第3章連鎖與交換

1、第三章 連鎖和交換定律 1906年，年，貝特生貝特生（Bateson W.）和和貝拉特貝拉特（Punnett R. C.）在）在香豌豆香豌豆的二對(duì)性狀雜交試驗(yàn)中的二對(duì)性狀雜交試驗(yàn)中 首先首先發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)性狀連鎖遺傳現(xiàn)象。性狀連鎖遺傳現(xiàn)象。貝特生（貝特生（18611926）：）：英國(guó)生物學(xué)家，英國(guó)生物學(xué)家，曾經(jīng)重復(fù)過(guò)孟德爾的實(shí)驗(yàn)曾經(jīng)重復(fù)過(guò)孟德爾的實(shí)驗(yàn)第一節(jié)第一節(jié) 性狀的連鎖遺傳性狀的連鎖遺傳 一、連鎖遺傳現(xiàn)象一、連鎖遺傳現(xiàn)象例一：例一：1906年時(shí)年時(shí)Bateson和和Punnett用香豌豆的兩對(duì)相對(duì)性用香豌豆的兩對(duì)相對(duì)性狀作雜交試驗(yàn)，狀作雜交試驗(yàn)，以上結(jié)果表明以上結(jié)果表明F2： 同樣出現(xiàn)四種表現(xiàn)型

2、；同樣出現(xiàn)四種表現(xiàn)型； 不符合不符合9:3:3:1； 親本組合數(shù)偏多，重新組合數(shù)偏少（與理論數(shù)相比）。親本組合數(shù)偏多，重新組合數(shù)偏少（與理論數(shù)相比）。 例二：例二：花斑、短毛兔與全色、長(zhǎng)毛兔雜交花斑、短毛兔與全色、長(zhǎng)毛兔雜交 P 花斑、短毛花斑、短毛(EnEnLL) 全色、長(zhǎng)毛全色、長(zhǎng)毛(enenll) F1 花斑、短毛花斑、短毛(EnenLl) 花斑、短毛花斑、短毛(EnenLl) F2 44花斑、短毛花斑、短毛 6花斑、長(zhǎng)毛花斑、長(zhǎng)毛 6全色、短毛全色、短毛 44全色、長(zhǎng)全色、長(zhǎng)毛毛 (En_L_ ) (En_ll)(enenL_ ) (enenll)二、二、連鎖遺傳現(xiàn)象的解釋連鎖遺傳現(xiàn)象

3、的解釋為什么為什么F2不表現(xiàn)不表現(xiàn)9:3:3:1的表現(xiàn)型分離比例的表現(xiàn)型分離比例? 采用白眼、黃體雌蠅采用白眼、黃體雌蠅(wwyy)與野生型紅眼、灰體與野生型紅眼、灰體（W WWYY）雄蠅雜交。雄蠅雜交。 wwyyWY/Y WwYywy/Y 測(cè)交測(cè)交 測(cè)交后代：測(cè)交后代： WwYy Wwyy wwYy wwyyP: F1: 實(shí)際比：實(shí)際比：49.3%25.0%0.70%25.0%理論比：理論比：49.3%25.0%0.70%25.0% 純合白色卷羽雞與純合有色常羽雞相雜交，并以純合白色卷羽雞與純合有色常羽雞相雜交，并以其其F1與雙隱性親本進(jìn)行測(cè)交。與雙隱性親本進(jìn)行測(cè)交。 白色卷羽白色卷羽 II

4、FF 有色常羽有色常羽 iiff IF if 白色卷羽白色卷羽IiFf 有色常羽有色常羽iiff IF If iF if if PF1配子配子類型配子類型 IiFf = 白色卷羽白色卷羽15只，只，iiff = 有色常羽有色常羽12只，只， Iiff = 白色常羽白色常羽 4只，只，iiFf = 有色卷羽有色卷羽 2只。只。測(cè)交后代測(cè)交后代（測(cè)交） Morgan Morgan認(rèn)為：由于控制果蠅的兩對(duì)等位基因認(rèn)為：由于控制果蠅的兩對(duì)等位基因處于同一對(duì)染色體上。兩個(gè)決定野生型的基因處于同一對(duì)染色體上。兩個(gè)決定野生型的基因(WY)(WY)染色體上，兩個(gè)突變型的基因染色體上，兩個(gè)突變型的基因(wy)(

