第4章——连锁遗传分析

第4章连锁遗传分析教师：李懿CONTENTS连锁交换与重组连锁分析与染色体作图性染色体与性别决定性连锁遗传分析剂量补偿效应连锁交换与重组遗传的第三定律——连锁定律Part01贝特生（BATESONW.）实验连锁遗传：原来亲本所具有的两个性状，在F2连系在一起遗传的现象。相引组：甲乙两个显性性状，连系在一起遗传、而甲乙两个隐性性状连系在一起的杂交组合。如：PL/pl。相斥组：甲显性性状和乙隐性性状连系在一起遗传，而乙显性性状和甲隐性性状连系在一起的杂交组合。如：Pl/pL。连锁遗传的解释试验结果是否受分离规律支配？第一个试验：紫花:红花(4831+390):(1338+393)=5221:1731≈3:1长花粉:短花粉(4831+393):(1338+390)=5224:1728≈3:1第二个试验：紫花:红花(226+95):(97+1)=321:98≈3:1长花粉:短花粉(226+97):(95+1)=323:96≈3:1􀁽以上结果都受分离规律支配，但不符合独立分配规律。􀁽F2不符合9:3:3:1，则说明F1产生的四种配子不等。Morgan等（1911)以果蝇为试验材料，通过大量遗传研究，对连锁遗传现象作出了科学的解释。假如果蝇有两对基因：眼色红眼-显性(pr+)白眼-隐性(pr)翅长长翅-显性(vg+)残翅(短翅)-隐性(vg)红眼果蝇白眼果蝇短翅长翅利用测交法验证连锁遗传现象:特点：连锁遗传的表现为：两个亲本型配子数是相等，50%；两个重组型配子数相等，50%。•连锁遗传规律：连锁遗传的相对性状是由位于同一对染色体上的非等位基因控制，具有连锁关系，在形成配子时倾向于连在一起传递。•控制果蝇眼色和翅长的两对非等位基因位于同一同源染色体上。即：–相引相中，pr+vg+连锁在一条染色体上，而prvg连锁在另一条染色体，杂种F1一对同源染色体分别具有pr+vg+和prvg。•连锁：若干非等位基因位于同一染色体而发生连系遗传的现象。•完全连锁(completelinkage)：如果连锁基因的杂种F1(双杂合体)只产生两种亲本类型的配子，而不产生非亲本类型的配子，就称为完全连锁。•拟等位基因(pseudoalleles)：表型效应相似,功能密切相关,在染色体上的位置又紧密连锁的基因。它们象是等位基因,而实际不是等位基因。•不完全连锁(incompletelinkage)：指连锁基因的杂种F1不仅产生亲本类型的配子，还会产生重组型配子。不完全连锁交换与不完全连锁的形成•重组合配子的产生是由于：减数分裂前期I同源染色体的非姊妹染色单体间发生了节段互换。(基因论的核心内容)1.同一染色体上的各个非等位基因在染色体上各有一定的位置，呈线性排列；2.染色体在间期进行复制后，每条染色体含两条姊妹染色单体，基因也随之复制；3.同源染色体联会、非姊妹染色单体节段互换，导致基因交换，产生交换型染色单体；4.发生交换的性母细胞中四种染色单体分配到四个子细胞中，发育成四种配子(两种亲本型、两种重组合型/交换型)。5.相邻两基因间发生断裂与交换的机会与基因间距离有关：基因间距离越大，断裂和交换的机会也越大重组型配子的比例1.尽管在发生交换的孢(性)母细胞所产生的配子中，亲本型和重组型配子各占一半，但是双杂合体所产生的四种配子的比例并不相等，因为并不是所有的孢母细胞都发生两对基因间的交换。2.重组型配子比例是发生交换的孢母细胞比例的一半，并且两种重组型配子的比例相等，两种亲本型配子的比例相等。交换的细胞学证据连锁分析与染色体作图Part02重组值与交换值的概念•重组率/重组值：是指重组型配子占总配子的百分率。即：％总配子数重组型配子数重组值100(%)•27亲本型配子+重组型配子交换值：一般重组值也称交换值。但是，实际上交换值一般大于重组值，因为有时非等位基因间的多重交换并不形成重组配子。交换值≥重组值29二、重组值的测定(一)、测交法•测交后代(Ft)的表现型的种类和比例直接反映被测个体(如F1)产生配子的种类和比例。