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1、第三章 连锁互换与基因作图,一、连锁与互换现象二、连锁互换与基因作图三、有丝分裂中染色体的分离与重组四、连锁群,三点测交(three-point testcross)与染色体作图,为了进行基因定位，摩尔根和他的学生Sturtevant改进了上述两点测交，创造了三点测交方法，即将3个基因包括在同一次交配中。进行这种测交，一次实验就等于3次两点试验。已知在果蝇中棘眼(ec)、截翅(ct)和横脉缺失(cv)这3个隐性突变基因都是X连锁的。把棘眼、截翅个体与横脉缺失个体交配,得到3个基因的杂合体ec ct+/+cv(ec、ct、cv的排列不代表它们在X染色体的真实顺序)，取其中3杂合体雌蝇再与3隐性体
2、ec ct cv/Y雄蝇测交，测交后代如下表。,有关三点测交的解题分析步骤：1）确定亲组合和双交换2）比较双交换与亲组合，确定三个基因的顺序3）计算基因间的重组值4）染色体连锁图的绘制5）干涉与并发系数,ec ct+/+cv ec ct cv/Y测交后代数据,结果分析,1、归类2、确定正确的基因顺序 用双交换型与亲本类型相比较，发现改变了位置的那个基因一定是处于中央的位置，因为双交换的特点是旁侧基因的相对位置不变，仅中间的基因发生变动。于是可以断定这3 个基因正确排列顺序是ec cv ct。,ec ct+,+cv,ec+ct,+cv+,ct ec+,+cv,ec+,+ct cv,ec cv c
3、t,+,ct+,+ec cv,3、计算重组值，确定图距(1)、计算ctcv的重组值 忽视表中第一列(ec/+)的存在，将它们放在括弧中，比较第二、三列：,ctcv间重组率=(217+223+5+3)/5318=0.084=8.4%=8.4cM,3、计算重组值，确定图距(2)、计算eccv的重组值 忽视表中第二列(ct/+)的存在，将它们放在括弧中，比较第一、三列：,eccv间重组率=(273+265+5+3)/5318=10.2%=10.2cM,3、计算重组值，确定图距(3)、计算ecct的重组值 忽视表中第三列(+/cv)的存在，将它们放在括弧中，比较第一、二列：,ecct间重组率=(273
4、+265+217+223)/5318=18.4%=18.4cM,4、绘染色体图,在计算eccv和cvct的重组值时都利用了双交换值，可是计算ecct时没把它计在内，因为它们间双交换的结果并不出现重组。所以ecct之间的实际双交换值应当是重组值加2倍双交换值。即18.4%+20.1%=18.6%。当三点测交后代出现8种表型时,表明有双交换发生,此时需用2倍双交换值来作校正。若3个基因相距较近，往往不出现双交换类型,后代只有6种表型,无需校正。,5、资料整理,亲本的基因型为：,ec+ct,ec+ct,+cv+,ec+ct,+cv+,ec cv ct,三、有丝分裂中染色体的分离与重组,1 有丝分裂重
5、组的发现2 真菌系统中的有丝分裂重组3 有丝分裂重组作图,1 有丝分裂重组的发现,以前介绍的连锁互换及三点测交均为减数分裂时性细胞中的情况。但果蝇等二倍体生物体细胞中也会发生非姊妹染色单体间的交换。有丝分裂重组：二倍体体细胞通过有丝分裂产生基因型与其不同的子细胞的过程，称有丝分裂交换或体细胞交换。,了解,1936年Stern首先在果蝇中发现有丝分裂过程发生染色体交换的现象。果蝇的性状：黄体 y灰体（显性）焦刚毛 sn直刚毛（显性）,了解,黄色斑块及黄刚毛 黄色斑块及黄刚毛 焦刚毛 焦刚毛,将一个灰体焦刚毛（sn/sn）雌果蝇和一个黄体直刚毛（y/Y）雄果蝇杂交，Stern发现了正如所预料的那样
