连锁和交换现象的发现培训课件

连锁连锁和交和交换现换现象的象的发发现现本章要求本章要求1.掌握本章涉及的名词概念、连锁遗传规律的内容、交换值的测定方法、及连锁遗传规律的意义。2.了解连锁与交换的遗传机制，基因间距离、交换值、重组值、遗传距离及连锁强度的关系。3.能识别连锁遗传图上的基本信息。4.了解四分子分析与着丝点作图的基本原理。5.了解连锁遗传规律在育种工作中的应用。2连锁和交换现象的发现根据遗传的染色体学说与独立分配规律：根据遗传的染色体学说与独立分配规律：位于非同源染色体上的非等位基因遗传时独立分位于非同源染色体上的非等位基因遗传时独立分配；配；如果有一些基因位于同一染色体上，必然会出现如果有一些基因位于同一染色体上，必然会出现非独立分配的现象，否则各种性状的数目非独立分配的现象，否则各种性状的数目(基因对数基因对数)就不能超过细胞内染色体对数。就不能超过细胞内染色体对数。W.Bateson(1906)W.Bateson(1906)在香豌豆在香豌豆两对相对性状杂交试两对相对性状杂交试验中发现验中发现连锁遗传连锁遗传(linkage)linkage)现象现象。T.H.Morgan et al.(1910)T.H.Morgan et al.(1910)提出连锁遗传规律提出连锁遗传规律以及连锁与交换的遗传机理，并创立以及连锁与交换的遗传机理，并创立基因论基因论(theory theory of the gene)of the gene)。连锁遗传理论的由来3连锁和交换现象的发现第一节第一节 连锁与交换现象的发现连锁与交换现象的发现一、性状连锁遗传的表现1.性状连锁遗传的表现2.连锁遗传的验证及解释3.完全连锁与拟等位基因4.不完全连锁与重组5.连锁群二、连锁遗传的细胞学基础1.基因交换的实验证明2.交换发生的时间3.交换与交叉的关系4.交换的理论假设5.重组的最大频率T.H.Morgan1866-19454连锁和交换现象的发现一、相引相的杂交试验一、相引相的杂交试验P P 紫长紫长PPLL PPLL 红圆红圆ppllppllF F1 1 紫长紫长PpLlPpLlF F2 2 紫长紫长 P-L-P-L-紫圆紫圆 P-ll P-ll 红长红长 ppL-ppL-红圆红圆 ppllppllO 284 21 21 74O 284 21 21 74E 225 75 75 25E 225 75 75 25X X2 23 3 =189.27=189.27 X X2 2 0.01(3)0.01(3)=11.34=11.34，差差异异极极显显著著，表表明明实实得得数数与与理理论论数不相符。数不相符。5连锁和交换现象的发现两种不同的亲组合出现相似的结果：若按两种不同的亲组合出现相似的结果：若按每一对单位性状考虑均符合每一对单位性状考虑均符合3:13:1的分离比。的分离比。BatesonBateson和和Punnett Punnett 推测这种现象是由于推测这种现象是由于PLPL和和plpl两种亲本型配子多于两种亲本型配子多于PlPl和和pLpL两种重组型配子所致。两种重组型配子所致。6连锁和交换现象的发现v2.2.连锁遗传的验证连锁遗传的验证测交法测交法Ppr+pr+vg+vg+prprvgvgF1pr+prvg+vgprprvgvgF2基因型基因型 表型表型 观察值观察值 配子基因型配子基因型pr+prvg+vg+1339+prprvgvgprvg1195prvgpr+prvgvg+vg151+vgprprvg+vgpr+154pr+7连锁和交换现象的发现 P +vgvgprpr+F1 +pr+vgprprvgvg F2 基因型基因型 表型表型 观察值观察值 配子基因型配子基因型 +prvgvg+vg 965 +vg prpr+vg pr +1067 pr +157 +prprvgvg pr vg 146 prvg 实验结论：实验结论：F F F F1 1 1 1形成四种类型的配子；但比例显形成四种类型的配子；但比例显形成四种类型的配子；但比例显形成四种类型的配子；但比例显然不符合然不符合然不符合然不符合1:1:1:11:1:1:11:1:1:11:1:1:1，且亲本类型配子明显多于重，且亲本类型配子明显多于重，且亲本类型配子明显多于重，且亲本类型配子明显多于重组型配子；两种亲本型配子数大致相等，两种组型配子；两种亲本型配子数大致相等，两种组型配子；两种亲本型配子数大致相等，两种组型配子；两种亲本型配子数大致相等，两种重组型配子数也大致相等。