分析則為2～10cM；⑤可提示相關(guān)位點(diǎn)或基因的傳遞方式及效應(yīng)性質(zhì)（致病或保護(hù)作用），并可由亞組分析發(fā)現(xiàn)疾病的遺傳異質(zhì)性。人群相關(guān)性分析（associationanalysis）法

相關(guān)分析的缺點(diǎn)：在種群組成差異的兩組間，會(huì)因標(biāo)記位點(diǎn)等位基因頻率及易感基因頻率差異導(dǎo)致假陽(yáng)性結(jié)果，即群體分層（populationstratification）現(xiàn)象。對(duì)此，一些新的研究方法如：患者家系對(duì)照者分析（affectedfamily-basedcontrol,AFBAC）、單倍型相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)率分析（haplotyperelativerisk,HRR）以及家系傳遞連鎖不平衡檢驗(yàn)（transmissiondisequilibriumtest,TDT）得以應(yīng)用。TDT法是在家系內(nèi)進(jìn)行相關(guān)分析，觀察雙親（至少一個(gè)為雜合子）是否有某種等位基因傳遞給患者的頻率明顯增高，而呈現(xiàn)連鎖不平衡。

人群相關(guān)性分析（associationanalysis）法

GWAS(Genome-wideassociationstudy)致病基因定位4、體細(xì)胞雜交定位法

細(xì)胞融合技術(shù)細(xì)胞雜交技術(shù)可產(chǎn)生不同的人-鼠雜種細(xì)胞系，每個(gè)克隆中含有完整的小鼠基因組和隨機(jī)的一到幾條人染色體，用于基因定位Whichchromosomescarryspecificgenes?Inhuman-mousehybridcells,a1:1correspondenceexistsbetweenthepresenceoftheenzymaticactivityforthegeneandthepresenceofthechromosomecarryingthegene.雜種細(xì)胞中標(biāo)記基因與染色體之間的關(guān)系

HybridCellLine

ABCDEHumanGeneabcd+-++-+-+---++++-----HumanChromosome123-+-+-----+++--+5、核酸雜交技術(shù)1）克隆基因定位法（P136）2）原位雜交法3）原位PCR以人體白蛋白基因cDNA為探針的克隆基因定位法定位結(jié)果電泳條帶大小人CHO人-CHO雜種細(xì)胞含人4號(hào)染色體的人-CHO雜種細(xì)胞不含人4號(hào)染色體的人-CHO雜種細(xì)胞陽(yáng)性細(xì)胞陰性細(xì)胞3.5kb

6.8kb

FISH的基本過(guò)程示意圖

FISHinaroottipmetaphasesquashofAlliaceae(蔥科

)probedwithconcatemersofthehuman-typetelomeremotif(TTAGGG)n

(biotin-labeledprobedetectedwithcy3avidin,redfluorescence;DAPIcounterstainforDNA,bluefluorescence).The(TTAGGG)nminisatellitemotifisfoundatchromosomeends(thetelomeres).FISHinsituPCR人類(lèi)基因定位的影響

人類(lèi)基因定位可提供對(duì)遺傳病和其它疾病診斷的遺傳信息，指導(dǎo)對(duì)這些疾病的致病基因的克隆和對(duì)病癥病因的分析和認(rèn)識(shí)。真菌（脈孢霉）的遺傳分析

GeneticAnalysisofFungus脈孢菌生活周期及其減數(shù)分裂過(guò)程脈孢霉的特點(diǎn)

脈孢霉的特點(diǎn)：易于繁殖、培養(yǎng)、管理；單倍體，無(wú)顯隱性之分，表型就代表基因型?？芍苯佑^察基因表現(xiàn)，無(wú)需測(cè)交；可獲得、分析單次減數(shù)分裂的結(jié)果等。脈孢霉減數(shù)分裂特點(diǎn)：每次減數(shù)分裂結(jié)果(四個(gè)分生孢子，或其有絲分裂產(chǎn)生的八個(gè)子囊孢子)都保存在一個(gè)子囊中；四分子或八分子在子囊中呈直線排列——直列四分子，直列八分子，具有嚴(yán)格的順序。四分子分析（tetradanalysis）脈孢霉的合子在子囊內(nèi)進(jìn)行減數(shù)分裂所形成的4個(gè)子囊孢子叫四分子。順序四分子（Orderedtetrad）分析的優(yōu)點(diǎn)：

