第三章--连锁与互换定律课件.ppt

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1、第三章 连锁与互换定律 Chapter 3 The Law of Linkage and Crossing-over,第三章 连锁遗传,第一节 连锁与交换第二节 重组值及其测定第三节 基因定位与连锁遗传图第四节 人类基因的定位第五节 真菌类的遗传与交换本章要点,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、连锁遗传的验证四、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)、Mendel在豌豆杂交试验中就发现，红花和麻种皮、白花与白种皮总是连在一起遗传。(二)、1906年

2、 W.Bateson&Pannett在香豌豆两对相对性状杂交试验中首先发现。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,结果：F1两对相对性状均表现为显性，F2出现四种表现型；F2四种表现型个体数的比例与9:3:3:1相差很大，并且两亲本性状组合类型(紫长和红圆)的实际数高于理论数，而两种新性状组合类型(紫圆和红长)的实际数少于理论数。,组合二：紫花圆花粉粒红花长花粉粒,结果：F1两对相对性状均表现为显性，F2出现四种表现型；F2四种表现型个体数

3、的比例与9:3:3:1相差很大，并且两亲本性状组合类型(紫圆和红长)的实际数高于理论数，而两种新性状组合类型(紫长和红圆)的实际数少于理论数。,摩尔根(T.H.Morgan,1866-1945),(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。,1 长红 残紫 残紫 长红 残紫长红 残紫 长紫 残红 长红：残紫1339 1195 151 154 1：1,相引相：两个显性在一起，两个隐性在一起配成的杂交组合。,残红 长紫 残紫 长红 残紫长红 残紫 长紫

4、 残红 残红：长紫 151 146 1067 965 1：1,相斥相：一个显性一个隐性和一个隐性一个显性在一起配成的杂交组合。,二、连锁遗传的解释,1两对相对性状在杂交后代中具有某种程度的相关性或相连性，这种现象叫连锁，这两对相对性状叫连锁性状，控制连锁性状的基因叫连锁基因。连锁基因位于同一对同源染色体上。连锁基因之间能够发生交换的连锁叫不完全连锁，不能发生交换的连锁叫完全连锁。2同源染色体在减数分裂配对时，偶尔在相应的位置发生断裂，然后错接，造成同源染色体中的非姐妹染色单体之间染色体片段的互换，这个过程叫交换或重组。染色体片段的交换导致连锁基因之间的交换。3连锁基因之间的交换发生在减数分裂的

5、前期每发生一次有效交换，将产生两条重组染色体，两条非重组染色体（亲染色体），含有重组染色体的配子叫重组合配子，含有非重组染色体的配子叫亲组合配子。,完全连锁(complete linkage),不完全连锁(incomplete linkage),三、连锁遗传的验证,1931年克莱顿（Creighton B）和麦克林托克（McClintock）实验。,美国著名科学家麦克林托克（左）和博士生克莱顿（右）,玉米种子颜色有色C，无色c，种质非糯性Wx，糯性wx，位于第九染色体上特殊品系，一端带有一个染色结，一端附加了由第八染色体易位而带来的片段。,C wx,c Wx,形成配子,C wx c Wx C

6、Wx c wx,亲本型配子 亲本型配子 交换型配子 交换型配子 有色糯性 无色非糯性 有色非糯性 无色糯性,也可表示为Cwx/cWx,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，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，发育成四种配子(两种亲本型、两种重组合型/交换型)。,

7、连锁与交换的遗传机理,PF1(复制)同源染色体联会(偶线期)非姊妹染色单体交换(粗线期)终变期 四分孢子,五、重组型配子的比例,1.尽管在发生交换的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，因为并不是所有的性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交换的性母细胞比例的一半，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。,重组型配子的比例,举例：假定在杂种C Sh/c sh 的100个性母细胞内，有10个细胞在C和Sh基因之间发生交换，其他90个细胞不发生交换，则 亲本型配子的比例=（90 4+10 2）/400 10

8、0%=95%重组型配子的比例=（10+10）/400 100%=5%即重组型配子数应该是5%,恰好是发生基因之内交换的性母细胞的百分数一半。,六、交换的细胞学证据,第二节 重组值及其测定Section 3.2 Determining of Recombination Fraction,一、重组值的概念二、重组值的测定三、重组值与遗传距离,一、重组值的概念,重组值(Recombination Fraction)，指重组型配子占总配子的百分率，有时也称交换率/交换值。即：,亲本型配子+重组型配子,重组值(%),二、重组值的测定,(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

