1、第五章 连锁遗传和性连锁,Genetic Linkage and Chromosomal Mapping,第一节 连锁与交换,一、连锁,（一）性状连锁遗传的发现,1905年,W.Bateson和R.C.Punnet研究了香豌豆两对性状的遗传。一对是花的颜色,紫花对红花为显性，一对是花粉形状，长形对圆形为显性。,紫长PPLL 红圆ppll,紫长PpLl,紫长 紫圆 红长 红圆 P_L_ P_ll ppL_ ppll观察数 4831 390 393 1338按9:3:3:1推算 3910.5 1303.5 1303.5 434.5,花色和花粉形状分离比符合3:1，表明都是由单基因控制的，但F2不符
2、合9:3:3:1的分离比,紫圆PPll 红长ppLL,紫长PpLl,紫长 紫圆 红长 红圆 P_L_ P_ll ppL_ ppll 观察数 226 95 97 1 理论数 235.8 78.5 78.5 26.2,结果和前次的相近，仍不符合孟德尔定律，亲本组合比理论数多，重组组合比理论数少。,相关概念：,连锁遗传：相引相（组）：相斥相（组）：,（二） 连锁遗传的解释,摩尔根的果蝇杂交试验；,Pr+pr+vg+vg+红长,Prprvgvg（紫残）,F1 pr+prvg+vg,prprvgvg,Pr+prvg+vg 1339,Prprvgvg 1195,Pr+prvgvg 151,Prprvg+v
3、g 154,P,测交,相引组,P pr+pr+vgvg X prprvg+vg+,F1 pr+prvg+vg X prprvgvg,Pr+prvg+vg 157,Prprvgvg 146,Pr+prvgvg 965,Prprvg+vg 1067,相斥组,基本概念,在减数分裂时同源染色体之间的交换导致了遗传重组的发生。一个交叉就是交换的位点。遗传重组的证据是在减数分裂中发现交换时细胞学标记发生重组，遗传学标记也发生重组。交换是一个交互事件，发生在减数分裂前期 I 染色体形成二价体的阶段。重组是交换的结果，但交换并不一定引起重组，如两标记间发生偶数次重组，标记并不发生重组。两个染色体之间发生一次交
4、叉可以阻止相邻位置第二次交叉的发生，这个现象称为交叉干涉。,Punnet 认为似乎两对基因在杂交子代中的组合并不是随机的，而是原来属于同一亲本的两个基因更倾向于进入同一配子，此叫做相引(coupling)，原来属于不同亲本的两个基因之间在形成配子时相互排斥，称为相斥(repulsion)。当两个非等位基因a和b处在一个染色体上，而在其同源染色体上带有野生型A、B时，这些基因被称为处于相引相(coupling phase)(AB/ab)；若每个同源染色体上各有一个突变基因和一个野生型基因，则称为相斥相(repulsion phase)(Ab/aB)。,灰残 黑长 BBVV bbvv,灰长BbVv
5、, 黑残 bbvv,灰长 黑残BbVv bbvv 1 1,1910年,Morgan和Bridges用果蝇进行了大量的杂交实验，提出了连锁交换定律，被后人誉为遗传的第三定律。,不完全连锁(incomplete linkage):测交后代出现4种不同表 型，其中亲本类型远远多于新类型。,摩尔根的解释：假定基因B和V同处于一条染色体上，基因b和v同处于同源染色体的另一条染色体上。,连锁(linkage)：处于同一条染色体上的基因遗传时较多地联系在一起的现象。,（三）完全连锁和不完全连锁,完全 连锁：连锁基因之间不发生非姐妹染色单体间的交换，只形成两种亲型配子，没有重组型配子产生不完全连锁：连锁基因之
6、间发生非姐妹染色单体间的交换，不仅形成两种亲型配子，同时形成两种重组型配子。,b,v,B,V,配子,B,V,b,v,1,1,完全连锁,b,v,b,v,B,B,V,V,P,b,v,B,V,配子,B,V,b,v,F1,b,v,b,v,减数分裂中染色体的交换,不完全连锁,重组型配子,亲本型配子,pr vg pr+ vg+ pr vg pr+ vg+ pr vg pr+ vg+ pr+ vg+ pr vg 图5-1 两对位于同一条染色体 上的等位基因的简单遗传,Pr Vg Pr Vg Pr Vg Pr Vg Pr Vg+ Pr Vg+ Pr+ Vg+ Pr+ Vg Pr+ Vg Pr+ Vg+ Pr+
