1、第六章 染色體和連鎖群Chromosome and Linkage group基本知識遺傳的染色體假說：Sutton在1903年根據基因的行為與染色體的行為的平行關系提出了遺傳的染色體假說。遺傳的染色體學說：Sutton提出的遺傳的染色體假說由摩爾根的學生Bridges在1916年發現果蠅X染色體不分開現象得到充分的證實。因此，基因在染色體上的假說也就成了學說。染色體與基因的關系：一條染色體上不只是一個基因，而是帶有很多基因，并且在染色體上是以直線方式排列的。6.1 基因連鎖的發現1906年,W.Bateson和R.C.Punnet研究了香豌豆兩對性狀的遺傳。一對是花的顏色,紫花對紅花為顯性，

2、一對是花粉形狀，長形對圓形為顯性。紫長PPLL 紅圓ppll紫長PpLl 紫長 紫圓 紅長 紅圓 P_L_ P_ll ppL_ ppll觀察數 284 21 21 55按孟德爾理論數 215 71 71 24花色和花粉形狀分離比符合3:1，表明都是由單基因控制的，但不符合兩對因子的分離比9:3:3:1Punnet 認為似乎兩對基因在雜交子代中的組合并不是隨機的，而是原來屬于同一親本的兩個基因更傾向于進入同一配子，此叫做相引(coupling)，原來屬于不同親本的兩個基因之間在形成配子時相互排斥，稱為相斥(repulsion)。紫圓PPll 紅長ppLL紫長PpLl 紫長 紫圓 紅長 紅圓 P_

3、L_ P_ll ppL_ ppll 觀察數 226 95 97 1按孟德爾理論數 235.8 78.5 78.5 26.2結果和前次的相近，仍不符合孟德爾定律，親本組合比理論數多，重組組合比理論數少。 當兩個非等位基因a和b處在一個染色體上，而在其同源染色體上帶有野生型A、B時，這些基因被稱為處于相引相(couplingphase)(AB/ab)；若每個同源染色體上各有一個突變基因和一個野生型基因，則稱為相斥相(repulsion phase)(Ab/aB)。 赫欽森(C. B. Hetchinson,)玉米測交試驗 籽粒顏色： 有色(C)、無色（c） 籽粒飽滿程度：飽滿(Sh)、凹陷(sh)

4、 相引相測交試驗； 相斥相測交試驗。測交：相引相測交：相斥相親本表現型親本基因型F1表 現 型F1基 因 型Ft表 現 型 有色飽滿 有色凹陷 無色飽滿 無色凹陷Ft基 因 型CcShshCcshshccShshccshshFt個 體 數6382137921096672比 例(%)1.548.848.21.5有色飽滿CcShsh有色凹陷無色飽滿CCshshccShSh1910年，Morgan和Bridges用果蠅進行了大量的雜交實驗，提出了連鎖交換定律，被后人譽為遺傳的第三定律。紅長 紫殘 PPVV ppvv紅長PpVv 紫殘 ppvv紅長 紫殘 紅殘 紫長PpVv ppvv Ppvv ppV

5、v 1339 1195 151 154 果蠅紅眼對紫眼為顯性，長翅對殘翅為顯性紅殘 紫長 PPvv ppVV紅長PpVv 紫殘 ppvv紅長 紫殘 紅殘 紫長PpVv ppvv Ppvv ppVv 157 146 965 1067 結果同Bateson等一樣，都是親本組合多于理論 數，重組組合少于理論數。pvpvPPVVPpvPV配子PVpvF1兩對位于同一染色體上等位基因的簡單遺傳連鎖交換規律處在同一染色體的兩個或兩個以上的基因遺傳時，聯合在一起的頻率大于重新組合的頻率。重組類型的產生是由于配子形成過程中，同源染色體的非姐妹染色單體間發生了局部交換的結果。連鎖和交換的重組稱為染色體內重組(i

6、ntra-chromosomal recombination)，因染色體自由組合而 產 生 的 重 組 稱 為 染 色 體 間 重 組 ( i n t e r -c h r o m o s o m a l r e c o m b i n a t i o n ) 。pvPVPVpvpPvV減數分裂中染色體的交換親代染色體 減數分裂 交換的染色體 染色體交換連鎖與交換的遺傳機理PF1同源染色體聯會 (偶線期)非姊妹染色單體交換 (雙線期)終變期交叉與交換的關系交叉與交換的關系1. 區別：交叉指的是一種細胞學現象，在顯微鏡下可見。交換是一種遺傳學的概念，在顯微鏡下不能看 到，只能通過子代的表型來推算

