连锁遗传分析ppt课件.ppt

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1、第一节 连锁与交换Section 3.1 Linkage and Crossing Over,一、连锁遗传现象二、连锁遗传的解释三、完全连锁与不完全连锁四、交换与不完全连锁的形成五、重组型配子的比例六、交换的细胞学证据,一、连锁遗传现象,(一)、 1906年，W.Bateson等 香豌豆(Lathyrus odoratus)两对相对性状杂交试验.花色： 紫花(P) 对 红花(p) 为显性；花粉粒形状： 长花粉粒(L) 对 圆花粉粒(l) 为显性。1. 紫花、长花粉粒红花、圆花粉粒.2. 紫花、圆花粉粒红花、长花粉粒.,组合一：紫花、长花粉粒红花、圆花粉粒,组合二：紫花、圆花粉粒红花、长花粉粒,

2、两组杂交试验的共同结果： 都不符合独立遗传 F2中亲本组合实际数独立遗传理论数 重新组合实际数独立遗传理论数连锁现象：原来为同一亲本所具有的两个性状, 在F2中有连系在一起遗传的倾向。,1. 相引：两个显性基因连锁或两个隐性基因连锁。 如 紫花、长花粉 （PL） 红花、圆花粉（pl）2. 相斥：一个显性和一个隐性基因的连锁。 如 紫花、圆花粉（ Pl）红花、长花粉（pL） 双杂合体可能有两种构型： 相引构型 PL 相斥构型 P l p l p L,（二） 相引和相斥的概念,二、连锁遗传的解释,为什么F2不表现9:3:3:1的表现型分离比例。(一).每对相对性状是否符合分离规律？(二).非等位基

3、因间是否符合独立分配规律？(三).摩尔根等的果蝇遗传试验；(四).连锁遗传现象的解释。,组合一：紫花、长花粉粒红花、圆花粉粒,组合二：紫花、圆花粉粒红花、长花粉粒,(一)、每对相对性状是否符合分离规律？,(二)、两对相对性状自由组合？,测交法：测定杂种F1产生配子的种类和比例赫钦森(C. B. Hutchinson, 1922)玉米测交试验籽粒颜色： 有色(C)、无色（c）籽粒饱满程度：饱满(Sh)、凹陷(sh)相引相测交试验。相斥相测交试验。,CSh Csh cSh csh csh csh csh csh Ft 色、饱 色、凹 无、饱 无、凹 4032 149 152 4035 亲本组合=（

4、4032+4035）/ 8368=96.4% 重新组合=（149+152）/8368=3.6%,玉米籽粒 有色(C)无色( c ) 饱满(Sh)凹陷(sh)相引构型的测交： F1 CSh/cshcsh/csh CSh Csh cSh cshcsh,CSh Csh cSh csh csh csh csh csh Ft 色、饱 色、凹 无、饱 无、凹 638 21397 21906 672 亲本组合=（21397+21906）/ 44595=97.6% 重新组合=（638+672）/ 44595=2.94%,相斥构型的测交： F1 Csh/cShcsh/csh CSh Csh cSh csh cs

5、h,(三)、摩尔根等的果蝇遗传试验,果蝇(Drosophila melanogaster)眼色与翅长的连锁遗传：眼色：红眼(pr+)对紫眼(pr)为显性；翅长：长翅(vg+)对残翅(vg)为显性。相引相杂交与测交相斥相杂交与测交,相引相,Ppr+pr+vg+vg+prprvgvg F1 pr+prvg+vgprprvgvg(测交)Ftpr+prvg+vg1339prprvgvg1195pr+prvgvg 151prprvg+vg 154,亲本组合,重新组合,相斥相,Ppr+pr+vgvgprprvg+vg+F1 pr+prvg+vgprprvgvg(测交)Ftpr+prvg+vg 157prp

