第4章连锁互换与基因作图11

第4章连锁互换与基因作图4.1连锁遗传4.2遗传图的构建•W.Bateson(1906)在香豌豆两对相对性状杂交试验中发现连锁遗传(linkage)现象。T.H.Morganetal.(1910)提出连锁遗传规律以及连锁与交换的遗传机理，并创立基因论(theoryofthegene)。4.1连锁遗传1.连锁遗传的现象性状连锁的遗传现象是贝特生（Bateson,W.）等于1905年在香豌豆的两对性状杂交试验中首先发现的。上述两个试验的结果表明，同一亲本所具有的两对性状，有连系在一起遗传的倾向，这种现象称为连锁（linkage）。在第一试验中，一亲本的两对基因均为显性，另一亲本的两对基因均为隐性，这样的组合方式称为相引（coupling）。在第二试验中，二个亲本都分别带有一对显性基因和一对隐性基因，这样的组合方式称为相斥（repulsion）。2.性状的分解分析第一个试验：紫花:红花=(4831+390):(1338+393)=5221:17313:1长花粉:圆=(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:圆花粉=(226+97):(95+1)=323:963:1说明两个单位性状的综合分离不符合独立分配规律，但每个单位性状而言，仍是受分离规律支配的。3.连锁遗传的原因与验证独立分配遗传的前提是F1个体形成的不同配子比例相同。对于2对性状而言，F1产生四种配子，比例为1:1:1:1。如果不是这样，F2就不可能获得原来的理论比例。由此可以推论，在连锁遗传中，F1形成多种的配子不相等。可用测交法加以验证，因为测交后代的表现型种类及比例就是F1配子的种类及其比例的具体反映。上述测交结果可以看出，F1虽然形成四种配子，但四种配子的比例显然不符合1:1:1:1,而是两种亲型配子pr+vg+和prvg多，两种重组型配子pr+vg和prvg+少。并且，两种亲型配子数大致相等，为1:1；两种重组型配子数也大致相等，为1:1。○相引相（果蝇眼色与翅膀长的遗传）红眼长翅紫眼残翅红眼长翅紫眼残翅紫眼长翅红眼残翅○相斥相（果蝇眼色与翅膀长的遗传）相斥组的测交试验结果与相引组的基本一致，同样证实F1的四种配子数不相等，两种亲型配子(pr+vg和prvg+)数多，两种重组型配子(pr+vg+和prpr)数少，而且分别为1:1。红眼残翅紫眼长翅紫眼残翅红眼长翅红眼残翅紫眼长翅4.重组率(percentageofrecombination)上述结果均说明重组型配子百分率50%。重组型的配子百分数称为重组率。指同源染色体非姐妹染色单体间有关基因的染色体片段发生交换的频率。重组率：通常是通过测交后代出现的重组型个体的多少来计算。在测交后代中，重组率可以用重组型个体数占个体总数的百分率来计算。•应用这个公式估算交换值，首先要知道重组型配子数。测定重组型配子数的简易方法有测交法和自交法两种。重组型配子数重组率（%）＝————————×100配子总数重组型个体数重组率（%）＝——————————×100测交子代的个体总数(1)交换值的测定•(a)测交法•以玉米籽粒颜色和形状这两对连锁基因为例，来说明估算交换值的方法。玉米籽粒的有色(C)对无色(c)为显性，饱满(Sh)对凹陷(sh)为显性。相引组求得：重组型配子数=149+152=301总配子数=4032+149+152+4035=8368交换值=(301/8368)×100=3.6%，两种重组配子各1.8%；•用测交法测定交换值的难易不同：玉米、烟草：去雄和授粉容易，可结大量种子；麦、稻：回交去雄难，种子少，故宜用自交测定法(F2资料)。•(b)自交法•例如第一节中的香豌豆资料：F2有四种表现型紫长紫园红长红园F1有四种配子PLPlpLpl设各配子的比例为abcdF2组合为(aPLbPlcpLdpl)2其中F2中纯合双隐性ppll个体数即为d2；既组成F2表现型ppll的F1配子必然是pl，其频率d。