9、F1)产生配子的种类和比例。相引相与相斥相的测交结果：C-Sh相引相的重组值为3.6%；C-Sh相斥相的重组值为3.0%。,C-Sh基因间的连锁与交换,(二)、自交法测交法与自交法的应用比较；自交法的原理与过程：(以香豌豆花色与花粉粒形状两对相对性状，P-L 重组值测定为例。),香豌豆P-L基因间重组值测定(1),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=1，a=d,b=c,香豌豆P-L基因间重组值测定(2),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+2

10、adP_ll(PPll,Ppll)：b2+2bdppL_(ppLL,ppLl)：c2+2cdppll：d2,d2,香豌豆P-L基因间重组值测定(3),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)，因此有：,重组值=b+c=0.06+0.06=0.12=12%,重组值=a+d=0.049+0.049=0.098=9.8%,香豌豆P-L基因间交换值测定(4),相斥相的分析（设自交F2代共419株，其中双隐性个体1株）：,三、重组值与遗传距离,1.非姊妹染色单体间交换数目及位置是随机的；2.两个连锁基因间重组值的变化

11、范围是050%，其变化反映基因间的连锁强度、相对距离；假设染色体质地均匀，染色体上任何部位都有交换的可能，单位长度内含的交换的部位相同，则基因之间距离越长（所含碱基对越多，交换位置越多），交换值越大；距离越近，交换值越小。反之，交换值越大，则表明基因之间距离越远，交换值越小基因越近。3.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(genetic distance)。通常以1%的重组率作为一个遗传距离单位/遗传单位，记作1cM（certimorgan,厘摩）。,基因间的距离与交换值、遗传距离、连锁强度,第三节 基因定位与连锁遗传图Section 3.3 Gene Location

12、&Linkage Map,(基因定位的含义与层次)一、连锁分析的方法二、干涉和并发系数三、连锁遗传图,基因定位(gene location/localization),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。根据两个基因位点间的交换值能够确定两个基因间的相对距离，但并不能确定基因间的排列次序。例：玉米糊粉层有色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%。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。,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

13、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：,基因定位的层次,1.染色体定位(单体、缺体、三体定位法)；2.染色体臂定位(端体分析法)；3.连锁分析(linkage analysis)。,广义的基因定位有三个层次：,一、连锁分析的方法,基因连锁分析的主要方法：(一)、两点测交(two-point testcross)通过三次测交，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)、三点测交(three-point testcross)一次测交就考虑三对基因的差异，从而通过一次测验获

14、得三对基因间的距离并确定其排列次序。,两点测交(1),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,两点测交的3个测交结果,两点测交(2),2.计算三对基因两两间的交换值估计基因间的遗传距离。,两点测交(3),3.根据基因间的遗

15、传距离确定基因间的排列次序并作连锁遗传图谱。C-Sh:3.6 Wx-Sh:20 Wx-C:22,两点测交：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。当两基因位点间距离较远时，两点测验的准确性就不够高。,三点测交,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 sh+/sh+wxc/+wxc F1及测交:饱满、非糯性、有色凹陷、糯性、无色 sh+/+wxc shwxc/shwxc 2.考察测交后代的表现型、

16、进行分类统计。,在不完全连锁的情况下测交后代有多少种表现型？,单交换,双交换,不交换,A B C,a b c,A B C,A B C,a b c,a b c,A B C,a b c,3.按各类表现型的数目，对测交后代进行分组；4.进一步确定两种亲本类型和两种双交换类型；,5.确定三对基因在染色体上的排列顺序。分别计算三对基因两两间交换值，确定基因顺序；用两种亲本型配子与两种双交换型配子比较：双交换配子与亲本型配子中不同的基因位点位于中间，再计算基因间的交换值。如：+wx c与sh wx c相比只有sh位点不同，因此可以断定sh位点位于wx和c之间；同理，sh+与+相比也只有sh位点不同，也表明

17、sh位点位于wx和c之间。,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。,基因间排列顺序确定,二、干涉和并发系数,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三点测交中，wx和c基因间理论双交换值应为：0.1840.035=0.64%。,二、干涉和并发系数,2.干涉(interference)：测交

18、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。这种现象称为干涉(interference)，或干扰：一个交换发生后，它往往会影响其邻近交换的发生。其结果是使实际双交换值不等于理论双交换值。为了度量两次交换间相互影响的程度，提出了并发系数的概念。,并发系数(coefficient of coincidence),并发系数也称为符合系数：用以衡量两次交换间相互影响的性质和程度。例如前述中：并发系数=0.09/0.64=0.14 干涉=0.86并发系数的性质：真核生物：0,