6、rvgvg 146pr+prvgvg 965prprvg+vg1067,重新组合,重新组合,亲本组合,结果分析（连锁遗传现象的特征）单基因差异决定的单位性状，服从基因分离规律。无论何杂交组合, 多对性状间不表现独立遗传。(F29:3:3:1 Ft1:1:1:1）杂合体形成的配子中，亲型配子数重组型配子数。两亲型配子数相等，两重组型配子数相等。重组率50%。,练习：桃子中，离肉（M）对粘肉（m）显性，溶质（F）对不溶质（f）显性。某种离肉溶质桃与粘肉不溶质桃杂交产生下列后代： 离肉不溶质 92 粘肉溶质 81 离肉溶质 7 粘肉不溶质 8问 m与f 是否连锁？ 亲本的基因型 如何？ 若连锁，重组

7、率是多少？,答 连锁 Mf/mFmf/mf RF=(7+8) /188=8%,1.交叉是交换的结果,（四）. 连锁遗传的细胞学基础,1978年，C.Tease和G.H.Jones姊妹染色单体分染技术证实,2. 交换与重组的关系,1931年Harriet Creighton & Babara McClintock报道了交换和遗传重组间关系的实验数据,玉米9chr端部有染色结C胚乳有色 c无色Wx蜡质 wx粉质,重组体,亲本组合,三、 完全连锁和不完全连锁,完全连锁 (complete linkage)：如果连锁基因的杂种F1(双杂合体)只产生两种亲本类型的配子，而不产生非亲本类型的配子，就称为完

8、全连锁。例如雄果蝇和雌家蚕中通常不发生交换，连锁基因完全连锁，不发生重组。 不完全连锁 (incomplete linkage)：指连锁基因的杂种F1不仅产生亲本类型的配子，还会产生重组型配子。,1. 完全连锁：只产生亲型配子而无重组型配子。,完全连锁,配子,pr vg+ pr+ vg,2. 不完全连锁,亲 型亲 型亲 型亲 型,未 交 换,交 换,亲 型重组型重组型 亲 型,染色体间重组,染色体内重组,四、交换与不完全连锁的形成,重组合配子的产生是由于：减数分裂前期 I 同源染色体的非姊妹染色单体间发生了节段互换。(基因论的核心内容)1. 同一染色体上的各个非等位基因在染色体上各有一定的位置

9、，呈线性排列；2. 染色体在间期进行复制后，每条染色体含两条姊妹染色单体，基因也随之复制；3. 同源染色体联会、非姊妹染色单体节段互换，导致基因交换，产生交换型染色单体；4. 发生交换的性母细胞中四种染色单体分配到四个子细胞中，发育生成四种配子(两种亲本型、两种重组合型/交换型)。5. 相邻两基因间发生断裂与交换的机会与基因间距离有关：基因间距离越大，断裂和交换的机会也越大。,五、重组型配子的比例,1. 尽管在发生交换的孢(性)母细胞所产生的配子中，亲本型和重组型配子各占一半，但是双杂合体所产生的四种配子的比例并不相等，因为并不是所有的孢母细胞都发生两对基因间的交换。2. 重组型配子比例是发生

10、交换的孢母细胞比例的一半，因为一个发生交换的孢母细胞形成的四个减数分裂产物有一半是重组基因型，一半是亲本型，并且两种重组型配子的比例相等，两种亲本型配子的比例相等。,连锁遗传的实质 控制各对性状的基因被载于同一染色体上，这些非等位基因的重组是由性母细胞在减数分裂粗线期非姊妹染色单体片段交换 引起的。,同一染色体上,非姊妹染色单体片段交换,重组型配子的比例,例 题,在番茄中，圆形果（O）对长形果（o）是显性，单一花序(S)对复状花序(s)是显性。这两个基因是连锁的，重组率为20%。今以一纯合圆形单一花序植株与长形复状花序植株杂交，问1. F2中有哪些表现型？各类表现型理论百分率为多少？,O_S_

11、66% O_ss9% ooS_9% ooss16%,OS Os oS os,OS Os oS os,0.4 0.1 0.1 0.4,0.4 0.1 0.1 0.4,在番茄中，圆形果（O）对长形果（o）是显性，单一花序(S)对复状花序(s)是显性。这两个基因是连锁的，重组率为20%。今以一纯合圆形单一花序植株与长形复状花序植株杂交，问,OS Os oS os,OS Os oS os,0.4 0.1 0.1 0.4,0.4 0.1 0.1 0.4, 16%,5 16%=32株,2. 如果希望得到长形果、复状花序的纯合植株5株，F2应至少种多少株？,例 题,例 题,在番茄中，圆形果（O）对长形果（o

