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第五章 真核生物的基因连锁与定基因图
大纲
基因连锁
染色体互换
定染色体图
面包霉四分体分析
有丝分裂互换
基因连锁
连锁基因(Linked genes)
同在一条染色体土的基因构为连锁基因.
一果蝇细胞内约5000个以上的基因,但果蝇只有8条染色体 (2N= 8) ,显然每一条染色体上有很多的基因,故基因连锁的机会相当大
连锁群(Linkage group)
一条染色体上所有的基因组成一个连锁群
一细胞内,连锁群数目=单套的染色体数目
例:玉米2N=20连锁群(linkage group)数目 连锁群(linkage group)数目10
蕃茄基因组的12个连锁群,显示每一条染色体上有很多的 基因由图可看出基因不是平均分布在染色体上,有些区基因密度高,有些区几乎是基因沙漠区
连锁群基因的分配不符合独立分配律
减数分裂时,一个连锁群内,所有的基因是一 起进入同一子细胞中,而不是依照孟德茧的独立分配律
孟德尔观察豌豆的7个性状是分别在7条染色体上,没有连锁的现 象,各个基因分配到子细胞中是各自独立的.
例如孟德尔的二基因杂种(Dihybrid)
RrYy是4个基因分布在4 条染色体上,依照独立分配律产生的配子有4种: RY,Ry,rY,ry.
如果此二基因杂种(dihybrid)是R&Y连锁在同一条染色 体上,即4个基因是分布在两条染色体上,产生的配子只有两种: RY, ry
连锁基因是否永远进入同一子细胞中 通常连锁基因会进入同一子细胞中,但若有互换(crossing over)产生,连锁基因可能会进入不同子细胞中.
染色体互换(crossing over)
定义
减数分裂时,同源染色体配对,非姊妹染色分体(non sister chromatids)间的遗传物质交换,称为互换.
1911年, Morgan和他的两个学生观察果蝇,提出连锁(Iinkage),互换(crossing over),定染色体图( chromosome mapping)等基本观念而於1933年获诺贝尔奖.
Morgan的实验:
观察果蝇的两种性状:
翅的长短: s+长翅,s短翅.
身体颜色: b+灰身,b黑身.
PI 长翅灰身(s+s+b+b+) X 短翅黑身(ssbb)
Fl 长翅灰身(s+sb+b) 以Fl做试交(test cross)
(与隐性亲代交配)
Fl 长翅灰身(s+sb+b) X 短翅黑身(ssbb)
F2 长翅灰身 短翅黑身 长翅黑身 短翅灰身
(s+sb+b) (ssbb) (s+sbb) (ssb+b)
比例 41% 41% 9% 9%
为何会有这种奇怪的比例
依照孟德尔的遗传, s+sb+b与ssbb交配应该会产生四种外表型: s+sb+b : s+sbb : ssb+b : ssbb= 1 : 1 : 1 : 1.
Morgan如何来解释他的实验结果:
Morgan认为
s+ & b+是位在同一条染色体上
s & b也是位在同 一条染色体上
当他以Fl做试交(test cross)时, s+sb+b与 ssbb可能有两种情形:
没有互换发生:
Fl s+ b+ s b
s b s b
F2以Punnet square表示:
s+b+ sb
sb s+sb+b ssbb
产生的后代只有两种外表型: s+sb+b : ssbb=1 : 1
当有互换发生:
Fl s+ b+ s b
s b s b
F2以Pun net square表示:
s+b+ s+b sb +sb
sb s+sb+b s+sbb ssb+b ssbb
s+sb+b与ssbb是亲代型(parental type)
s+sbb与ssb+b是重组型(recombinant type)
Morgan的实验结果正好是这四种外表型,表示减数分裂中曾发 生互换
但为何亲代型的两种各占41%重组型的两种各占9% 那是因为配子s+b+,sb的数目较多,配子s+b,sb+的数目较少
因后者是互换的产物,而互换发生的机率并不高,所以产生重组 型的此例远比亲代型低
故Morgan的结论
s+ & b+是连锁基,因s & b是连锁基因.
由於F1 s+sb+b在产生配子过程中,曾发生染色体互换,故F2中 除了有亲代型外,尚有重组型(recombinant type) ,
由重组型所占的比例,可推知染色体互换的频率
要表示基因连锁应以 s+ b+
s b
两个野生型基因同在一条染色体上,两个突变基因同在另一条染色体上称为顺攻构型(cis-configuration, coupling)
如图 A B 或 s+ b+
a b s b
若一条染色体上同时有野生型又有突变型,称为反攻构型 (trans-configuration, repulsion)
A b 或 s+ b
a B s b+
以一对配对的同源染色体来解释几个专有名词:
染色分体(chromatid) 一条染色体复制之后产生两条的染色分体
姊妹染色分体(sister chromatids) 染色分体1 & 2,3 & 4互称为姊妹染色分体
非姊蛛染色分体(non sister'chromatids) 染色分体1 & 3,2 & 4,1 & 4,2 & 3互称为非姊妹染色分 体
1 2 3 4
A B
二价体(bivalent) (II) 染色体A&B配对形成一个二价体,内含4条染色分体.