7、 Vg+ Pr+ Vg+ 图52 在减数分裂中染色体交换,连锁交换规律,处在同一染色体上的两个或两个以上的基因在遗传时，联合在一起的频率大于重新组合的频率。重组类型的产生是由于配子形成过程中，同源染色体的非姐妹染色单体间发生了局部交换的结果。连锁和交换的重组称为染色体内重组(intra-chromosomal recombination)，因染色体自由组合而产生的重组称为染色体间重组(inter-chromosomal recombination)。,5.2 基因重组与染色体交换的证实,1931年,McClintock和她的女博士生B.Creighton以玉米为材料进行了一项试验，为染色体交换
8、导致遗传重组提供了第一个有力的证据。,一玉米实验 麦克林托克（McClintock,B） 克 莱 顿 （Creighton, B） No. 9 染色体 C : 色素基因 Wx : 糯质基因 或 蜡质基因 knob: 节结,9号染色体，色素基因C有色对c无色，非糯Wx对糯wx,纽结(knob),来自第8号染色体的附加片段,配 子,在B.Creighton和McClintock的结果发表没几周，C.Stern又发表了果蝇实验的证据。,Curt Stern(1902-81),二果蝇实验,斯特恩（Stern，C.） X 染色体 car（Carnation） 粉红眼 隐性基因 B （Bareye） 棒状
9、眼 显性基因,配 子,Y染色体的易位片段,缺失的片段,果蝇X染色体，c为隐性突变，纯合体为粉红色，正常为红色，B为显性突变，表型为棒状眼。,不 完 全 连 锁 时， 为什么配子中总是亲型配子多，重组型配子少 ？,第二节 交换值及其测定,一、交换值,交换值（%）=,重组型配子数,总配子数,100,二、交换值的测定,（一）测交法,玉米籽粒的糊粉层颜色基因C和饱满度基因Sh是连锁的。杂交亲本为相引相时，有如下结果：,重组型,重组率RF=301/8368=3.6%,二、交换值的测定,（一）测交法（二）自交法,紫长PPLL 红圆ppll,紫长PpLl,紫长 紫圆 红长 红圆 P_L_ P_ll ppL_
10、 ppll 4831 390 393 1338,PL0、44,Pl0、06,PL0、06,Pl0、44,PL0、44,Pl0、06,Pl0、06,Pl0、44,1338,1338,6952,=19、2%,5.3 交换和重组值,染色体内重组是交换的结果，但交换不一定导致重组。两基因间发生奇数次交换才导致重组。存在于同一染色体上的基因群称为连锁群(linkage group)，排列在同一条染色体上及其同源染色体上的基因属于同一连锁群。一个二倍体生物的连锁群数应和其染色体对数相等。在少数的生物中如雄果蝇和雌家蚕都不发生重组，称为完全连锁。1922年英国的J.B.S.Haldane提出，凡较少发生交换
11、的个体必定是异配性别个体。,基因间的距离越长，发生交换的机会越多，因此交换值(crossing-over value) 的大小可以用来表示基因间距离的长短。但由于无法直接测定交换率，只有通过基因的重组率(recombination frequency)来估计交换频率。重组频率(RF)=重组型配子数目/(亲本型配子数目+重组型配子数目)。单位是图距单位m.u.(map unit)或厘摩(centimorgan, cM)，又称遗传距离。有时虽发生了交换(如双交换)，但没有导致重组，因此，重组值并不完全等于交换值。,交换值与连锁强度、遗传距离的关系,交换值,连锁强度,遗传距离,大,遗传单位：,小,大
12、,小,大,小,第三节 基因定位与连锁遗传图,一、基因定位：确定基因在染色体上的位置。包括基因间的距离（交换值）和顺序。（一）两点测验法要点：通过3次杂交和3次测交,a + + + c b a c b + + + a + b + c + a c + + + c,a-c间单交换,c-b间单交换,双交换,WX,Sh,C,23.6,20,3.6,WX,C,Sh,20,16.4,3.6,（二）三点测验,是基因定位最常用的方法，只通过一次杂交和一次测交，就可同时确定三对基因在染色体上的位置。优点：简单，准确。,三点测交实验的意义在于:,（1）比两点测交方便、准确。一次 三点测交相当于3次两点测交实验所获得