12、）是显性，单一花序(S)对复状花序(s)是显性。这两个基因是连锁的，重组率为20%。今以一纯合圆形单一花序植株与长形复状花序植株杂交，问,OS Os oS os,OS Os oS os, 1/16,516=80株,3.假定这两对基因不连锁，F2至少要种 多少株才能得到5株长形果 复状花序的植株？,一、 重组率的概念,重组率 (cross-over value)，也称交换值/重组值，是指重组型配子占总配子的百分率。即：,亲本型配子+重组型配子,用哪些方法可以测定各种配子的数目？,二、 交换值的测定,(一)、测交法测交后代(Ft)的表现型的种类和比例直接反映被测个体(如F1)产生配子的种类和比例。

13、,测交法 （最简单、准确） 测交后代重组型个体数 测交后代总数,RF = 100%,C-Sh基因间玉米籽粒 有色(C)无色( c ) 饱满(Sh)凹陷(sh)的连锁与交换,C-Sh相引相的交换值为3.6%；C-Sh相斥相的交换值为3.0%。,设F1产生的四种配子PL, Pl*, pL*, pl的比例分别为：a, b, c, d；则有：a+b+c+d=1a=d, b=c,(二)、自交法,F2的4种表现型(9种基因型)及其理论比例为：P_L_ (PPLL, PPLl, PpLL, PpLl)：a2+2ab+2ac+2bc+2adP_ll (PPll, Ppll) ：b2+2bdppL_ (ppLL

14、, ppLl) ：c2+2cdppll ： d2,d2,而F2中双隐性个体(ppll)的实际数目是可出直接观测得到的(本例中为1338)，其比例也可出直接计算得到(1338/6952),RF引=2s=1-2d =1-2双隐个体频率,相引相的分析：,RF斥=2d =2双隐个体频率,相斥相的分析：,三、交换值与遗传距离,1. 两个连锁基因间交换值的变化范围是0, 50%，其变化反映基因间的连锁强度、基因间的相对距离；两基因间的距离越远，基因间的连锁强度越小，交换值就越大；反之，基因间的距离越近，基因间的连锁强度越大，交换值就越小。2. 通常用交换值/重组率来度量基因间的相对距离，也称为遗传距离(g

15、enetic distance)。通常以1%的重组率作为一个遗传距离单位/遗传单位。为了纪念Morgon对连锁遗传的发现，一个图距单位也称作一个厘摩（cM）,四、影响交换值的因素,1. gene在染色体上的位置，重组型配子在传递率、生活力上的差异；2. 年龄对交换值的影响 老龄雌果蝇的重组率明显下降。3. 性别对交换值的影响雄果蝇和雌家蚕的进行减数分裂时很少发生交换。4. 环境条件对交换值的影响 植物的干旱条件下重组率会下降，而温度过高或过低的情况下，其重组率会增加。,基因定位,基因定位(gene location/localization)：确定基因在染色体上的相对位置和排列次序。例：玉米糊

16、粉层有色C/无色c基因、籽粒饱满Sh/凹陷sh基因均位于第九染色体上；且C-Sh基因间的交换值为3.6%。,两对基因间的排列次序,根据上述信息可知：C-Sh间遗传距离为3.6个遗传单位；但不能确定它们在染色体上的排列次序，因而有两种可能的排列方向，如下图所示：,因此，一次基因定位工作常涉及三对或三对以上基因位置及相互关系。,一、 连锁分析的方法,基因连锁分析的主要方法：(一)、两点测验(two-point testcross)通过三次测验，获得三对基因两两间交换值、估计其遗传距离；每次测验两对基因间交换值；根据三个遗传距离推断三对基因间的排列次序。(二)、三点测验(three-point te