单价体(univalent) (I) 一条复制后的染色体,内含两条染色分体,称为单价体,染色 体A或B单独存在即为单价体.
1 2 3 4
A B
I I
II
染色体互换(crossing over)的特性
互换是指一对同源染色体配对时,非姊妹染色分体乏间发生遗 传物质交换
互换是发生在减数分裂,同源染色体配对时,即在前期(pro- phase)的偶丝(zygonema)与粗丝(pachynema)期
互换发生的位置不定,可能一处,也可能多处
当两基因之间的距离愈远,产生互换的机会愈大,因为两基因 之间的任何一处,都可能发生互换
互换的结果产生重组型(recombinant type)的子代,显示互 换对生物演化很重要.
互换(crossing over)与交叉(chiasma)的关系
由子代产生重组型,推知配子形成时曾发生互换,在细胞学的研究中,可见正在进行减数分裂的细胞,前期的后阶段有交叉状构造,称为交叉(chiasma单, chiasmata 多) ,交叉的出现代表同源染色体间曾发生互换
定染色体图(chromosome mapping)
何谓基因座 (locus单, loci多)
基因座是指基因在染色体上的位置.
一条染色体上基因A所在的位称为locus A
基因在染色体上的位置是呈直线排列
两基因之间任何一处都可能发生互换 当基因间的距离愈大,染色体互换的机会愈大,产生重组型子代的 %也愈大.
基因间距离的单位
A. H. Sturtevant (Morgan的学生),提出『基因之间的距离,可用子代中重组型的%来代表』
Mapping是研究 基因在染色体上位置的过程
基因间的距离是以map unit为单位.
依据Sturtevant的观念1 map unit=1%重组(recombination) = 1分摩( cM, centimorgan)
三点交配(Three point cross)
利用三对基因杂种(trihybrid)做试交(test cross)
例如以 ABC/abc与abc/abc交配,分析三个基因座上对偶基因 (allelic gene)分离的情形,以决定三基因排列的顺序.这是决定基因顺序(mapping)的好方法.
假设以ABC/abc与abc/abc交配:
亲代1. ABC/abc会产生几种配子
无互换产生: ABC/abc
A B C
a b c
产生的配子: ABC ,abc
一次互换(single crossing over)
AB之间发生互换 ABC × abc
A B C
a b c
产生的重组型配子: Abc,aBC
(2)BC之间发生互换 ABC × abc
A B C
a b c
产生的重组型配子: ABc ,abC
两次互换(double crossing over) ABC x abc
A B C
a b c
X
X
X
X
产生的重组型配子: AbC,aBc 产生8种配子
亲代型: ABC,abc占的比例最高
一次互换型: Abc,aBC,ABc ,abC,占其次
两次互换型: AbC,aBc占的比例最低.
亲代II. abc/abc产生的配子 只有一种: abc
以上两亲代交配产生子代的基因型与比例
亲代型: ABC/abc,abc/abc占的比例最多
一次互换型: Abc/abc,aBC/abc,ABc/abc,abC/abc占其次
两次互换型: AbC/abc,aBc/abc占的比例最低. 以上所讨论的是当二基因排列顺序是A-B-C的情况.
假设三基因排列顺序未知,我们可由三点交配(three point cross)产生的后代数目,推出三基因的顺序
例1果蝇亲代I.是三对基因杂种(trihybrid) ABC/abc 亲代II是同型隐性结合子abc/abc
A:红眼, B :灰身, C:长翅
a :白眼, b :黑身, c : 短翅 二者交配产生的后代数目如下表,请问ABC三基因在染色体 上的排列顺序及基因之间的距离
基因型ABC/abc只表示A,B,C三基因在同一条染色体 上,并未表示三基因的排列顺序)
子代外表型 数量
1.红眼,灰身,长翅 370
2.白眼,黑身,短翅 385
3.红眼,黑身,短翅 45
4.白眼,灰身,长翅 50
5.红眼,灰身,短翅 2
6.白眼,黑身,长翅 3
7.红眼,黑身,长翅 75
8.白眼,灰身,短翅 70
题解:1.亲代II产生的配子只有abc一种,故子代的外表型全由亲代I的配子决定,我们由子代外表型可推知子代基因型:
子代基因型 数量
ABC/abc 370
abc/abc 385
Abc/abc 45
aBC/abc 50
ABc/abc 2
abC/abc 3
AbC/abc 75
aBc/abc 70
依照数量多寡,可以断定:
子代1,2数目最多为亲代型.
