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(shí)同源染色體之間的交換導(dǎo)致了遺傳重組的發(fā)生。一個(gè)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(shí)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(gè)交互事件，發(fā)生在減數(shù)分裂前期I染色體形成二價(jià)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(gè)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(gè)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(gè)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(gè)基因之間在形成配子時(shí)相互排斥，稱為相斥(repulsion)。當(dāng)兩個(gè)非等位基因a和b處在一個(gè)染色體上，而在其同源染色體上帶有野生型A、B時(shí)，這些基因被稱為處于相引相(couplingphase)(AB/ab)；若每個(gè)同源染色體上各有一個(gè)突變基因和一個(gè)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?！饧t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

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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(gè)或兩個(gè)以上的基因遺傳時(shí)，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(gè)有力的證據(jù)。BarbaraMcclintock(1902-92)HarrietB.Creighton(1909-)9號(hào)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(hào)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。×c+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(gè)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(gè)體必定是異配性別個(gè)體?；蜷g的距離越長，發(fā)生交換的機(jī)會(huì)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(jì)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(shí)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(shí)，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(shí)，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(gè)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(gè)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(gè)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(gè)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(gè)隱性突變基因都是X連鎖的。把棘眼、截翅個(gè)體與橫脈缺失個(gè)體交配,得到3個(gè)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(hào)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(jì)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(gè)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(dòng)。于是可以斷定這3個(gè)基因正確排列順序是eccvct。親本型ecct+++cv雙交換型+++ecctcv3、計(jì)算重組值，確定圖距(1)、計(jì)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(jì)算重組值，確定圖距(2)、計(jì)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(jì)算重組值，確定圖距(3)、計(jì)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(jì)算ec—cv和cv—ct的重組值時(shí)都利用了雙交換值，可是計(jì)算ec—ct時(shí)沒把它計(jì)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(shí),表明有雙交換發(fā)生,此時(shí)需用2倍雙交換值來作校正。若3個(gè)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(jì)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(hào)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(gè)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(shí)，就把0點(diǎn)的位置讓位給新的