武汉大学遗传学第5章遗传的第三定律

5.5遗传的第三定律5.5.1交换的细胞学证据5.5.2遗传的第三定律5.5.1交换的细胞学证据在同一染色体上连锁的基因，为什么会在其测交后代中出现一定频率的重组？即：形成新组合的机制是什么？Janssens于1909年提出了交叉型假说（chiasmatypehypothesis）；H.Creighton和B.McClintock1931年用玉米的具有特殊结构的第9号染色体设计了著名的实验为Janssens的假说提供了强有力的细胞遗传学证据。（1）摩尔根果蝇连锁实验通常我们用遗传符号表示在相同染色体上的基因。例：ab/ab代表基因a和基因b在相同的染色体上，用这个系统，在雌蝇上X－连锁的基因可以用一根或二根线表示：例wm/wm或wm//wm染色体，摩尔根用白眼小翅雌蝇（wm/wm雄蝇的X－连锁表示为wm/↾，而↾代表Y）与野生型雄蝇（W＋m+/↾）进行交配。5.4所示F1果蝇自交得到F2果蝇2441只，F1×F1相当于做测交，因为F1雄蝇产生的带X配子具两个基因的隐性等位基因，Y配子上没有带所研究基因的等位基因。F2在两种性别中，出现频率最多的是：亲本型：祖母的突变性状白眼小翅或祖父野生型红眼长翅；也观察到很大数目的:非亲本型（重组型）：白眼正常翅，红眼小翅。在2441只果蝇中，有900只（或36.9%）为重组型为了解释这些重组型，摩尔根提出在减数分裂中，F1雌蝇的两条染色体间出现基因交换。而雄蝇由于是半合子，在非同源的X和Y染色体间不出现遗传交换。摩尔根进一步将他的研究推进到包括其他的性连锁的性状上去。例：突变型野生型白眼黄体♀×红眼灰体♂F1野生型，白眼黄体（突变型）F22205只果蝇中，有1.3%的果蝇为重组表型摩尔根推测，控制眼色和体色性状的基因连锁得更紧密，它们重组被分开的频率比眼色和翅形的频率小，摩尔根小组做了大量的杂交工作，结论总是相同，在每种情况下，亲本型出现的频率高而重组型出现的频率低。几乎所得到的两个亲本类型的数目是相等的，同样所得到的两重组类型间的数目也相等。摩尔根的一般结论是：在减数分裂期间，一些基因的等位基因一起分配，因为在相同的染色体上它们彼此靠得近，在染色体上两个基因靠得越近，在减数分裂时期，它们更有可能保持在一起，即：靠得越近的两个基因，它们之间重组发生得越少。摩尔根也假设杂交F2表型的产生与减数分裂期交叉形成（Chiasmaformation）的联系，早在1909年，F.Janssens已经描述蝾螈Salamander减数分裂前期I染色体的交叉（细胞学上可观察到的同源染色体间的相互交换），Janssens认为（但没有证明）交叉可能是父本和母本同源染色体的物理交换位点。5.5摩尔根假设：相同染色体上的两个基因出现部分连锁是由于减数分裂期交叉使它们彼此物理上的分开。Morgan和E.cattell（1912年）用crossing-over（交换）这一术语来描述由于染色体相互交换的过程产生连锁基因间的重组合.Crossing-over的基本概念：1、一个交叉是同源染色体对间正在发生物理互换的地方，即：它是交换（crossing-over）的位点（site）2、交换（crossing-over）是在同源染色体相应的染色体片段相互交换的实际过程，该过程包括对称的断裂和重接。（5.5）3、交换既是原核生物也是真核生物中导致连锁基因间遗传重组的产生的事情。（2）基因重组和染色体交换的作用GeneRecombinationandtheRoleofChromosomalExchange摩尔根的假设：在减数分裂期间染色体间的物理交换导致遗传重组，直到1930年后才获得重组子与交换相连系的令人信服的证据。玉米实验第一个证据:1931年B.Creighton和B.McClintock用玉米材料的实验，证实了交换的发生。品系间的杂交实验，用两条带有标记的染色体进行观察分析，No.chromosome9两个等位基因决定种子颜色：有色C和无色c标准植株Wx决定植物的淀粉合成：支链淀粉直链淀粉蜡质植株wx(waxy)支链淀粉5.6交换的发生。