•已知香豌豆ppll（双隐）个体数为1338株(相引数)；•∴双隐个体表现型比率=d2=1338/6952×100%=19.2%。•由于44%25%，故pl是亲本型配子，而另一亲本型配子PL的频率应是相等的，故均为44%.•重组型配子(Pl–pL)的频率各为(50–44)%=6%。•∴F1形成的四种配子比例为•44PL∶6pl∶6pL∶44pl或0.44∶0.06∶0.06∶0.44•交换值=6%×2=12%，是两种重组型配子之和。%4444.0plF12即配子频率d理论上，重组率的变动范围在0-50%之间。当重组率为0时，说明两对基因之间不发生换，为完全连锁。当重组率为50%时，两对基因服从独立分配，不存在连锁关系。当0＜重组率＜50%时，两对基因是不完全连锁。(2)交换值与连锁强度的关系•交换值的幅度经常变化于0~50%之间：•☆交换值0%，连锁强度越大，两个连锁的非等位基因之间交换越少；•☆交换值50%，连锁强度越小，两个连锁的非等位基因之间交换越大。•∴交换值的大小主要与基因间的距离远近有关。(3)影响交换值的因子:•a.性别：雄果蝇、雌蚕不发生交换；•b.温度：家蚕第二对染色体上PS-Y(PS黑斑、Y幼虫黄血)•饲养温度(℃)3028262319•交换值（%）21.4822.3423.5524.9825.86•c.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。•d.其它：年龄、染色体畸变等也会影响交换值。•由于交换值具有相对稳定性，常以该数值表示两个基因在同一染色体上的相对距离（遗传距离）。•例如：3.6%即可称为3.6个遗传单位•遗传单位值愈大，两基因间距离愈远，愈易交换；•遗传单位值愈小，两基因间距离愈近，愈难交换。基因间的距离与交换值、遗传距离、连锁强度5.完全连锁和不完全连锁(1)完全连锁（completelinkage）在同一同源染色体上的两个非等位基因总是连系在一起而遗传的现象。F1自交或测交，其后代个体的表现型只表现为亲本组合的类型。完全连锁后代的表现与一对基因的遗传很近似，即自交结果为3:1分离，测交结果为1:1分离。完全连锁遗传的自交后代和测交后代的比较•1906年贝特生等在香豌豆中首次发现连锁遗传的现象以后不久，摩尔根等用果蝇为材料进行研究，结果证明，具有连锁遗传关系的一些基因就是位于同一染色体上的那些非等位基因。•摩尔根用灰身长翅的雌果蝇（BBVV）和黑身残翅的雄果蝇（bbvv）进行杂交，然后用F1中的灰身长翅的雄果蝇和黑身残翅的雌果蝇进行杂交，后代中只出现了两种亲本类型，黑身残翅和灰身长翅。•完全连锁：灰身长翅黑身残翅由于F1杂合雄蝇（BbVv)只产生两种类型的配子，数目相等，所以用双隐性雌蝇测交的后代，只能有两种表现型，比例为1:1(2)不完全连锁（incompletelinkage）是指同一同源染色体上的两个非等位基因并不总是连系在一起遗传的现象，测交后代中大部分为亲本类型，少部分为重组类型的现象。不完全连锁F1不仅产生亲型配子，也产生重组型配子。•不完全连锁：灰身长翅黑身残翅当两对非等位基因为不完全连锁时，F1不仅产生亲本型配子也产生重组型配子。灰身长翅灰身残翅黑身长翅黑身残翅1．交换：同源染色体非姊妹染色单体间基因的互换。2．交换的过程：杂种减数分裂时期(前期I的粗线期)。3．根据染色体细胞学行为和基因位置上的变化关系可以说明连锁和交换的实质。6.交换与不完全连锁的形成••●问题提出：•重组型的配子如何产生的？为什么重组率总是少于50%？•回答这些问题，就必须从减数分裂过程中非姊妹染色单体之间发生的交换谈起。