真菌類的遺傳學(xué)分析

關(guān)于真菌類的遺傳學(xué)分析●Examplesofsuchorganismsinclude脈孢菌Neurosporacrassa-orangebreadmold鏈孢霉，紅色面包霉酵母Saccharomycescerevisiae-baker’syeast衣滴蟲Chlamydomonasreinhardtii-singlecelledalga●Theseorganismsarehaploid（單倍體）Haveonecopyofeachgene（每一基因只有一份拷貝）

Genotypeandphenotypearethesame.（基因型和表現(xiàn)型相同）一、真菌類的生活史與四分子分析第2頁,共61頁，2024年2月25日，星期天脈孢菌（NeurosporaCrassa

）的生活史：●無性世代（單倍體世代）：菌絲體→分生孢子→菌絲體?！裼行允来p倍體世代）：一個交配型的分生孢子落在另一交配型原子囊殼受精絲上，從而進入原子囊（子實體），進行多次有絲分裂，形成多個單倍體核，這些單倍體核與子實體中的單倍體核融合，形成多個二倍體核，然后進入減數(shù)分裂，每個二倍體核形成4個單倍體核，再進行一次有絲分裂，形成8個核，最后形成為一個子囊中的8個子囊孢子。所以，一個子囊中的8個子囊孢子是單一減數(shù)分裂的產(chǎn)物。第3頁,共61頁，2024年2月25日，星期天單倍體子囊孢子單倍體子囊孢子萌發(fā)萌發(fā)菌絲體菌絲體分生孢子細(xì)胞融合子囊子囊孢子脈孢菌（NeurosporaCrassa

）的生活史第4頁,共61頁，2024年2月25日，星期天第5頁,共61頁，2024年2月25日，星期天脈孢菌是遺傳分析的好材料：1無性世代是單倍體，基因型可直接在表現(xiàn)型上反映出來。相當(dāng)于測交。2一次只分析一個減數(shù)分裂的產(chǎn)物。3個體小，長得快，易于培養(yǎng)，一次雜交可產(chǎn)生大量后代，所以統(tǒng)計結(jié)果易于正確，檢出率10-8。4進行有性生殖，染色體結(jié)構(gòu)和功能類似于高等生物。紅色面包霉在有性生殖過程中正(+)和負(fù)(-)兩個接合型(n)通過接合受精，在子囊和子囊菌絲細(xì)胞中形成二倍體的合子(2n)。這個合子經(jīng)過減數(shù)分裂產(chǎn)生四個單倍體的子囊孢子稱為四分孢子或四分子。

對四分子進行遺傳分析，稱為四分子分析。第6頁,共61頁，2024年2月25日，星期天紅色面包霉的四分子再經(jīng)過一次有絲分裂形成8個子囊孢子，由于紅色面包霉的子囊很狹小，8個孢子按嚴(yán)格順序排列在單個子囊里,但8個子囊孢子在基因型和表型上仍可看作是4個。

-----順序四分子（orderedtetrad）

非順序四分子分析：四分子沒有嚴(yán)格排列順序，如酵母菌。第7頁,共61頁，2024年2月25日，星期天第8頁,共61頁，2024年2月25日，星期天順序四分子分析

（Orderedtetradanalysis)