子代3,4,7,8数目其次,为一次互换型
子代5,6数目最少,为二次互换型
根据子代基因型,推测基因排列顺序
假设基因排列顺序: A-B-C 亲代型 A B
A B C
a b c
经两次互换产生的重组型配子有AbC,aBc
再与abc/abc交配产生的子代基因型: AbC/abc,aBc/abc 与表中二次互换型5 & 6的基因型不符合,表示此假设错误
假设基因排列顺序: A-C-B 亲代型
A C B
A c b
产生的重组型配子有AcB,aCb
再与acb/acb交配产生的 子代基因型: AcB/acb,aCb/acb 与表中二次互换型5&6的基因型相符合,表示假设正确
X
X
X
X
再检查一次互换. 亲代型
A C B
a c b 经一次互换
产生的重组型配子是Acb,Acb
再与acb/acb交配产生的子代基因型
Acb/acb,aCB/acb的与一次互换型3&4相符,表示基因排列顺序确实是A-C-B
便於计算基因间的距离,可将子代基因型,以C基因为中央, 改写如下:
基因顺序为A-C-B,决定基因之间的距离
Map unit = 1% recombinant重组
A-C间的距离,须求出Ac,aC 型占全部的比例
A-C间的重组型% = (45+50+2+3) /1000= 10% 故A-C相距10 map unit
C-B间的距离,须先求Cb ,cB型占全部的比例
C-B问的重组型% = (2+3+75+70) /1000 = 15% 故C-B相距15 map unit
X
子代基因型 数量
ACB/acb 370
acb/acb 385
Acb/acb 45
aCB/acb 50
AcB/acb 2
aCb/acb 3
ACb/acb 75
acB/acb 70
重组型(recombinant)的产生代表曾发生互换(crossing over)
A-C产生互换的机率: 0.1
C-B产生互换的机率: 0.15
理论上,两次互换机率: 0.1 x 0.15=0.015
但此例中,两次互换的实际机率是
(2+3) /1000 = 0.005
实际值比理论值小很多,这是因为染色体内有干扰现象(chromosome interference)
干扰(interference) 1916年, H. J. Muller发现在染色体上某处发生互换,会影响邻近地区再发生互换的机会
偶合系数(coefficient of coincidence, c.o.c.)
c.o.c.=两次互换的实际%/两次互换的理论%
偶合系数可代表干扰(interference)的程度
无干扰:两次互换的实际%=两次互换的理论%, 偶合系数 = 1
正干扰:当偶合系数 l,表示一处发生互换会「增加」另一处发生互换的机会,称为负干扰
本例中,偶合系数= 0.005 / 0.015 = 0.33 理论%,造成负干扰,此现象常见在微生物或噬菌体中
一般而言,一条染色体上接近中心节或染色体尖端的部份产生干扰(interference)的机会最大
干扰的出现有何特殊意义
干扰使得互换发生的部位能分散在染色体中,不会集中在某一 处
这样能让每一条染色体都有互换的机会
即使是最小的染色体也有互换产生
每一条染色体都有互换的机会,有何意义
因为互换可以产生重组型的子代(除亲代型之外) ,增加子代基因型种类,增加生物适应环境的机会
面包霉与四分体分析
面包霉的研究价值
面包徽(neurospora)是一种子囊菌,适合研究
减数分裂何时发生互换
基因与中心节间或与其它基因间的相关位置
决定基因是否连锁.
红面色霉的生活史
它的生活史分为有性与无性生殖
无性生殖是形成分生孢子(conidia, N)
分生孢子发芽成菌丝体(mycelia, N)
两 个不同基因型的菌丝溶合,形成一个接合子(zygote, 2N)
进 入有性生殖阶段,接合子经减数分裂产生四个孢子(N)
再经一次有丝分裂产生8个孢子(N)
8个孢子在孢子囊中是有次序 排列,每一个孢子可以挑出来培养,了解其基因型
四分体分析
面包霉可用来决定互换是发生在染色体复制之前或之后
假设两条染色体AB ,ab.
若互换发生在染色体复制之前,产生的8个孢子100%全部是重组型(图5-5a)
若互换发生在染色体复制之后,产生的孢子50%是亲代型, 50%是重组型(图5-5b).