7、它的發生與否。2. 聯系：交叉是交換的結果（先交換后交叉）。6.2 基因重組與染色體交換的證實 1931年,McClintock和她的女博士生B.Creighton以玉米為材料進行了一項試驗，為染色體交換導致遺傳重組提供了第一個有力的證據。Barbara Mcclintock(1902-92)Harriet B.Creighton(1909-)9號染色體，色素基因C有色對c無色，非糯Wx對糯wxcWxCwx紐結(knob)來自第8號染色體的附加片段減數分裂配 子cWxcwxCwxCWxcWxCwxcWxcwxcWxcwxCwxCWxcWxcWxcWxcwxcwxcWxcwxcwxCWxcWxc

8、wxCWxCwxcWxCwxcwxcWxcwx有色非糯在B.Creighton和McClintock的結果發表沒幾周，C.Stern又發表了果蠅實驗的證據。Curt Stern(1902-81)減數分裂配 子c+C +Y染色體的易位片段缺失的片段cBC+CBcB果蠅X染色體，c為隱性突變，純合體為粉紅色，正常為紅色，B為顯性突變，表型為棒狀眼。c+c+C +cBc+C+CBcBc+C+C+c+CBCBc+c+c+c+cBcB6.3 交換和重組值染色體內重組是交換的結果，但交換不一定導致重組。兩基因間發生奇數次交換才導致重組。不能進行自由組合的基因群稱為連鎖群(linkage group)，排列

9、在同一條染色體上及其同源染色體上的基因屬于同一連鎖群。一個二倍體生物的連鎖群數應和其染色體對數相等。在少數的生物中如雄果蠅和雌家蠶都不發生重組，稱為完全連鎖。1922年英國的J.B.S.Haldane提出，凡較少發生交換的個體必定是異配性別個體。雄果蠅及雌蠶的連鎖基因一般不發生交換，為雄果蠅及雌蠶的連鎖基因一般不發生交換，為完全連鎖完全連鎖。*摩爾根說這是由于基因之間的交換（crossing over）產生的。這種連鎖，后來叫不完全連鎖（non-complate linkage)如果兩個位置間發生交換，就導致兩個連鎖基因的重組，即不完如果兩個位置間發生交換，就導致兩個連鎖基因的重組，即不完全連

10、鎖。全連鎖。發生交換的所產生的配子中，親本組合和重組合各占發生交換的所產生的配子中，親本組合和重組合各占50%50%。如如F F1 1性母細胞減數分裂時有性母細胞減數分裂時有6%6%的發生有效交換，則有的發生有效交換，則有3%3%的重組配的重組配子。子。. .概念：概念： 交換值（重組值）交換值（重組值）: :在測交實驗中重組型在測交實驗中重組型配子占所有配子占所有 類型配子總數的百分數。類型配子總數的百分數。 重組值重組值= 一般用測交方法進行一般用測交方法進行 重組值重組值= 重組型配子數重組型配子數 全部配子總數全部配子總數100% 測交后代重組型數測交后代重組型數 測交后代總數測交后代

11、總數100%100%交換值交換值. .交換值的含義：交換值的含義：(1)(1)、交換值不可能大于、交換值不可能大于50%50%。 (2)(2)、交換值的大小代表了連鎖基因的連鎖、交換值的大小代表了連鎖基因的連鎖強度，反映了基因間在色體上的相對距離強度，反映了基因間在色體上的相對距離 。0 0時時 ？ 50%50%時時 ？ 0- 50%0- 50%時？時？(3)(3)、它反映了發生交換的細胞占細胞總數、它反映了發生交換的細胞占細胞總數的百分率。的百分率。. .連鎖與交換規律的實質：連鎖基因在遺連鎖與交換規律的實質：連鎖基因在遺傳傳遞中共同行動而表現出完全連鎖；又傳傳遞中共同行動而表現出完全連鎖；

12、又由于在形成配子中部分細胞的同源染色體由于在形成配子中部分細胞的同源染色體之間發生了交換，所以產生了少量重組類之間發生了交換，所以產生了少量重組類型而表現出不完全連鎖。（連鎖基因在染型而表現出不完全連鎖。（連鎖基因在染色體上呈直線排列并在遺傳上表現出連鎖色體上呈直線排列并在遺傳上表現出連鎖與交換現象。與交換現象。Morgan 1911年的有一天，他說，我突然理解到連鎖強度的變化與基因之間的距離的關系。 討論：重組配子討論：重組配子50%當全部孢母細胞發生交換，結果產生當全部孢母細胞發生交換，結果產生1/2親型配子，親型配子，1/2重組型配子（等于重組型配子（等于獨立遺傳）獨立遺傳）重組率測定玉

