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1、丝状真菌的遗传丝状真菌，尤其是粗糙脉孢菌(Neurospora crassa)和构巢曲霉(Aspergillus nidulans)一直是研究真核生物遗传重组、基因组织和基因表达调节的模式系统。真菌的有性生殖和准性生殖过程是真菌在自然界条件下进行遗传物质转移和重组的主要途径。,早期丝状真菌遗传研究主要集中在有性生殖和准性生殖过程，并通过经典遗传分析对其进行研究。70年代发展起来的原生质体融合技术为丝状真菌遗传物质的转移和重组提供了较方便和有效的手段，并使获得种间甚至属间杂种成为可能，所以被称为细胞水平上的遗传工程。随着重组DNA技术的不断发展，1979年Case等在粗糙脉孢菌中建立了第一个丝状
2、真菌的DNA转化系统，从此丝状真菌的遗传研究跨入了分子遗传学时代。现在在所有主要的丝状真菌中都建立了DNA转化系统，并已普遍用于基因分离和基因结构、基因组织、基因表达调控等研究，科学家们正兴奋地期望用分子生物学方法解决丝状真菌中长期以来使人迷惑不解的各种生物学问题。,第一节 粗糙脉孢菌(顺序排列四分体)的遗传分析 粗糙脉孢菌在有性生殖过程中，每个合子核减数分裂的全部产物不仅同处于一个子囊内，并且呈直线排列。我们将这样的以直线方式排列在同一个子囊内的四个减数分裂产物称为顺序排列四分体。一、粗糙脉孢菌的生活史,二、粗糙脉孢菌有性杂交的遗传分析(一)四分体分析 减数分裂的产物在一个子囊内形成顺序排列
3、的四分体，是粗糙脉孢菌有性杂交的特点。对顺序排列的四分体可以进行如下的遗传分析：(1)判断第一次分裂分离和第二次分裂分离，(2)计算着丝粒，(3)计算重组频率。,1第一次分裂分离和第二次分裂分离粗糙脉孢菌的特点是它的四分体呈顺序排列。例如，将A和a接合型的两个菌株的细胞接合以后，通过有性生殖可产生含有子囊的子囊果，每一个子囊中含有8个子囊孢子。将粗糙脉孢菌的一个子囊中的8个子囊孢子依次序分离培养，可以得到8个单孢子菌株。如果在这8个菌株的斜面上都放上属于接合型a的分生孢子，经过培养可以看到4个斜面上出现成熟的子囊果，4个斜面上没有子囊果，说明4个菌株的接合型属于A、4个属于a，并且其排列顺序为
4、AAAAaaaa。,为什么会出现这种现象呢？这可以用图 所示的模型加以解释。即A和a接合型分别受染色体上的接合型基因的控制，在减数分裂的第一次分裂中A和a基因发生分离，结果出现上述性状。如果决定接合型的物质与染色体无关，它就不会作这样有规律的分离。,粗糙脉孢菌的子囊孢子的排列方式除了上述情况外，还有另外5种排列方式，也就是说，其子囊孢子的排列共有下面6种方式：()A A A A a a a a()a a a a A A A A()A A a a A A a a()a a A A a a A A()A A a a a a A A()a a A A A A a a,这6种排列方式和它们进行减数分裂
5、时的染色体行为特点有关。()型和()的出现，是由于在减数分裂过程中接合型基因座位(A或a)与着丝粒之间未发生染色体交换的缘故(图)。由于A和a 基因在第一次分裂时就发生相互分离，所以称为第一次分裂分离(first division segregation)。相反，()、()、()、()型的出现是由于A和a 基因与着丝粒之间发生染色体交换所致(图)。由于A和a 基因是在第二次分裂时才发生相互分离，所以称为第二次分裂分离(second division segregation)。,2着丝粒距离根据前面的分析，粗糙脉孢菌中8个子囊孢子的排列方式可反映基因分离的方式以及基因与着丝粒之间是否有染色体交换
6、发生。只有当有关基因和着丝粒之间发生了一次染色体交换时，才会产生第二次分裂分离的排列方式。经典遗传学研究结果早已证明，染色体上两个位点之间的距离越远，则这两位点之间发生交换的频率也就越高。,（1/2）第二次分裂分离子囊数着丝粒距离=100图距单位 总子囊数早在1932年，粗糙脉孢菌的接合型基因的着丝粒距离已经测定。所根据的数据见表。,因此，就可以通过第二次分裂分离的子囊频率来计算某一基因和着丝粒之间的距离，称这种距离为着丝粒距离。因为每一个第二次分裂分离子囊中只有一半是重组的子囊孢子，另一半子囊孢子是非重组的，所以基因座位和着丝粒之间的距离应该是：,表 粗糙脉孢菌接合型基因子囊类型的测定数据