5、wy)在同源染色體在同源染色體另一條上，它們常連在一起遺傳。另一條上，它們常連在一起遺傳。 但是，也有少數(shù)比例的染色體上的基因之間但是，也有少數(shù)比例的染色體上的基因之間發(fā)生了相互交換，形成了兩種新的配子類型，所發(fā)生了相互交換，形成了兩種新的配子類型，所以測(cè)交后代出現(xiàn)四種類型，兩種重組型比例比親以測(cè)交后代出現(xiàn)四種類型，兩種重組型比例比親組型比例小得多。組型比例小得多。 上述現(xiàn)象表明：親本中原來(lái)連在一起的兩個(gè)不同性狀上述現(xiàn)象表明：親本中原來(lái)連在一起的兩個(gè)不同性狀(或兩個(gè)不同的基因或兩個(gè)不同的基因)在在F2中往往有連在一起遺傳的傾向，中往往有連在一起遺傳的傾向，這種現(xiàn)象就稱為這種現(xiàn)象就稱為連鎖連鎖（

6、linkage）遺傳現(xiàn)象遺傳現(xiàn)象。 自由組合與連鎖的差別：自由組合與連鎖的差別：自由組合自由組合連鎖連鎖不同源的染色體不同源的染色體 同源的染色體同源的染色體 染色體間重組染色體間重組 染色體內(nèi)重組染色體內(nèi)重組 受染色體對(duì)數(shù)的限制受染色體對(duì)數(shù)的限制 染色體本身長(zhǎng)度的限制染色體本身長(zhǎng)度的限制第二節(jié)第二節(jié) 交換的機(jī)理交換的機(jī)理 交換交換( (crossover)： 在減數(shù)分裂過(guò)程中，同源染色體的非姊妹染在減數(shù)分裂過(guò)程中，同源染色體的非姊妹染色單體之間的對(duì)應(yīng)片段的互換，從而引起相應(yīng)基色單體之間的對(duì)應(yīng)片段的互換，從而引起相應(yīng)基因間的互換與重組，又稱為互換。因間的互換與重組，又稱為互換。 一、互換的特性

7、一、互換的特性v某一染色體上基因座位是線性順序排列；某一染色體上基因座位是線性順序排列； v雜合子上某一基因座位的兩個(gè)等位基因在同源染色體上占據(jù)雜合子上某一基因座位的兩個(gè)等位基因在同源染色體上占據(jù)相應(yīng)的位置；相應(yīng)的位置； v互換包括兩條同源染色體中每一條的斷裂和某些部位的互換；互換包括兩條同源染色體中每一條的斷裂和某些部位的互換；v互換在減數(shù)分裂前期互換在減數(shù)分裂前期同源染色體聯(lián)會(huì)時(shí)出現(xiàn)；同源染色體聯(lián)會(huì)時(shí)出現(xiàn)；v具有連鎖基因重新組合的染色體的形成是由于兩個(gè)座位間的具有連鎖基因重新組合的染色體的形成是由于兩個(gè)座位間的地方出現(xiàn)交換的結(jié)果地方出現(xiàn)交換的結(jié)果；v兩個(gè)座位出現(xiàn)交換的概率隨著兩者距離延長(zhǎng)而

8、增加。兩個(gè)座位出現(xiàn)交換的概率隨著兩者距離延長(zhǎng)而增加。二、互換的細(xì)胞學(xué)證據(jù)二、互換的細(xì)胞學(xué)證據(jù) 在在減數(shù)分裂前期，配對(duì)的同源染色體中非姐妹染減數(shù)分裂前期，配對(duì)的同源染色體中非姐妹染色單體間出現(xiàn)交叉纏繞的現(xiàn)象色單體間出現(xiàn)交叉纏繞的現(xiàn)象-交叉交叉（chiasma）現(xiàn)）現(xiàn)象。交換導(dǎo)致同源染色體在雙線期分開時(shí)出現(xiàn)的。象。交換導(dǎo)致同源染色體在雙線期分開時(shí)出現(xiàn)的。核核 心：心：交換是交叉的結(jié)果，而不是交叉的原因。交換是交叉的結(jié)果，而不是交叉的原因。1、交叉型假說(shuō)（、交叉型假說(shuō)（chiasmatype hypothesis，Janssens 1909 )由圖可看出：由圖可看出：u交換是相等的；交換是相等的；u