一条染色体形态正常：基因型cWx其同源染色体基因型Cwx，C基因末端有一大而染色深的染色组（Knob）(5.6)且在上一代时，第8染色体断裂后易位接到了第9条染色体靠wx的末端象这些在细胞学上能够区别的特性叫做细胞学标记（cytologicalmarkers），而这些染色体上所带的基因称为遗传标记（geneticmarkers）或基因标记（genemarkers）。以上这种个体在减数分裂形成配子时，在两个座位间出现交换。两种类型的重组子：CWx，cwx在F2代出现。Creighton和Mcclintok发现一旦基因已被重组，其细胞学特征（染色组和额外延长的染色体部分）也已经重组，而且子代中属亲本类型的子代没有观察到细胞学标记的染色体物理交换的细胞学证据：交叉及其产物的模式图可表示如下5.5.2遗传的第三定律遗传的第三定律———连锁定律（lawoflinkage），是指位于同一染色体上的基因联合在一起伴同遗传的频率大于重新组合的频率，重组体或重组子（recombinant）的产生是由于在配子形成过程中同源染色体的非姊妹染色单体间发生了局部交换。（1）重组率的测定判断某两对特定的基因是否连锁，通过对它们的杂交F1进行测交来确定，如果测交后代的表型比率为1:1;1:1，或近乎这个比率，则被认为是不连锁的，如果亲本组合类型高于预期比率，而重组型的比率又显著地低于预期的孟德尔第二定律的比率，则说明它们是连锁的。①重组率（recombinationfrequency，RF）测交后代中重组型或交换型数目占测交后代总数目（亲本型数目＋重组型数目）的百分率定义为重组率，其计算公式为：②交换率（值）与重组率（值）的关系交换是指遗传物质的局部互换，而重组则是交换后形成基因的重新组合。交换的遗传学效应体现在重组体中，但无法检测其实际大小，只能用重组率来估计，只有紧密连锁的基因间的重组率才是可靠的交换值，因为两个连锁基因间的相对距离越大，发生双交换或其他偶数次交换的可能性越多，在这种情况下，重组率会低估交换率。遗传学校正的方法将在后续的内容中讲述。③重组率的测定以玉米的测交实验为例：已知，支配玉米籽粒的两对基因是连锁的，其糊粉层有色（C）对无色（c）为显性，籽粒饱满（Sh）对凹陷（sh）为显性。取亲本植株互引相（couplingphase）CSh／CSh与csh／csh杂交，其F1与双隐性亲本测交时，有如下结果：重组率（RF）＝（149＋152）/（4032＋4035＋149＋152）＝301／8368＝3.6%如果杂交在互斥相（repulsionphase）cSh／cSh×Csh／Csh间进行，测交后得到：重组率（RF）＝1310／44595＝2.94%可见，无论哪种基因组合（互引相或互斥相）的交配方式，测交的结果都是亲本型的频率很高，占97%左右，而重组型的频率很低，仅占3%左右。显然，测得的两个特定基因座的RF值越大，例如接近50%时，基因间的连锁关系越难以判断，因为与基因的自由组合时的测交比1：1：1：1很接近，在这种情况下，必须利用大量的测交后代的数据方可鉴别。如RF值越小，基因间的连锁关系越易鉴别，因为测交比率与1：1：1：1相差甚远。5.6染色体作图5.6.1基因直线排列原理及其相关概念①基因定位（genemapping，genelocalization）:确定基因在染色体上的相对位置和排列顺序的过程。②染色体图（chromosomemap）:又称连锁图（linkagemap）或遗传图（geneticmap）。依据测交实验所得重组值及其他方法确定连锁基因或遗传标记在染色体上相对位置的线性图。③图距（mapdistance）两个连锁基因在染色体图上相对距离的数量单位称为图距。1%重组率去掉其百分率的数值定义为一个图距单位（mapunit，mu）。