高中生物競賽 第五章 連鎖遺傳分析與染色體作圖課件

第五章連鎖遺傳分析與染色體作圖GeneticLinkageandChromosomalMapping基本概念在減數(shù)分裂時同源染色體之間的交換導(dǎo)致了遺傳重組的發(fā)生。一個交叉就是交換的位點(diǎn)。遺傳重組的證據(jù)是在減數(shù)分裂中發(fā)現(xiàn)交換時細(xì)胞學(xué)標(biāo)記發(fā)生重組，遺傳學(xué)標(biāo)記也發(fā)生重組。交換是一個交互事件，發(fā)生在減數(shù)分裂前期I染色體形成二價體的階段。重組是交換的結(jié)果，但交換并不一定引起重組，如兩標(biāo)記間發(fā)生偶數(shù)次重組，標(biāo)記并不發(fā)生重組。兩個染色體之間發(fā)生一次交叉可以阻止相鄰位置第二次交叉的發(fā)生，這個現(xiàn)象稱為交叉干涉。5.1基因連鎖的發(fā)現(xiàn)1905年,W.Bateson和R.C.Punnet研究了香豌豆兩對性狀的遺傳。一對是花的顏色,紫花對紅花為顯性，一對是花粉形狀，長形對圓形為顯性。紫長PPLL×紅圓ppll紫長PpLl紫長紫圓紅長紅圓P_L_P_llppL_ppll觀察數(shù)284212155按孟德爾理論數(shù)215717124花色和花粉形狀分離比符合3:1，表明都是由單基因控制的，但不符合兩對因子的分離比9:3:3:1紫圓PPll×紅長ppLL紫長PpLl紫長紫圓紅長紅圓P_L_P_llppL_ppll觀察數(shù)22695971按孟德爾理論數(shù)235.878.578.526.2結(jié)果和前次的相近，仍不符合孟德爾定律，親本組合比理論數(shù)多，重組組合比理論數(shù)少。Punnet

認(rèn)為似乎兩對基因在雜交子代中的組合并不是隨機(jī)的，而是原來屬于同一親本的兩個基因更傾向于進(jìn)入同一配子，此叫做相引(coupling)，原來屬于不同親本的兩個基因之間在形成配子時相互排斥，稱為相斥(repulsion)。當(dāng)兩個非等位基因a和b處在一個染色體上，而在其同源染色體上帶有野生型A、B時，這些基因被稱為處于相引相(couplingphase)(AB/ab)；若每個同源染色體上各有一個突變基因和一個野生型基因，則稱為相斥相(repulsionphase)(Ab/aB)。1910年,Morgan和Bridges用果蠅進(jìn)行了大量的雜交實(shí)驗(yàn)，提出了連鎖交換定律，被后人譽(yù)為遺傳的第三定律。♀紅長

×♂紫殘

PPVVppvv紅長PpVv×♂紫殘ppvv紅長

紫殘紅殘紫長PpVvppvvPpvvppVv13391195151154果蠅紅眼對紫眼為顯性，長翅對殘翅為顯性♀紅殘

×♂紫長

PPVVppvv紅長PpVv×♂紫殘ppvv紅長

紫殘紅殘紫長PpVvppvvPpvvppVv1571469651067結(jié)果同Bateson等一樣，都是親本組合多于理論數(shù)，重組組合少于理論數(shù)，存在相引和相斥的現(xiàn)象。pvpvPPVVPpvPV配子PVpvF1兩對位于同一染色體上等位基因的簡單遺傳pvPVPVpvpPvV減數(shù)分裂中染色體的交換親代染色體減數(shù)分裂交換的染色體染色體交換連鎖交換規(guī)律處在同一染色體的兩個或兩個以上的基因遺傳時，聯(lián)合在一起的頻率大于重新組合的頻率。重組類型的產(chǎn)生是由于配子形成過程中，同源染色體的非姐妹染色單體間發(fā)生了局部交換的結(jié)果。連鎖和交換的重組稱為染色體內(nèi)重組(intra-chromosomalrecombination)，因染色體自由組合而產(chǎn)生的重組稱為染色體間重組(inter-chromosomalrecombination)。5.2基因重組與染色體交換的證實(shí)1931年,McClintock和她的女博士生B.Creighton以玉米為材料進(jìn)行了一項(xiàng)試驗(yàn)，為染色體交換導(dǎo)致遺傳重組提供了第一個有力的證據(jù)。BarbaraMcclintock(1902-92)HarrietB.Creighton(1909-)9號染色體，色素基因C有色對c無色，非糯Wx對糯wxcWxCwx紐結(jié)(knob)來自第8號染色體的附加片段減數(shù)分裂配子cWxcwxCwxCWx×cWxCwxcWxcwxcWxcwxCwxCWxcWxcWxcWxcwxcwxcWxcwxcwxCWxcWxcwxCWxCwxcWxCwxcwxcWxcwx有色非糯在B.Creighton和McClintock的結(jié)果發(fā)表沒幾周，C.Stern又發(fā)表了果蠅實(shí)驗(yàn)的證據(jù)。CurtStern(1902-81)減數(shù)分裂配子c+C+Y染色體的易位片段缺失的片段cBC+CBcB果蠅X染色體，c為隱性突變，純合體為粉紅色，正常為紅色，B為顯性突變，表型為棒狀眼?！羉+c+C+cBc+C+CBcBc+C+C+c+CBCBc+c+c+c+cBcB5.3交換和重組值染色體內(nèi)重組是交換的結(jié)果，但交換不一定導(dǎo)致重組。兩基因間發(fā)生奇數(shù)次交換才導(dǎo)致重組。不能進(jìn)行自由組合的基因群稱為連鎖群(linkagegroup)，排列在同一條染色體上及其同源染色體上的基因?qū)儆谕贿B鎖群。一個二倍體生物的連鎖群數(shù)應(yīng)和其染色體對數(shù)相等。在少數(shù)的生物中如雄果蠅和雌家蠶都不發(fā)生重組，稱為完全連鎖。1922年英國的J.B.S.Haldane提出，凡較少發(fā)生交換的個體必定是異配性別個體?；蜷g的距離越長，發(fā)生交換的機(jī)會越多，因此交換值(crossing-overvalue)