17、stcross)一次测验就考虑三对基因的差异，从而通过一次测验获得三对基因间的距离并确定其排列次序。,两点测验：步骤(1/3),1. 通过三次亲本间两两杂交，杂种F1与双隐性亲本测交，考察测交子代的类型与比例。例：玉米第9染色体上三对基因间连锁分析：子粒颜色：有色(C)对无色(c)为显性；饱满程度：饱满(SH)对凹陷(sh)为显性；淀粉粒：非糯性(Wx)对糯性(wx)为显性.(1).(CCShShccshsh)F1ccshsh(2).(wxwxShShWxWxshsh)F1wxwxshsh(3).(WxWxCCwxwxcc)F1wxwxcc,两点测验的3个测交结果,两点测验：步骤(2/3),2

18、. 计算三对基因两两间的交换值估计基因间的遗传距离。,两点测验：步骤(3/3),3. 根据基因间的遗传距离确定基因间的排列次序并作连锁遗传图谱。C-Sh: 3.6Wx-Sh: 20Wx-C: 22,两点测验：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：,仍以玉米C/c、Sh/sh、Wx/wx三对基因连锁分析为例，在描述时用“+”代表各基因对应的显性基因。1. 用三对性状差异的两个纯系作亲本进行杂交、测交：P:凹陷、非糯性、有色 饱满、糯性、无色shsh + + + wxwx

19、cc F1及测交: 饱满、非糯性、有色凹陷、糯性、无色 +sh +wx +c shsh wxwx cc,三点测交的优缺点）一次三点实验得到的三个重组值是在同一基因型背景，同一环境下得到的，三个重组值可以严格的相互比较）可以得到双交换的资料）三隐性纯合体不易获得或保存,P:凹陷、非糯性、有色 饱满、糯性、无色,2. 按各类表现型的个体数，对测交后代进行分组；,3 判断三对基因是否连锁 如果三对基因独立， 则 Ft 8种表型 = 1:1:1:1:1:1:1:1 如果两对连锁一对独立，则 Ft 8种表型 = 4 多: 4 少 如果三对基因不完全连锁，则 Ft 8种表型 = 2最多: 2较少: 2较少

20、: 2最少,将双交换型（最少类型）与亲型（最多类型）比较，有差异的基因位于中间。,假如ABC和abc最多，ABc和abC最少，则,位于中间的基因是C/c. 基因排列为ACB,5. 计算基因间的交换值。由于双交换实际上在两个区域均发生交换，所以在估算每个区域交换值时，都应加上双交换值，才能够正确地反映实际发生的交换频率。,6. 绘制连锁遗传图。Sh位于wx与c之间；wx-sh: 18.4sh-c: 3.5wx-c:21.9。,玉米的第三染色体有3个座位，分别是等位基因b和b+，v和v+，y和y+。与之相对应的隐性表型简写为b （深绿色叶片）v （淡绿色）y（无叶舌）。+表示野生型。将F13个基因

21、的杂合子与3个基因的隐性个体进行侧交，后代的表型如下：计算基因的图距和染色体作图。 +vy 305 b+ 275 b+y 128 +v+ 112 +y 74 bv+ 66 + 22 bvy 18,确定基因顺序 v b yRFvb=(74+66+22+18)/1000 = 18%RFby=(128+112+22+18)/1000 =28%RFvy=18+28%=46%,二、 干扰和符合,1. 理论双交换值连锁与互换的机理表明：染色体上除着丝粒外，任何一点均有可能发生非姊妹染色单体间的交换。但是相邻两个交换是否会发生相互影响呢？如果相邻两交换间互不影响，即交换独立发生，那么根据乘法定理，双交换发生

22、的理论频率(理论双交换值)应该是两个区域交换频率(交换值)的乘积。,例：wxshc三点测验中，wx和c基因间理论双交换值应为：0.1840.035=0.64%。,二、 干扰和符合,2. 干扰(interference)：测交试验的结果表明：wx和c基因间的实际双交换值为0.09，低于理论双交换值，这是由于wx-sh间或sh-c间一旦发生一次交换后就会影响另一个区域交换的发生，使双交换的频率下降。这种现象称为干扰(interference)，或干涉：为了度量两次交换间相互影响的程度，提出了符合系数的概念。,符合系数(coefficient of coincidence),符合系数也称为并发系数：

