真核生物的遺傳分析

第六章

真核生物的遺傳分析目前一頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點第一節(jié)

真核生物基因組一、C值悖理二、N值悖理三、真核生物基因組DNA序列的復雜度目前二頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點

?

基因組(genome)：一個物種單倍體的染色體數(shù)目及其所攜帶的全部基因稱為該物種的基因組。

一、C值悖理

含有一個染色體組的細胞目前三頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點6-125000目前四頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點?

C值(CValue)

：一個物種單倍體基因組的DNA含量是相對恒定的，它通常稱為該物種DNA的C值。最小的C值:支原體(106bp)最大的C值:顯花植物、兩棲動物(1011bp)?C值是生物種的一個特征，不同生物之間差別很大。?

生物結構和功能復雜程度增加,需要的基因數(shù)目和基因產(chǎn)物的種類也越多,因而C值越大。目前五頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點目前六頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點7-1不同門類生物的C值分布(仿B.Lewin,2000)哺乳類硬骨魚類

兩棲類顯花植物Go支軟骨魚類

目前七頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點

?

C值悖理(Cvalueparadox):

C值的大小不能完全說明生物進化的程度和遺傳復雜性的高低，即物種的C值和它進化復雜性之間沒有嚴格的對應關系，這種現(xiàn)象稱為C值悖理，或C值佯謬。高等生物的C值不一定高于比它低等的生物目前八頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點

C值悖理表現(xiàn)在兩個方面★

結構與功能相似的同一類生物之間的C值差別很大，或低等生物的C值較高等生物的C值高很多;兩棲類、被子植物不同種之間C值差異很大；肺魚比人C值高出100倍↑與預期的編碼蛋白質的基因數(shù)目相比，基因組DNA的含量過多。★目前九頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點C值悖理現(xiàn)象？真核生物基因組必然存在大量不編碼基因產(chǎn)物的DNA序列？目前十頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點真核生物的基因組比較龐大

人：基因組共有3.16×109bp按1000個堿基編碼一種蛋白質計算，理論上應有約300萬個基因，實際大約只有2.5萬個。

非結構基因的DNA序列的功能？C值巨大差異在進化中的意義？目前十一頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點對C值悖理的解釋Petroy:

各種生物基因組的大小是由于基因組中長期積累起來的過量非編碼DNA被清除的速率不同所造成的結果，即DNA丟失的速率愈慢，基因組DNA含量越高。目前十二頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點N值(N

value):

一個物種基因組的基因數(shù)目稱為N值。

二、N值悖理

N值悖理(N

valueparadox):生物的基因數(shù)目與生物在進化樹上的位置不存在正相關的事實稱為N值悖理，或N值佯謬。人：2.5萬果蠅：1.4萬線蟲：2.0萬目前十三頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點N值悖理現(xiàn)象說明：

生物體的復雜性不僅僅是基因數(shù)目的函數(shù)，隨著生物復雜性的增加，基因的大小和基因結構的復雜性亦增加。如：復雜的生物存在機制能使一個基因產(chǎn)生多個蛋白質分子，滿足生理功能的需要。生物的復雜性不能僅用基因數(shù)目衡量，而應該用整個基因組的理論上的轉錄物組衡量。目前十四頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點

三、真核生物基因組DNA序列的復雜度

?重復序列的檢測方法：通過復性動力學檢測基因組DNA序列的復雜性。即通過DNA的變性和復性反應的動力學過程分析DNA序列的性質。如果基因組中每一種基因只有一個，即都是單拷貝序列，那么基因組愈大則基因組的復雜性愈大，復性速率愈小。單拷貝序列中度重復序列高度重復序列目前十五頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點DNA復性的影響因素DNA序列的復雜性初始濃度片段大小溫度離子強度目前十六頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點

真核生物DNA序列的類別

1.單拷貝序列(uniquesequence)：

亦稱非重復序列(nonrepetitivesequence),在一個基因組中只有一個拷貝或2-3個拷貝。結構基因大多是單拷貝;單拷貝基因具高度表達能力；不是所有單拷貝序列都編碼多肽鏈。目前十七頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點目前十八頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點2.中度重復序列(moderatelyrepetitivesequence)：

中度重復序列中的重復單位平均長度約300bp,重復次數(shù)為10～102。多為非編碼序列，也有編碼基因產(chǎn)物的，如人珠蛋白基因；復性速度比單拷貝順序快，比高度重復順序慢。

目前十九頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點3.高度重復序列(highlyrepetitivesequence)：在基因組中的拷貝數(shù)一般在106以上。通常這些序列的長度為6～200bp，如衛(wèi)星DNA。大部分集中在異染色質區(qū);復性速度很快;無轉錄能力；多數(shù)高等真核生物含20％以上高度重復序列；重復序列的確切生物學意義有待闡明。

目前二十頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點高度重復順序的功能①

維持染色體結構許多反向重復序列是一些蛋白質與DNA的結合位點。②調節(jié)基因表達參與基因表達調控的DNA的重復順序可以轉錄到核內(nèi)不均一RNA（hnRNA）分子中，并形成發(fā)夾結構，這對穩(wěn)定RNA分子，使其免遭分解有重要作用。