为纪念现代遗传学的奠基人T.H.Morgom，将图距单位称为厘摩（centimorgan，cM），1cM＝1%重组率去掉%的数值。例如：a—b—c连锁a-bb-ca-c要确定三个重组值，要做三次杂交试验5.6.2基因定位的方法（1）两点测交与三点测交摩尔根（1911）曾提出设想，重组值可能是由两个基因在染色体上的距离决定的。研究重组值问题，最容易想到的方法就是研究几个相互连锁的基因间的重组值之间的关系。但摩尔根和他的学生sturtevant利用三点测交（three-pointtestcross）即三点试验：用三杂合体abc/+++或ab+/++c跟三隐性个体abc/abc测交：abc/+++×abc/abc或ab+/++c×abc/abc这样可以把3个基因包括在同一次交配中，一次试验就等于三次“两点”试验。两个优点：（1）一次三点试验中得到的三个重组值是在同一基因型背景，同一环境条件下得到的；而三次“两点试验”就不一定这样。重组值既受基因背景的影响，也受各种环境条件的影响。所以只有从三点试验得到的三个重组值才是严格地可以相互比较的。（2）通过三点试验还可得到三次两点试验得不能得到的关于双交换的资料。例：黑腹果蝇的三点试验三个突变基因X连锁ec(echinus,棘眼)sc(scute,缺少某些胸部刚毛)cv(crossveinless,翅上横脉缺失)三杂合体三隐性雄蝇ec++/+sccv×ecsccv/Y(其上基因次序未知)表型实得数ec++810scsc+sc++ec++ec合cv+cv+cv计8286288891031980返回1ec+++sccvecsc+++cv8108286288+sc+ec+cv891031980表1重组值计算（1）ec－sc的重组值。在这里我们暂不考虑＋/cv将它放在括弧中，只考虑ec-sc这两个基因亲组合：810＋828＋89＋103＝1830重组合：62＋88＝150RFec-sc=重组合/(亲组合＋重组合)×100％＝150/(1830+150)×100%=7.6%∵Rec-sc=7.6%∴根据图距的概念，去掉％后，就可以作为两基因在遗传学图上的图距ec++810+sccv828ecsc+62++cv88+sc+89ec+cv1031980RFec-cv=192/（1788+192）=9.7%（2）ec－cv的重组值这里暂不考虑sc/+的存在：亲组合：810＋828＋62＋88＝1788重组合：89＋103＝192ec与cv在遗传图上的图距是：ec-sc间的图距是7.6，ec-cv间的图距是9.7这时对于ecsccv这三个基因间的关系有两种画法：或ec+ec++ec+scsc+sc++cv+cv+cv8108286288891031980图距是17.3，三个基因的线性关系我们可以画为：（3）最后看sc-cv间的重组值亲组合：810＋828＝1638重组合：62＋88＋89＋103＝342RFsc-cv＝342/1980＝17.3%三个重组值间的关系十分明确即sc-cv的重组值等于sc-ec重组值与ec-cv重组值之和：7.6%+9.7%=17.3%直线关系本试验三个基因的直线顺序是sc-ec-cv。根据摩尔根的假设，就是：基因在染色体上按该次序作直线排列。现按照sc-ec-cv的顺序，将最初的资料重新排列，算出百分数，并注明重组发生在哪两个基因之间，这样重组值的计算就显得方便。表型实得数比例sc-ec重组发生在ec-cvsc-cv82.7%+ec+sc+cv810828scec+627.6%√√++cv88sc++899.7%√√+eccv103合计1980100％7.6%9.7%17.3%表：三点试验中，重组值的计算+ec+/sc+cv×sceccv/Y上面的测交后代中只有6种表现，因此重组值之间的关系比较简单。在多数三点试验中，回交后代可以有8种表型，请见下例：三个基因是：ec(棘眼)、ct(cut，截翅)cv(横脉缺失)把棘眼截翅个体与横脉缺失个体交配，得到三杂合体：ecct+/++cv然后进行：ecc