6、雌性后代大部分为野生型，但某些雌果蝇的身体有一小块区域是黄色或焦刚毛。这个现象被解释为可能是染色体不分离或染色体的丢失所致。（这些改变是属体细胞的而不是生殖细胞的。）,另一些雌果蝇有孪生斑（twin spots），即两个相连的区域，一个为黄色直刚毛，另一个为黑色焦刚毛，呈现镶嵌表型，在孪生斑的周围都是野生型表型。Stern注意到一个有趣的现象，即孪生斑的两部分是相连的，那么这种孪生斑一定是某种遗传事件的交互产物。最好的解释是通过有丝分裂交换而产生，Stern熟知在果蝇胚胎分化之后通过有丝分裂产生各种组织，所以他才提出这一解释。,黄色斑块及黄刚毛 黄色斑块及黄刚毛 焦刚毛 焦刚毛,若有丝分裂发生
7、在着丝点与sn位点之间，那么产生的两个子细胞的基因型将不同，它们进一步分离形成两个相近的克隆时，表现出孪生斑的特点。若交换发生在sn和y之间就会产生单个的黄斑。在很少的情况下，在染色体复制后，但在中期前，同源染色体形成四分体，进行交换，然后再进入中期，复制后的两条染色单体各趋向一极分离，形成了有丝分裂交换。,图3.14有丝分裂交换图示（P66）,2 真菌系统中的有丝分裂重组,通过有性生殖实现遗传物质的重组是包括真菌在内的多数生物的普遍现象。在真菌中也存在伴随另一种特殊遗传重组方式的一种生殖方式准性生殖。真菌的准性生殖是指异核体真菌菌丝细胞中两个遗传物质不同的细胞核结合成杂合二倍体的细胞核，这种
8、二倍体细胞核在有丝分裂过程中可以发生染色体交换和单倍体化，最后形成遗传物质重组的单倍体的过程。,例如构巢曲霉是一种能产生有性孢子的子囊菌，它的营养体是单倍体。1952年首先在构巢曲霉中发现了准性生殖现象。具体过程：,准性生殖过程,（1）异核体的形成遗传上有差异的单元核共存在同一个细胞内进行增殖，这样的细胞、孢子、菌丝体等均称为异核体。（细胞质融合）（2）杂合二倍体的形成一般异核体将产生单核的分生孢子，少数情况下异核体内进一步发生细胞核融合。,构巢曲霉野生型菌株孢子颜色绿色（w+y+）白色（w）黄色（y）白色突变株（w y+）黄色突变株（w+y）,可产生绿色孢子菌株，原因是两突变株核融合形成了杂
9、合二倍体（w y+/w+y）的缘故。,（3）通过有丝分裂产生重组体,准性生殖过程中，杂合二倍体不进行减数分裂，而进行有丝分裂。产生重组体有两种方式：1）体细胞交换产生二倍体重组体构巢曲霉的杂合二倍体偶尔在其同源染色体对的染色单体间发生遗传物质的对等交换，产生重组体，使原来处于杂合状态的部分基因变为纯合状态。,准性生殖中体细胞交换产生重组体（p68）,（2）单倍体化产生各种类型的非整倍体和单倍体的重组体准性生殖中的单倍体化是整条染色体在有丝分裂过程中由于染色体不分离而丢失的现象。由于纺锤丝断裂或其它原因造成的染色体不分离，使得分裂后的两条染色体都趋向一极，造成一个子细胞多一条染色体（2n+1）,
10、另一子细胞少一条（2n1），在以后的分裂中，非整倍体染色体继续丢失，可最终成为单倍体,通过单倍体化产生重组体,3 有丝分裂重组作图,有丝分裂重组作图的原理是根据体细胞同源染色体的交换使得染色体远端的隐性基因纯合化的规律，用来确定基因的排列位置和距离。,由杂合二倍体的体细胞基因重组判断基因顺序的原理（p69）,若交换发生 在基因b与c间，则导致c、d、e的纯合化；若交换发生 在基因c与d间，则导致d、e的纯合化；若交换发生 在基因d与e间，则导致e的纯合化；可见，离着丝粒越近的基因纯合化的机会越小，越远越大。统计各种重组二倍体类型出现的频率，可以计算出各基因间或着丝粒和邻近基因间的距离。,四、连
11、锁群,1 连锁群的定义及遗传学图的制定2 人类染色体作图,1 连锁群的定义及遗传学图的制定,存在于同一染色体上的基因组成一个连锁群。连锁群：一组不能进行自由组合的线性排列的基因群。一种生物连锁群的数目单倍体染色体数（n），有n对染色体就有n个连锁群。例如豌豆的染色体是7对，即7个连锁群。人的连锁群数？（22XY）=24,遗传图：依据基因在染色体上直线排列的定律，把一个连锁群的各个基因之间的距离和顺序绘制出来。绘制遗传图时把最先端的基因作为0，发现更先端的基因时，把0点位置让给新基因，其余位置作效应移动。基因间的距离用图距表示，单位厘摩cM。,2人类染色体作图,对于人类，不能进行有计划的遗传实验