重组型配子数也大致相等。重组型配子数也大致相等。重组型配子数也大致相等。8连锁和交换现象的发现v3.3.连锁遗传的解释连锁遗传的解释连锁遗传规律：连锁遗传的相对性状是由位于同连锁遗传规律：连锁遗传的相对性状是由位于同一对染色体上的非等位基因间控制，具有连锁关一对染色体上的非等位基因间控制，具有连锁关系，在形成配子时倾向于连在一起传递；交换型系，在形成配子时倾向于连在一起传递；交换型配子是由于非姊妹染色单体间交换形成的。配子是由于非姊妹染色单体间交换形成的。控制果蝇眼色和翅长的两对非等位基因位于同一控制果蝇眼色和翅长的两对非等位基因位于同一同源染色体上。即同源染色体上。即相引相中，相引相中，prpr+vgvg+连锁在一条连锁在一条染色体上，而染色体上，而prvgprvg连锁在另一条染色体，杂种连锁在另一条染色体，杂种F F1 1一对同源染色体分别具有一对同源染色体分别具有prpr+vgvg+和和prvgprvg；相斥相相斥相中亦然。中亦然。9连锁和交换现象的发现连锁遗传连锁遗传把不同性状常常联系在一起向后代把不同性状常常联系在一起向后代传递的现象称为连锁遗传。传递的现象称为连锁遗传。相引相相引相不同显性基因或不同隐性基因相互联不同显性基因或不同隐性基因相互联系在一起的基因构型称为相引相。如系在一起的基因构型称为相引相。如AB/abAB/ab相斥相相斥相显性基因和隐性基因相互联系在一起显性基因和隐性基因相互联系在一起的基因构型称为相斥相。如的基因构型称为相斥相。如Ab/aBAb/aB10连锁和交换现象的发现连锁的本质连锁的本质 Bateson Bateson发现连锁遗传现象不久，发现连锁遗传现象不久，MorganMorgan用果用果蝇为材料，证明具有连锁关系的基因位于同一蝇为材料，证明具有连锁关系的基因位于同一染色体上。这一点是很容易理解的，因为生物染色体上。这一点是很容易理解的，因为生物的基因有成千上万，而染色体只有几十条，所的基因有成千上万，而染色体只有几十条，所以一条染色体必须载荷许多基因。以一条染色体必须载荷许多基因。第二节第二节 连锁与交换定律的建立连锁与交换定律的建立11连锁和交换现象的发现一、完全连锁一、完全连锁 (complete linkage)complete linkage)：指位于同一染色体上的指位于同一染色体上的非等位基因总是连在一非等位基因总是连在一起，起，永不分离永不分离而被传递而被传递到下一代，其遗传行为到下一代，其遗传行为与一对基因相同，这种与一对基因相同，这种遗传现象称为完全连锁。遗传现象称为完全连锁。12连锁和交换现象的发现13连锁和交换现象的发现特点：特点：1 1、F F1 1 AB/abAB/ab杂合体只产生两种亲本型配子杂合体只产生两种亲本型配子lAB:ab=1:1AB:ab=1:12 2、F F2 2将出现将出现1 1：2 2：1 1比列分离的比列分离的3 3种基因型。种基因型。l完全连锁在生物界完全连锁在生物界很少见很少见，只在，只在雄果蝇（雄果蝇（XYXY）和雌家）和雌家蚕蚕（ZWZW）中发现（注意雌雄连锁不同）。）中发现（注意雌雄连锁不同）。l霍尔丹定律霍尔丹定律：凡是较少发生交换的个体必定是：凡是较少发生交换的个体必定是异配性异配性别别的个体。的个体。14连锁和交换现象的发现二、不完全连锁（不完全连锁（incomplete incomplete linkagelinkage ）：指：指杂种个体的连锁杂种个体的连锁基因在配子形成基因在配子形成过程中同源染色过程中同源染色体非姊妹染色单体非姊妹染色单体之间体之间发生交换发生交换而不表现出独立而不表现出独立遗传的现象。