13、的结果；（2）能获得双交换的资料；（3）证实了基因在染色体上是直线排列的。,解题思路,1、三基因是否为连锁基因？2、排列顺序怎样？3、基因间距离如何？,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wx sh c,sh + +,+ wx C,+ sh +,wx + c,+ + sh,wx c +,sh wx +,+ + c,wx sh c,+ + +,+ c sh,wx + +,WX在中间,Sh在中间,C在中间,三基因的顺序
14、为：WX SH C,1、亲型： + wx c 2708 sh + + 25382、单交： + + c 626 sh wx + 6013、单交： sh + c 113 + wx + 1164、双交： + + + 4 sh wx c 2,sh + +,+ wx C,+ sh +,wx + c,单交换,双交换,按 wx sh c 重新排列,1、亲型： wx + c 2708 + sh + 25382、单交： + + c 626 wx sh + 6013、单交： + sh c 113 wx + + 1164、双交： + + + 4 wx sh c 2,Wx-sh间单交,Sh-c间单交,双交换,计算交换
15、值,1、双交换值=,4+26708,X 100%,=0.09%,2、WX-SH间单交换值=,601+626 6708,=18.4%,3、sh-c间单交换值=,116+113 6708,X100%+0.09%,X100%+0.09%,=3.5%,绘制遗传图,21、9,18、4,3、5,wx,sh,c,（三）干扰和符合,符合系数=,实际双交换值,理论双交换值,=,0.090.64,=0.14,（理论双交换值=0.184X0.035=0.64%）,符合系数的性质,变幅：0-1之间 符合系数 干扰情况 1 不受干扰 0 完全干扰,二、连锁遗传图,基因定位与染色体作图,5.4.1 基因直线排列原理及相关
16、概念基因定位(gene mapping)：根据重组值确定不同基因在染色体上的相对位置和排列顺序的过程。染色体图(chromosome map)：又称基因连锁图(linkage map)或遗传图(genetic map)。依据基因之间的交换值(或重组值)，确定连锁基因在染色体上的相对位置而绘制的一种简单线性示意图。图距(map distance)：1%重组值(交换值)去掉其百分率的数值定义为一个图距单位(map unit, mu)，后人为了纪念现代遗传学的奠基人Morgan，将图距单位称为厘摩(centimorgan, cM)，1cM=1%重组值去掉%的数值。,任何3个距离较近的a,b,c连锁基
17、因，若已分别测得a,b和 b,c间的距离，那么a,c间的距离，就必然等于前二者距离的和或差。这就是摩尔根学生A.H.Sturtevant第一次提出的基因的直线排列原理。,Alfred H.Sturtevant1891-1970,第五节 连锁遗传规律的应用,例题：,Pi LmPi Lm,X,Pi lmPi lm,Pi LmPi lm,X,Pi LmPi lm,Pi Lm48、8,Pi lm1、2,Pi Lm1、2,Pi lm48、8,P:,F1,配子：,PL Pl PL pl,PLPlPLpl,48.8,48.8,48.8,48.8,1.2,1.2,1.2,1.2,PPll1.44,10000:
18、1.44=X:5X=3.5万株,在果蝇X染色体上，除白眼(w)、黄体(y)基因外，还有隐性的粗脉翅(bi)基因，经测交得知biw的交换值为5.3% (5.3cM)，wy的距离为1.1cM，那么biy的距离究竟是多少？从理论上推测，这取决于w、y、bi这三个基因在X染色体上的排列顺序，它们不外乎下列两种方式:(1)wybi或(2)ywbi。决定哪一种是合理的排列就必须测定biy的交换值。测交的结果为5.5%(5.5cM)。这样经过3次两点测交(two-point testcross)，就可把第(2)种排列关系确定下来。,5.4.2 三点测交(three-point testcross)与染色体作
19、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ec ct cv/Y雄蝇测交，测交后代如下表。,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