9、交換發(fā)生在交換發(fā)生在第一次第一次減數(shù)分裂的雙線期減數(shù)分裂的雙線期 ，即非姐妹染色單體間；即非姐妹染色單體間；u在連鎖的基因間每在連鎖的基因間每發(fā)生一個(gè)交叉，只有發(fā)生一個(gè)交叉，只有一半的重組類型。一半的重組類型。PF1(復(fù)制)同源染色體聯(lián)會(huì)(偶線期)非姊妹染色單體交換(偶線期到雙線期)終變期 四分體 三、重組率三、重組率 重組率重組率（recombination frequency，RF):重組型配子重組型配子（互換型配子）數(shù)占總配子數(shù)的比例。即測(cè)交子代中（互換型配子）數(shù)占總配子數(shù)的比例。即測(cè)交子代中出現(xiàn)的重組類型的頻率，又稱為互換值。出現(xiàn)的重組類型的頻率，又稱為互換值。 重組率重組率（RF)=

10、 重組合配子重組合配子親組合配子親組合配子+重組合配子重組合配子0重組率重組率50%重組率的大小重組率的大小重組率為重組率為0時(shí)時(shí)基因連鎖緊密基因連鎖緊密無(wú)重組現(xiàn)象發(fā)生無(wú)重組現(xiàn)象發(fā)生完全連鎖完全連鎖重組率接近于重組率接近于50時(shí)時(shí)連鎖強(qiáng)度非常小連鎖強(qiáng)度非常小有可能屬于獨(dú)立有可能屬于獨(dú)立分配遺傳分配遺傳重組率的影響因素重組率的影響因素v兩個(gè)非等位的連鎖基因在染色體上的距離（最根本的決定因素）兩個(gè)非等位的連鎖基因在染色體上的距離（最根本的決定因素） v染色體干涉染色體干涉 v受生物性別、年齡和一些理化因素的影響受生物性別、年齡和一些理化因素的影響 四、完全連鎖和不完全連鎖四、完全連鎖和不完全連鎖

11、不完全連鎖的規(guī)律不完全連鎖的規(guī)律： 同種生物中，不同的連鎖性狀之間的重組率是不同的。同種生物中，不同的連鎖性狀之間的重組率是不同的。 同種生物，同一連鎖組中的性狀在條件相似的情況下重組同種生物，同一連鎖組中的性狀在條件相似的情況下重組率是一致的。率是一致的。五、相引相與相斥相五、相引相與相斥相 在連鎖中，有時(shí)兩個(gè)非等位的顯性基因在同一條染在連鎖中，有時(shí)兩個(gè)非等位的顯性基因在同一條染色體上，色體上，它它們相對(duì)的兩個(gè)非等位的隱性基因在它們的另們相對(duì)的兩個(gè)非等位的隱性基因在它們的另一條染色體上的連鎖形式。一條染色體上的連鎖形式。（AB/ab-AB位于同一染色位于同一染色體上，而體上，而ab位于其同源

12、染色體上）位于其同源染色體上）在連鎖中，有時(shí)一個(gè)顯性基因和一個(gè)非等位的隱性基在連鎖中，有時(shí)一個(gè)顯性基因和一個(gè)非等位的隱性基因位于同一染色體上，而它們相對(duì)應(yīng)的隱性基因和顯性基因位于同一染色體上，而它們相對(duì)應(yīng)的隱性基因和顯性基因位于另一條同源染色體上的連鎖形式。因位于另一條同源染色體上的連鎖形式。 （Ab/aB -Ab位位于同一染色體上，而于同一染色體上，而aB位于其同源染色體上）位于其同源染色體上） 六、互換的分子機(jī)制六、互換的分子機(jī)制 Holliday模型（模型（1964）：）： 內(nèi)切酶解開兩個(gè)親代內(nèi)切酶解開兩個(gè)親代DNA分子中每一條單鏈（裂解）分子中每一條單鏈（裂解） 被置換的片段與其配對(duì)段

13、互換，被置換的片段與其配對(duì)段互換，同源染色體完整的互補(bǔ)段作堿基配對(duì)同源染色體完整的互補(bǔ)段作堿基配對(duì)第三節(jié)第三節(jié) 基因定位和連鎖圖基因定位和連鎖圖一、基因定位一、基因定位 (gene location/localization) 重組率與重組率與遺傳距離的關(guān)系遺傳距離的關(guān)系1、兩點(diǎn)三次定位法、兩點(diǎn)三次定位法例以例以烏骨雞為例烏骨雞為例：羽毛顏色：羽毛顏色： 白色白色- I - I ； 有色有色- i - i 毛冠：毛冠： 毛冠毛冠- Cr- Cr； 非毛冠非毛冠- cr - cr 羽形：羽形： 卷羽卷羽- F ； 正常羽正常羽- f ICr/ICr icr/icr ICr/icr icr/icr