目前二十一頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點③參與轉位作用幾乎所有轉位因子的末端都包括反向重復順序，長度由幾個bp到1400bp，形成回文結構，在轉位作用中既能連接非同源的基因，又可以被參與轉位的特異酶所識別。目前二十二頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點④與進化有關不同種屬的高度重復順序，具有種屬特異性，但相近種屬又有相似性。如：人與非洲綠猴的α衛(wèi)星DNA長度僅差1個堿基（前者為171bp，后者為172bp），而且堿基序列有65％是相同的，表明它們來自共同的祖先。目前二十三頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點⑤同一種屬中不同個體的高度重復順序的重復次數(shù)不一樣，這可以作為每一個體的特征，即DNA指紋。⑥衛(wèi)星DNA成簇的分布在染色體著絲粒附近，可能與減數(shù)分裂時染色體配對有關，即同源染色體之間的聯(lián)會可能依賴于具有染色體專一性的特定衛(wèi)星DNA順序。目前二十四頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點

DNA在氯化銫中作密度梯度離心，此時DNA分子將按其大小分布在離心管內(nèi)不同密度的氯化銫介質中，小的分子處于上層，大的分子處于下層；從管外看，不同層面的DNA形成了不同的條帶。

DNA分子的浮力密度取決于GC含量,

GC含量越高,浮力密度越大。

衛(wèi)星DNA(satelliteDNA)

目前二十五頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點衛(wèi)星DNA定義

是一類高度重復序列，通常由2-10bp組成重復單位串聯(lián)排列而成。由于其堿基組成（G-C含量）不同于其它部分，可用等密度梯度離心法將其與主體DNA分開，常在主體DNA帶的前面或后面形成次要小區(qū)帶，就像衛(wèi)星一樣圍繞著DNA主帶，因而稱為衛(wèi)星DNA。

目前二十六頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點CsCl離心目前二十七頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點衛(wèi)星DNA分類●人基因組中，衛(wèi)星DNA約占5-6％。按其浮力密度不同

Ⅰ

：1.687g/cm3

Ⅱ

：1.693g/cm3

Ⅲ

：1.697g/cm3

Ⅳ

：1.700g/cm3

按其重復單元的核苷酸的多少

小衛(wèi)星DNA(minisatelliteDNA)：幾百bp單元重復組成。微衛(wèi)星DNA(microsatelliteDNA)：由2-20bp重復上千次。目前二十八頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點●果蠅的衛(wèi)星DNA分為三類，都是由7bp單元重復形成：Ⅰ：5’ACAAACT3’Ⅱ：5’ATAAACT3’Ⅲ：5’ACAAATT3’●

蟹的衛(wèi)星DNA大部分為只有AT兩個堿基的重復順序組成。目前二十九頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點衛(wèi)星DNA位置●衛(wèi)星DNA分布于著絲粒附近的異染色質區(qū)。●衛(wèi)星DNA在染色體上的位置可以用放射性探針作DNA分子的原位雜交來鑒定。目前三十頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點第二節(jié)真菌類的四分子分析與作圖一、順序四分子的遺傳分析二、非順序四分子的遺傳分析目前三十一頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點單倍體世代：

無性繁殖（為主）二倍體世代：

有性繁殖（短暫）真菌的生活史無性繁殖：

成熟子囊孢子(n,性孢子)萌發(fā)→有絲分裂→菌絲體目前三十二頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點二倍體時期非常短暫，很快進行減數(shù)分裂→四分子→有絲分裂→8個單倍體子囊孢子→順序地排列在一個子囊中：一個子囊中的8個孢子是單一減數(shù)分裂的產(chǎn)物。有性繁殖:兩親本必須是不同交配型A，B，各自的無性子囊孢子落在不同交配型子實體的受精絲上→核融合→2n核。目前三十三頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點

(一)四分子與8子囊孢子

1.四分子(tetrad)：脈孢菌減數(shù)分裂形成的4個單倍體子囊孢子在一起，稱為四分子。2.八子囊孢子：四分子經(jīng)一次有絲分裂，每一成熟子囊中含8個孢子。

一、順序四分子的遺傳分析

目前三十四頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點

3.順序四分子(orderedtetrad)由于脈孢霉子囊非常狹窄，以致紡錘體不能重疊，減數(shù)分裂所產(chǎn)生的四分子只能縱立于其長軸之中順序直線排列，稱為順序四分子。目前三十五頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點

4.脈孢霉8子囊孢子的特點：8子囊孢子中鄰接的每對孢子具有相同基因型(有絲分裂產(chǎn)生)。即第1、2對子囊孢子分別來自一條染色體的姊妹染色單體；第3、4對子囊孢子分別來自其同源染色體的姊妹染色單體。目前三十六頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點

5.

順序四分子的作用：子囊中子囊孢子的嚴格對稱性質，證明減數(shù)分裂是一個交互過程(reciprocalprocess)?？梢园阎z粒作為一個座位(locus)，計算某一基因與著絲粒的重組率。證明雙交換不僅可以包括4線中的兩線，還可以包括一個二價體的三或四線?？梢詸z驗染色單體的交換是否有干涉現(xiàn)象。目前三十七頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點（二）著絲粒作圖(centromeremapping)

1.

概念:利用四分子分析法，以著絲粒作為一個座位，測定某一基因與著絲粒之間的距離，稱為著絲粒作圖。

2.