(二)、自交法•根据F2资料估计重组值，自交法与侧交法相比较为复杂。侧交法：C-SH基因间的连锁与交换30香豌豆P-L基因间交换值测定(1)•32•a+b+c+d=1•a=d,b=c设F1产生的四种配子PL,Pl*,pL*,pl的比例分别为：a,b,c,d；则有：香豌豆P-L基因间交换值测定(2)PL(a)Pl(b)*pL(c)*pl(d)PL(a)Pl(b)*pL(c)*pl(d)•F2的4种表现型(9种基因型)及其理论比例为：P_L_(PPLL,PPLl,PpLL,PpLl)：a2+2ab+2ac+2bc+2adP_ll(PPll,Ppll)：b2+2bdppL_(ppLL,ppLl)：c2+2cdppll：d2d2香豌豆P-L基因间交换值测定(3)•而F2中双隐性个体(ppll)的实际数目是可出直接观测得到的(本例中为1338)，其比例也可出直接计算得(1338/6952)，因此有：%1212.006.006.006.02)(144.044.0192.0%2.19%100695213382cbLPdacbdadpld间交换值：两种重组型配子的比例：两种亲本型配子的比例配子的比例：相引相相斥相影响交换值的因素•1.年龄对交换值的影响–老龄雌果蝇的重组率明显下降。•2.性别对交换值的影响–雄果蝇和雌家蚕的进行减数分裂时很少发生交换。•3.环境条件对交换值的影响高等植物的干旱条件下重组率会下降，而的温度过高或过低的情况下，其重组率会增加。•4.基因位于染色体上的部位：离着丝点越近，其交换值越小，着丝点不发生交换。交换值具有相对稳定性。重组值与遗传距离1.非姊妹染色单体间交换数目及位置是随机的；2.两个连锁基因间交换值的变化范围是[0,50%]，其变化反映基因间的连锁强度、基因间的相对距离；两基因间的距离越远，基因间的连锁强度越小，交换值就越大；反之，基因间的距离越近，基因间的连锁强度越大，交换值就越小。3.通常用交换值/重组率来度量基因间的相对距离，也称为遗传距离(geneticdistance)。通常以1%的重组率作为一个遗传距离单位/遗传单位。基因定位与连锁遗传作图•基因定位(genelocation/localization)：确定基因在染色体上的相对位置和排列次序。•根据两个基因位点间的重组值能够确定两个基因间的相对距离，但并不能确定基因间的排列次序。•例：玉米糊粉层有色C/无色c基因、籽粒饱满Sh/凹陷sh基因均位于第九染色体上；且C-Sh基因间的交换值为3.6%。•因此，一次基因定位工作常涉及三对或三对以上基因位置及相互关系。两对基因间的排列次序根据上述信息可知：•C-Sh间遗传距离为3.6个遗传单位；•但不能确定它们在染色体上的排列次序，因而有两种可能的排列方向，如下图所示：一、染色体作图的方法基因连锁分析的主要方法：•(一)、两点测验(two-pointtestcross)–通过三次测验，获得三对基因两两间交换值、估计其遗传距离；每次测验两对基因间交换值；根据三个遗传距离推断三对基因间的排列次序。•(二)、三点测验(three-pointtestcross)–一次测验就考虑三对基因的差异，从而通过一次测验获得三对基因间的距离并确定其排列次序。两点测验：步骤(1/3)1.通过三次亲本间两两杂交，杂种F1与双隐性亲本测交，考察测交子代的类型与比例。例：玉米第9染色体上三对基因间连锁分析：子粒颜色：有色(C)对无色(c)为显性；饱满程度：饱满(SH)对凹陷(sh)为显性；淀粉粒：非糯性(Wx)对糯性(wx)为显性.(1).(CCShSh×ccshsh)F1×ccshsh(2).(wxwxShSh×WxWxshsh)F1×wxwxshsh(3).(wxwxCC×WxWxcc)F1×wxwxcc两点测验的3个测交结果两点测验：步骤(2/3)2.计算三对基因两两间的交换值估计基因间的遗传距离。