14、 重組率重組率=（14+16）/107+103+14+16*100% = 12.5%ICr/icr（107），），Icr/icr（14），），iCr/icr（16），），icr/icr（103）(1)(2) IF/IF if/if (3) CrF/CrF crf/crf CrF/crf crf/crf 重組率重組率 = 29.5%IF/if if/if重組率重組率 = 17%IF基因基因 17.0分摩分摩ICr基因基因 12.5分摩分摩CrF基因基因 29.5分摩分摩 ICrF12.517.029.52、三點(diǎn)一次定位法、三點(diǎn)一次定位法優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 一次三點(diǎn)實(shí)驗(yàn)中得到的三個(gè)重組值是在同一基因型一

15、次三點(diǎn)實(shí)驗(yàn)中得到的三個(gè)重組值是在同一基因型背景，同一環(huán)境條件下得到的；背景，同一環(huán)境條件下得到的； 通過(guò)三點(diǎn)一次測(cè)驗(yàn)可以得到雙交換資料；通過(guò)三點(diǎn)一次測(cè)驗(yàn)可以得到雙交換資料； 當(dāng)三個(gè)基因位點(diǎn)中有兩個(gè)位點(diǎn)的距離相當(dāng)當(dāng)三個(gè)基因位點(diǎn)中有兩個(gè)位點(diǎn)的距離相當(dāng)“接近接近”時(shí)，三點(diǎn)一次定位法比兩點(diǎn)三次定位法判斷三個(gè)基因時(shí)，三點(diǎn)一次定位法比兩點(diǎn)三次定位法判斷三個(gè)基因的順序準(zhǔn)確。的順序準(zhǔn)確。 局限性：局限性：三點(diǎn)一次測(cè)驗(yàn)法不易得到三雜合體（三點(diǎn)一次測(cè)驗(yàn)法不易得到三雜合體（trihybrid）。）。 常染色體上的基因定位常染色體上的基因定位 例如：烏骨雞的三個(gè)非等位基因例如：烏骨雞的三個(gè)非等位基因 P: : ICr

16、F/ICrF icrf/icrf F1: : ICrF/icrf icrf/icrf Fb1: : 白、白、 毛、卷毛、卷 ICrF/icrf 361 有色、非、正有色、非、正 icrf/icrf 332 白、白、 非、卷非、卷 IcrF/icrf 59 有色、毛、正有色、毛、正 iCrf/icrf 64 白、白、 毛、正毛、正 ICrf/icrf 85 有色、非、卷有色、非、卷 icrF/icrf 82 ICrF12.517.029.5ICrCrFIFICrF/icrf361icrf/icrf332IcrF/icrf 59iCrf/icrf64ICrf/icrf85 icrF/icrf82合

17、 計(jì)98312.50%29.50%17.00% 基因型 實(shí)際得數(shù)比例重組發(fā)生在17.00%12.50% 利用兩點(diǎn)測(cè)交或三點(diǎn)測(cè)交計(jì)算基因間的重組值，可以利用兩點(diǎn)測(cè)交或三點(diǎn)測(cè)交計(jì)算基因間的重組值，可以把許多基因按順序排列在染色體上，標(biāo)出各個(gè)基因的相對(duì)把許多基因按順序排列在染色體上，標(biāo)出各個(gè)基因的相對(duì)位置和基因間的距離，從而得到基因的位置和基因間的距離，從而得到基因的連鎖圖連鎖圖。或稱為。或稱為遺遺傳學(xué)圖（傳學(xué)圖（genetic map)。二、連鎖圖二、連鎖圖（linkage map)三、人類的連鎖圖三、人類的連鎖圖 染色體畸變?nèi)旧w畸變 標(biāo)志染色體標(biāo)志染色體 體細(xì)胞雜交體細(xì)胞雜交 分子原位雜交分子原位雜交 四、連鎖群和染色體四、連鎖群和染色體 凡是位于一對(duì)同源染色體上的基因群，都稱為凡是位于一對(duì)同源染色體上的基因群，都稱為一個(gè)連鎖群一個(gè)連鎖群(linkage group)。連鎖群的數(shù)目連鎖群的數(shù)目=單倍體染色體數(shù)目單倍體染色體數(shù)目五、連鎖定律的理論和實(shí)踐意義五、連鎖定律的理論和實(shí)踐意義 理論意義理論意義： v連鎖定律不僅證明了一個(gè)染色體上可以有很多基因，而且證明了基連鎖定律不僅證明了一個(gè)染色體上可以有很多基因，而且證明了基因按照一定順序呈直線排列其上的更高級(jí)的結(jié)構(gòu)。因按照一定順序呈直線排列其上的更高級(jí)的結(jié)構(gòu)。v連鎖基因之間的交換和基因的自由組合，