原理：在一對非姊妹染色單體間沒有發(fā)生著絲粒和某雜合基因間交換的減數(shù)分裂和發(fā)生了交換的減數(shù)分裂，其產(chǎn)物（四分子）中的等位基因在排列方式上是不同的。可通過順序四分子的排列方式直接觀察出來目前三十八頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點

如果著絲粒與某一對雜合基因之間未發(fā)生交換,則該基因與著絲粒不同步分離。此時，一對等位基因的分離為第一次分裂分離(first-divisionsegregation)

，即M1，形成非交換型子囊。指一對等位基因在第一次減數(shù)分裂時發(fā)生分離的現(xiàn)象目前三十九頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點第一次分裂分離（M1）及非交換型子囊的形成

●減Ⅰ時，同源染色體分離→A和a分離(分別進入兩個子細胞)。

●

減Ⅱ時，染色單體分離，A-A(a-a)分離，各自分別進入2個孢子。有絲分裂→8子囊孢子→呈(AAAAaaaa)或(aaaaAAAA)有序排列目前四十頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點

如果基因與著絲粒之間發(fā)生了交換,則該基因與著絲粒的分離同步。此時，一對等位基因的分離為第二次分裂分離(second-divisionsegregation)

，即M2，形成交換型子囊。指一對等位基因在第二次減數(shù)分裂時發(fā)生分離的現(xiàn)象目前四十一頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點

●若在減Ⅰ時，A-a之間發(fā)生了交換，使一條染色體的兩條姐妹染色單體分別帶有A和a，則盡管同源染色體分離，但兩個子細胞仍同時具有A和a—未分離。第二次分裂分離（M2）及交換型子囊的形成

●直到減Ⅱ姐妹染色單體分離，A和a才隨之各自進入一個子囊孢子中。有絲分裂→8子囊孢子呈兩兩相間排列(AAaaAAaa）或其鏡像排列（aaAAaaAA)一半四分子產(chǎn)物發(fā)生重組目前四十二頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點如果一對等位基因的分離發(fā)生在第一次減數(shù)分裂，則基因與著絲粒之間未發(fā)生重組；如果兩個基因的分離發(fā)生在第二次減數(shù)分裂，則說明基因與著絲粒之間發(fā)生了重組。

鑒別第一次或第二次減數(shù)分裂的分離,可根據(jù)8個子囊孢子基因型的排列順序。目前四十三頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點3.著絲粒距離的計算●染色體上兩個基因座的距離愈遠，發(fā)生重組的頻率愈高?！?/p>

MⅡ子囊所占比例越多，說明該基因和著絲粒的距離愈遠?！裼捎诿看螁谓粨Q只涉及4條染色單體中兩條，產(chǎn)生兩個重組型和兩個非重組型的染色單體，即一個子囊中只有半數(shù)孢子發(fā)生重組。因此在重組型子囊孢子中，只有兩對孢子交換位置，其余兩對維持原位。目前四十四頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點著絲粒與某一基因間RF=

×1/2×100%或：RF（著絲粒—基因）=×100%每個交換型子囊中，基因位點與著絲粒間發(fā)生一次交換，其中半數(shù)孢子是重組型(重組型配子)。因此，交換值（重組率RF）的計算公式為：目前四十五頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點4.著絲粒作圖實驗：

鏈孢霉突變型與表型：

原養(yǎng)型：子囊孢子按時成熟，子囊黑色。營養(yǎng)缺陷型：子囊孢子成熟慢，呈灰白色賴氨酸缺陷型(Lys-)與野生型(Lys+)雜交→二倍體雜合子(Lys+

/Lys-)。雜合子減數(shù)分裂后，子囊的黑色孢子和灰色孢子有6種可能的排列方式。目前四十六頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點表6-2Lys+×Lys-雜交子代子囊類型(1)(2)(3)(4)(5)(6)子囊類型++－－－－+++－+－－+－++－－+－++－子囊數(shù)105129951016分裂類型MⅠMⅠMⅡMⅡMⅡMⅡ非重組型重組型著絲粒-lys+基因的重組率=

×100%

7.3cM目前四十七頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點（三）兩個連鎖基因的作圖粗糙鏈孢酶有兩個突變型：煙酸依賴型(nic)----需在培養(yǎng)基中添加煙酸才能生長腺嘌呤依賴型(ade)----需在培養(yǎng)基中添加腺嘌呤才能生長

Pnic+×+ade

n++a(2n)

減數(shù)分裂36種不同組合可歸納為７種基本的子囊型忽略著絲粒在減數(shù)分裂中的隨機趨向造成的不同目前四十八頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點

PD：親二型（parentalditype)，2種基因型，都為親本型，包括①和⑤。

NPD：非親二型（non-parentalditype)：2種基因型，都為重組型，包括②和⑥。

T：四型（tetratype),

4種基因型，2親本2重組，包括③、④和⑦。表粗糙脈孢菌n+

×

+a

雜交結果子囊型（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）四分子基因型順序+a+an+n+++++nana+++an+na+ana++n++an++an+++na++na++na+an+分離發(fā)生時期M1M1M1M1M1M2M2M1M2M2M2M2M2M2四分子類型PDNPDTTPDNPDT實得子囊數(shù)80819059015目前四十九頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點分析方法：7種子囊型中的四個基因型次序是各不一樣的，分別由7種不同的交換方式而來。●分離發(fā)生的時期：分別判斷每一對基因分離發(fā)生的時期（M1或M2），用于計算基因與著絲粒的圖距。●兩個基因是否連鎖？

若連鎖，通過計算兩基因之間圖距以及每個基因與著絲粒之間圖距確定它們在染色體上的排序。對于該實驗結果的分析方法：目前五十頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點子囊型分類：只考慮性狀組合，不考慮孢子排列順序（即只考慮兩對基因間是否發(fā)生重組），用于計算兩對基因間的重組值。⑴親二型（PD）：兩種基因型，與親代相同。⑵非親二型（NPD）：兩種基因型，與親代不同。⑶四型（T）：四種基因型，兩種與親代相同，兩種為重組型?！衲壳拔迨豁揬總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點1.

