5连锁遗传分析

学习要点：1性别决定的类型，掌握伴性遗传的概念、特点及相互关系。2连锁与交换的原理，重组值、交换值、染色体干涉和并发率的概念及计算方法，特别是通过三点测交绘制连锁图的方法。3人类基因的连锁分析的特点、人类基因定位的原理。5 5 连锁遗传分析与染色体作图连锁遗传分析与染色体作图5.1 性染色体与性别决定5.1.1 性别与染色体 性比：雌性：雄性=1：1。5.1.2 人类的性染色体 X染色体和Y染色体形态结构不同，功能也不同。X染色体约155Mb，含1098个基因。Y染色体约60Mb，含78个基因。X染色体和Y染色体的同源区主要位于端部。X连锁基因Y连锁基因假常染色质区2假常染色质区1人类的性染色体5.1.3 性染色体决定性别的几种类型 XX-XY型 雌性为同配性别，雄性为异配性别。ZZ-ZW型 雌性为异配性别，雄性为同配性别。XO型 雌性为XX，雄性为X0型。植物的性别决定 大部分雌雄异株植物，XX为雌株，XY为雄株。5.1.4 环境因子的性别决定 温度决定性别：如龟、蜥蜴等。位置决定性别：如后。单倍体型性别决定（蜜蜂型）：未受精的卵发育成雄蜂，受精卵发育成可育的雌蜂（蜂皇），或不育的雄峰（职蜂）。5.1.5 其他类型的性别决定5.1.6 果蝇性别决定的染色体机制 性指数性指数果蝇的性别决定取决于染色体数目和常染色果蝇的性别决定取决于染色体数目和常染色体（体（A A）倍数之比，即性指数（）。）倍数之比，即性指数（）。X/A=0.5X/A=0.5雄性。如雄性。如2A+X2A+X（不育），（不育），2A+X+Y2A+X+Y（可（可育）。育）。X/A=1X/A=1雌性。如雌性。如2A+2X2A+2X，2A+2X+Y2A+2X+Y。X/AX/A11变态雌性，也称超雌。变态雌性，也称超雌。2A+3X2A+3X（死亡）（死亡）X/AX/A0.50.5变态雄性，也称超雄。变态雄性，也称超雄。2A+Y2A+Y（死亡）（死亡）X/AX/A介于介于0.50.5雌雄间性（不育）雌雄间性（不育）5.2 性连锁遗传分析5.2.1 5.2.1 黑腹果蝇的伴性遗传分析黑腹果蝇的伴性遗传分析1 1 果蝇的伴果蝇的伴X X隐性遗传现象隐性遗传现象 P P 红眼红眼 白眼白眼 F F1 1 红眼（红眼（）F F2 2 红红 红红 白白 2459 1011 2459 1011 782 7822 2 摩尔根的假设摩尔根的假设(1)(1)白眼基因为隐白眼基因为隐性基因，位于性基因，位于X X染色染色体上；体上；(2)Y(2)Y染色体上无对染色体上无对应的显性等位基因。应的显性等位基因。3 3 假设的验证假设的验证P P 红眼红眼 白眼白眼 X X+X Xw w X Xw wY Y F F1 1 红红 红红 白白 白白 X X+X Xw w X X+Y XY Xw wX Xw w X Xw wY Y 129 129 ：132 132 ：88 88 ：86 86 1 1 ：1 1 ：1 1 ：1 1 结论结论:1:1 红眼雌蝇是杂合体红眼雌蝇是杂合体。2 2 白眼雄蝇带隐性基因，位于白眼雄蝇带隐性基因，位于X X 染色体上染色体上;实验实验 1 1 P P 白白 红红 X XW WX XW W X X+Y YF F1 1 红眼红眼 白眼白眼 X X+X Xw w X Xw wY Y F F2 2：红：红 红红 白白 白白 X X+X Xw w X X+Y XY Xw wX Xw w X Xw wY Y 1 1 ：1 1 ：1 1 ：1 1实验实验2 2 结论：结论：1 1 进一步地证明白眼基因位于进一步地证明白眼基因位于X X染色体上；染色体上；2 2 交叉遗传现象。交叉遗传现象。概念：由性染色体所携带的基因在遗传时与性别概念：由性染色体所携带的基因在遗传时与性别相联系的遗传方式。相联系的遗传方式。