鏈孢霉的子囊第9頁,共61頁，2024年2月25日，星期天AdvantagesofOrderedTetradAnalysis●著絲粒作圖（Allowsthemappingofcentromeresasgeneticloci）●檢驗染色單體的交換是否有干涉現(xiàn)象（Allowsustoexaminethedistributionofcrossoversamongthe4chromatidsandchromatidinterference）●四線或三線雙交換●研究基因轉(zhuǎn)變（geneconversion)第10頁,共61頁，2024年2月25日，星期天二、著絲粒作圖（centromeremapping）●把著絲粒作為一個座位（locus)，利用四分子分析法，測定基因與著絲粒間的距離。1、原理：⑴如果基因與著絲粒之間無交換：則該基因與著絲粒同步分離，基因分離發(fā)生的時期在減數(shù)分裂Ⅰ；第11頁,共61頁，2024年2月25日，星期天基因與著絲粒之間沒有發(fā)生交換減數(shù)分裂I減數(shù)分裂II有絲分裂FirstDivisionSegregant（M1）未交換類型第12頁,共61頁，2024年2月25日，星期天二、著絲粒作圖（centromeremapping）●把著絲粒作為一個座位（locus)，利用四分子分析法，測定基因與著絲粒間的距離。1、原理：⑴如果基因與著絲粒之間無交換：則該基因與著絲粒同步分離，基因分離發(fā)生的時期在減數(shù)分裂Ⅰ；⑵如果基因與著絲粒之間發(fā)生交換：則該基因與著絲粒的分離不同步，基因分離發(fā)生的時期在減數(shù)分裂Ⅱ。第13頁,共61頁，2024年2月25日，星期天減數(shù)分裂I減數(shù)分裂Ⅱ有絲分裂基因與著絲粒之間發(fā)生了交換每交換一次，只有1/2的孢子發(fā)生重組SecondDivisionSegregant（M2）交換類型第14頁,共61頁，2024年2月25日，星期天著絲粒作圖

(圖示:減數(shù)分裂的第一次分離)細(xì)胞分裂時，著絲粒的趨向是完全隨機的。第15頁,共61頁，2024年2月25日，星期天著絲粒作圖（圖示：減數(shù)分裂的第二次分離）第16頁,共61頁，2024年2月25日，星期天++++————————++++firstdivisionsegregation⑴⑵——++++——++————++++——++————++——++seconddivisionsegregation⑶⑷⑸⑹鏡影鏡影鏡影第17頁,共61頁，2024年2月25日，星期天++++————⑴++——++——⑶＋＋——crossover交換發(fā)生在四線期的兩條染色單體之間每發(fā)生一次交換，只有1/2的孢子發(fā)生重組第18頁,共61頁，2024年2月25日，星期天●根據(jù)8個子囊孢子基因型的排列順序確定交換型和非交換型?！窭纾?---正常野生型：能在紅色面包霉基本培養(yǎng)基上生長，子囊孢子成熟后呈黑色。記作lys＋或＋----賴氨酸缺陷型：是一種突變型，不能自我合成賴氨酸，成熟較遲，呈灰色，易于鑒別。記作lys－或－。(lysmutantsareunabletosynthesizetheirownlysine.)二、著絲粒作圖（centromeremapping）第19頁,共61頁，2024年2月25日，星期天第20頁,共61頁，2024年2月25日，星期天lys＋(n)×lys－(n)lys＋lys－(2n)減數(shù)分裂子囊型＋＋－－－－＋＋＋－＋－＋－－＋－＋＋－－＋－＋分裂類型M1M1M2M2M2M2子囊數(shù)105129951016粗糙鏈孢霉lys－×lys＋雜交子代子囊型第21頁,共61頁，2024年2月25日，星期天所以，著絲粒與有關(guān)基因間的重組值為：第22頁,共61頁，2024年2月25日，星期天三、鏈孢霉的連鎖與交換●利用順序四分子分析，同樣可以進行兩個基因的連鎖作圖●利用兩個不同交配型進行雜交：nic＋

×＋adenic（nicotinicacid）為煙(菸)酸依賴型ade（adenine）為腺嘌呤依賴型。●兩對基因的雜交實驗，可產(chǎn)生6×6種不同的子囊型，歸納為7種基本的的子囊型第23頁,共61頁，2024年2月25日，星期天表6-5鏈孢霉nic+×+ade的7種不同子囊型及相應(yīng)的子囊數(shù)子囊型交換發(fā)生部位基因型次序分離時期子囊型分類實得子囊數(shù)⑴

＋ade＋adenic＋nic＋M1M1(PD)808⑵

＋＋＋＋nicadenic

adeM1M1(NPD)1⑶

＋＋＋

adenic

＋nicadeM1M2(T)90⑷

＋

adenicade＋＋nic

＋M2M1(T)5＋＋adenic＋＋adenic＋adenic＋＋ade＋nic第24頁,共61頁，2024年2月25日，星期天續(xù)表6-5鏈孢霉nic+×+ade的7種不同子囊型及相應(yīng)的子囊數(shù)子囊型交換發(fā)生部位基因型次序分離時期子囊型分類實得子囊數(shù)⑸