連鎖關系的判斷自由組合連鎖本實驗實際結果

PD/NPD＝1PD/NPD＞1898/2結論：nic與

ade

連鎖目前五十二頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點2.重組值的計算（基因與著絲粒之間的圖距）=5.05%目前五十三頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點3.判斷著絲粒-nic-ade間的位置目前已知nic和ade在同一條染色體上以及它們和著絲粒的距離，但還不知道具體的順序排列。

①nic、adc分別在著絲粒兩側—異臂②nic、adc在著絲粒同側—同臂目前五十四頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點

兩種方法確定：利用nic和ade都在MⅡ狀態(tài)下時PD和NPD四分子類型出現(xiàn)的頻率來判斷這兩個基因在同臂還是異臂上。分析nic、ade分別與著絲粒的重組率。nic、adc在著絲粒同側還是異側？目前五十五頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點實驗數(shù)據(jù)顯示：MⅡMⅡ的PD子囊數(shù)為90，MⅡMⅡ的NPD子囊數(shù)為1,PD＞＞NPD。故排除異臂，同臂成立。若nic、ade在異臂，則PD與NPD都是由雙交換形成，且機會應相等，因而PD與NPD的頻率相等。?目前五十六頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點MⅡ的不一致率：若nic、ade分別位于著絲粒兩側，則nic、ade與著絲粒的重組互不干擾(獨立)，這種機率只與它們分別與著絲粒的位置(重組率)有關。已知RF(0-nic)=5.05％,RF(0-ade)=9.3％，兩者相差不到一倍。那么各自獨立交換(MⅡ)的子囊數(shù)也應相差不到一倍。分析nic、ade分別與著絲粒的重組率目前五十七頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點但實際上，nic是MⅠ,ade是MⅡ(僅著絲粒-ade間交換)的子囊有90個(③)；nic是MⅡ,ade是MⅠ(僅著絲粒-nic間交換)的子囊只有5個(④)。兩者的比值遠遠超過重組值比值，故推翻兩基因在著絲粒兩側的排列方式。目前五十八頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點

MⅡ的一致率：若兩個座位在著絲粒同側，一旦nic和著絲粒間發(fā)生交換，ade和著絲粒也應相應隨著產(chǎn)生重組。實驗結果：nic-著絲粒間重組(MⅡ)的子囊為101個(4、5、6、7型)，其中96個子囊(5、6、7型)同時發(fā)生ade和著絲粒重組，證明nic和ade位于著絲粒同側。

目前五十九頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點已知RF（0-nic)+RF（nic-ade)=5.05%+5.2%=10.25%RF（0-ade)=9.3%

即:RF（0-nic)+RF（nic-ade)≠RF（0-ade)原因：著絲粒和ade間發(fā)生過雙交換，但在計算RF(0-ade)時卻沒有計算在內(nèi)，而在計算RF

(0-nic)和RF(nic-ade)時都各計算一次。目前六十頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點

1.酵母的生活史

●酵母的生活史中，有單倍體世代和二倍體世代，兩種世代均可通過出芽生殖方式進行無性繁殖。

二、非順序四分子的遺傳分析

目前六十一頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點目前六十二頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點●酵母的有性生殖：

兩個不同交配型的單倍體細胞接合→二倍體→減數(shù)分裂→4個單倍體孢子，包含在囊狀的子囊中，子囊破裂形成單倍體細胞。2.非順序四分子(unorderedtetrad)像酵母，減數(shù)分裂產(chǎn)生的四分子在子囊內(nèi)無特定順序，這種四分子稱為非順序四分子。目前六十三頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點3.非順序四分子分析

對酵母這類真菌的子囊孢子進行遺傳分析稱非順序四分子分析。(1)觀察一對等位基因，盡管有兩種分離的方式：無交換發(fā)生,有交換發(fā)生。只能形成2種孢子，呈2：2的比值。2：22：2目前六十四頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點(2)觀察二對基因如Aa、Bb，連鎖?圖距?AB×ab雜交，無論連鎖與否，只能產(chǎn)生3種四分子。因為子囊孢子無序排列，所以僅考慮基因組合，不考慮分離類型(MⅠ或MⅡ)。PD：親本二型(非交換型）NPD：非親二型(重組型）T：四型，2種親本型，2種重組型目前六十五頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點確定連鎖與非連鎖—根據(jù)重組率(RF)

RF=0.5，A、B基因不連鎖；

RF＜0.5，則兩基因座連鎖。在3種子囊類型中，T有1/2重組，NPD全部重組，則A-B間的重組率(RF)為：目前六十六頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點例如：AB×ab結果：PD=0.56，NPD=0.03，T=0.41