遗传的现象。15连锁和交换现象的发现交换与不完全连锁的形成交换与不完全连锁的形成q重组合配子的产生是由于：减数分裂前期重组合配子的产生是由于：减数分裂前期 I I 同源染色同源染色体的非姊妹染色单体间发生了节段互换。体的非姊妹染色单体间发生了节段互换。(基因论的核心基因论的核心内容内容)1.1.同一染色体上的各个非等位基因在染色体上各有一定的位置，同一染色体上的各个非等位基因在染色体上各有一定的位置，呈呈线性排列线性排列；2.2.染色体在间期进行复制后，每条染色体含两条姊妹染色单体，染色体在间期进行复制后，每条染色体含两条姊妹染色单体，基因也随之复制；基因也随之复制；3.3.同源染色体联会、非姊妹染色单体节段互换，导致基因交换，同源染色体联会、非姊妹染色单体节段互换，导致基因交换，产生产生交换型染色单体交换型染色单体；4.4.发生交换的性母细胞发生交换的性母细胞中中四种染色单体分配到四个子细胞中，发四种染色单体分配到四个子细胞中，发育成四种配子育成四种配子(两种亲本型、两种重组合型两种亲本型、两种重组合型/交换型交换型)。5.5.相邻两基因间发生断裂相邻两基因间发生断裂与交换的机会与与交换的机会与基因间距离有关：基因基因间距离有关：基因间距离越大，断裂和交换的机会也越大。间距离越大，断裂和交换的机会也越大。16连锁和交换现象的发现连锁与交换的遗传机理PF1(复制)同源染色体联会(偶线期)非姊妹染色单体交换(偶线期到双线期)终变期四分体17连锁和交换现象的发现交换交换在减数分裂期间同源染色体相互在减数分裂期间同源染色体相互配对，同源染色体的非姐妹染色单体间偶尔配对，同源染色体的非姐妹染色单体间偶尔会发生互换，其过程称为交换。会发生互换，其过程称为交换。重组重组通过染色单体间的交换，产生新通过染色单体间的交换，产生新基因组合或染色体组合的过程称为重组。基因组合或染色体组合的过程称为重组。染色体间重组染色体间重组 自由组合自由组合 染色体内重组染色体内重组 连锁交换连锁交换18连锁和交换现象的发现l4040细胞两对基因之间细胞两对基因之间没发生没发生没发生没发生交换交换,产生的两种配子产生的两种配子为：为：AB:AbAB:Ab 如果在如果在6060性母细胞中，两个基因座之间发生了非姊性母细胞中，两个基因座之间发生了非姊妹染色体间的交换，则产生的四种配子为：妹染色体间的交换，则产生的四种配子为：AB:Ab:aB:abAB:Ab:aB:ab=35:15:15:35=35:15:15:35比如比如 AB AB 配子的比列配子的比列 40%40%60%60%20%20%15%15%19连锁和交换现象的发现4040细胞细胞两对基两对基因之间因之间没发生没发生没发生没发生交换交换6060细胞细胞两对基两对基因之间因之间发生了发生了发生了发生了交换交换20连锁和交换现象的发现l问题问题1、如果在F1的性母细胞减数分裂时，有6%的细胞在连锁着的基因之间出现了交叉结，则表明在这6%的细胞中有总数的（）染色单体A、B在间发生过（）。所以这些F1个体在配子形成时将有（）重组型，（）亲本型。2、减数分裂产生重组型配子的两个途径是（）、（）。21连锁和交换现象的发现三、连锁遗传的细胞学基础三、连锁遗传的细胞学基础v1.1.基因交换的实验证明基因交换的实验证明 CreightionCreightion和和MclintockMclintock的实验（的实验（p76p76）v2.2.交换发生的时间交换发生的时间粗线期粗线期v3.3.交换与交叉的关系交换与交叉的关系交换交换：遗传学术语，是指等位基因交换座位，表现为：遗传学术语，是指等位基因交换座位，表现为连锁基因的重组。连锁基因的重组。交叉交叉：是细胞学观察到的染色体交叉现象，这种现象：是细胞学观察到的染色体交叉现象，这种现象只有在双线期同源染色体互斥，交叉点端化时才能观只有在双线期同源染色体互斥，交叉点端化时才能观察到。实际上这时基因已经交换，交叉并不能表明交察到。实际上这时基因已经交换，交叉并不能表明交换的过程，而是交换的直接结果。