13、米籽粒的糊粉層顏色基因C和飽滿度基因Sh是連鎖的。雜交親本為相引相時，有如下結果：有色飽滿 無色凹陷 CSh/CSh csh/csh 無色凹陷 csh/csh有色飽滿 有色凹陷 無色飽滿 無色凹陷 CSh/csh Csh/csh cSh/csh csh/csh 4032 149 152 4035有色飽滿 CSh/csh重組型重組率RF=301/8368=3.6%基因間的距離越長，發生交換的機會越多，因此交換值(crossing-over value) 的大小可以用來表示基因間距離的長短。但由于無法直接測定交換率，只有通過基因的重組率(recombination frequency)來估計交換頻

14、率。重組頻率(RF)=重組型配子數目/(親組型配子數目+重組型配子數目)。單位是圖距單位m.u.(map unit)或厘摩(centimorgan, cM)。有時雖發生了交換(如雙交換)，但沒有導致重組，因此，重組值并不完全等于交換值,而是重組值小于交換值。在圖距10以內曲線近似直線，重組率幾乎等于交換率，可直接看作是圖距。當圖距大于10時，重組率總是小于交換率，不能直接被看作為圖距，必須加雙交換的值予以校正。重組率最大值不可能超過50%。 Haldane圖譜函數,示交換值和真實圖距的關系0 0101020203030404050500 01 12 23 34 4相應的圖距單位（100 x，x

15、是交換率）觀察到的重組值RF(%)6.4 基因定位與染色體作圖6.4.1 基因直線排列原理及相關概念基因定位(gene mapping)：根據重組值確定不同基因在染色體上的相對位置和排列順序的過程。染色體圖(chromosome map)：又稱基因連鎖圖(linkage map)或遺傳圖(genetic map)。依據基因之間的交換值(或重組值)，確定連鎖基因在染色體上的相對位置而繪制的一種簡單線性示意圖。圖距(map distance)：1%重組值(交換值)去掉其百分率的數值定義為一個圖距單位(map unit, mu)，后人為了紀念現代遺傳學的奠基人Morgan，將圖距單位稱為厘摩(cen

16、timorgan, cM)，1cM=1%重組值去掉%的數值。任何3個距離較近的a,b,c連鎖基因，若已分別測得a,b和 b,c間的距離，那么a,c間的距離，就必然等于前二者距離的和或差。這就是摩爾根學生A.H.Sturtevant第一次提出的基因的直線排列原理。Alfred H.Sturtevant1891-1970在果蠅X染色體上，除白眼(w)、黃體(y)基因外，還有隱性的粗脈翅(bi)基因，經測交得知biw的交換值為5.3% (5.3cM)，wy的距離為1.1cM，那么biy的距離究竟是多少？從理論上推測，這取決于w、y、bi這三個基因在X染色體上的排列順序，它們不外乎下列兩種方式:(1)

17、wybi或(2)ywbi。決定哪一種是合理的排列就必須測定biy的交換值。測交的結果為5.5%(5.5cM)。這樣經過3次兩點測交(two-point testcross)，就可把第(2)種排列關系確定下來。兩點測驗：1. 通過三次親本間兩兩雜交，雜種F1與雙隱性親本測交，考察測交子代的類型與比例。例：玉米第9染色體上三對基因間連鎖分析：子粒顏色：有色(C)對無色(c)為顯性；飽滿程度：飽滿(SH)對凹陷(sh)為顯性；淀粉粒：非糯性(Wx)對糯性(wx)為顯性.(1).(CCShShccshsh)F1ccshsh(2).(wxwxShShWxWxshsh)F1 wxwxshsh(3).(wx

18、wxCCWxWxcc)F1wxwxcc兩點測驗的3個測交結果兩點測驗：步驟(2/3)2. 計算三對基因兩兩間的交換值 估計基因間的遺傳距離。兩點測驗：步驟(3/3)3. 根據基因間的遺傳距離確定基因間的排列次序并作連鎖遺傳圖譜。C-Sh: 3.6Wx-Sh: 20Wx-C: 22兩點測驗：局限性1. 工作量大，需要作三次雜交，三次測交；2. 不能排除雙交換的影響，準確性不夠高。當兩基因位點間超過五個遺傳單位時，兩點測驗的準確性就不夠高。6.4.2 三點測交(three-point testcross)與染色體作圖為了進行基因定位，摩爾根和他的學生Sturtevant改進了上述兩點測交，創造了三