(1)子囊孢子是單倍體；

(2)子囊孢子在子囊中直線排列；

(3)著絲?？煽闯墒且粋€(gè)基因座位(locus)四分子從一個(gè)脈孢霉子囊殼來(lái)的子囊照片示一對(duì)等位基因(野生型紅色菌絲和突變型白色菌絲)通過(guò)減數(shù)分裂所產(chǎn)生的子囊孢子的分離和有序排列方式第一次分裂分離四分子的形成第一次分裂分離（firstdivisionsegregation,M1）

減數(shù)分裂的第一次分裂就將A和a基因分離開(kāi)，并且在減數(shù)分裂II中依然保持這種分離狀態(tài)。第二次分裂分離四分子的形成第二次分裂分離（seconddivisionsegregation,M2）：等位基因A和a在第一次減數(shù)分裂后仍同時(shí)存在于同一核中，待到第二次減數(shù)分裂后才進(jìn)入不同的核中。脈孢霉交配型位點(diǎn)的著絲粒圖距著絲粒作圖（centromeremapping）問(wèn)題:當(dāng)?shù)诙畏至逊蛛x的子囊愈多,說(shuō)明有關(guān)基因和著絲粒的距離近還是遠(yuǎn)?著絲粒圖距的計(jì)算

全部為親組合每發(fā)生一次交換，一個(gè)子囊中只有半數(shù)的孢子發(fā)生了重組重組率=(交換型子囊數(shù)÷子囊總數(shù))×1/2×100％Forexample:脈孢霉+

-雜交子代的子囊類(lèi)型IIIIIIIVVVI子囊類(lèi)型++----+++-+--+-++--+-++-子囊數(shù)105129951016分裂類(lèi)型MIMIMIIMIIMIIMII是否交換型非交換型交換型它的一半除以子囊總數(shù)即得重組值213465UnorderedTetradOrderedTetrad兩對(duì)基因的四分子分析即無(wú)序四分子分析(unorderedtetradanalysis)酵母菌的生活史Aa出芽出芽細(xì)胞融合異核體出芽核融合減數(shù)分裂子囊孢子ab

++兩對(duì)基因雜交時(shí)，如果不考慮孢子排列的順序，可以將子囊分為三種類(lèi)型PD型子囊四條染色單體都是親組合;T型子囊有兩條染色單體是重組合；NPD型子囊四條染色單體都是重組合.當(dāng)二對(duì)基因位于不同的染色體上時(shí)，不管是否發(fā)生交換，在后代四分孢子中親本類(lèi)型和重組類(lèi)型都是各占50%，符合自由組合規(guī)律。如果PD=NPD,二個(gè)基因是自由組合的.當(dāng)二個(gè)基因位于同一染色體上時(shí)，ab

++產(chǎn)生的子囊類(lèi)型，親二型和非親二型四分子的頻率是不同如果PD>>NPD,二個(gè)基因是連鎖的.計(jì)算重組頻率的總公式：重組子數(shù)目/總后代數(shù)其中:重組子數(shù)目=?T＋NPD

重組頻率=(?

T＋NPD)/總子囊數(shù)×100%當(dāng)知道二個(gè)基因是連鎖的后，如何計(jì)算兩個(gè)基因之間的重組頻率?Forexample:脈孢霉nic+

+ade雜交結(jié)果(P146)

連鎖還是自由組合?

基因位于哪一側(cè)?