换的过程，而是交换的直接结果。22连锁和交换现象的发现23连锁和交换现象的发现v连锁群连锁群位于同一染色体上的所有基因位于同一染色体上的所有基因组成一个连锁群。组成一个连锁群。第三节第三节 基因定位与遗传学图基因定位与遗传学图24连锁和交换现象的发现二、交换与重组率二、交换与重组率连锁遗传规律：连锁遗传规律：连锁遗传就是指决定不同性状的这些基因位于同一对染色体上，连锁遗传就是指决定不同性状的这些基因位于同一对染色体上，在形成配子时不能实现非等位基因基因间的自由组合，从而倾向在形成配子时不能实现非等位基因基因间的自由组合，从而倾向于连在一起传递。于连在一起传递。交换型配子的形成是交换型配子的形成是由于在基因座之间发生了非姊妹染色单体间由于在基因座之间发生了非姊妹染色单体间的互换的互换。染色体上的交换是随机发生的，所以两基因座相距越远，。染色体上的交换是随机发生的，所以两基因座相距越远，在它们之间发生交换的几率越大，重组型配子所占比例就约高。在它们之间发生交换的几率越大，重组型配子所占比例就约高。一般情况下重组型配子占总配子数的比例一般情况下重组型配子占总配子数的比例5050。（原因见下面。（原因见下面）重组率就是重组率就是 F F1 1 的重组型配子数占总配子数的百分比的重组型配子数占总配子数的百分比:25连锁和交换现象的发现、一个发生交换的性母细胞形成的一个发生交换的性母细胞形成的4 4个减数分裂产物个减数分裂产物将有一半是重组基因型。没有发生交换的性母细胞只将有一半是重组基因型。没有发生交换的性母细胞只产生亲本型。产生亲本型。、同源染色体非姊妹染色单体间发生交换是随机的，、同源染色体非姊妹染色单体间发生交换是随机的，不可能所有的性母细胞在特定的两个基因之间发生交不可能所有的性母细胞在特定的两个基因之间发生交换。换。、距离较远的两个基因之间可以同时发生两次交换，、距离较远的两个基因之间可以同时发生两次交换，结果使所观察的两个基因仍处在同一染色体上。结果使所观察的两个基因仍处在同一染色体上。所以，所以，重组型配子数目只是少数重组型配子数目只是少数。26连锁和交换现象的发现v一、重组值的测定一、重组值的测定重组率就是重组率就是 F F1 1 的重组型配子数占总配子数的的重组型配子数占总配子数的百分比百分比:v1 1、测交法、测交法测交后代测交后代(F Ft t)的表现型的种的表现型的种类和比例直接反映被测个体类和比例直接反映被测个体(如如F F1 1)产生配子产生配子的种类和比例。的种类和比例。重组型配子数重组型配子数重组型配子数重组型配子数亲本型配子数重组型配子数亲本型配子数重组型配子数亲本型配子数重组型配子数亲本型配子数重组型配子数重组率重组率=100%=100%27连锁和交换现象的发现根据测交试验结果计算重组率根据测交试验结果计算重组率28连锁和交换现象的发现29连锁和交换现象的发现 香豌豆的杂交实验结果香豌豆的杂交实验结果相斥组相斥组F F2:2:紫、长紫、长 紫、圆紫、圆 红、长红、长 红、圆红、圆红、圆红、圆 P_L_ P_ll ppL_ P_L_ P_ll ppL_ ppll ppll ppll ppll 总总 数数实际个体数实际个体数:226 95:226 95 97 1 41997 1 419交换值交换值(双隐性个体数双隐性个体数/总个体数总个体数)2 100%)2 100%1/419 2 100%1/419 2 100%9.779.77相斥相2 2、自交法（、自交法（xx指双隐性纯合子的频率）指双隐性纯合子的频率）30连锁和交换现象的发现紫花、长花粉粒（紫花、长花粉粒（PL/PLPL/PL）红花、圆花粉粒（红花、圆花粉粒（pl/plpl/pl）:相引组相引组F F2 2 紫、长紫、长 紫、圆紫、圆 红、长红、长 红、圆红、圆红、圆红、圆 P_L_ P_ll ppL_ P_L_ P_ll ppL_ ppll ppll ppll ppll 总总 数数实际个体数实际个体数 4831 390 393 1338 69524831 390 393 1338 6952交换值交换值 (1 (1 双隐性个体数双隐性个体数/总个体数总个体数 2)100%2)100%(1-1338/6952 2)100%(1-1338/6952 2)100%12.26%12.26%相引相31连锁和交换现象的发现二、交换的特点1 1、(可以假定可以假定)染色体上的染色体上的交换交换通常是通常是随机发生随机发生的，即在染的，即在染色体的任何一处都有均等的机会发生交换。