的大小可以用來表示基因間距離的長短。但由于無法直接測定交換率，只有通過基因的重組率(recombinationfrequency)來估計交換頻率。重組頻率(RF)=重組型配子數(shù)目/(親組型配子數(shù)目+重組型配子數(shù)目)。單位是圖距單位m.u.(mapunit)或厘摩(centimorgan,cM)。有時雖發(fā)生了交換(如雙交換)，但沒有導(dǎo)致重組，因此，重組值并不完全等于交換值,而是重組值交換值。在圖距10以內(nèi)曲線近似直線，重組率幾乎等于交換率，可直接看作是圖距。當(dāng)圖距大于10時，重組率總是小于交換率，不能直接被看作為圖距，必須加雙交換的值予以校正。重組率最大值不可能超過50%。Haldane圖譜函數(shù),示交換值和真實(shí)圖距的關(guān)系每次減數(shù)分裂產(chǎn)生的平均交換值50100150200相應(yīng)的圖距單位觀察到的重組值RF(%)重組率測定玉米籽粒的糊粉層顏色基因C和飽滿度基因Sh是連鎖的。雜交親本為相引相時，有如下結(jié)果：有色飽滿×無色凹陷CSh/CShcsh/csh×無色凹陷csh/csh有色飽滿

有色凹陷無色飽滿無色凹陷CSh/cshCsh/cshcSh/cshcsh/csh40321491524035有色飽滿CSh/csh重組型重組率RF=301/8368=3.6%5.4基因定位與染色體作圖5.4.1基因直線排列原理及相關(guān)概念基因定位(genemapping)：根據(jù)重組值確定不同基因在染色體上的相對位置和排列順序的過程。染色體圖(chromosomemap)：又稱基因連鎖圖(linkagemap)或遺傳圖(geneticmap)。依據(jù)基因之間的交換值(或重組值)，確定連鎖基因在染色體上的相對位置而繪制的一種簡單線性示意圖。圖距(mapdistance)：1%重組值(交換值)去掉其百分率的數(shù)值定義為一個圖距單位(mapunit,mu)，后人為了紀(jì)念現(xiàn)代遺傳學(xué)的奠基人Morgan，將圖距單位稱為厘摩(centimorgan,cM)，1cM=1%重組值去掉%的數(shù)值。任何3個距離較近的a,b,c連鎖基因，若已分別測得a,b和b,c間的距離，那么a,c間的距離，就必然等于前二者距離的和或差。這就是摩爾根學(xué)生A.H.Sturtevant第一次提出的基因的直線排列原理。AlfredH.Sturtevant1891-1970在果蠅X染色體上，除白眼(w)、黃體(y)基因外，還有隱性的粗脈翅(bi)基因，經(jīng)測交得知bi—w的交換值為5.3%(5.3cM)，w—y的距離為1.1cM，那么bi—y的距離究竟是多少？從理論上推測，這取決于w、y、bi這三個基因在X染色體上的排列順序，它們不外乎下列兩種方式:(1)w—y—bi或(2)y—w—bi。決定哪一種是合理的排列就必須測定bi—y的交換值。測交的結(jié)果為5.5%(5.5cM)。這樣經(jīng)過3次兩點(diǎn)測交(two-pointtestcross)，就可把第(2)種排列關(guān)系確定下來。5.4.2三點(diǎn)測交(three-pointtestcross)與染色體作圖為了進(jìn)行基因定位，摩爾根和他的學(xué)生Sturtevant改進(jìn)了上述兩點(diǎn)測交，創(chuàng)造了三點(diǎn)測交方法，即將3個基因包括在同一次交配中。進(jìn)行這種測交，一次實(shí)驗(yàn)就等于3次兩點(diǎn)試驗(yàn)。已知在果蠅中棘眼(ec)、截翅(ct)和橫脈缺失(cv)這3個隱性突變基因都是X連鎖的。把棘眼、截翅個體與橫脈缺失個體交配,得到3個基因的雜合體ecct+/++cv(ec、ct、cv的排列不代表它們在X染色體的真實(shí)順序)，取其中3雜合體雌蠅再與3隱性體ecctcv/Y雄蠅測交，測交后代如下表。