怎樣計(jì)算重組頻率?著絲粒與nic的重組值

=（5+90+1+5）/1000/2=5.05%著絲粒與ade的重組值

=（90+90+1+5）/1000/2=9.30%nic與ade的重組值=(NPD+1/2T)/總子囊數(shù)

=（1+1）+1/2（90+5+5）/1000=5.2%著絲粒與nic的重組值=5.05%著絲粒與ade的重組值=9.30%

nic與ade的重組值=5.2%nicade5.055.2010.25體細(xì)胞交換與基因定位

在正常情況下分裂分離和重組都是在減數(shù)分裂中發(fā)生的，但實(shí)驗(yàn)證據(jù)表明在有的有機(jī)體中交換也可發(fā)生在有絲分裂中，這叫做體細(xì)胞交換。

果蠅孿生斑及其產(chǎn)生的機(jī)制

+sn/+sn

y+/Y少數(shù)雌性體細(xì)胞交換作圖的原理是依據(jù)體細(xì)胞同源染色體的交換使得染色體遠(yuǎn)端的雜合基因純合化的規(guī)律，然后推導(dǎo)基因的位置和距離。

離著絲粒愈遠(yuǎn)的基因，其純合化的機(jī)會(huì)愈大注意:姐妹染色單體分向不同細(xì)胞基于有絲分裂交換的作圖。克隆體細(xì)胞表型在圖中僅顯示那些突變克隆的后代表型有絲分裂作圖對(duì)于那些不進(jìn)行有性生殖的生物如黑曲霉等的基因定位具有重要的價(jià)值。離著絲粒愈近的基因純合化的機(jī)會(huì)愈小，愈遠(yuǎn)的基因則純合化的機(jī)會(huì)愈大。某個(gè)體細(xì)胞克隆所出現(xiàn)的頻率反映了某個(gè)有絲分裂交換所發(fā)生的頻率，這個(gè)頻率可以用來(lái)計(jì)算有絲分裂圖距（mitoticmapdistance)(例子見(jiàn)P149)。ParasexualcycleSomehaploidnucleiintheheterokaryonmayfusetoformdiploidnuclei.Thesenucleiarerare.Subsequently,chromosomalexchangeduetomitoticcrossingovermaytakeplaceduringmitoticdivisions.Theresultantnucleusisunstable,andchromosomesarelostduringsubsequentmitoticdivisions.Thehaploidstateisfinallyattainedandcommonly,becauseofcrossingover,andrandomlossofchromosomes,theresultanthaploidcellisgeneticallydifferentfromtheparents.Parasexualcycle：1)Hyphalconjugation.2)Heterokaryosis.3)Nuclearfusion(karyogamy).4)Mitoticrecombinationandnondisjunction.5)Haploidizationandnuclearsegregationleadingtohomokaryosis.例品系1:wad+propab+y+bio品系2:w+adpro+pabybio+用于曲霉實(shí)驗(yàn)中單倍體和二倍體的基因型與孢子顏色的關(guān)系

表型綠色黃色白色基因型單倍體w+y+w+ywy+wy二倍體w+w+y+

y+w+wy+

y+w+w+y+yw+wy

yw+w+y

ywwy+y+wwy

y+wwy

y構(gòu)巢曲霉菌有絲分裂分析。在二倍體(w+/wy+/y)綠色菌落上，由于單倍體化和有絲分裂交換，產(chǎn)生新的單倍體和二倍體基因型和不同顏色的區(qū)域ad

5.5pro72

pab22.5yad

pro

pab

y+

+

+++

++

+細(xì)菌的遺傳分析與基因定位自20世紀(jì)40年代以來(lái)細(xì)菌已成為遺傳學(xué)研究中最常用的實(shí)驗(yàn)材料。

細(xì)菌屬于原核生物，沒(méi)有明顯的細(xì)胞核，不進(jìn)行減數(shù)分裂，其基因的傳遞方式是非減數(shù)分裂式的。Between1944and1952,threedifferentmechanismswerediscoveredfortransferringgenesfromonebacteriacelltoanotherUptakeofnakedDNA(TRANSFORMATION,轉(zhuǎn)化).Transferinvolvingcelltocellcontact(CONJUGATION,接合).Infectionbyanonlethalvirus(TRANSDUCTION,轉(zhuǎn)導(dǎo)).TransformationofE.coli.1.Add5μlofplasmidto200μl

ofcompetentcells2.Incubateonice15minutes3.Placetubesin42°Cwaterbathfor90s4.Incubateatroomtemp.for5min5.Add1mlLBandincubateat37Cfor1h6."Transformant"cellsareplacedonmediaplates7-8.Incubateagarplatesat37Cfor30h細(xì)菌轉(zhuǎn)化過(guò)程中DNA行為示意圖