19、1正干涉；*某些微生物中往往大于1，称为负干涉。,并发系数,干涉=1并发系数,三、连锁遗传图(linkage map),1.连锁遗传图(linkage map)：标有基因座位的图，也叫遗传学图(genetic map)、基因位置图、染色体图。表明基因的位置及基因间的遗传学距离（非真实距离）2.连锁群(linkage group)；位于同一染色体图上的全部基因构成的群体。连锁群的数目.A、B连锁，B、C连锁，则A、C连锁；A、B连锁，B、C不连锁，则A、C不连锁。,3.绘制连锁图的规则：把染色体的某一端作为原点，一般是短臂端，标为O。其它的基因所在的位置距O点的单位标出来。图距在遗传学图上是累加

20、的。一般用突变基因的符号来代表基因位点。,大于50个遗传单位的遗传距离说明什么？,玉米的连锁遗传图,第四节 人类基因的定位,1.细胞融合：把同种或异种细胞通过特殊处理，使它们融合在一起，形成杂种细胞的过程。特殊处理的方法：PEG（聚乙二醇），仙台病毒，电融合。2.融合过程（了解）：处理细胞A+细胞B 相互靠近 异核体 杂种细胞（膜溶解）（一个细胞两个核）,3.原理 将人细胞与小鼠细胞进行细胞融合，得到人鼠杂种细胞，进行有丝分裂时人的染色体被排斥，被丢失。丢失的染色体是随机的，这样就可以得到一系列稳定的细胞株。每个细胞株中含有人的不同的染色体，因此可利用群体细胞株来进行基因定位。通过试验某染色体

21、与要定位的基因是否共存在来判断该基因是否定位在该染色体上。,细胞株 A B C D E 染色体1 染色体2 染色体3,可断定基因1位于2号染色体上，基因2位于1号染色体上，基因3位于2号染色体上。,各细胞株中染色体的分布情况,检测各细胞株中要定位的基因是否存在,细胞株 A B C D E 基因1 基因2 基因3,第五节 真菌类的连锁与交换Linkage&Crossing-over in Fungus,一、粗糙链孢霉的生活史二、粗糙链孢霉的特点 三、四分子分析与着丝粒作图 四、粗糙链孢霉的连锁与交换,一、粗糙链孢霉的生活史,二、粗糙链孢霉的特点,粗糙链孢霉的特点：易于繁殖、培养、管理；单倍体，无

22、显隐性之分，表现型就代表基因型。可直接观察基因表现，无需测交；可获得、分析单次减数分裂的结果等。粗糙链孢霉减数分裂特点：每次减数分裂产物都保存在一个子囊中；每次减数分裂产物在子囊中呈直线排列，具有严格的顺序。,粗糙链孢霉有一个与赖氨酸合成有关的基因(lys)：野生型能够合成赖氨酸，记为lys+，能在基本培养基(不含赖氨酸)上正常生长，成熟子囊孢子呈黑色；突变型不能合成赖氨酸，为赖氨酸缺陷型，记为lys-，在基本培养基上生长缓慢，子囊孢子成熟较迟，呈灰色。用不同接合型的lys+和lys-杂交，可预期8个孢子中lys+和lys-呈4:4的比例，事实也是如此。在对子囊进行镜检时发现子囊中lys+和l

23、ys-的排列方式。,2,1,3,4,6,5,六种子囊孢子排列方式,非交换型、交换型子囊的形成,子囊中lys+和lys-的六种排列方式,第一次分裂分离与第二次分裂分离,(1-2)两种排列方式：野生型lys+和突变型lys-在 AI 彼此分离，称第一次分裂分离(first division segregation)。着丝粒和lys基因位点间不发生非姊妹染色单体交换，因此这两种子囊类型就是非交换型子囊。(3-6)四种排列方式：第一分裂产物中野生型与突变型未发生分离，野生型和突变型 AII 发生分离，称第二次分裂分离(second division segregation)。着丝粒与基因位点间发生非姊

24、妹染色单体交换，因此这四种子囊均为交换型子囊。,三、四分子分析与着丝粒作图,四分子分析(tetrad analysis)：*非顺序/非直列四分子分析：四分子没有严格排列顺序，如酵母菌。顺序/直列四分子分析：根据一个子囊中四个按严格顺序直线排列的四分子(或其有丝分裂产物子囊孢子)进行的遗传分析。,着丝粒作图(centromere mapping)：如果减数分裂过程中，基因位点与着丝点间不发生非姊妹染色单体间交换，一对等位基因分离产生的两种类型子囊孢子将分别排列在子囊的两端；如果发生交换将产生不同的排列方式。可根据子囊中子囊孢子排列方式判断该次减数分裂是否发生交换，并计算重组值；该重组值为基因与着