许多实验结果显示互换是发生在染色体复制后
面包霉可分析是否发生互换
假设接合子内,两条染色体是a+,a
若基因座与中心节间无互换产生,产生的8个孢子,排列顺序:
a+a+a+a+ a a a a或a a a a a+a+a+a+
这种型式称为第一次分离(first division segregation, FDS)
若基因座与中心节间染色分体发生互换,产生的8个孢子,可能有4种排列.这种型式称为第二 次分离(second division segregation, SDS)
用面包霉决定基因与中心节的距离
由於孢子排列的顺序固定,中心节可看成是一个基因座 (locus)可决定某基因座与中心节间的距离
每一个 SDS有两个重组型,两个非重组型
经有丝分裂产生4个重组型, 4个非重组型
即1/2的SDS内的染色体为重组型
map distance=1/2 (% SDS孢子囊)
假设基因座a与中心节间的SDS占40% '求基因座 a与中心节间的距离
map distance = 1/2 (% SDS) = 1/2 (40%) =20 % = 20 map unit
二基因面包霉的ab/a+b+减数分裂产生的七种孢子囊型
8
1
150
101
基因座b的SDS
8
1
150
9
基因座a的SDS
8
1
150
9
101
2
729
ab+
ab+
ab
ab+
a+b
a+b
a+b+
8
ab+
ab+
ab
ab+
a+b
a+b
a+b+
7
a+b
a+b
a+b+
a+b+
a+b+
a+b
a+b+
6
a+b
a+b
a+b+
a+b+
a+b+
a+b
a+b+
5
a+b+
a+b
a+b+
a+b
ab+
ab+
ab
4
a+b+
a+b
a+b+
a+b
ab+
ab+
ab
3
ab
ab+
ab
ab
ab
ab+
ab
2
ab
ab+
ab
ab
ab
ab+
ab
1
7
6
5
4
3
2
1
孢子
两条染色体a+b+与ab产生的7种子孢子囊列在表5 一1 求基因座a,b分别与中心节的距离 并决定基因 a,b与中心节的排列顺序
a与中心节间的距离:
1/2(9+150+1+8)/1000X100 %=8.4% = 8.4 centimorgans
b与中心节间的距离:
1/2 (101 + 150+1+8)/1000X100 % = 13.0 centimorgans
8.4 13.0
(1) a……….中心节…………….b
8.4 13.0
(2) ……….中心节……a….……….b
(1)a,b距离较远,两者一起发生互换的机率不高
(2) a,b距离较近,两者一起发生互换的机率较高
查表得知a,b发生互换的机率相当高,为第二种情况基因排列顺序:中心节-a-b
酵母菌排列不固定的孢子(unordered spores)
酵母菌的孢子囊是圆形,其内孢子的排列并不固定,
中心节不能看成是一个遗传标志(marker)
假设一个ab孢子与a+b+孢子融合,形成的二倍体经减数分裂 产生的孢子,可分离出来培养,观察其外表型.可能会产生3种孢子囊
亲代双型(parental ditype, PO) : ab,a+b+
非亲代双型(nonparental ditype, NPO) : ab+,a+b
四异型(tetratype, TT) : ab,ab+,a+b,a+b+
当a,b是连锁时: (图5一7)
PD:未经互换(数量最多)
NPD:四条染色分体发生两次互换
TT:两条染色分体发生一次互换
当a,b非连锁时
PD, NPD均来自独立分配,产生机率相等
TT:来自一次互换
可由PD与NPD数量决定基因是否连锁
PD = NPD非连锁
PD ≠ NPD连锁
表5-2可看出PD数量特别高,显然两基因是连锁的.
a,b间的距离 由图5-7可看出NPD所有四条染色分体均为重组型, TT只有1/2的染色分体是重组型
表5-2酵母菌二基因杂种a+ab+b经减数分裂产生的三种孢子囊型
1 2 3
(PD) (NPD) (TT)
ab ab+ ab
ab ab+ ab+
a+b+ a+b a+b
a+b+ a+b a+b+
75 5 20
(1/2)20+5/(75+5+20)X100= 15
基因间的距离可用下列公式
Map distance =
(1/2)TT+NTP/全部孢子X 100
有丝分裂互换(somatic, mitotic crossing over)
一般互换是发生在减数分裂同源染色体配对时
偶尔体细胞在行有丝分裂时,也会发生互换
1936年C. Stern在果蝇发现有丝分裂的细胞也有互换产生
有丝分裂的细胞染色体不配对,故无配对复合体产生 (synaptonemal complex)
偶然的机会两条同源染色体正好排在一 起才有机会发生互换
Aspergillus nidulans每一百次的细胞分裂中有一次的有丝分裂互换.
