连锁遗传分析与染色体作图

第四章连锁遗传分析与染色体作图第一节连锁与交换本章主要内容：I. 连锁交换定律：连锁交换定律的发现及内容，II. 基因定位与染色体作图：交换率的计算，连锁作图，三点测交方法进行连锁作图，真菌的四分子分析方法，着丝粒作图，基因转变与重组机理，转座子的分类及转座机理III. 人类基因组和染色体作图本章要点:连锁与交换，链孢霉的顺序四分子分析，重组机理，转座，人类连锁分析本章授课内容：问题:基因在染色体上如何排列？同一条染色体上的基因之间在遗传时如何相互作用？一、连锁交换定律（一）连锁交换定律的发现相引与相斥1906 ，贝特逊（Bateson, W.）和庞尼特（Punnet, R.C）利用香豌豆（Lathyrus doratus）为材料提出相引（coupling）及相斥（repulsion）Bateson-Punnet 香豌豆杂交试验，例1：P: 紫花长花粉×红花圆花粉↓F1: 紫花长花粉↓表型观察数(O) 期望比例期望值(E)F2: 紫长 4831 9 3910.5紫圆 390 3 1303.5红长 393 3 1303.5红圆 1338 1 434.5总计 6952χ2 = ∑(Oi-Ei)2/Ei=3371.58df=4-1=3, 差异极显著，结果不符合自由组合定律， F2代中性状的亲组合类型远远多于重组类型。

例2：P: 紫花圆花粉×红花长花粉↓F1: 紫花长花粉↓表型观察数(O) 期望比例期望值(E)F2: 紫长 226 9 235.8紫圆 95 3 78.5红长 97 3 78.5红圆 1 1 26.2总计 419χ2 = ∑(Oi-Ei)2/Ei=32.4 ，df=4-1=3, 差异极显著，结果不符合自由组合定律。

Batson等：互引相(coupling phase) 前一种亲本组合互斥相(repulsion phase) 后一种亲本组合1912年，摩尔根：连锁交换定律：凡是伴性遗传的基因，相互之间总是连锁的。

（二）、连锁与交换连锁(linkage):1、摩尔根的试验：P: 灰体长翅(BBVV) ×黑体残翅(bbvv)↓F1: 灰体长翅(BbVv) ♂♀测交1：灰体长翅(BbVv) ♂×黑体残翅(bbvv) ♀↓灰体长翅(BbVv) : 黑体残翅(bbvv) =1 : 1测交2：灰体长翅(BbVv) ♀×黑体残翅(bbvv) ♂↓灰体长翅(BbVv) : 0.42黑体长翅(bbVv) : 0.08灰体残翅(Bbvv) : 0.08黑体残翅(bbvv) : 0.42测交子代虽然出现了四种类型，但是重组类型显著少于亲本类型。

摩尔根的解释：基因B、V处于同一条染色体上，而其等位基因b、v位于同源染色体的另一条上。

减数分裂时不能独立分配和自由组合。

2、完全连锁(Complete linkage):如测交1：基因完全连锁，不能发生重组。

例雄果蝇和雌家蚕P: 灰体长翅(BBVV) ×黑体残翅(bbvv)↓F1: 灰体长翅(BbVv) ♂×黑体残翅(bbvv) ♀↓灰体长翅(BbVv) : 黑体残翅(bbvv) =1 : 13、不完全连锁(Incomplete linkage)：如测交2，基因可以发生部分重组，但亲本类型多于重组类型。

灰体长翅(BbVv) ♀×黑体残翅(bbvv) ♂↓灰体长翅: 黑体长翅: 灰体残翅: 黑体残翅(BbVv) (bbVv) (Bbvv) ( bbvv)4、互引相和互斥相(1)相引是两个基因位于同一条染色体上，相斥则反之。

5、交换1）.交换的机制：Janssens, 1909：交叉型假设（chiasmatype hypothesis），要点：(1).减数分裂前期的双线期，非姊妹染色单体之间发生交换(crossing over)，出现交叉(chiasma)。

(2).相互连锁的两个基因之间如发生交换，会导致这两个基因发生重组。

发生过交换的性母细胞产生的配子，只有一半是重组子，另一半是亲组合型。

2）、交换率（crossover rate）：又称交换值或重组率(RF ，recombination frequency)。

交换率= [重组合∕(亲组合＋重组合)] 100％单位:图距单位 m.u.（map unit）或厘摩（centimorgan，cM）以玉米的测交实验为例说明交换率测定方法。

例： C与Sh连锁，亲本为互引相时（图）C与Sh连锁，亲本为互斥相时（图）分析：不论哪种基因组合的交配方式，测交后代中亲组合的频率都是97%左右（高），重组合的频率仅占3%左右（低）。

RF值越小，基因间的连锁强度越大。

RF值越大，基因间的连锁强度越小；接近50%时，基因间的连锁关系难以判断，必须用大量的测交后代的数据方可鉴别。

6、连锁群连锁现象在生物界普遍存在。

连锁群(linkage group)：连锁群的数目=单倍体染色体数(n)人类=23 ，果蝇=47、连锁交换定律摩尔根：遗传学第三大定律：连锁交换定律。

内容：处在同一染色体上的两个或多个基因联合在一起传入子代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时，同源染色体的非姊妹染色单体间发生了局部交换的结果。