特点：特点：1 1 当同配性别传递纯合显性基因时，当同配性别传递纯合显性基因时，F F均为均为显性性状，显性性状，F F性状呈：，性别的分离为：性状呈：，性别的分离为：；其中隐性个体的性别与祖代隐性体一样，即；其中隐性个体的性别与祖代隐性体一样，即外祖父的性状传给外孙。外祖父的性状传给外孙。当同配性别传递纯合隐性基因时，当同配性别传递纯合隐性基因时，F F表表现交叉遗传，即儿子象母亲，女儿象父亲。现交叉遗传，即儿子象母亲，女儿象父亲。4 4 伴性遗传伴性遗传（连锁遗传）（连锁遗传）5.2.2 遗传的染色体学说的直接证明果蝇眼色遗传的例外现象果蝇眼色遗传的例外现象 白白 红红 X Xw wX Xw w X X+Y Y 正常正常 红红 白白(不育不育)初级例外初级例外 红红 白白(可育可育)红红 (12000)(12000)正常正常 红红 白白 次级次级例外例外 红红(可育可育)白白 (4%(4%）推测:减数分裂形成配子时,母本两条X染色体不分离.例外遗传现象的解释例外遗传现象的解释减数分裂中减数分裂中:X X染色体不分开染色体不分开 从果蝇眼色例外遗传现象得出的结论 由于不分离的X染色体上的突变基因的作用，导致果蝇颜色遗传的例外现象，即雌蝇偏母，雄蝇偏父。这就证明了基因位于染色体上，染色体是基因的载体。5.2.3 人类的性连锁遗传分析伴伴X X显性遗传显性遗传(sex-linked dominant inheritance,XD)：如抗维生素：如抗维生素D佝偻病、先天性佝偻病、先天性多毛症等。多毛症等。伴伴X X隐性遗传隐性遗传(sex-linked recessive inheritance,XR)：如红绿色盲、血友病、鱼鳞病：如红绿色盲、血友病、鱼鳞病等。等。Y Y连锁遗传连锁遗传(Y-linked recessive inheritance)先天性多毛症的遗传X连锁显性遗传病特点：人群中女性患者比男性患者约多一倍，前者人群中女性患者比男性患者约多一倍，前者病情常较轻；病情常较轻；患者的双亲中必有一名是该病患者；患者的双亲中必有一名是该病患者；男性患者的女儿全部都为患者，儿子全部正男性患者的女儿全部都为患者，儿子全部正常常女性患者（杂合子）的子女中各有女性患者（杂合子）的子女中各有5050的可的可能性是该病的患者；能性是该病的患者；系谱中常可看到连续传递现象，这点与常染系谱中常可看到连续传递现象，这点与常染色体显性遗传一致。色体显性遗传一致。X连锁隐性遗传病特点：人群中男性患者远较女性患者多，系谱中往人群中男性患者远较女性患者多，系谱中往往只有男性患者；往只有男性患者；双亲无病时，儿子可能发病，女儿则不会发双亲无病时，儿子可能发病，女儿则不会发病；儿子如果发病，母亲肯定是一个携带者，病；儿子如果发病，母亲肯定是一个携带者，女儿也有女儿也有1/21/2的可能性为携带者；的可能性为携带者；男性患者的兄弟、外祖父、舅父、姨表兄弟、男性患者的兄弟、外祖父、舅父、姨表兄弟、外甥、外孙等也有可能是患者；外甥、外孙等也有可能是患者；如果女性是一患者，其父亲一定也是患者，如果女性是一患者，其父亲一定也是患者，母亲一定是携带者。母亲一定是携带者。一例红绿色盲系谱一例红绿色盲系谱：存在于存在于Y Y染色体差别区段上的基因所决定染色体差别区段上的基因所决定的性状，将随的性状，将随Y Y染色体的行为而传递。它们仅染色体的行为而传递。它们仅仅由父亲传给儿子，不传给女儿，表现为所仅由父亲传给儿子，不传给女儿，表现为所谓谓限雄遗传限雄遗传(holandric inheritance)(holandric inheritance)现象。现象。