20、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 ct,+ + +,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
21、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+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
22、.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,0.0,1.0,30.7,33.7,57.6,y,w,v,m,r,Sturtevant在1913年绘制的第一张基因连锁图(果蝇X染色体)(括号内为现在较为精确的数据)y:黄体 w:白眼 v:辰砂眼 m:小翅 r:斜截翅,(1.5),(33.0),(36.1),(54.5),染色体作图,每个基
23、因的位置是用从一组连锁基因的一端算起的图距来表示。一般以最左端的基因位置为0，其他基因的位置通过它与最邻近的基因间的重组率之和来确定。随着研究的进展，发现有新的基因在更左端时，就把0点的位置让位给新的基因，其余的基因座作相应的移动。重组率在050%之间，但在遗传图上，可以出现50个单位以上的图距。因此要从图上数值得知基因间的重组率只限于邻近的基因座间。,5.4.3 并发(coincidence)和干涉(interference),每发生一次单交换都会影响它邻近发生另一次单交换，这种现象称作干涉(interference，I)或染色体干涉。第一次交换发生后，引起邻近发生第二次交换机会降低的情况称
24、为正干涉(positive interference)，引起增加的称为负干涉(negative interference)。观察到的双交换率与预期的双交换率的比值称做并发系数(coefficient of coincidence，C)。一般用并发系数来表示干涉作用的大小。I =1CC=1，I= 0，无干涉存在；C= 0，I=1时，完全干涉；01，I0，存在干涉。,上例中，双交换的预期频率是10.2%8.4%=0.86%，但观察到的实际双交换值为(5+3)/5318=0.15%，并发系数C=0.15%/0.86%=0.17。I=1C=0.83。染色单体干涉(chromotid interfere
25、nce)：是指两条同源染色体的4条染色单体参与多线交换机会的非随机性。如果有染色单体干涉的存在，可以使二线双交换、三线双交换和四线双交换发生的概率不呈1：2：1的比例。正的染色单体干涉提高四线双交换的频率，负的染色单体干涉则可提高二线双交换的频率。,1,2,3,4,2-3二线双交换,1-4四线双交换,5.2 真菌类的遗传学分析,主要以粗糙链孢菌(Neurospora crassa)和酵母菌(Saccharomyces)为例。都是真菌，属于低等真核生物。,粗糙链孢菌的特点：,子囊孢子是单倍体，表型直接反映基因型。一次只分析一个减数分裂产物。体积小，易繁殖，易于培养。可进行有性生殖，染色体结构和功
26、能类似于高等生物。,四分子分析(tetrad analysis)： 单一减数分裂的4个产物留在一起， 称为四分子。对四分子进行遗传学 分析称为四分子分析。,粗糙链孢霉的生活史,5.2.1 着丝粒作图(centromere mapping),链孢霉的野生型又称为原养型(prototroph)， 子囊孢子按时成熟呈黑色。营养缺陷型(auxotroph)，只能在完全培养基上生长， 成熟较慢，子囊孢子呈灰白色。,prototroph,auxotroph,利用四分子分析法，测定基因与着丝粒之间的距离。,MI模式,MII模式, , , , , , ,着丝粒距离=,如：将两种菌株进行杂交lys+ lys，得
27、如下结果,Lys 基因与着丝粒之间的距离是7.3cM。,5.2.2 两个连锁基因的作图,两对基因杂交，如不考虑孢子排列，只考虑性状组合时，子囊可以分为3种四分子类型。,亲二型(parental ditype , PD)，有两种基因型，并与 亲代相同。包括子囊型和。非亲二型(non-parental ditype ,NPD)，有两种基因型 都跟亲代不同，是重组型。包括子囊型和。四型（tetratype, T），有四种基因型，2种与亲代相 同，2种重组型，包括子囊型、和。,下图是从染色体交换和重组来理解各类子囊的形成原因。,交换类型,染色体图象,重组,四分子类型,子囊型,无交换,四 线双交换,单交