＋

adenic＋＋adenic＋M2M2(PD)90⑹

＋

＋nicade＋＋nic

adeM2M2(NPD)1⑺

＋＋nic

ade＋

adenic

＋M2M2(T)5＋＋adenic＋＋adenic＋＋adenic第25頁,共61頁，2024年2月25日，星期天1、分離發(fā)生的時期:分別考慮每一對基因分離發(fā)生的時期（M1或M2），用于計算基因與著絲粒的圖距。2、子囊型分類：只考慮兩對基因間是否發(fā)生了重組，用于計算兩對基因間的重組值。三、鏈孢霉的連鎖與交換第26頁,共61頁，2024年2月25日，星期天⑴親二型（PD，parentalditype），兩種基因型與親代相同。包括⑴，⑸。⑵非親二型（NPD，non－parentalditype），兩種基因型都和親代不一樣，都是重組型。包括⑵，⑹。⑶四型（T，tetratype）：四種基因型，兩種與親代相同，兩種與親代不同，有一半發(fā)生了重組。包括⑶，⑷，⑺。第27頁,共61頁，2024年2月25日，星期天重組值的計算1、nic和著絲粒間的重組值子囊型⑴⑵⑶⑷⑸⑹⑺四分子順序＋ade＋adenic＋Nic＋＋＋＋＋nicadeNicade＋＋＋

adenic＋Nicade＋adenicade＋＋nic＋＋adenic＋＋

adenic＋＋＋nicade＋＋nicade＋＋nicade＋

adenic＋分離時期M1M1M1M1M1M2M2M1M2M2M2M2M2M2實得子囊數(shù)80819059015第28頁,共61頁，2024年2月25日，星期天重組值的計算2、ade和著絲粒間的重組值子囊型⑴⑵⑶⑷⑸⑹⑺四分子順序＋ade＋adenic＋Nic＋＋＋＋＋nicadeNicade＋＋＋

adenic＋Nicade＋adenicade＋＋nic＋＋adenic＋＋

adenic＋＋＋nicade＋＋nicade＋＋nicade＋

adenic＋分離時期M1M1M1M1M1M2M2M1M2M2M2M2M2M2實得子囊數(shù)80819059015第29頁,共61頁，2024年2月25日，星期天adenic5.059.31)2)nic5.05ade9.33)nic5.05ade9.3第30頁,共61頁，2024年2月25日，星期天Whichismostlikelyarrrangementofthetwoloci?●PD=808+90=898>>>>NPD=1+1=2，親本型明顯大于重組型，說明這兩個基因不可能自由組合，而是連鎖的-------排除1●那么，兩個基因到底是位于著絲粒的兩側(cè)（可能性#2）呢----異臂還是位于一側(cè)（可能性#3）呢？----同臂●方法1：我們可以通過計算nic-ade間的重組值進行排定。第31頁,共61頁，2024年2月25日，星期天那么，我們?nèi)绾蝸碛嬎鉵ic-ade間的重組值呢？NPD均是重組型T只有一半是重組型第32頁,共61頁，2024年2月25日，星期天●Concludethatpossibility#3ismostlikely！第33頁,共61頁，2024年2月25日，星期天3)nic5.05ade9.35.2+5.05=10.25＞9.3，WHY？第34頁,共61頁，2024年2月25日，星期天確定兩個基因與著絲粒相對位置的另一種方法●PD=808+90=898>>>>NPD=1+1=2，親本型明顯大于重組型，說明這兩個基因不可能自由組合，而是連鎖的-------排除1●那么，兩個基因到底是位于著絲粒的兩側(cè)（可能性#2）呢----異臂還是位于一側(cè)（可能性#3）呢？----同臂●方法2：我們把資料按另一種方式排列：第35頁,共61頁，2024年2月25日，星期天表6-6鏈孢霉的nic＋×＋ade的分離資料，按照分離時期來排列nic與著絲粒間有重組，而ade與著絲粒間無重組（M2