大纲
基因连锁
染色体互换
定染色体图
面包霉四分体分析
有丝分裂互换
基因连锁
连锁基因(Linked genes)
同在一条染色体土的基因构为连锁基因.
一果蝇细胞内约5000个以上的基因,但果蝇只有8条染色体 (2N= 8) ,显然每一条染色体上有很多的基因,故基因连锁的机会相当大
连锁群(Linkage group)
一条染色体上所有的基因组成一个连锁群
一细胞内,连锁群数目=单套的染色体数目
例:玉米2N=20连锁群(linkage group)数目 连锁群(linkage group)数目10
蕃茄基因组的12个连锁群,显示每一条染色体上有很多的 基因由图可看出基因不是平均分布在染色体上,有些区基因密度高,有些区几乎是基因沙漠区
连锁群基因的分配不符合独立分配律
减数分裂时,一个连锁群内,所有的基因是一 起进入同一子细胞中,而不是依照孟德茧的独立分配律
孟德尔观察豌豆的7个性状是分别在7条染色体上,没有连锁的现 象,各个基因分配到子细胞中是各自独立的.
例如孟德尔的二基因杂种(Dihybrid)
RrYy是4个基因分布在4 条染色体上,依照独立分配律产生的配子有4种: RY,Ry,rY,ry.
如果此二基因杂种(dihybrid)是R&Y连锁在同一条染色 体上,即4个基因是分布在两条染色体上,产生的配子只有两种: RY, ry
连锁基因是否永远进入同一子细胞中 通常连锁基因会进入同一子细胞中,但若有互换(crossing over)产生,连锁基因可能会进入不同子细胞中.
染色体互换(crossing over)
定义
减数分裂时,同源染色体配对,非姊妹染色分体(non sister chromatids)间的遗传物质交换,称为互换.
1911年, Morgan和他的两个学生观察果蝇,提出连锁(Iinkage),互换(crossing over),定染色体图( chromosome mapping)等基本观念而於1933年获诺贝尔奖.
Morgan的实验:
观察果蝇的两种性状:
翅的长短: s+长翅,s短翅.
身体颜色: b+灰身,b黑身.
PI 长翅灰身(s+s+b+b+) X 短翅黑身(ssbb)
Fl 长翅灰身(s+sb+b) 以Fl做试交(test cross)
(与隐性亲代交配)
Fl 长翅灰身(s+sb+b) X 短翅黑身(ssbb)
F2 长翅灰身 短翅黑身 长翅黑身 短翅灰身
(s+sb+b) (ssbb) (s+sbb) (ssb+b)
比例 41% 41% 9% 9%
为何会有这种奇怪的比例
依照孟德尔的遗传, s+sb+b与ssbb交配应该会产生四种外表型: s+sb+b : s+sbb : ssb+b : ssbb= 1 : 1 : 1 : 1.
Morgan如何来解释他的实验结果:
Morgan认为
s+ & b+是位在同一条染色体上
s & b也是位在同 一条染色体上
当他以Fl做试交(test cross)时, s+sb+b与 ssbb可能有两种情形:
没有互换发生:
Fl s+ b+ s b
s b s b
F2以Punnet square表示:
s+b+ sb
sb s+sb+b ssbb
产生的后代只有两种外表型: s+sb+b : ssbb=1 : 1
当有互换发生:
Fl s+ b+ s b
s b s b
F2以Pun net square表示:
s+b+ s+b sb +sb
sb s+sb+b s+sbb ssb+b ssbb
s+sb+b与ssbb是亲代型(parental type)
s+sbb与ssb+b是重组型(recombinant type)
Morgan的实验结果正好是这四种外表型,表示减数分裂中曾发 生互换
但为何亲代型的两种各占41%重组型的两种各占9% 那是因为配子s+b+,sb的数目较多,配子s+b,sb+的数目较少
因后者是互换的产物,而互换发生的机率并不高,所以产生重组 型的此例远比亲代型低
故Morgan的结论
s+ & b+是连锁基,因s & b是连锁基因.
由於F1 s+sb+b在产生配子过程中,曾发生染色体互换,故F2中 除了有亲代型外,尚有重组型(recombinant type) ,
由重组型所占的比例,可推知染色体互换的频率
要表示基因连锁应以 s+ b+
s b
两个野生型基因同在一条染色体上,两个突变基因同在另一条染色体上称为顺攻构型(cis-configuration, coupling)
如图 A B 或 s+ b+
a b s b
若一条染色体上同时有野生型又有突变型,称为反攻构型 (trans-configuration, repulsion)
A b 或 s+ b
a B s b+
以一对配对的同源染色体来解释几个专有名词:
染色分体(chromatid) 一条染色体复制之后产生两条的染色分体
姊妹染色分体(sister chromatids) 染色分体1 & 2,3 & 4互称为姊妹染色分体
非姊蛛染色分体(non sister'chromatids) 染色分体1 & 3,2 & 4,1 & 4,2 & 3互称为非姊妹染色分 体
1 2 3 4
A B
二价体(bivalent) (II) 染色体A&B配对形成一个二价体,内含4条染色分体.