（以枯草桿菌的自然轉(zhuǎn)化為例）

通過(guò)轉(zhuǎn)化技術(shù)我們可以判斷所轉(zhuǎn)化的兩個(gè)基因是連鎖的還是獨(dú)立遺傳的，方法通過(guò)是觀察DNA濃度降低時(shí)的轉(zhuǎn)化頻率的改變：如果當(dāng)DNA濃度下降時(shí)，AB共轉(zhuǎn)化頻率的下降和A或B轉(zhuǎn)化頻率下降程度相同，則說(shuō)明A和B是連鎖的。否則就是不連鎖的。利用轉(zhuǎn)化確定基因間的連鎖關(guān)系轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化基因A或B轉(zhuǎn)化子基因A或B轉(zhuǎn)化子當(dāng)DNA濃度下降時(shí)，A，B共轉(zhuǎn)化頻率的下降和A或B轉(zhuǎn)化頻率的下降程度相同，則說(shuō)明A和B是連鎖的基因A,B共轉(zhuǎn)化子基因A,B共轉(zhuǎn)化子利用轉(zhuǎn)化確定基因間的連鎖關(guān)系轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化基因A或B轉(zhuǎn)化子基因A或B轉(zhuǎn)化子基因A,B共轉(zhuǎn)化子基因A,B共轉(zhuǎn)化子當(dāng)DNA濃度下降時(shí)，如果A，B共轉(zhuǎn)化頻率的下降遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)A或B轉(zhuǎn)化頻率的下降程度，則說(shuō)明A和B是不連鎖的利用轉(zhuǎn)化確定基因間的連鎖關(guān)系如果A,B相隔很遠(yuǎn)，A,B共轉(zhuǎn)化頻率是用兩個(gè)基因單獨(dú)各轉(zhuǎn)化一次所得轉(zhuǎn)化子概率的乘積如果A,B相隔很近，A,B共轉(zhuǎn)化頻率與用兩個(gè)基因單獨(dú)各轉(zhuǎn)化一次所得轉(zhuǎn)化子概率相等AABB利用共轉(zhuǎn)化進(jìn)行細(xì)菌作圖如果二個(gè)基因是緊密連鎖的，怎樣作圖？供體trp2+his2+tyr1+向受體菌trp2＿

his2＿

tyr1＿轉(zhuǎn)化的結(jié)果及重組值的計(jì)算不能算作親組合,是受體基因型TyrosineHistidinetryptophan

雙交換形成一個(gè)完整的重組子，相反的重組子不存在

怎樣理解?4.5.2細(xì)菌的接合與基因定位

E.coli接合現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)Lederberg和Tatum的細(xì)菌雜交實(shí)驗(yàn)，證明在兩個(gè)細(xì)菌之間遺傳物質(zhì)的有性重組

E.coli接合現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)Davis的U形管實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)（用鏈霉素處理—阻礙細(xì)胞分裂）

處理過(guò)的菌株B+未處理的菌株A ↓ 基本培養(yǎng)基上無(wú)存活菌落

處理過(guò)的菌株A+未處理的菌株B↓

基本培養(yǎng)基上有存活的菌落

細(xì)菌遺傳物質(zhì)的轉(zhuǎn)移是單向的解釋:1953年Hayes等進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，大腸桿菌在接合中供體的能力受細(xì)胞內(nèi)一種致育因子(fertilityfactor,F因子;sexfactor,性因子)控制。F因子的化學(xué)本質(zhì)是DNA，可以自主狀態(tài)存在于細(xì)胞質(zhì)中或整合到細(xì)菌的染色體上。F因子可以在細(xì)菌細(xì)胞間進(jìn)行轉(zhuǎn)移并傳遞遺傳物質(zhì)。細(xì)菌遺傳物質(zhì)的轉(zhuǎn)移是單向的F因子