序號表型實(shí)得數(shù)1ecct+2125親本型2++cv22073ec+cv273單交換I型4+ct+2655ec++217單交換II型6+ctcv2237+++5雙交換型8ecctcv3合計5318ecct+/++cv×ecctcv/Y測交后代數(shù)據(jù)結(jié)果分析1、歸類2、確定正確的基因順序用雙交換型與親本類型相比較，發(fā)現(xiàn)改變了位置的那個基因一定是處于中央的位置，因?yàn)殡p交換的特點(diǎn)是旁側(cè)基因的相對位置不變，僅中間的基因發(fā)生變動。于是可以斷定這3個基因正確排列順序是eccvct。親本型ecct+++cv雙交換型+++ecctcv3、計算重組值，確定圖距(1)、計算ct—cv的重組值忽視表中第一列(ec/+)的存在，將它們放在括弧中，比較第二、三列：(ec)ct+2125非重組(+)+cv2207(ec)+cv273非重組(+)ct+265(ec)++217重組(+)ctcv223(+)++5重組(ec)ctcv3ct—cv間重組率=(217+223+5+3)/5318=0.084=8.4%=8.4cM3、計算重組值，確定圖距(2)、計算ec—cv的重組值忽視表中第二列(ct/+)的存在，將它們放在括弧中，比較第一、三列：ec(ct)+2125非重組+(+)cv2207ec(+)cv273重組+(ct)+265ec(+)+217非重組+(ct)cv223+(+)+5重組ec(ct)cv3ec—cv間重組率=(273+265+5+3)/5318=10.2%=10.2cM3、計算重組值，確定圖距(3)、計算ec—ct的重組值忽視表中第三列(+/cv)的存在，將它們放在括弧中，比較第一、二列：ecct(+)2125非重組++(cv)2207ec+(cv)273重組+ct(+)265ec+(+)217重組+ct(cv)223++(+)5非重組ecct(cv)3ec—ct間重組率=(273+265+217+223)/5318=18.4%=18.4cM4、繪染色體圖eccvct10.28.418.418.6在計算ec—cv和cv—ct的重組值時都利用了雙交換值，可是計算ec—ct時沒把它計在內(nèi)，因?yàn)樗鼈冮g雙交換的結(jié)果并不出現(xiàn)重組。所以ec—ct之間的實(shí)際雙交換值應(yīng)當(dāng)是重組值加2倍雙交換值。即18.4%+2×0.1%=18.6%。當(dāng)三點(diǎn)測交后代出現(xiàn)8種表型時,表明有雙交換發(fā)生,此時需用2倍雙交換值來作校正。若3個基因相距較近，往往不出現(xiàn)雙交換類型,后代只有6種表型,無需校正。5、資料整理表型實(shí)得數(shù)比例重組發(fā)生在ec—cvcv—ctec—ctec+ct212581.5%+cv+2207eccv+27310.1%++ct265ec++2178.3%+cvct223+++50.1%eccvct3總計5318110.2%8.4%18.4%親本的基因型為：ec+ctec+ct+cv+×ec+ct+cv+×eccvct0.01.030.733.757.6ywvmrSturtevant在1913年繪制的第一張基因連鎖圖(果蠅X染色體)(括號內(nèi)為現(xiàn)在較為精確的數(shù)據(jù))y:黃體w:白眼v:辰砂眼m:小翅r:斜截翅(1.5)(33.0)(36.1)(54.5)染色體作圖每個基因的位置是用從一組連鎖基因的一端算起的圖距來表示。一般以最左端的基因位置為0，其他基因的位置通過它與最鄰近的基因間的重組率之和來確定。隨著研究的進(jìn)展，發(fā)現(xiàn)有新的基因在更左端時，就把0點(diǎn)的位置讓位給新的