单价体(univalent) (I) 一条复制后的染色体,内含两条染色分体,称为单价体,染色 体A或B单独存在即为单价体.
1 2 3 4
A B
I I
II
染色体互换(crossing over)的特性
互换是指一对同源染色体配对时,非姊妹染色分体乏间发生遗 传物质交换
互换是发生在减数分裂,同源染色体配对时,即在前期(pro- phase)的偶丝(zygonema)与粗丝(pachynema)期
互换发生的位置不定,可能一处,也可能多处
当两基因之间的距离愈远,产生互换的机会愈大,因为两基因 之间的任何一处,都可能发生互换
互换的结果产生重组型(recombinant type)的子代,显示互 换对生物演化很重要.
互换(crossing over)与交叉(chiasma)的关系
由子代产生重组型,推知配子形成时曾发生互换,在细胞学的研究中,可见正在进行减数分裂的细胞,前期的后阶段有交叉状构造,称为交叉(chiasma单, chiasmata 多) ,交叉的出现代表同源染色体间曾发生互换
定染色体图(chromosome mapping)
何谓基因座 (locus单, loci多)
基因座是指基因在染色体上的位置.
一条染色体上基因A所在的位称为locus A
基因在染色体上的位置是呈直线排列
两基因之间任何一处都可能发生互换 当基因间的距离愈大,染色体互换的机会愈大,产生重组型子代的 %也愈大.
基因间距离的单位
A. H. Sturtevant (Morgan的学生),提出『基因之间的距离,可用子代中重组型的%来代表』
Mapping是研究 基因在染色体上位置的过程
基因间的距离是以map unit为单位.
依据Sturtevant的观念1 map unit=1%重组(recombination) = 1分摩( cM, centimorgan)
三点交配(Three point cross)
利用三对基因杂种(trihybrid)做试交(test cross)
例如以 ABC/abc与abc/abc交配,分析三个基因座上对偶基因 (allelic gene)分离的情形,以决定三基因排列的顺序.这是决定基因顺序(mapping)的好方法.
假设以ABC/abc与abc/abc交配:
亲代1. ABC/abc会产生几种配子
无互换产生: ABC/abc
A B C
a b c
产生的配子: ABC ,abc
一次互换(single crossing over)
AB之间发生互换 ABC × abc
A B C
a b c
产生的重组型配子: Abc,aBC
(2)BC之间发生互换 ABC × abc
A B C
a b c
产生的重组型配子: ABc ,abC
两次互换(double crossing over) ABC x abc
A B C
a b c
X
X
X
X
产生的重组型配子: AbC,aBc 产生8种配子
亲代型: ABC,abc占的比例最高
一次互换型: Abc,aBC,ABc ,abC,占其次
两次互换型: AbC,aBc占的比例最低.
亲代II. abc/abc产生的配子 只有一种: abc
以上两亲代交配产生子代的基因型与比例
亲代型: ABC/abc,abc/abc占的比例最多
一次互换型: Abc/abc,aBC/abc,ABc/abc,abC/abc占其次
两次互换型: AbC/abc,aBc/abc占的比例最低. 以上所讨论的是当二基因排列顺序是A-B-C的情况.
假设三基因排列顺序未知,我们可由三点交配(three point cross)产生的后代数目,推出三基因的顺序
例1果蝇亲代I.是三对基因杂种(trihybrid) ABC/abc 亲代II是同型隐性结合子abc/abc
A:红眼, B :灰身, C:长翅
a :白眼, b :黑身, c : 短翅 二者交配产生的后代数目如下表,请问ABC三基因在染色体 上的排列顺序及基因之间的距离
基因型ABC/abc只表示A,B,C三基因在同一条染色体 上,并未表示三基因的排列顺序)
子代外表型 数量
1.红眼,灰身,长翅 370
2.白眼,黑身,短翅 385
3.红眼,黑身,短翅 45
4.白眼,灰身,长翅 50
5.红眼,灰身,短翅 2
6.白眼,黑身,长翅 3
7.红眼,黑身,长翅 75
8.白眼,灰身,短翅 70
题解:1.亲代II产生的配子只有abc一种,故子代的外表型全由亲代I的配子决定,我们由子代外表型可推知子代基因型:
子代基因型 数量
ABC/abc 370
abc/abc 385
Abc/abc 45
aBC/abc 50
ABc/abc 2
abC/abc 3
AbC/abc 75
aBc/abc 70
依照数量多寡,可以断定:
子代1,2数目最多为亲代型.