ShCshc二分体ShCShCShCShCShCshcshcshcshcshcshCShcCShCShCShcShCshcshcshcsh四分体全部亲本型1/2亲型1/2重组型F1交换交换F1新新新abABbaBAbaBABABAbabaababABABabbAaBAB双线期二分体四分体全部亲本型1/2亲本型1/2重组型BAbAaBab由于发生了交换而引起同源染色体间非等位基因的重组，打破原有的连锁关系，因而表现出不完全连锁。所谓交换，是指同源染色体的非姊妹染色单体之间的对应片段的交换，从而引起相应基因间的交换与重组。交换都发生在同源染色体相靠近的非姊妹染色体之间，而另外两条不交换。一部分染色体交换发生在连锁基因之内，产生重组配子→1/2重组、1/2亲型配子；另一部分交换发生在连锁基因之外，产生非重组配子。所以重组型配子自然少于50%。举例：假定在杂种的100个孢母细胞内，有7个交换发生在基因之内，其他93个交换发生在两连锁基因之外，交换后的情况见表。ShCshc亲本型配子重组型配子总配子数CShcshCshcSh93个孢母细胞在连锁186186区段内不发生交换93×4=372个配子7个孢母细胞在连锁7777区内发生交换7×4=28个配子40019319377亲本组合=（193+193）/400×100%=96.5%重新组合=（7+7）/400×100%=3.5%重组率（3.5%）等于发生基因之内交换的孢母细胞的百分数一半。7.连锁遗传的细胞学基础在减数分裂过程中，位于同一染色体上距离靠近的两个基因，在基因分离时有保持在一起的倾向;同一染色体上两个基因发生的部分连锁是减数分裂过程通过出现交换使它们彼此分开的结果;由于交换发生在同源染色体的两个非姐妹染色单体之间，因此任何一个交换只涉及一对同源染色体上4条染色单体中的两条染色单体，所以重组型配子自然少于50%。根据连锁遗传的关系，一个生物的一系列基因座位可以划分为若干个连锁群（linkagegroup）：在染色体中具有不同的连锁程度并按线性顺序排列的一组基因座位。基因座位的连锁关系可以通过重组率来分析。一个生物连锁群的数目通常与染色体的对数是一致的，即与二倍体生物中的单倍体染色体数目相同。8.连锁群4.2遗传图的构建每个基因在染色体上通常有固定的座位（locus）。遗传作图的主要任务就是要测定基因座位在染色体上的排列顺序和相互间的遗传距离。大多数基因很难直接识别，因此通常利用容易识别的遗传标记来构建遗传图，把基因组的“版图”测绘出来，以便通过遗传图从基因组中找到所需要的基因。1.连锁分析(1)两点测验两点测验（two-pointtestcross）是测定标记间距离的基本方法。这种方法是通过一次测交来确定两个标记之间的重组率。两点测验只能测定两标记之间的距离，但不能确定标记的排列顺序。白眼小翅wmwmwm野生型++wm++wm+m+m红眼小翅wmw+w+白眼大翅359391439352218237235210750791455445亲本型：1541重组型：900总数：2441野生型wm++wm白眼小翅wmwm(白眼小翅)++野生型××亲本F1F2(红眼大翅)突变型在2441只F2果蝇中，900只（36.9%）表现为重组的表现型。由此计算出果蝇白眼（w）和小翅（m）两个基因之间的重组率为36.9%。两点测验的局限性•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（three-pointtestcross）是通过一次杂交和一次用隐性亲本测交，同时确定三个基因之间的遗传距离和排列顺序的方法。•采用三点测验可以达到两个目的：•一是纠正两点测验的缺点，使估算的交换值更加准确；二是通过一次试验同时确定三对连锁基因的位置(2)三点测验••指一次测交同时包括3个基因，同时考察3个基因的顺序。几个概念：重组与交换：重组是指基因的重新组合；交换是指染色体片段的交换。单交换和双交换：单交换是指在考察区域内发生了一次交换；双交换是指发生了两次交换。双交换的特点：双交换的比率最低：如果3个基因是自由组合的，则8种配子的比率为1：1：1：