两点测验：步骤(3/3)3.根据基因间的遗传距离确定基因间的排列次序并作连锁遗传图谱。C-Sh:3.6Wx-Sh:20Wx-C:22生物技术教研室•46两点测验：局限性1.工作量大，需要作三次杂交，三次测交；2.不能排除双交换的影响，准确性不够高。当两基因位点间超过五个遗传单位时，两点测验的准确性就不够高。三点测验：步骤1.用三对性状差异的两个纯系作亲本进行杂交、测交：2.考察测交后代的表现型、进行分类统计。3.按各类表现型的个体数，对测交后代进行分组；4.进一步确定两种亲本类型和两种双交换类型；5.确定三对基因在染色体上的排列顺序。用两种亲本型配子与两种双交换型配子比较，双交换配子与亲本型配子中不同的基因位点位于中间。6.计算基因间的交换值。由于双交换实际上在两个区域均发生交换，所以在估算每个区域交换值时，都应加上双交换值，才能够正确地反映实际发生的交换频率。7.绘制连锁遗传图。48–Sh位于wx与c之间；–wx-sh:18.4sh-c:3.5wx-c:21.9。干扰和符合1.理论双交换值–连锁与互换的机理表明：染色体上除着丝粒外，任何一点均有可能发生非姊妹染色单体间的交换。但是相邻两个交换是否会发生相互影响呢？–如果相邻两交换间互不影响，即交换独立发生，那么根据乘法定理，双交换发生的理论频率(理论双交换值)应该是两个区域交换频率(交换值)的乘积。–例：wxshc三点测验中，wx和c基因间理论双交换值应为：0.184×0.035=0.64%。2.干扰(interference)：–测交试验的结果表明：wx和c基因间的实际双交换值为0.09％，低于理论双交换值，这是由于wx-sh间或sh-c间一旦发生一次交换后就会影响另一个区域交换的发生，使双交换的频率下降。–这种现象称为干扰(interference)，或干涉：一个交换发生后，它往往会影响其邻近交换的发生。其结果是使实际双交换值不等于理论双交换值。–为了度量两次交换间相互影响的程度，提出了符合系数的概念。符合系数(COEFFICIENTOFCOINCIDENCE)•符合系数也称为并发系数：用以衡量两次交换间相互影响的性质和程度。•例如前述中：符合系数=0.09/0.64=0.14.•符合系数的性质：真核生物：[0,1]—正干扰；*某些微生物中往往大于1，称为负干扰。玉米的连锁遗传图生物技术教研室57作图函数•所有非0次交换的减数分裂都会产生50%的重组型配子。•所以决定交换值的关键是：0次交换减数分裂细胞与非0次交换减数分裂细胞的比值。•特定染色体区域发生不同类型交换的频率符合波松分布。•波松分布(Poisson'sdistribution)是一种可以用来描述和分析随机地发生在单位空间或时间里的稀有事件的概率分布。要观察到这类事件，样本含量n必须很大。在生物、医学研究中，服从波松分布的随机变量是常见的。•i是发生交换的次数，f（i）是某类交换的频率，e为自然对数的低，m是每个减数分裂细胞该区域发生交换的平均次数。！）（imeifim10if0if）（）（1，无论实际图距有多大，实测RF值小于50%。2，当M值很小时，实际图距与测量图距呈线性关系，RF=0.5M。•当m值增大时，实际遗传距离与m仍然有正比关系。仍然有Rf实际=0.5m。•而此时，Rf实际≠Rf测。•因为Rf测等于重组率，而Rf实际是染色体上基因间的空间距离。连锁遗传图(LINKAGEMAP)1.连锁遗传图(linkagemap)，遗传图谱(geneticmap)。定义:存在于同一染色体上的基因，组成一个连锁群（linkagegroup）。把一个连锁群的各个基因之间的距离和顺序标志出来，就能形成（绘）连锁遗传图。•特点:一种生物连锁群的数目与染色体的对数是一致的。即有n对染色体就有n个连锁群，如水稻有12对染色体，就有12个连锁群。连锁遗传图(LINKAGEMAP)2.连锁群的数目.连锁群的数目不会超过染色体的对数，但暂时会少于染色体对数，因为资料