25、丝点间的重组值，因此可估计基因位点与着丝粒间遗传距离，并进行连锁作图，称着丝粒作图。,着丝粒距离与着丝粒作图,将着丝粒当作一个基因位点看待，计算基因位点与着丝粒间的交换值，估计基因与着丝粒间的遗传距离，称为着丝粒距离。每个交换型子囊中，基因位点与着丝粒间发生一次交换，其中半数孢子是重组型(重组型配子)。因此，重组值的计算公式为：,重组值=,lys基因的野生型与突变体杂交获得的子囊果中，50个子囊中有-+21+-19+-+-2-+-+3-+-2+-+3 请计算lys与着丝粒之间的图距。,四、粗糙链孢霉的连锁与交换(P184),nic+：烟酸缺陷型+ade：腺嘌呤缺陷型,PD 亲二型（parent

26、al ditype）表型像亲本，共有两种类型；NPD 非亲二型（non-parental ditype），表型都不像亲本，有两种类型；T 四型（tetratyne），有四种基因型.,着丝粒与nic的重组值=（第二次分裂分离子囊数/总子囊数）*1/2（5+90+1+5）/1000/2=5.05%着丝粒与ade的重组值=（M2/总子囊数）*1/2=（90+90+1+5）/1000/2=9.30%,nic与ade的重组值=NPD+1/2T 总子囊数=（1+1）+1/2（90+5+5）/1000=5.2%,着丝粒与nic的重组值=5.05%着丝粒与ade的重组值=9.30%nic与ade的重组值=5.

27、2%,连锁互换的特点,1.两条非姐妹染色单体上的两个基因之间发生奇数交换，产生重组类型的配子；发生偶数交换不产生重组类型的配子。前者交换叫有效交换，后者叫无效交换。连锁的染色体之间如果发生一次有效交换，将产生两种重组类型的配子和两种非重组类型的配子。2.当两个基因较近时，两个基因之间重组值的大小取决于这两个基因在染色体上的距离；两个基因较远时，由于无效交换的发生，重组值不能精确地反映基因间距离。3.干涉的大小与两个相邻交换位点的距离有关。两个位点离的越近，干涉越大，反之越小。,染色单体干扰,1：二线双交换2、3：三线双交换4：四线双交换,1,2,4,3,念珠理论经典遗传学的基因论,基因是一种化

28、学实体，以念珠状直线排列在染色体上，随染色体复制，在有丝分裂和减数分裂中有规律地进行分配，并具有相对稳定性。1.染色体是基因的载体或转运者，它允许基因有序分离与组合；2.基因是最小重组单位，具有不可分性，交换只能发生在基因间；3.基因是最小突变单位，以一个整体进行突变，内部不再有可变化的更小组分；4.基因是一个功能单位。它控制有机体的某一个或一些性状。可将重组单位和突变单位合称为结构单位，因而基因既是一个结构单位，又是一个功能单位。,遗传学三大规律总结,一个分裂一个公式一个学说三大规律,遗传学三大规律总结,1.一个分裂：减数分裂 生物的遗传规律是伴随着有性生殖的发生而发生的，配子是随着减数分裂

29、而发生的,2 一个公式：基因型+环境=表现型,3.一个学说：染色体学说（1903）基因在染色体上，是直线排列的，跟随染色体的传递而传递，基因是染色体的一部分。,基因 传递规律 等位基因 分离规律 同源染色体上 连锁互换规律 的非等位基因 非同源染色体上 自由组合规律 的非等位基因,习题,1.以下是一个遗传病的系谱，问III3与III4结婚，所生第一胎患病的几率是多少？若第一胎患病，第二胎患病的几率是多少？若第一胎不患病，第二胎患病的几率是多少？,1/12；1/4；1/12,2.玉米性状种子形状饱满Sh，凹sh，颜色有色C，无色c，有色饱满纯系与无色凹陷杂交得到的F1自交，得到种子有色饱满660

30、0粒，无色凹陷1600粒，有色凹陷900粒和无色饱满900粒，求重组值。,20%,3.连锁染色体图 O a b c 10 30 40 干涉=1，干涉=0.5时，组合AbC/AbCaBc/aBc AbC/aBc，F1形成配子的种类及比例。,1：六种35%，35%，10%，10%，5%，5%，2：八种35.5%，35.5%，9.5%，9.5%，4.5%，4.5%，0.5%，0.5%,4.果蝇灰身B，黑身b，长翅V，残翅v，BV/BV bv/bv BV/bv 自交 F2代表型种类及比例（条件b-v之间交换值为10%）,B_V_：50%+50%45%；B_vv：50%5%；bbV_：50%5%；bbvv：50%45%,