Y连锁遗传(Y-linked recessive inheritance5.2.4 其他伴性基因的遗传分析 鸡羽斑纹的遗传鸡羽斑纹的遗传 Z ZB B 芦花，芦花，Z Zb b 非芦花非芦花 P P 非芦花非芦花 芦花芦花 Z Zb bZ Zb b Z ZB BW W F1 F1 芦花芦花 非芦花非芦花 F1F1识别雌雄识别雌雄 Z ZB BZ Zb b Z Zb bW W F2 F2 芦花芦花 芦花芦花 Z ZB BZ Zb b Z ZB BW W 非芦花非芦花 非芦花非芦花 Z Zb bZ Zb b Z Zb bW W 女娄菜宽叶基因女娄菜宽叶基因B B的伴性遗传的伴性遗传阔叶阔叶 细叶细叶X XB BX XB B X Xb bY Y 阔叶阔叶(X(XB BY)Y)阔叶阔叶 细叶细叶 X XB BX Xb b X Xb bY Y阔叶阔叶X XB BY Y 细叶细叶X Xb bY Y 阔叶阔叶 阔叶阔叶 X XB BX Xb b X XB BY Y 阔叶阔叶 阔叶阔叶 细叶细叶 X XB BX XB B X XB BY XY Xb bY Y X XB BX Xb b 5.3 剂量补偿效应及其分子机制5.3.1 5.3.1 性染色质体性染色质体 1949 1949年年,由由Barr Barr 发现发现,又称为又称为BarrBarr小体小体.存存在于间期核中的惰性的异染色质化的小体在于间期核中的惰性的异染色质化的小体,位于位于细胞核膜的内侧边缘或靠近核膜细胞核膜的内侧边缘或靠近核膜,其数目为其数目为X-1.X-1.剂量补偿效应：剂量补偿效应：XYXY性别决定机制的生物中，性别决定机制的生物中，性连锁基因在两种性别中相等或近乎相等的有性连锁基因在两种性别中相等或近乎相等的有效剂量的遗传效应。效剂量的遗传效应。性两条性两条X X失活一条，雄性单条失活一条，雄性单条X X染色体保染色体保持活性；（哺乳类）持活性；（哺乳类）性两条性两条X X染色体均有活性，雄性中唯一染色体均有活性，雄性中唯一的的X X染色体超活性；（果蝇）染色体超活性；（果蝇）性两条性两条X X染色体低活性。（线虫）染色体低活性。（线虫）5.3.2 剂量补偿效应与Lyon假说 Lyon Lyon假说（哺乳动物）假说（哺乳动物）1 1 两条两条X X染色体中一条失活，使雌性和雄性具染色体中一条失活，使雌性和雄性具有相同的基因产物。有相同的基因产物。2 2 失活是随机的，可以是来自母源的失活是随机的，可以是来自母源的X X染色体染色体失活，也可以是来自父源的失活，也可以是来自父源的X X染色体失活。染色体失活。3 3 失活发生在胚胎发育的早期。失活发生在胚胎发育的早期。4 4 杂合体雌性在伴性基因的作用上是嵌合体。杂合体雌性在伴性基因的作用上是嵌合体。Lyon假说的证据（1）玳瑁猫毛色遗传 雌性杂合体玳瑁猫的毛色具黑色与黄雌性杂合体玳瑁猫的毛色具黑色与黄色斑块。色斑块。X X：黄色：黄色 ；X Xo o：黑色：黑色 X X失活失活 黑色斑块黑色斑块X Xo o失活失活 黄色斑快黄色斑快 结果：同一个体出现黄、黑斑块结果：同一个体出现黄、黑斑块（2）6-PGD杂合体细胞电泳实验 5.3.3 X染色体随机失活的分子机制1 1 大多数大多数X X连锁基因在胚胎发育早期失活，但并连锁基因在胚胎发育早期失活，但并非整条非整条X X染色体上的基因均失活。染色体上的基因均失活。2 2 在失活的在失活的X X染色体上，表达的基因与失活基因染色体上，表达的基因与失活基因是穿插排列的。是穿插排列的。3 3 在在X X染色体上存在失活中心。染色体上存在失活中心。5.4 连锁交换与重组 5.4.1 连锁遗传现象的发现 P P 紫花长形 X X 红花圆形 PL/PL PL/PL pl/pl pl/pl F F1 1 紫长(PL/pl)(PL/pl)F F2 2：紫长 紫圆 红长 红圆 合计 实验结果：48314831 390390 393 393 13381338 6952 6952自由组合预期:3910.5 1303.5 1303.5 434.5 6952:3910.5 1303.5 1303.5 434.5 6952 F F2 2中四个类型的个体数同理论数相差很大，原来组合在两个亲本中的性状在F F2 2代中仍然多数联合在一起遗传，即原本属于亲本的两个非等位基因较多地联系在一起遗传,这种现象称为连锁遗传(定律)。