RF＜0.5∴兩對基因間連鎖。0.235=23.5%=23.5cM遺傳距離目前六十七頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點連鎖基因作圖通過計算重組率得AB間相對距離為23.5cM。不夠準確。因可能存在雙交換和多交換，導致RF值降低，圖距減小。確切的基因間距離應是：實際測得的兩基因重組值+2×雙交換值？準確否？目前六十八頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點

第三節(jié)真核生物重組的分子機制

一、同源重組發(fā)生在減數(shù)分裂前期二、同源重組的分子模型——Holliday模型目前六十九頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點前言意義：是變異的來源保證了遺傳多樣性為選擇奠定了物質基礎使生物得以進化發(fā)展遺傳重組：造成基因型變化的基因交流過程稱為遺傳重組，是遺傳的基本現(xiàn)象。真核生物、原核生物；減數(shù)分裂性細胞內(nèi)、體細胞內(nèi)；核基因、葉綠體基因、線粒體基因間都可發(fā)生重組前提條件：不同基因型的遺傳物質彼此能夠轉移目前七十頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點依據(jù)對DNA序列和所需蛋白質因子的要求:

同源重組遺傳重組位點專一性重組異常重組

其共同點是雙股DNA間的物質交換，但發(fā)生的情況不同目前七十一頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點同源重組（Homologousrecombination）

又稱普遍性重組(generalizedrecombination)

，依賴大范圍的DNA同源序列的聯(lián)會，重組過程中，兩個染色體或DNA分子相互交換對等的部分。例如：真核生物同源染色體非姐妹染色單體交換細菌的轉化、轉導、接合噬菌體的重組一、同源重組發(fā)生在減數(shù)分裂前期目前七十二頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點目前七十三頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點3.

特點●需要蛋白質參與（如：大腸桿菌需RecA蛋白、RecBCD蛋白）。●蛋白質因子對DNA堿基序列的特異性要求不高，只要求兩條DNA序列相同或接近?！翊嬖谥亟M熱點。

●同源序列長度影響重組。

●真核生物染色質的狀態(tài)影響重組的頻率。2.

發(fā)生條件

2個DNA分子序列同源，且同源區(qū)域越長越容易發(fā)生。目前七十四頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點證據(jù)：①在細胞水平上，人們已經(jīng)證明了在減數(shù)分裂前期，同源染色體配對，兩條非姊妹染色單體之間發(fā)生斷裂、重接和交叉，交叉就是斷裂與重接發(fā)生的位置。4.同源重組涉及到參與重組的雙方DNA分子的斷裂與重接

目前七十五頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點非姊妹染色體交換目前七十六頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點

②在分子水平上，M.Meselson和J.J.Wergle用兩個雙標記λ噬菌體感染大腸桿菌的實驗也證明了染色體斷裂并發(fā)生再連接。

(c.mi)λ噬菌體1

13C和14N“重”鏈(+.+)λ噬菌體2

12C和14N“輕”鏈同時感染大腸桿菌子代噬菌體CsCl密度梯度離心重鏈重鏈和輕鏈接合體輕鏈目前七十七頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點B目前七十八頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點重鏈輕鏈目前七十九頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點

5.幾個概念

①雜種DNA（異源雙鏈DNA）：在重組處,每個雙鏈都有一段區(qū)域是由親本DNA分子的各一條鏈組成的，這個區(qū)域稱為雜種DNA（hybridDNA）或異源雙鏈DNA（heteroduplexDNA）。

②

分支遷移：重組接點沿雙鏈移動。

③交互重組：一條親本雙螺旋分子和另外一條親本雙螺旋分子共價連接，中間有一段異源雙鏈區(qū)，這種重組稱為交互重組。目前八十頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點分枝遷移——雙螺旋形成的交叉連接以拉鏈式效應擴散目前八十一頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點細線期合線期粗線期雙線期終變期

減數(shù)分裂時的染色單體之間的交換

目前八十二頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點

RobinHolliday于1964年提出了重組的DNA模型（hybridDNAmodel），又稱Hollidaymodel。既說明了同源重組的過程，又解釋了基因轉變現(xiàn)象。二、同源重組的Holliday模型目前八十三頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點b:同源非姐妹染色單體DNA中兩個方向相同的單鏈，在DNA內(nèi)切酶的作用下，在相同位置同時切開c:切開的單鏈交換d:重接e:形成交聯(lián)橋結構a:同源的非姐妹染色單體聯(lián)會

Holliday模型對重組過程的解釋目前八十四頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點f:交聯(lián)橋沿配對DNA分子“移動”。兩個親本DNA分子間造成一大段異源雙鏈DNA(Holliday結構)g:和f相同h:繞交聯(lián)橋旋轉1800i:形成Holliday異構體J:通過兩種方式之一切斷DNA單鏈，若左右切，則形成非重組體，若上下切則形成重組體。

異源雙鏈的形成目前八十五頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點由圖可知：無論Holliday結構斷裂是否導致旁側遺傳標記的重組，兩DNA分子都含有一個異源雙鏈DNA區(qū)。目前八十六頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點“含異源雙鏈的親本DNA分子”“重組體”

Holliday結構的拆分目前八十七頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點同源重組的Holliday模型ABabABabABabABab1目前八十八頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點同源重組的Holliday模型ABabABabABabABab2目前八十九頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點ABabABabABabaABb同源重組的Holliday模型3目前九十頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點ABabABabABabaABbCGATGGACTGACTGACT同源重組的Holliday模型不管Holliday結構斷裂是否導致旁側遺傳標記的重組，兩個DNA分子都含有一個異源雙鏈DNA區(qū)4目前九十一頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點目前九十二頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點目前九十三頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點Holliday模型的意義:解釋了遺傳學交換的相互性解釋了環(huán)連分子產(chǎn)生的原因部分解釋基因轉變目前九十四頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點第四節(jié)