M1）為5/1000ade與著絲粒間有重組，而nic與著絲粒間無重組（M1

M2）為90/1000上述二者相差懸殊，比例為18:1RF（nic–centromere）5.05RF（ade–centromere）=9.3二者相差不大第36頁,共61頁，2024年2月25日，星期天●說明：nic與著絲粒間的重組與ade與著絲粒間的重組不是相互獨立的。表6-6鏈孢霉的nic＋×＋ade的分離資料，按照分離時期來排列●nic與著絲粒間的重組總是伴隨著ade與著絲粒間的重組(96/（96+5））Concludethatpossibility#3ismostlikely第37頁,共61頁，2024年2月25日，星期天3)nic5.05ade9.35.2+5.05=10.25＞9.3，WHY？第38頁,共61頁，2024年2月25日，星期天造成這一結(jié)果的原因是計算著絲粒與ade之間的重組值時，著絲粒與ade之間發(fā)生的雙交換未被計入重組類型。＋ade＋nic＋

adenicade＋＋nic

＋例如：子囊型⑷中的兩線雙交換及其產(chǎn)物●上圖中，計算著絲粒與ade間重組值時未計算這兩次單交換，因而使著絲粒與ade間重組值估計偏低?！裨?種基本子囊類型中，著絲粒與ade間發(fā)生了雙交換的還有⑵、⑹和⑺等3種。第39頁,共61頁，2024年2月25日，星期天計算著絲粒與ade之間被低估的重組值●

5.05%＋5.20%－9.3%＝0.95%●

要了解重組值究竟是怎樣被低估的，見P209習(xí)題14被低估的重組值為：（202＋208－372）/4000×100%＝0.95%9.3＋0.95＝10.25第40頁,共61頁，2024年2月25日，星期天四、染色單體干擾（ChromatidInterference）

兩非姐妹染色單體間發(fā)生一個交換以后，可能會影響相同的兩非姐妹染色單體間發(fā)生第二次交換的概率，使第二個交換發(fā)生在任意兩非姊妹染色單體間不是隨機的，這種現(xiàn)象稱為染色單體干擾?！衽c染色體干涉的區(qū)別：染色體上一個位置上的一個交換對于鄰近位置上再次發(fā)生交換的影響稱為染色體干涉。如果一個交換的發(fā)生減少另一交換發(fā)生的概率則稱為正干涉，如果增加后者發(fā)生的概率稱為負(fù)干涉。第41頁,共61頁，2024年2月25日，星期天②-③－－－二線雙交換第Ⅰ個交換是固定的，第Ⅱ個交換是隨機的。那么二線:三線:四線acac++++b+b+ⅠⅡ①②③④

①-④－－－四線雙交換①-③－－－三線雙交換②-④－－－三線雙交換＝１:２:１第42頁,共61頁，2024年2月25日，星期天●如果這個比例發(fā)生了偏差，那說明雙交換的發(fā)生存在著干涉現(xiàn)象?！袢绻腥旧珕误w干涉，正染色單體干涉則四線雙交換偏多，而二線雙交換減少，負(fù)染色單體干涉相反?！裾婢愡M行雙交換四分子分析結(jié)果表明，染色單體干涉現(xiàn)象很少發(fā)生或沒有一致的結(jié)果?！袢旧w干涉影響基因間交換的頻率。染色單體干涉影響基因間交換的方式。第43頁,共61頁，2024年2月25日，星期天非順序四分子分析