5.4.2 连锁遗传5.4.3 连锁遗传现象的解释5.4.3.1 重组的解释1 1 同源染色体非姐妹染色单体发生了交换。2 2 交换是对等交换(正常情况下)，发生在两条同源染色体的相同位点。3 3 性母细胞中连锁基因间每发生一个交叉，只有一半的重组类型。4 4 最大交换是50%50%。5.4.3.2 亲组合类型大于重组合类型的解释 并非100%的性母细胞均在两基因位点之间发生交换,因此,F1杂合体产生的亲组合配子远远大于重组合配子。P PL/PL pl/pl F1 PL/pl配子 PL pl pL Pl预期 1 ：1 ：1 ：1 实际 大于50%小于50%5.4.4 完全连锁和不完全连锁完全连锁：杂种个体在形成配子时没有发生非姐妹染色单体之间交换的连锁遗传，无重组类型。不完全连锁：杂种个体的连锁基因在形成配子时，同源染色体非姐妹染色单体间发生了交换，出现了重组类型。全部为亲组合配子完全连锁不完全连锁亲组合配子亲组合配子重组合配子重组合配子果蝇的完全连锁与不完全连锁雄果蝇的完全连锁 雌果蝇的不完全连锁 重组型数目重组型数目亲组合数目亲组合数目+重组合数目重组合数目 重组频率重组频率(RF)=5.4.5 重组频率的测定 重组率是度量基因间连锁程度或两基因间距离的的一个参数，两基因距离较近，则连锁较紧密，其重组率低，两基因距离越远，则连锁越不紧密，两基因间发生交换的机会多，重组合率亦高。P P 有色饱满 X X 无色凹陷 CSh/CSh csh/cshCSh/CSh csh/cshF1 F1 CSh/csh X csh/csh9CSh/csh X csh/csh9（测交）（测交）F2 CSh/cshCSh/csh csh/cshcsh/csh Csh/csh cSh/csh Csh/csh cSh/csh 有满 无凹 有凹 无满自由组合:1 1 1 1:1 1 1 1 合计实验结果：40324032 40354035 149 152 8368 149 152 8368 亲组合 重组合 亲组合:96.4%96.4%重组合:3.6%:3.6%,即:重组频率=3.6%=3.6%CSh/CSh csh/cshF1 CSh/csh X csh/csh（双隐性）（双隐性）F1配子配子 CSh csh cSh Csh csh 48.2%48.2%1.8%1.8%F2 CSh csh cSh Csh 48.2%48.2%1.8%1.8%亲组合亲组合:96.4%重组合重组合:3.6%多线交换与最大交换值当两连锁基因距离较近，即紧密连锁时，重组率接近交换值。两连锁基因间发生一次交换的最大交换值是50%。当两连锁基因相距较远，其间可能发生不止一次的交换，涉及的染色单体不限于两条，即多线交换，此时，重组值小于交换值，但最大交换值仍然是50%。对于基因座A.C来说,偶数次交换（如双交换）等于没有交换,奇数次交换等于单交换。双交换的特点：1、双交换概率显著低于单交换概率。2、3个连锁基因间发生双交换的结果，旁侧基因无重组，此时旁侧基因的重组率低于实际的交换值。只要4条染色单体发生交换的机会相等，在所研究的两个基因之间（如A-C）产生重组型与亲组型的比总是1：1，所以最大交换值也是50%。A B C a b c1 12 23 34 412345.5 染色体作图5.5.1 相关概念基因定位基因定位:确定基因在染色体上的排列顺序和相确定基因在染色体上的排列顺序和相对距离的过程对距离的过程.