基因轉變及其分子機制

一、異常分離與基因轉變二、基因轉變的類型三、基因轉變的分子機制目前九十五頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點

在一個雜合體中，如果一染色體把基因A交給它的同源染色體，則它的同源染色體必定把基因a交回給它，所以在真菌雜合體中，一個座位上的兩個等位基因分離形成子囊時，形成6種正常分離類型，A和a呈現(xiàn)2：2或1：1：1：1或1：2：1的分離，

異常分離（abnormalsegregation）：

一、異常分離與基因轉變可是在面包酵母中發(fā)現(xiàn)有的子囊含有（3A+1a）或（1A＋3a）的異常分離的子囊孢子。目前九十六頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點目前九十七頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點Mitchell雜交試驗：粗糙脈孢菌基因轉變pdx＋＋pdxppdx＋＋pdxp×

pdxp－吡哆醇pH敏感pdx－吡哆醇pH不敏感基因轉變好象是一個基因轉變成為另一個基因，其鄰近的基因仍然是2：2分離pdxpdxpdxppdxp＋＋＋＋＋理論結果pdxpdxpdxp＋＋＋＋＋實際結果目前九十八頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點Mitchell雜交試驗孢子對子囊1234第一對+pdxppdx+++pdx+第二對++pdx+

+pdxp+pdxp第三對

+pdxp++pdx+++第四對pdx++pdxppdx+pdx++pdxpxpdx+發(fā)生原因：基因突變？因為頻率遠比基因正常突變率高得多。目前九十九頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點

由于重組，出現(xiàn)了完全野生型的孢子對(＋,＋)，但沒有重組的對應產(chǎn)物—雙突變型的孢子(pdx,pdxp)，盡管pdxp出現(xiàn)異常的3:1分離，但緊密連鎖的pdx基因卻顯示出正常2:2分離。這些反常的情況，好像是一個基因轉變?yōu)樗牡任换?，這種現(xiàn)象稱為基因轉變（geneconversion）?；蜣D變與遺傳重組有關目前一百頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點糞生糞殼菌子囊目前一百零一頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點糞生糞殼菌的基因轉變目前一百零二頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點染色單體轉變（chromatidconversion):

減數(shù)分裂的4個產(chǎn)物中只有一個發(fā)生轉變，出現(xiàn)6：2分離；

2.

半染色單體轉變（half-chromatidconversion)：

減數(shù)分裂的4個產(chǎn)物中有一個產(chǎn)物的一半或兩個產(chǎn)物的各一半發(fā)生轉變，出現(xiàn)5：3分離或3：1：1：3分離。減數(shù)分裂后分離：等位基因的分離發(fā)生在減數(shù)分裂后的有絲分裂中二、基因轉變的類型目前一百零三頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點1個產(chǎn)物轉變1個產(chǎn)物的一半轉變2個產(chǎn)物的各一半轉變目前一百零四頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點目前一百零五頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點

基因轉變的實質：

重組過程中留下的局部異源雙鏈區(qū)，在細胞內(nèi)的修復系統(tǒng)識別下不同的酶切/不酶切產(chǎn)生的結果(一個基因轉變?yōu)樗牡任换?。兩種校正方式：

不配對的堿基對由核酸外切酶切除，新合成的互補短鏈在連接酶的作用下連接上去。由于切除的不配對區(qū)段的不同，校正后或出現(xiàn)野生型或出現(xiàn)突變型。三、基因轉變的分子機制目前一百零六頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點G(=+)A(=g)或AT突變型

(g)丟失G圖

不配對堿基對的兩種修復校正方式CG野生型

(+)丟失A目前一百零七頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點1.兩個雜種分子均未校正（圖6-18a）,復制后出現(xiàn)異常的4＋∶4g（或3∶1∶1∶3）分離半染色單體轉變。根據(jù)切除修復原理，基因轉變的分子機制如下:2．一個雜種分子校正為+或g時（圖6-18b），出現(xiàn)5∶3或3∶5異常分離半染色單體轉變。目前一百零八頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點4．兩雜種分子都按原來兩個親本的遺傳結構進行修復時，則減數(shù)分裂4個產(chǎn)物恢復成G-C、G-C、A-T、A-T的正常配對狀態(tài)，子囊孢子分離呈現(xiàn)正常

4＋∶4g的結果，如圖6-18d所示。3.兩雜種分子都被校正到+（或g）時（圖6-18c），修復后出現(xiàn)6＋∶2g（或2＋∶6g）的異常分離

染色單體轉變。目前一百零九頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點＋G＋＋＋＋+CAGGCTTAG/C:+A/T:g目前一百一十頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點共轉變（coconversion）：幾個基因發(fā)生同時轉變的現(xiàn)象稱為共轉變。兩個基因越近，共轉變頻率越大。

極化子基因轉變是有極性的：從單鏈斷裂點開始，基因轉變從高到低形成一個梯度。

極化子：在染色體上呈現(xiàn)基因轉變極化現(xiàn)象的一個區(qū)域稱為一個極化子。目前一百一十一頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點