（unorderedtetradanalysis）●酵母Yeast:Saccharomycescerevisiae單細(xì)胞藻類：衣滴蟲Chlamydomonasreinhardtii構(gòu)巢曲霉●非順序四分子分析：四分子沒有嚴(yán)格排列順序，無法進行著絲粒作圖，但可進行連鎖分析。其原理與順序四分子本質(zhì)上并無區(qū)別，只是子囊類型無法分為7類，但可以分為3類，即PD、NPD和T，2個基因座位的重組率可用下式計算。第44頁,共61頁，2024年2月25日，星期天真菌類遺傳分析與果蠅連鎖分析的異同●在脈孢菌中，8個子囊孢子按順序排列在子囊中，這使著絲粒作圖成為可能，而對于非順序四分子和高等動植物則不可能進行著絲粒作圖。●統(tǒng)計對象不同，果蠅遺傳作圖統(tǒng)計的是測交后代的表型數(shù)，脈孢菌遺傳分析統(tǒng)計的是子囊類型及其數(shù)目。●在順序四分子的遺傳分析中，通過分析7種基本子囊類型的起源，可以對染色單體的干擾進行分析，這在果蠅的三點測交中是不可能的。第45頁,共61頁，2024年2月25日，星期天第三節(jié)人類基因定位方法●家系分析法●體細(xì)胞雜交定位法●原位雜交定位法●

DNA分析法第46頁,共61頁，2024年2月25日，星期天家系分析法(PedigreeAnalysis)●通過分析、統(tǒng)計家系中有關(guān)性狀的連鎖情況，計算重組率并進行基因定位的方法?！褡畛Ｓ玫募蚁捣治鍪切赃B鎖分析法，早在20世紀(jì)30年代，已通過家系分析法將人類的紅綠色盲、血友病A、G-6-PD等基因定位在X染色體上。第47頁,共61頁，2024年2月25日，星期天家系分析法(PedigreeAnalysis)●fivemodesofMendelianinheritance：AutosomaldominantAutosomalrecessiveX-linkedrecessiveX-linkeddominant--rareY-linked--veryrare(hairyears)第48頁,共61頁，2024年2月25日，星期天●無中生有為隱性，隱性伴性看女病，父女都病是伴性；●有中生無為顯性，顯性伴性看男病，母女都病是伴性。家系分析法(PedigreeAnalysis)第49頁,共61頁，2024年2月25日，星期天CongenitalGeneralizedHypertrichosis(先天性多毛癥)isanX-linkeddominanttrait.Affectedfathershaveallaffecteddaughtersandnoaffectedsons.Affectedfemalesaremorecommonthanaffectedmales.Thetraitispresentineachgenerationorislost.第50頁,共61頁，2024年2月25日，星期天CongenitalGeneralizedHypertrichosis(先天性多毛癥)isonemedicalsyndromethatcouldhavecontributedtothewerewolfmyth.Scientistsareinterestedinthisatavisticsyndromeasitsunderstandingcouldshedlightonhowduringourevolutionwelosthairfrompartsofourbody.第51頁,共61頁，2024年2月25日，星期天通過以上家系分析可以確定性狀的遺傳方式，但不能確定決定這一性狀的基因在染色體上的確切位置。外祖父法：確定X染色體上基因間的相對距離。根據(jù)雙重雜合體母親所生兒子中性狀的重組情況，可以估算重組率。而母親X染色體上的基因組成，可以由外祖父的表型獲知。兩對連鎖基因時，雙重雜合體母親可能有兩種連鎖相：相引相：AB/ab------順式相（cisphase）相斥相：Ab/aB------反式相（transphase）例如：人類色盲（a）和蠶豆病基因（G-6-PD）（g）第52頁,共61頁，2024年2月25日，星期天(1).若X染色體沒有重組交換：

無論母親順式還是反式，兒子中的X染色體只有兩種。第53頁,共61頁，2024年2月25日，星期天(2).若母親X染色體的兩個基因間發(fā)生了重組交換：第54頁,共61頁，2024年2月25日，星期天外祖父法根據(jù)外祖父的表型確定母親的雙雜合體的連鎖相（順式或反式）；然后判斷其兒子的各種表型中哪些屬于重組型，統(tǒng)計其重組體的比例，計算兩個基因之間的重組率，確定兩個基因之間的相對距離。用這種方法測得色盲基因與G-6-PD

基因的相對距離約為5cM（平均每20個兒子中有1個重組體）。第55頁,共61頁，2024年2月