23、用以衡量两次交换间相互影响的性质和程度。例如前述中：符合系数=0.09/0.64=0.14.,干扰系数I = 1-c.c 所以通常 0I 1 I 值越大，干扰越严重。如果0, 负干扰,正常顺序 vlb + +b vl+ +lb v+ +l+ v+b,v l bRF双=(20+19)/1020=3.8%RFvl=(80+72+20+19)/1020 = 18.7%RFlb=(115+105+20+19)/1020 =25.4%RFvb=(115+105+80+72)/1020 =36.4%,例 题,果蝇的y,Sn.v三对基因的遗传图是 y Sn v | 15 | 10 |将基因型为+v/+v的果

24、蝇与基因型为ySn+/ySn+的果蝇杂交，写出在没有干扰和干扰系数为0.4时的情况下，F1果蝇产生的配子基因型及比例。,F1 +v/ySn+,1-0.15-0.1+0.015 0.15-0.015 0.10-0.015 0.0151-0.15-0.1+0.009 0.15-0.009 0.10-0.009 0.009,单交换1 +Sn+ y+v,单交换2 + ySnv,双交换 +Snvy+,亲型 +v ySn+,三重组率与交换值,重组率通常称作交换值，实际上当两个基因座位在染色体上分开较远时，重组率不能等同于交换值。因为其间可能发生双交换或四交换等更高数目的偶数次交换，而形成的配子仍是非重组型

25、的。 校正公式： RF = 1/2 (1 e-2x ) X代表交换值 X= -1/2 ln (1-2RF),图距与重组率之间的关系,重组率较大时，不能代表图距,RF = 1/2 (1 e-m ),例如 某两基因间RF = 27.5%,求真实图 距是多少？,x = - 1/2 ln (1-2RF) = - ln (1-0.275) = 0.4 真实图距为 = 40 cM,例题某生物的三对性状分别由Aa,Bb,Dd三对基因决定，且A对a显性，B对b显性，D对d显性。当此三基因杂合体与三隐性纯合体杂交后，得到如下表现型的个体：ABD 72 aBD 130 abD 495 AbD 3abd 68 Ab

26、d 134 ABd 494 aBd 4试问：三基因在染色体上的排列顺序如何？双交换值是多少？绘出连锁遗传图。 求符合系数。,答亲型abD和ABd；双交换型AbD和aBd顺序bad（或dab） 双交换值=(4+3)/1400=0.005 Rfba=(130+134+3+4)/1400=19.4% Rfad=(72+68+3+4)/1400=10.5%| 19.4 | 10.5 |b a d 符合系数=0.005/(0.1940.105)=0.25 干扰程度较大,四、 连锁遗传图(linkage map),连锁遗传图(linkage map)，遗传图谱(genetic map)。定义: 把一个连锁

27、群的各个基因之间的距离和顺序标志出来，就能形成（绘）连锁遗传图。存在于同一染色体上的基因，组成一个连锁群（linkage group ）。特点: 一种生物连锁群的数目与染色体的对数是一致的。即有n对染色体就有n个连锁群，如水稻有12对染色体，就有12个连锁群。2. 遗传作图的过程与说明。 要以最先端的基因点当作0，依次向下排列。以后发现新的连锁基因，再补充定出位置。如果新发现的基因位置应在最先端基因的外端，那就应该把0点让给新的基因，其余基因的位置要作相应的变动。,遗传图谱的构建一般采用形态标记、细胞学标记、生化标记和DNA分子标记等4种遗传标记上世纪80年代以前主要采用前三种遗传标记，所构建

28、的遗传图谱也称经典遗传图谱。,玉米的连锁遗传图,五 连锁交换定律的应用,提高选择的预见性,例如 小麦的抗白粉病基因P与一不利性状基因d紧密连锁，遗传距离为5cM。当要通过杂交、回交把P转入到一个综合性状优良的品种时，要获得多少回交一代植株，才能保证得到一株抗白粉病但无不利基因d基因型？,所获得的n株后代中至少有一株是这种基因型 1000/25=40株,对于F2群体又如何？,PD/PD纯合基因型频率为0.06%从F2中选出一株，至少需有10000/6=1667株,一. 家系分析法,家系的连锁分析首先要从群体中选择适合的家系，要求被挑选家系中双亲之一或两个为双杂合体，并且注意双杂合体家系要随机抽样