子代3,4,7,8数目其次,为一次互换型
子代5,6数目最少,为二次互换型
根据子代基因型,推测基因排列顺序
假设基因排列顺序: A-B-C 亲代型 A B
A B C
a b c
经两次互换产生的重组型配子有AbC,aBc
再与abc/abc交配产生的子代基因型: AbC/abc,aBc/abc 与表中二次互换型5 & 6的基因型不符合,表示此假设错误
假设基因排列顺序: A-C-B 亲代型
A C B
A c b
产生的重组型配子有AcB,aCb
再与acb/acb交配产生的 子代基因型: AcB/acb,aCb/acb 与表中二次互换型5&6的基因型相符合,表示假设正确
X
X
X
X
再检查一次互换. 亲代型
A C B
a c b 经一次互换
产生的重组型配子是Acb,Acb
再与acb/acb交配产生的子代基因型
Acb/acb,aCB/acb的与一次互换型3&4相符,表示基因排列顺序确实是A-C-B
便於计算基因间的距离,可将子代基因型,以C基因为中央, 改写如下:
基因顺序为A-C-B,决定基因之间的距离
Map unit = 1% recombinant重组
A-C间的距离,须求出Ac,aC 型占全部的比例
A-C间的重组型% = (45+50+2+3) /1000= 10% 故A-C相距10 map unit
C-B间的距离,须先求Cb ,cB型占全部的比例
C-B问的重组型% = (2+3+75+70) /1000 = 15% 故C-B相距15 map unit
X
子代基因型 数量
ACB/acb 370
acb/acb 385
Acb/acb 45
aCB/acb 50
AcB/acb 2
aCb/acb 3
ACb/acb 75
acB/acb 70
重组型(recombinant)的产生代表曾发生互换(crossing over)
A-C产生互换的机率: 0.1
C-B产生互换的机率: 0.15
理论上,两次互换机率: 0.1 x 0.15=0.015
但此例中,两次互换的实际机率是
(2+3) /1000 = 0.005
实际值比理论值小很多,这是因为染色体内有干扰现象(chromosome interference)
干扰(interference) 1916年, H. J. Muller发现在染色体上某处发生互换,会影响邻近地区再发生互换的机会
偶合系数(coefficient of coincidence, c.o.c.)
c.o.c.=两次互换的实际%/两次互换的理论%
偶合系数可代表干扰(interference)的程度
无干扰:两次互换的实际%=两次互换的理论%, 偶合系数 = 1
正干扰:当偶合系数 l,表示一处发生互换会「增加」另一处发生互换的机会,称为负干扰
本例中,偶合系数= 0.005 / 0.015 = 0.33 理论%,造成负干扰,此现象常见在微生物或噬菌体中
一般而言,一条染色体上接近中心节或染色体尖端的部份产生干扰(interference)的机会最大
干扰的出现有何特殊意义
干扰使得互换发生的部位能分散在染色体中,不会集中在某一 处
这样能让每一条染色体都有互换的机会
即使是最小的染色体也有互换产生
每一条染色体都有互换的机会,有何意义
因为互换可以产生重组型的子代(除亲代型之外) ,增加子代基因型种类,增加生物适应环境的机会
面包霉与四分体分析
面包霉的研究价值
面包徽(neurospora)是一种子囊菌,适合研究
减数分裂何时发生互换
基因与中心节间或与其它基因间的相关位置
决定基因是否连锁.
红面色霉的生活史
它的生活史分为有性与无性生殖
无性生殖是形成分生孢子(conidia, N)
分生孢子发芽成菌丝体(mycelia, N)
两 个不同基因型的菌丝溶合,形成一个接合子(zygote, 2N)
进 入有性生殖阶段,接合子经减数分裂产生四个孢子(N)
再经一次有丝分裂产生8个孢子(N)
8个孢子在孢子囊中是有次序 排列,每一个孢子可以挑出来培养,了解其基因型
四分体分析
面包霉可用来决定互换是发生在染色体复制之前或之后
假设两条染色体AB ,ab.
若互换发生在染色体复制之前,产生的8个孢子100%全部是重组型(图5-5a)
若互换发生在染色体复制之后,产生的孢子50%是亲代型, 50%是重组型(图5-5b).