第五節(jié)

體細胞交換與基因定位

一、單倍體化與體細胞交換二、有絲分裂交換與基因定位目前一百一十二頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點例:構巢曲霉

營養(yǎng)缺陷菌株1(n)×營養(yǎng)缺陷菌株2(n)

↓

原養(yǎng)型菌落(2n)異核體（heterocaryon）：兩不同基因型的體細胞融合,形成同時含有兩個細胞核的細胞、孢子或菌絲體等稱為異核體。一、單倍體化與體細胞交換目前一百一十三頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點合核體（synkaryon）:大量異核體中的核保持單倍體狀態(tài),少數(shù)單倍體細胞核融合成為二倍體細胞核,即合核體.如:構巢曲霉，綠色孢子(w+y+)

黃色(w+y-)

白色(w-y+)

A-B+w+y-×A+B-w-y+↓A-B+w+y-產(chǎn)生的分生孢子有黃色、

A+B-w-y+白色、也有綠色（合核體）目前一百一十四頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點分離子（segregant）：重組體、非整倍體或單倍體的總稱。產(chǎn)生途徑:

有絲分裂不分離

單倍體化

染色體丟失

體細胞交換目前一百一十五頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點MM+MMM+M基因型表型基因型表型MMM+

MM+

野生型或M+M+MMMM+M+MM+MM+MMM+M+MMM+M+有絲分裂不分離Ｍ正常Ｍ不分離2n2n2n-12n+1M目前一百一十六頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點單倍體化（haploidization）：體細胞在有絲分裂過程中,由于染色體不分離產(chǎn)生非整倍體或單倍體的過程。三體：2n+1

單體：2n-1目前一百一十七頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點abcabcabcABC

ABCABCABCa2n+1

bc2n-1abcABCABCcn+1ABCABC①②③④①有絲分裂(a)不分離;②丟失a染色體;③丟失b染色體；④失去c染色體。2nn單倍體化過程目前一百一十八頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點aaa+a+aaa+a+(丟失)aaa+有絲分裂染色體丟失2n2n2n-1有絲分裂染色體丟失（mitoticchromosomeloss）：雜合體細胞中在有絲分裂后的子細胞重建時，發(fā)生一條染色體丟失的現(xiàn)象。目前一百一十九頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點體細胞交換（somaticcrossingover）：體細胞在有絲分裂過程中,同源染色體間發(fā)生的染色體交換。paba:對氨基苯甲硝酸y：黃色孢子ad16：嘌呤16ad8：嘌呤8bi：生物素目前一百二十頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點Stern在果蠅有絲分裂中發(fā)現(xiàn)了連鎖基因交換。黃體（y），焦剛毛（sn）。目前一百二十一頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點(y-sn)(sn-·)

(y-sn-·)y++sny++sny++sny++sny++snysn++y+y++sn+sny+++ysn+sn單純黃體野生型黃體焦剛毛野生型焦剛毛1234果蠅體細胞有絲分裂交換目前一百二十二頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點二、有絲分裂交換與基因定位有絲分裂交換進行基因定位的原理：是依據(jù)體細胞同源染色體的交換使得染色體遠端的雜合基因純合化的規(guī)律，用來確定基因的排列位置和距離。

離著絲粒愈近的基因純合的機會愈小，愈遠的愈大，而且，著絲粒一端的基因純合不影響著著絲粒另一端基因的純合。如果兩個染色體臂的基因同時出現(xiàn)純合化，有可能是一條染色體丟失的結果。目前一百二十三頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點

有絲分裂基因定位原理

dabc++++1234

dabc+++c

dabc++++

dabc++bc

dabc++++

dabc+abc131313目前一百二十四頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點如：構巢曲霉ad，pro，pab，y以及它們的顯性等為基因的雜合體。y隱性純合子中：pro，pab的純合子：5.5%pab的純合子：72%原養(yǎng)型：22.5ad純合子：0y的相對純合率為100%，說明y離著絲點最遠說明pro和pab中有一個離著絲點很近說明pab離y很近，則pro離著絲點很近說明pab與y之間發(fā)生交換的機率是22.5%說明ad在著絲點的另一側目前一百二十五頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點adpropaby++++adpropaby++++5.5%adpropaby++++72%adpropaby++++22.5%目前一百二十六頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點adpropaby22.5725.5(41)(20)(39)準性生殖（parasexuality）：真菌在二倍體的有絲分裂過程中，偶爾發(fā)生同源染色體交換，導致連鎖基因的重組，這一遺傳變異過程稱為準性生殖。目前一百二十七頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點第六節(jié)

體細胞融合與基因定位

一、細胞融合與基因定位目前一百二十八頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點細胞融合（cellfusion）：兩個或幾個體細胞融合成為一個細胞的過程。是體細胞遺傳學的核心內(nèi)容，是應用體細胞遺傳學技術進行基因定位的基礎。一、細胞融合與基因定位目前一百二十九頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點