28、换,0%,100%,50%, a,n , a,n , a,n ,a , a , n , n,(PD), , na , na,(NPD), , a , n , na,(T),交换类型,染色体图象,重组,四分子类型,子囊型,二 线双交换,单交换,四 线多交换,50%,0%,100%, a,n ,a , na , , n,(T),a , n, a , n,(PD), na , , na,(NPD), a,n , a,n , a,n , na , a , n,( T ),50%,三线双交换,资料分析：,计算nic与着丝粒之间的重组率：,2. 计算ade与着丝粒之间的重组率：,3. 判断 nic、ade
29、 基因是独立分配还是连锁。,如果两个基因是自由组合的话，则PDNPD =11而实验结果PD=808+90=898，NPD=1+1=2，PD远远大于NPD。说明这两个基因是相互连锁的。,哪一种排列正确呢？,如果我们把资料用另一种方式排列，得下表：,按照分离时期排列,nic / /ade 子囊数,MIMIMIIMII,MIMIIMIMII,(808+1) 809(90)90(5)5(90+5+1)96,1000,RF(nic)=5.05%,RF(ade)=9.30%,若n和a各自独立的与着丝粒发生交换的话，则MII的子囊数应为9.30%5.05%1.841,事实上：交换发生在着丝粒与ade间，n是
30、MI,a是MII的子囊有90个。交换发生在着丝粒与n间，n是MII ，a是MI的子囊只有5个。比例相差悬殊，所以这两个基因处在着丝粒的同一侧。,另从上表可见，在n与着丝粒发生交换时，a基因也一道与着丝粒发生了交换。即n是MII ，a也是MII共计96（=90+1+5)个子囊。,同一交换使/n出现MII型分离，也使/a出现MII型分离，101次中有96次，证明n,a在着丝粒的同一侧。, a n a n ,被低估的重组值从下表的分析可以将a间的重组值得到校正,被低估的重组值,5.2.3 非顺序四分子的遗传分析,AB ab 杂交时，无论有无连锁，只产生3种可能的无序四分子。,ABABabab,aBa
31、BAbAb,abaBAbAB,PD NPD T,RF=0.5,A ,B基因不连锁,RF0.5,A ,B基因连锁,5.3 人类的连锁分析和细胞学图,5.3.1 人类基因定位方法,家系分析法(pedigree method)：通过分析、统计家系中 有关性状的连锁情况和重组率而进行基因定位的方法。,如果某性状只出现在男性，则可将决定这个性状的 基因定位在Y染色体上。, X连锁基因的定位 表现为隔代交叉遗传。, 外祖父法(grandfather method) 根据双重杂合体的母 亲所生儿子中有关性状的重组情况，就可以估计重 组率，而母亲X染色体上的基因组成，可以由外祖 父的表型得知。,交叉遗传,以人
32、类X连锁的色盲基因( a )和蚕豆病基因( G6PD )( g )为例说明外祖父法。, 若X染色体没有重组交换，则不论母亲是顺式还是 反式杂合体，其儿子中的X染色体只有两种类型。,母亲,儿子,或,正常,色盲、蚕豆病,蚕豆病,色盲,若母亲X染色体的两个基因间发生了交换：,外祖父,AG,母亲(双重杂合子),AG,ag,儿子,AG,ag,Ag,aG,（互引相）,正常,色盲、蚕豆病,蚕豆病,色盲,aG,aG,Ag,aG,Ag,ag,AG,Ag,Ag,aG,Ag,aG,AG,ag,（互斥相）,（互斥相）,色盲,色盲,正常,正常,蚕豆病,蚕豆病,色盲、蚕豆病,色盲、蚕豆病,根据外祖父的表型确定作为母亲的双重杂合体的连锁相（反式或顺式），然后判断其儿子中的各种表型中哪种属于重组型，统计其重组体多占的比例，就可计算两个基因间的重组率。,RF(a-g)=5%=5cM,家系分析法在原则上也可用于常染色体上的基因定位。,体细胞杂交定位法, 克隆分布板法 为了将某一个基因定位在某一条 染色体上，必须建立包括人体24条染色体在内的 一整套杂种细胞。其中每个杂种细胞都包括有一 组人体染色体。这样的一套杂种细胞称为克隆分 布板(clone panel)。,