7、子囊类型第一次分裂分离 AAAAaaaa 105 aaaaAAAA 129第二次分裂分离 AAaaAAaa 9 aaAAaaAA 5 AAaaaaAA 10 aaAAAAaa 16,由以上公式计算接合型基因A或a与着丝粒之间的距离为：1/2(9+5+10+16)着丝粒距离=100=7.3 图距单位 105+129+9+5+10+16,3着丝粒距离和重组频率前面讲的是一对基因的情况，那么，两对基因的情况又如何呢？我们知道在经典遗传学中，动植物的两个基因之间的距离是用重组百分值表示的。当然已经证实在能进行减数分裂的微生物中，杂交子代中重组值也是基因之间的距离的可靠估计。那么两个基因之间的重组距离，
8、必定是这两个基因的着丝粒距离之和(如果它们处在着丝粒的两侧)或差(如果它们处于着丝粒的一侧)。,如前所述，一对基因杂交时可产生6种不同的子囊类型，两对基因杂交就是6 6=36种不同的子囊类型。但是由于半个子囊内的基因排列次序实际上可以忽略，例如在 nic+ade杂交中，产生的nic+和+ade或+ade和 nic+形式的排列的子囊也包括了下面的三型子囊：nic+ade nic+ade nic+ade+ade nic+nic+nic+ade+ade,下面，我们具体看一下粗糙脉孢菌中nic+ade杂交情况，其杂交的子代子囊类型数据见表。,因为在半个子囊中，无论是nic+在上面，+ade在下面；还是
9、+ade在上面，nic+在下面，只不过是着丝粒随机取向的结果，与染色体交换行为无关，可以不加考虑。因此，就可将36种不同的子囊类型归纳为7种基本子囊类型(表)，7种基本子囊类型的产生基础见图。另外，当不考虑孢子的排列而只考虑性状组合时，可将子囊3种四分体类型，即亲代双亲型(PD)、非亲代双亲型(NPD)和四型(T)。通过上述归纳，可使两对基因的四分体分析简化。,表 粗糙脉孢菌nic+ade杂交子代的子囊类型 1 2 3 4 5 6 7+ade+ade+ade+子囊类型+ade+ade nic ade nic+nic ade nic ade nic+nic ade nic+ade+ade nic
10、+nic ade nic ade nic+nic+nic ade nic+分离时期 M1 M1 M1 M1 M1 M2 M2 M1 M2 M2 M2 M2 M2 M2四分体类型 PD NPD T T PD NPD T子囊数 808 1 90 5 90 1 5,图 9-5 7种子囊类型的来源(引自丁友和陈宁编著，普通微生物遗传学，南开大学出版社，1990),现在让我们比较一下由着丝粒距离测定的图距和由重组频率测定的图距。根据着丝粒距离计算公式，可以计算出nic、ade与着丝粒的距离如下：（1/2）(第二次分裂分离子囊数)nic与着丝粒距离=100 总子囊数 1/2(5+90+1+5)=100=5
11、.05 1000,1/2(90+90+1+5)ade与着丝粒距离=100=9.30 1000,再让我们根据四分体来计算nic 和ade之间的重组频率，以便判断nic 和ade与着丝粒的相对位置。依图9-5 知每一个四分体中均会含有四条染色单体。由于每个T型四分体中含有2条重组染色单体，每个NPD型的四分体中含有4条重组染色单体，每个PD型四分体中不含重组染色单体，所以重组染色单体数目是 2 T+4 NPD；染色单体的总数是 4(T+PD+NPD)。因此 nic 和ade 基因间的重组频率可根据下列公式计算：,重组染色单体数目 2 T+4 NPD重组频率=100%=100%染色单体总数目 4(T
12、+PD+NPD)1/2(90+5+5)+(1+1)nic-ade重组率=100%=5.2%1000,也就是说，nic 和ade之间的相对距离为5.2。由于nic 和着丝粒的距离为5.05，ade和着丝粒的距离为9.3，因此可以判定nic 和ade在染色体上的排列顺序和相对距离为图：_。_nic_ade_ 5.05 5.20 9.3 图 nic、ade和着丝粒之间的距离,可见，通过着丝粒距离计算得到的ade与着丝粒距离为9.3，而由重组频率测得的距离为5.2+5.05=10.25。虽然两个数值相近，但并不相等。这是因为在着丝粒距离方法中，在求ade与着丝粒之间的距离时，是将所有第二次分裂分离型的子囊数加起来再除以二倍的总子囊数。在此将少量的在着丝粒和ade间发生双交换的子囊遗漏了，因此造成着丝粒与ade的距离偏低。,