1958年Okada第一次將兩個不同的腫瘤細胞＋仙臺病毒（日本血凝病hemagglutinatingvirusofJapan，HVJ）→體細胞融。

融合后的細胞稱為雜種細胞（hybridcell），它含有兩種細胞的染色體。

仙臺病毒（sendaivirus）在這里是促融因子，UV滅活的仙臺病毒介導細胞融合過程，該病毒可進入細胞膜內(nèi)，在鄰近的細胞之間形成細胞質橋（cytoplasmicbridge）目前一百三十頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點仙臺病毒，亦稱HVJ，乙型副流感病毒。屬副粘病毒屬。曾主要應用于細胞工程中的細胞融合技術，基本原理在于HVJ含有細胞表面受體的結合位點，可以促使不同細胞凝聚，最終使細胞膜相互融合。直接產(chǎn)生這種作用的部位是HVJ病毒的外殼，而不是內(nèi)部的RNA。但是應用HVJ技術有很多缺陷，如細胞感染率低，融合速度慢，反應條件高，融合體的去病毒困難。目前一百三十一頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點目前一百三十二頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點聚二乙醇(polyethyleneglycol,PEG)：也可顯著地提高細胞融合頻率，將一定濃度的PEG加入到培養(yǎng)液內(nèi)，就可使細胞發(fā)生凝集。由于PEG是非生物試劑，融合效率高，易于標準化，且價格便宜，因此PEG已成為廣泛采用的融合劑，現(xiàn)已取代仙臺病毒，它可使細胞膜部分降解，并在細胞間形成細胞質橋，可提高細胞融合的效率。目前一百三十三頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點細胞融合過程可分為異核體（heterokaryon）和雜種（hybrid）細胞形成兩個階段。在異核體階段融合的細胞內(nèi)含有來自兩個親本的細胞核。隨后，異核體同步進入有絲分裂，核膜崩潰，來自兩個親本細胞的基因組合在一起形成只含有一個細胞核的雜種細胞。目前一百三十四頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點雜種細胞具有染色體消減（chromosomediminution）現(xiàn)象：隨著分裂的不斷進行，最初幾代中包含了兩種親本細胞的全部染色體，在以后的增殖傳代過程中要失落一部分染色體。例：

小鼠－大鼠雜種細胞丟失大鼠的染色體10％－20％

人－小鼠雜種細胞丟失人的染色體，最后可能只剩下少數(shù)的幾條或1條人的染色體。目前一百三十五頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點目前一百三十六頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點通過分析某一基因產(chǎn)物與某一人的染色體是否共同存在而進行基因定位。例：在雜種細胞中人的染色體是隨機丟失的，在HAT培養(yǎng)基上只有攜帶有TK＋基因的人染色體的雜種細胞才能生長，丟失TK＋基因的不能生長。分析了許多雜種細胞克隆知道，凡是能在HAT培養(yǎng)基上生長的雜種細胞克隆都共同具有人的第17號染色體，這表明TK基因就在人染色體17上。目前一百三十七頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點1、HAT選擇系統(tǒng)含Hypoxanthine–aminopterin-thymidine

次黃嘌呤

氨基喋呤胸腺（胸腺嘧啶脫氧核苷）利用只有雜種細胞由于合成核苷酸的從頭合成途徑被氨基喋呤阻斷后，可利用補救途徑合成DNA，細胞能夠分裂繁殖生存，而非雜種細胞因其補救途徑被HGPRT－、TK－阻斷，不能合成DNA，不進行生長而死亡，來選擇雜種細胞。目前一百三十八頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點（1）DNA的生化合成途徑：在細胞中核苷酸的生物合成有兩條途徑：一條是從頭合成的主要途徑，是由糖（核糖或脫氧核糖）加氨基酸進行合成。如果代謝拮抗物氨基喋呤存在時，則這一途徑受阻。在酶的作用下，啟動補救途徑（salvagepathway）。補救途徑主要依賴于胸苷激酶TK

，次黃嘌呤鳥嘌呤磷酸核糖轉移酶HGPRT，分別由基因TK＋和HGPRT＋編碼。只有同時具有這兩種酶的細胞才能進行補救途徑的合成。目前一百三十九頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點（2）用小鼠的腫瘤細胞和人的成纖維細胞進行融合人的細胞：基因TK＋和HGPRT-小鼠細胞：基因TK－和HGPRT＋存在氨基喋呤時，小鼠細胞和人細胞單獨都不能生長，融合了的雜種細胞能夠在含有次黃嘌呤、氨基喋呤和胸苷的培養(yǎng)基上生長，因為發(fā)生互補（complementation）。即小鼠的染色體貢獻一個正常的HGPRT基因，人的染色體貢獻一個正常的TK基因。目前一百四十頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點2、營養(yǎng)缺陷突變型標記系統(tǒng)

CHO細胞已產(chǎn)生了許多營養(yǎng)缺陷突變型，已知在人-中國倉鼠細胞突變型雜種細胞中，人染色體也優(yōu)先丟失。由于這種中國倉鼠細胞突變型屬于營養(yǎng)缺陷突變型，因此只要將融合細胞群培養(yǎng)在不含有這一突變型所需成分的培養(yǎng)基上，就可去除未被融合的突變型細胞。在這種條件下選出的雜種細胞不僅可保留能夠與CHO細胞營養(yǎng)缺陷突變型發(fā)生互補的人類特異性染色體，而且還能保留其他人體染色體。利用含多條人染色體的雜種細胞更便于快速、系統(tǒng)地進行基因定位。目前一百四十一頁\總數(shù)一百五十九頁\編于二十二點二、同線分析用體細胞雜種進行基因定位有兩個步驟：第一，將某個基因定位于某一條染色體上，這稱為染色體定（配）位（chromoso