F+：含有F因子的細(xì)胞（菌株），具有性傘毛（接合管）F-：不含F(xiàn)因子的細(xì)胞（菌株）何時(shí)發(fā)生接合？接合的結(jié)果：含有F因子的菌株(F+)與含有F因子的菌株(F+)混合

不含F(xiàn)因子的菌株(F-)與不含F(xiàn)因子的菌株(F-)混合

含有F因子的菌株(F+)與不含F(xiàn)因子的菌株(F-)混合

F+//大腸桿菌F+(左)和F-(右)接合的電鏡觀察F因子在兩細(xì)胞間的轉(zhuǎn)移使F-

變成F+

注意:復(fù)制起點(diǎn)總是最先轉(zhuǎn)移低頻重組(1)F因子轉(zhuǎn)移的頻率高，1/10，使F-→F+。(2)而染色體轉(zhuǎn)移頻率低,10-6

。因此，F(xiàn)+品系又稱(chēng)為低頻重組品系（lowfrequencyrecombination,Lfr)高頻重組(Highfrequencerecombination,Hfr)1951年Cavalli發(fā)現(xiàn)用氮芥處理F＋然后將處理后的F＋×F－得到10-4重組子,

此稱(chēng)為Hfr

1954年Hayes也分離了Hfr品系，發(fā)現(xiàn)：

(1)Hfr能與F-細(xì)胞交配使重組能力增加，但無(wú)傳遞F因子的能力，Hfr×F－

F－

(2)Hfr只能將供體基因組的一部分傳給受體.Hayes的解釋是Hfr的F因子發(fā)生了永久性改變。高頻重組菌株是怎樣產(chǎn)生的？Hfr

F-雜交中供體菌基因的轉(zhuǎn)移當(dāng)F因子從染色體上切離時(shí)，可能發(fā)生不準(zhǔn)確切離而帶有宿主的部分基因，這種游離的含有細(xì)菌基因組的F因子稱(chēng)為F’因子。其大小可以達(dá)到細(xì)菌染色體大小的1/4。

F’因子的轉(zhuǎn)移可以導(dǎo)致F’因子上宿主基因的轉(zhuǎn)移。F’因子的形成F’因子具有F因子的所有功能概念:部分二倍體(partialdiploid)內(nèi)基因子(endogenote)外基因子(exogenote)性導(dǎo)(sexduction)（P157）利用F’因子將供體細(xì)胞的基因?qū)胧荏w細(xì)胞形成部分二倍體的過(guò)程F’因子的命運(yùn):a.不發(fā)生重組:F’因子自主復(fù)制,保持延續(xù)b.發(fā)生單交換:產(chǎn)生Hfrc.發(fā)生雙交換:等位基因交換

性導(dǎo)的利用：在大腸桿菌的遺傳學(xué)分析中十分有用。所形成的部分二倍體可用作不同突變型之間的互補(bǔ)測(cè)驗(yàn)，以確定這兩個(gè)突變是屬于同一個(gè)基因或者是兩個(gè)不同的基因。利用性導(dǎo)所形成的部分二倍體進(jìn)行互補(bǔ)測(cè)驗(yàn)。突變型I由于互補(bǔ)產(chǎn)生野生型表型，突變型II則不互補(bǔ)仍為突變型表型

總結(jié)：(P158)三種類(lèi)型的雄性菌株—

含F(xiàn)因子的菌株(F+);Hfr菌株;

含F(xiàn)’因子菌株.利用Hfr和中斷雜交實(shí)驗(yàn)作遺傳學(xué)圖

1954年Wollman和Jacob利用Hfr菌株的染色體轉(zhuǎn)移特征（方向性和順序性），進(jìn)行了E.coli染色體的基因定位。

HfrH:

thr+leu+azirtonrlac+gal+strs

F-:

thr-leu-azistonslac-gal-strr

1954年Wollman和Jacob利用Hfr菌株進(jìn)行的E.coli基因定位實(shí)驗(yàn)。添加str的基本培養(yǎng)基中斷雜交實(shí)驗(yàn)HfrH的非選擇性標(biāo)記基因進(jìn)入F－所需的時(shí)間分鐘從HfrH上轉(zhuǎn)移的基因<909azir