29、，避免产生偏倚。,同时必须剔除下列几种家系：（1）双亲性状不能在子代中得到分离的，如GgTtGGTT；（2）家庭中仅有一个子代的；（3）亲本之一的基因型不明或死亡的。,三代的系谱,在三代系谱中较容易确定子代是否发生基因重组，可直接计算重组值。例：如图，设黑色表示患一种显性的肌强直功能不全(mytonic dystrophy)；性状标志为唾液分泌类型，由Se和se一对等位基因所控制， Se为显性基因。,图 肌强直功能不全和唾液分泌类型发生分离的家庭,在第三代六个子代中，III-1个体为健康者并为分泌型，说明原来疾病基因和Se基因连锁的染色体与其同源染色体间发生了交换，因此该个体为重组体。III-

30、2 III-6均为非重组体。因此重组率为：1/6。,外祖父法 前提条件：两个连锁基因位于X染色体上的； 母亲是两对基因的杂合体； 如：红绿色盲基因a； 蚕豆病(G6PD-)基因g,外祖父法定位原理 外祖父 母亲(双杂合体) 儿子 AG/Y AG/ag AG/Y ag/Y Ag/Y aG/Y aG/Y aG/Ag aG/Y Ag/Y AG/Y ag/Y Ag/Y Ag/aG Ag/Y aG/Y AG/Y ag/Y 亲组合 重组合 统计结果，计算交换值。,二 基因剂量效应法 某一基因产物的量与某染色体上某一片段拷贝数目有明显的比例变化关系，则可将该基因定位在这条染色体上。如：先天愚型（21三体）超

31、氧化物岐化酶（SOD1）基因定位在21染色体上；红细胞酸性磷酚酶1（ACP1）基因定位于2P23。,三 DNA介导基因定位, 克隆基因定位法 原理：采用已克隆基因的cDNA探针与保留在杂种细胞中人染色体DNA序列进行分子杂交，来确定克隆基因所在的染色体。,四. 体细胞杂交法,体细胞是生物体除生殖细胞外的所有细胞。细胞杂交又称细胞融合（cell fusion），是将来源不同的两种细胞融合成一个新细胞。大多数体细胞杂交是用人的细胞与小鼠、大鼠或仓鼠的体细胞进行杂交。这种新产生的融合细胞称为杂种细胞（hybrid cell)，含有双亲不同的染色体。,杂种细胞有一个重要的特点是在其繁殖传代过程中出现保

32、留啮齿类一方染色体而人类染色体则逐渐丢失，最后只剩一条或几条。这种仅保留少数甚至一条人染色体的杂种细胞正是进行基因连锁分析和基因定位的有用材料。,三个遗传规律的要点：基因控制性状，基因具有单位性、颗粒性、等位性、重组性基因在体细胞中成对，配子中成单；形成配子时，等位基因分离，非等位基因随机组合，连锁基因交换重组；基因在染色体上呈直线排列。,三个遗传规律的区别与联系,三个遗传规律之间的区别：,分离规律是指位于同源染色体上的等位基因，在减数分裂形成配子时彼此分离；自由组合规律是指非同源染色体上的非等位基因，形成配子时自由组合，互不干扰；连锁与交换规律是指位于同一染色体上的多个连锁基因，常常相伴随遗

33、传，连锁基因之间在染色体上的相对距离不同，有不同的交换值。,自由组合规律和连锁交换定律都是以分离规律为基础，因此，分离规律是遗传学中最基本的规律；这三个规律在遗传中是同时起作用的。任何生物，无论是纯种还是杂种，减数分裂形成配子时，同源染色体上的等位基因都要分离，分离之前可能发生连锁基因的交换；分离之后非同源染色体上的基因之间自由组合。因此，生物的遗传，既有同源染色体上的基因分离和交换，又有同一染色体上的基因连锁，还有非同源染色体上基因的自由组合；,三个遗传规律之间的联系：,连锁交换和自由组合都会导致基因重组，既保持遗传的相对稳定性，又产生新的变异类型，导致生物的多样性。生物的性状，大多数是受核内染色体上的基因控制的，其遗传表现，遵循遗传的三个基本规律，这种有核基因控制的遗传，称为核遗传。,