19、點測交方法，即將3個基因包括在同一次交配中。進行這種測交，一次實驗就等于3次兩點試驗。已知在果蠅中棘眼(ec)、截翅(ct)和橫脈缺失(cv)這3個隱性突變基因都是X連鎖的。把棘眼、截翅個體與橫脈缺失個體交配,得到3個基因的雜合體ec ct +/+ + cv (ec、ct、cv的排列不代表它們在X染色體的真實順序)，取其中3雜合體雌蠅再與3隱性體ec ct cv/Y雄蠅測交，測交后代如下表。序號表型實得數1ec ct +2125親本型2+ + cv22073ec + cv273單交換I型4+ ct +2655ec + +217單交換II型6+ ct cv2237+ + +5雙交換型8ec ct

20、 cv3合計5318ec ct +/ + + cv ec ct cv/Y測交后代數據結果分析1、歸類2、確定正確的基因順序 用雙交換型與親本類型相比較，發現改變了位置的那個基因一定是處于中央的位置，因為雙交換的特點是旁側基因的相對位置不變，僅中間的基因發生變動。于是可以斷定這3 個基因正確排列順序是ec cv ct。親本型ec ct + + cv雙交換型+ + +ec ct cv3、計算重組值，確定圖距(1)、計算ctcv的重組值 忽視表中第一列(ec/+)的存在，將它們放在括弧中，比較第二、三列：(ec) ct +2125非重組(+) + cv2207(ec) + cv273非重組(+) c

21、t +265(ec) + +217重組(+) ct cv223(+) + +5重組(ec) ct cv3ctcv間重組率=(217+223+5+3)/5318=0.0842=8.42%=8.42cM3、計算重組值，確定圖距(2)、計算eccv的重組值 忽視表中第二列(ct/+)的存在，將它們放在括弧中，比較第一、三列：ec (ct) +2125非重組+ (+) cv2207ec (+) cv273重組+ (ct) +265ec (+) +217非重組+ (ct) cv223+ (+) +5重組ec (ct) cv3eccv間重組率=(273+265+5+3)/5318=10.2%=10.27c

22、M3、計算重組值，確定圖距(3)、計算ecct的重組值 忽視表中第三列(+/cv)的存在，將它們放在括弧中，比較第一、二列：ec ct (+)2125非重組+ + (cv)2207ec + (cv)273重組+ ct (+)265ec + (+)217重組+ ct (cv)223+ + (+)5非重組ec ct (cv)3ecct間重組率=(273+265+217+223)/5318=18.39%=18.39cM4、繪染色體圖eccvct10.278.4218.3918.69在計算eccv和cvct的重組值時都利用了雙交換值，可是計算ecct時沒把它計在內，因為它們間雙交換的結果并不出現重組。

23、所以ecct之間的實際雙交換值應當是重組值加2倍雙交換值。即18.39%+20.15%=18.69%。當三點測交后代出現8種表型時,表明有雙交換發生,此時需用2倍雙交換值來作校正。若3個基因相距較近，往往不出現雙交換類型,后代只有6種表型,無需校正。5、資料整理表型實得數比例重組發生在eccvcvctecctec + ct212581.5%+ cv +2207ec cv +27310.1%+ + ct265ec + +2178.3%+ cv ct223+ + +50.1%ec cv ct3總計5318110.2%8.4%18.4%親本的基因型為：ec + ctec + ct+ cv +ec +

24、 ct+ cv +ec cv ct0.0 1.030.7 33.757.6ywvmrSturtevant在1913年繪制的第一張基因連鎖圖(果蠅X染色體)(括號內為現在較為精確的數據)y:黃體 w:白眼 v:辰砂眼 m:小翅 r:斜截翅(1.5)(33.0) (36.1)(54.5)染色體作圖每個基因的位置是用從一組連鎖基因的一端算起的圖距來表示。一般以最左端的基因位置為0，其他基因的位置通過它與最鄰近的基因間的重組率之和來確定。隨著研究的進展，發現有新的基因在更左端時，就把0點的位置讓位給新的基因，其余的基因座作相應的移動。重組率在050%之間，但在遺傳圖上，可以出現50個單位以上的圖距。因此要從圖上數值得知基因間的重組率只限于鄰近的