染色体图染色体图:基因连锁图、遗传图基因连锁图、遗传图图距图距：两个基因在染色体图上距离的数量单位。两个基因在染色体图上距离的数量单位。1 1个图距单位是个图距单位是1%1%重组率去掉重组率去掉%。(1(1厘摩厘摩=1cM=1cM）5.5.2 基因定位的方法 两点测交例玉米：有色；例玉米：有色；ShSh饱满；饱满；x x非糯性非糯性通过三次两点测交，得：通过三次两点测交，得：Sh Sh3.63.6；Sh Shx x2020；x x 22？Shx3.63.6 20 20缺点缺点:1:1 太烦琐太烦琐;2 2 三次实验条件难保一致三次实验条件难保一致,亲本也不可能相同亲本也不可能相同;3 3 不能得到双交换的资料。不能得到双交换的资料。三点测交用三杂合体用三杂合体abc/+abc/+跟三隐性个体跟三隐性个体abc/abcabc/abc测测交的实验叫三点测交，简称三点实验。交的实验叫三点测交，简称三点实验。P P 棘眼、截翅棘眼、截翅 横脉横脉 ec ct+/ec ct+cv/y ec ct+/ec ct+cv/y F1 F1 ec ct+/+cvec ct+/+cv ec ct cv/y ec ct cv/y测交后代的表型和比例与测交后代的表型和比例与F1F1三杂合体产生三杂合体产生配子的表型和比例一致配子的表型和比例一致 ec +ct +cv +ec +ct +cv +ec +cv ctec cv +ctec cv ct+双交换单交换单交换无交换 ec +ct +cv +ec +ct ec +ct +cv +cv +ec ct+/+cvec ct+/+cv ec ct cv/y ec ct cv/y 序号序号 表表 型型 实得数实得数 1 ec ct +2125 1 ec ct +2125 （亲组合）（亲组合）2 +cv 2207 2 +cv 2207 3 3 ecec +cv 273 +cv 273 （单交换（单交换I I）4 +4 +ctct +265 +265 5 5 ecec +217 +217 （单交换（单交换II)II)6 +6 +ctct cv 223 cv 223 7 +5 7 +5 （双交换）（双交换）8 ec ct cv 3 8 ec ct cv 3 合计合计 5318 5318三点实验的分析方法-中间位点法作图B B 找出亲本类型和双交换类型找出亲本类型和双交换类型,确定正确的基因确定正确的基因顺序顺序;亲组合亲组合 ec ct ec ct+cvcv 双交换双交换 ec ct ec ct cvcv +基因顺序为基因顺序为:ec cv ctec cv ct 或或 ct cv ecct cv ecA A 归类归类:将将8 8种表型按对等交换分成种表型按对等交换分成4 4组组,统计数统计数目目;D 作图作图 ec 10.2 cv 8.4 ct 18.418.6？C C 分别计算两个单交换分别计算两个单交换 ec-cv:(273+265+5+3)/5318X100%=10.2%cv-ct:(217+223+5+3)/5318 X100%=8.4%ec-ct:(273+265+217+223)/5318=18.4%原因原因:1:1 忽略了双交换的存在。双交换率忽略了双交换的存在。双交换率=0.1%2(ec-ct)2(ec-ct)实际交换值实际交换值 =18.4%+20.1%=18.6%三点测交的优缺点三点测交的优缺点）一次三点实验得到的三个重组值是在同一）一次三点实验得到的三个重组值是在同一基因型背景，同一环境下得到的，三个重阻值可基因型背景，同一环境下得到的，三个重阻值可以严格的相互比较以严格的相互比较）可以得到双交换的资料）可以得到双交换的资料）三隐性纯合体不易获得或保存）三隐性纯合体不易获得或保存5.5.3 遗传干涉与并发系数 染色体干涉和并发系数染色体干涉：一次单交换可能影响它邻近发生染色体干涉：一次单交换可能影响它邻近发生另一次单交换的可能性。