许多实验结果显示互换是发生在染色体复制后
面包霉可分析是否发生互换
假设接合子内,两条染色体是a+,a
若基因座与中心节间无互换产生,产生的8个孢子,排列顺序:
a+a+a+a+ a a a a或a a a a a+a+a+a+
这种型式称为第一次分离(first division segregation, FDS)
若基因座与中心节间染色分体发生互换,产生的8个孢子,可能有4种排列.这种型式称为第二 次分离(second division segregation, SDS)
用面包霉决定基因与中心节的距离
由於孢子排列的顺序固定,中心节可看成是一个基因座 (locus)可决定某基因座与中心节间的距离
每一个 SDS有两个重组型,两个非重组型
经有丝分裂产生4个重组型, 4个非重组型
即1/2的SDS内的染色体为重组型
map distance=1/2 (% SDS孢子囊)
假设基因座a与中心节间的SDS占40% '求基因座 a与中心节间的距离
map distance = 1/2 (% SDS) = 1/2 (40%) =20 % = 20 map unit
二基因面包霉的ab/a+b+减数分裂产生的七种孢子囊型
8
1
150
101
基因座b的SDS
8
1
150
9
基因座a的SDS
8
1
150
9
101
2
729
ab+
ab+
ab
ab+
a+b
a+b
a+b+
8
ab+
ab+
ab
ab+
a+b
a+b
a+b+
7
a+b
a+b
a+b+
a+b+
a+b+
a+b
a+b+
6
a+b
a+b
a+b+
a+b+
a+b+
a+b
a+b+
5
a+b+
a+b
a+b+
a+b
ab+
ab+
ab
4
a+b+
a+b
a+b+
a+b
ab+
ab+
ab
3
ab
ab+
ab
ab
ab
ab+
ab
2
ab
ab+
ab
ab
ab
ab+
ab
1
7
6
5
4
3
2
1
孢子
两条染色体a+b+与ab产生的7种子孢子囊列在表5 一1 求基因座a,b分别与中心节的距离 并决定基因 a,b与中心节的排列顺序
a与中心节间的距离:
1/2(9+150+1+8)/1000X100 %=8.4% = 8.4 centimorgans
b与中心节间的距离:
1/2 (101 + 150+1+8)/1000X100 % = 13.0 centimorgans
8.4 13.0
(1) a……….中心节…………….b
8.4 13.0
(2) ……….中心节……a….……….b
(1)a,b距离较远,两者一起发生互换的机率不高
(2) a,b距离较近,两者一起发生互换的机率较高
查表得知a,b发生互换的机率相当高,为第二种情况基因排列顺序:中心节-a-b
酵母菌排列不固定的孢子(unordered spores)
酵母菌的孢子囊是圆形,其内孢子的排列并不固定,
中心节不能看成是一个遗传标志(marker)
假设一个ab孢子与a+b+孢子融合,形成的二倍体经减数分裂 产生的孢子,可分离出来培养,观察其外表型.可能会产生3种孢子囊
亲代双型(parental ditype, PO) : ab,a+b+
非亲代双型(nonparental ditype, NPO) : ab+,a+b
四异型(tetratype, TT) : ab,ab+,a+b,a+b+
当a,b是连锁时: (图5一7)
PD:未经互换(数量最多)
NPD:四条染色分体发生两次互换
TT:两条染色分体发生一次互换
当a,b非连锁时
PD, NPD均来自独立分配,产生机率相等
TT:来自一次互换
可由PD与NPD数量决定基因是否连锁
PD = NPD非连锁
PD ≠ NPD连锁
表5-2可看出PD数量特别高,显然两基因是连锁的.
a,b间的距离 由图5-7可看出NPD所有四条染色分体均为重组型, TT只有1/2的染色分体是重组型
表5-2酵母菌二基因杂种a+ab+b经减数分裂产生的三种孢子囊型
1 2 3
(PD) (NPD) (TT)
ab ab+ ab
ab ab+ ab+
a+b+ a+b a+b
a+b+ a+b a+b+
75 5 20
(1/2)20+5/(75+5+20)X100= 15
基因间的距离可用下列公式
Map distance =
(1/2)TT+NTP/全部孢子X 100
有丝分裂互换(somatic, mitotic crossing over)
一般互换是发生在减数分裂同源染色体配对时
偶尔体细胞在行有丝分裂时,也会发生互换
1936年C. Stern在果蝇发现有丝分裂的细胞也有互换产生
有丝分裂的细胞染色体不配对,故无配对复合体产生 (synaptonemal complex)
偶然的机会两条同源染色体正好排在一 起才有机会发生互换
Aspergillus nidulans每一百次的细胞分裂中有一次的有丝分裂互换.
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