8、三大遗传定律的关系1）．分离定律是自由组合定律和连锁交换定律的基础；2）．自由组合定律和连锁交换定律是生物体遗传性状发生变异的主要机制；3）．自由组合与连锁交换的区别：(1)染色体间重组(interchromosomal recombination)染色体内重组(intrachromosomal recombination)(2)自由组合受生物染色体对数的限制，而连锁交换则受其染色体本身长度的限制。

9. 影响交换的因素:温度，射线和化学物质，着丝粒：性别等。

10. 霍尔丹定律生理学及遗传学家J·B·S·Haldane（英）凡是较少发生交换的个体必定是异配性别个体。

——霍尔丹定律。

在一定条件下，相同基因之间的交换值是相对稳定的。

11、双交换双交换（double crossingover）二、基因定位与染色体作图基因在染色体上的位置是相对恒定的。

根据是两个基因之间的重组值(率)的相对恒定性。

不同基因间的重组值不同。

摩尔根(1911) ：重组值(交换值)的大小反映着基因座在染色体上距离的远近。

于是将交换的百分率直接定为染色体上基因座之间的距离单位。

A·H·Sturtevant ：“基因的直线排列”原理——任何3个距离较近的a、b、c连锁基因，若已分别测得a、b和b、c间的距离，那么a、c的距离，就必然等于前二者距离的和或差。

(一).基因直线排列原理及相关概念基因直线排列原理：1·基因定位(gene mapping)2·染色体图(chromosome map)3·图距(map distance) 图距单位(map unit，mu)：“厘摩”(centimorgan, cM)，lcM=l%重组值去掉%的数值。

(二).染色体作图1. 两点测交(two-point testcross)（图）1). 测交并计算重组值：bi-w: 5.3cMw-y: 1.1 cM(1) w-y-bi(2) y-w-biy-bi: 5.5 cM2). 画出基因连锁图。

2. 三点测交(three-point testcross)Morgan 和Sturtevant：三点测交:用3个基因的杂合体abc/+++与3个基因的隐性纯合体abc/abc 做测交。

以下用实验说明其遗传分析的方法：（图）ec-ct间的重组值是18.4%，但不等于ec-cv及间cv-ct间两个重组值分量之和，即10.2%+8.4%=18.6%=/=18.4%。

这究竟为什么?换言之，根据计算得知的ec-ct重组值为什么低于ec-cv及间cv-ct间重组值的两个分量之和?是否直线排列原理有误?回答是否定的。

因为在双交换类型中，末端两个基因(在此为ec 和ct)之间虽然同时发生了两次交换，但看不到重组，对于ec-ct来讲，双交换的结果等于不交换。

只有当基因cv存在时，才能从表型上辨认出双交换。

我们应该注意到，测交实验申有8个个体，(+++和ec ct cv)属于双交换的产物，在计算ec-cv的重组值和计算cv-ct的重组值时两次都利用了这个数值，可是计算ec-ct的重组值时却没有把它计算在内，因为它们间双交换的结果并不出现重组。

所以ec-ct之间的实际交换值应当是重组值加2倍双交换值。

即18.4%+2x0.1%-18.6%。

而在相邻的基因座(ec-cv，cv-ct)中的交换发生了重组，所以重组值代表了交换值。

对ec-ct的交换值作上述校正之后，它们之间的图距就是18.6cM，正好等于 ec-cv和cv-ct图距之和。

因此当三点测交后代出现8种表型时，表明相距较远的末端两个基因间必定有双交换发生，而末端两基因间的重组值往往会低估了交换值，此时需要用两倍双交换值来作校正。

若相距较近的3个基因的三点测交，往往不出现双交换类型，测交后代只有6种表型，无需校正。

3. 干涉和并发率1）. 干涉(interference, I)在上述三点测交中，我们已经看到，双交换频率很低，这就是说中间一个基因跟它两侧的两个基因同时分开的机会很小。

一般双交换的发生率往往比预期的还少。

预期的双交换率应是两个单交换率的乘积，在上述例子里ec-ct基因间的双交换的预期频率应是10.2%X8.4%=0.86%。

但是观察到的双交换率只有 (5+3)/5318=0.15%。

可见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(chromommeintedepence)。

2）.正干涉和负干涉：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为正干涉(positive interference) ，引起第二次交换机会增加的为负干涉(negative interference) 。

3）.并发系数(coefficient of cincidence)一般用并发系数来表示干涉作用的大小, 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)。

（图）所以干涉I=l-C。

并发系数愈大，干涉作用愈小，并发系数C=l时，I=0, 表示没有干涉，反之I=1表示干涉是完全的，三点测交实验没有观察到双交换，后代中只出现6种表型，这一般是由于基因间相距很近，以致双交换不易发生。

上述实验中可以计算出C=0.15%/ 0.86% =0.17。