另一次单交换的可能性。并发系数并发系数(C)=(C)=实际双交换实际双交换 理论双交换理论双交换I=1-CI=1-C，0 0 干涉完全干涉完全 C=0 C=0不完全干涉不完全干涉无干涉无干涉 染色单体干涉 一对同源染色体的一对同源染色体的4 4条非姐妹染色单体参条非姐妹染色单体参与多线交换机会的非随机性。与多线交换机会的非随机性。若不存在染色单体干涉若不存在染色单体干涉,则二线双交换则二线双交换:三三线双交换线双交换:四线双交换四线双交换=1/4:2/4:1/4.=1/4:2/4:1/4.正染色单体干涉正染色单体干涉:四线双交换四线双交换1/4.1/4.负染色单体干涉负染色单体干涉:二线双交换二线双交换1/4.1/4.5.5.4 利用作图函数计算大图距重组值重组值:RF=1/2(1-e:RF=1/2(1-e-m-m)m)m平均交换数平均交换数 或或 RF=1/2(1-e RF=1/2(1-e-2x-2x)X)X两基因间图距两基因间图距 例：例：RF=27.5%RF=27.5%，则：则：m=0.8,X=0.4=40%.m=0.8,X=0.4=40%.即真实图距为即真实图距为40 cM.40 cM.5.6 人类的基因定位5.6.1 5.6.1 系谱分析定位法系谱分析定位法 1 1 伴伴Y Y遗传遗传家系中的某一性状只出现在男性中家系中的某一性状只出现在男性中;2 X 2 X连锁遗传连锁遗传：根据伴性遗传特点：根据伴性遗传特点 3 3 外祖父法外祖父法 (1)(1)前提条件：两个连锁基因位于前提条件：两个连锁基因位于X X染色体上的；染色体上的；母亲是两对基因的杂合体；母亲是两对基因的杂合体；如：红绿色盲基因如：红绿色盲基因a a；蚕豆病蚕豆病(G6PD-)(G6PD-)基因基因g g(2)(2)外祖父法定位原理外祖父法定位原理 外祖父外祖父 母亲母亲(双杂合体双杂合体)儿子儿子 AG/Y AG/ag AG/Y ag/Y Ag/Y aG/Y AG/Y AG/ag AG/Y ag/Y Ag/Y aG/Y aG/Y aG/Ag aG/Y Ag/Y AG/Y ag/Y aG/Y aG/Ag aG/Y Ag/Y AG/Y ag/Y Ag/Y Ag/aG Ag/Y aG/Y AG/Y ag/Y Ag/Y Ag/aG Ag/Y aG/Y AG/Y ag/Y 亲组合亲组合 重组合重组合 统计结果，计算交换值。统计结果，计算交换值。5.6.2 5.6.2 基因剂量效应法基因剂量效应法 某一基因产物的量与某染色体上某一片段拷某一基因产物的量与某染色体上某一片段拷贝数目有明显的比例变化关系，则可将该基因定贝数目有明显的比例变化关系，则可将该基因定位在这条染色体上。如：先天愚型（位在这条染色体上。如：先天愚型（2121三体）三体）SOD1SOD1基因定位在基因定位在2121染色体上；红细胞酸性磷酚酶染色体上；红细胞酸性磷酚酶1 1（ACP1ACP1）基因定位于）基因定位于2P232P23。5.6.3 DNA介导基因定位 克隆基因定位法克隆基因定位法 原理原理：采用已克隆基因的采用已克隆基因的cDNAcDNA探针与保留在杂种探针与保留在杂种细胞中人染色体细胞中人染色体DNADNA序列进行分子杂交，来确定克序列进行分子杂交，来确定克隆基因所在的染色体。隆基因所在的染色体。以人体白蛋白基因以人体白蛋白基因cDNA为探针的克隆基因定位法为探针的克隆基因定位法 原位杂交法原位杂交法 以标记的探针（目的基因：已知序列的核苷以标记的探针（目的基因：已知序列的核苷酸）直接与中期染色体进行原位杂交。酸）直接与中期染色体进行原位杂交。中期染色体标本的制备中期染色体标本的制备探针的制备探针的制备探针探针的标记的标记 杂交杂交检测检测结果分析结果分析演讲完毕，谢谢观看！