12、，一般通过收集家系成员的相关资料，即家系分析法进行连锁分析。体细胞杂交法、原位杂交法、基因剂量效应法也可用于人类基因定位。,（1）家系分析法是通过分析家系中连锁基因的重组来确定同一染色体上基因的排列顺序与遗传距离。主要集中在x染色体上相应基因，如红绿色盲、血友病基因的定位等。针对家族所有成员进行症状、体征、血缘关系的调查，记录绘制成系谱图。除常规调查外，还可通过病理检测诊断、染色体检查、生化检查、分子生物学检查等方法来分析家系中基因间的连锁关系。,重 点,外祖父法是家系分析中测定x染色体上基因间图距的常用方法。例如色盲基因b和蚕豆病基因g均位于x染色体上，通过外祖父法测定其重组值的步骤：1）首
13、先确定母亲的基因型是否为双杂合体，这位母亲自身表现正常，但具有生出色盲或蚕豆病儿子的机会。2）从外祖父的表型确定母亲的真实基因型。3）从母亲的基因组成确定儿子中哪些为重组合，哪些为亲组合。4）通过计算相应家系的重组合的比例，计算重组值。,a色盲g蚕豆病,家系分析法,b g ich OA 11 cM 17 cM b:色盲基因g:蚕豆病基因ich:鱼鳞癣(Ichthyosis vulgaris)OA:眼白化症,5cM,前面例子中4类家系的100个儿子中有5个重组合，则b和g基因间图距为5cM。,（2）体细胞杂交法通过细胞融合进行基因定位是体细胞杂交法的基础。把人和小鼠的细胞进行融合形成杂种细胞，杂
14、种细胞在有丝分裂过程中专一性丢失人的染色体，最后随机留下n条人的染色体，获得不同的细胞系即克隆。,粗略定位,表1 杂种细胞系的染色体和TK活性 细胞系人类染色体 TK活性（1）5，9，12，21（2）3，4，17，21（3）5，6，14，17，22（4）3，4，9，18，22（5）1，2，6，7，20（6）1，9，17，18，20,细胞系（2）（3）（6）均具有TK活性，共同特点是具有17号染色体。表明TK基因位于17号染色体上。,表2 克隆嵌板 细胞系 残留的人类染色体 1 2 3 4 5 6 7 8 A B C 克隆嵌板法（clone panel method）,3个细胞系ABC每一克隆保
15、留了人的18号染色体中的4条染色体，如果某个基因在AC上存在，在B上不存在，说明其位于3号染色体。,把一组杂种细胞系称为克隆嵌板。,（3）原位杂交法体细胞杂交法无法确定基因在染色体上的具体位置。利用原位杂交法可把特定基因定位到染色体的某一位置上。前提：基因碱基序列是已知的。方法：将已知基因序列作为探针用荧光标记，高温变性为单链DNA后与人类中期染色体显微制片进行杂交，在荧光显微镜下确定基因在染色体上的具体位置。例如人的胰岛素基因是通过原位杂交法定位于11p15上的。,相对精细定位,（4）基因剂量效应法基因剂量效应法是利用具有某一特定染色体片段，缺失、重复等染色体畸变而导致的染色体某一片段拷贝数数目与某一基因的剂量效应变化关系。例如先天愚型患者超氧化物歧化酶1（SOD-1）的基因活性为正常人的1.5倍，说明该基因位于21号染色体上。例如某一患者2号染色体短臂缺失，则其红细胞酸性磷酸酶1活性明显降低，我们可以将基因剂量效应法将其定位于2号染色体短臂。,粗略定位,要点小结,1 了解果蝇中的有丝分裂重组现象2 掌握真菌的准性生殖的概念、过程，对相应例题进行分析3 有丝分裂重组作图及其应用4 连锁群、遗传图的概念5 人类染色体作图的4种方法，会应用家系法（外祖父法）和细胞融合法中的克隆嵌板法分析基因在染色体上的定位。,