11azir

tonr

18azir

tonr

lac+

25azir

tonr

lac+

gal+

HfrH菌株各非選擇性標(biāo)記基因進(jìn)入F－細(xì)菌的時(shí)間不同，達(dá)到的最高頻率也不同為什么非選擇標(biāo)記不能達(dá)到100%?因?yàn)檫€有10%只是轉(zhuǎn)移thr+leu+后就中斷了.根據(jù)中斷雜交技術(shù)所作的E.coli連鎖圖，圖距單位為分鐘中斷雜交作圖注意點(diǎn)

同一個(gè)Hfr菌株的轉(zhuǎn)移起始點(diǎn)以及轉(zhuǎn)移順序在不同的實(shí)驗(yàn)中是相同的，但是一個(gè)F+品系可產(chǎn)生許多不同的Hfr品系。因此，用不同品系的Hfr菌株進(jìn)行中斷雜交實(shí)驗(yàn)，染色體的轉(zhuǎn)移可以是以不同的方向和從不同的地方開(kāi)始轉(zhuǎn)移的。不同的Hfr菌株轉(zhuǎn)移的起點(diǎn)和方向均不同細(xì)菌的重組作圖一、細(xì)菌重組的特點(diǎn)1）只有偶數(shù)次交換才能產(chǎn)生平衡的重組子；2）不出現(xiàn)相反的重組子，所以在選擇培養(yǎng)基上只出現(xiàn)一種重組子。二、重組作圖

利用F因子可以推動(dòng)染色體到受體細(xì)胞中的特點(diǎn)，將要考察的基因全部轉(zhuǎn)移到受體細(xì)胞中，然后考察各種基因型出現(xiàn)的頻率，根據(jù)重組值計(jì)算公式計(jì)算重組值，進(jìn)行作圖。為保證要考察的基因全部轉(zhuǎn)移到受體細(xì)胞中，選擇性標(biāo)記必須處于轉(zhuǎn)移的末端。重組作圖Hfrlac+ade+轉(zhuǎn)入受體細(xì)胞后產(chǎn)生四種情況lac-ade兩基因間的距離可用下式計(jì)算：用重組頻率（RF）所測(cè)得的基因間距離與用中斷雜交以時(shí)間（T）為單位的基因間距離基本上是一致的。兩個(gè)值的比：RF：T約等于20。大腸桿菌基因組全部染色體的轉(zhuǎn)移需100分鐘。大腸桿菌的環(huán)狀遺傳圖4.5.3轉(zhuǎn)導(dǎo)與轉(zhuǎn)導(dǎo)作圖

1952年，Lederberg&Zinder企圖證明鼠傷寒沙門(mén)氏菌中是否也存在接合現(xiàn)象，結(jié)果出現(xiàn)了意外。轉(zhuǎn)導(dǎo)(transduction)：以病毒作為載體把遺傳信息從一個(gè)細(xì)菌細(xì)胞傳到另一個(gè)細(xì)菌細(xì)胞的過(guò)程。轉(zhuǎn)導(dǎo)可分為普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)和局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)。

噬菌體生活周期，示噬菌體的溶源周期和溶菌周期T4、T7

噬菌體原噬菌體溶源性細(xì)菌一、普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)（generalizedtransduction）

指供體細(xì)胞所有基因具有同等機(jī)會(huì)被進(jìn)行轉(zhuǎn)導(dǎo)的過(guò)程。機(jī)理：通常能夠進(jìn)行普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)的噬菌體是烈性噬菌體，他們感染細(xì)菌細(xì)胞后，在細(xì)胞內(nèi)復(fù)制，最后導(dǎo)致細(xì)胞裂解。在裂解過(guò)程中，供體細(xì)胞DNA降解。噬菌體包裝時(shí)可能以很低的頻率發(fā)