所以，两个色体的任何一处都有均等的机会发生交换。所以，两个基因座相距越远，在它们之间发生交换的几率就越大，基因座相距越远，在它们之间发生交换的几率就越大，重组型配子所占比例也就越高。重组型配子所占比例也就越高。2 2、特定两个连锁基因间的重组率是、特定两个连锁基因间的重组率是相对恒定的相对恒定的。评价两个。评价两个连锁基因通过交换而发生重组的指标叫连锁基因通过交换而发生重组的指标叫交换值交换值交换值交换值。如果两。如果两个连锁基因间的交换都是个连锁基因间的交换都是有效交换有效交换(即都能产生重组配子即都能产生重组配子)，则在数值上，则在数值上，交换值交换值交换值交换值=重组率重组率重组率重组率。故：故：交换值可以用来度量基因间的相对距离交换值可以用来度量基因间的相对距离交换值可以用来度量基因间的相对距离交换值可以用来度量基因间的相对距离 32连锁和交换现象的发现 通常把重组值称为交换值通常把重组值称为交换值，实际上交换值不能等同于重组，实际上交换值不能等同于重组值，因为等位基因之间偶然会发生多重交换，多重交换的值，因为等位基因之间偶然会发生多重交换，多重交换的结果不一定形成重组型配子，用重组值代表交换值会造成结果不一定形成重组型配子，用重组值代表交换值会造成偏低的估计。偏低的估计。(3)(3)、交换发生时间：在减数分裂前期，两条同源染色体发、交换发生时间：在减数分裂前期，两条同源染色体发生配对、联会时。生配对、联会时。注意染色体交换与交叉的概念区别注意染色体交换与交叉的概念区别(4)(4)、交换发生在一对同源染色体四条染色单体中的任两条、交换发生在一对同源染色体四条染色单体中的任两条非姊妹染色单体之间。非姊妹染色单体之间。33连锁和交换现象的发现三、重组值与遗传距离三、重组值与遗传距离 在染色体图上，度量两基因间相对距离的数量单位叫在染色体图上，度量两基因间相对距离的数量单位叫遗传图距遗传图距遗传图距遗传图距,简称图距（简称图距（map distancemap distance）1 1个图距单位个图距单位 =1=1的交换值的交换值为了纪念为了纪念T.H.MorganT.H.Morgan发现连锁与互换定律，人们发现连锁与互换定律，人们将图距单位称作将图距单位称作厘摩厘摩厘摩厘摩 (Centimorgan,cM),1 cM=(Centimorgan,cM),1 cM=1 1的交换值的交换值 通过在直线上标出同源染色体上各基因的排列顺序和两两相通过在直线上标出同源染色体上各基因的排列顺序和两两相邻基因间的遗传图距邻基因间的遗传图距 (cM)(cM)而得到的简单线性示意图叫遗传而得到的简单线性示意图叫遗传图图(genetic(genetic map),map),也叫染色体图也叫染色体图 (chromosome map)(chromosome map)，又叫连，又叫连锁图锁图 (linkage map)(linkage map)。34连锁和交换现象的发现基因间的距离与基因间的距离与交换值、遗传距离、连锁强度交换值、遗传距离、连锁强度35连锁和交换现象的发现四、影响重组值的因素四、影响重组值的因素v1.1.基基因因在在染染色色体体上上的的位位置置。一一般般来来说说，越越靠靠近近染染色色体体末端的基因其重组率越高。末端的基因其重组率越高。v2.2.基基因因之之间间的的距距离离。基基因因之之间间相相距距越越远远，重重组组率率越越高高；反之则相反。反之则相反。v3.3.重组型配子生活力的差异会影响重组率的估计。重组型配子生活力的差异会影响重组率的估计。v4.4.减减数数分分裂裂中中同同源源染染色色体体不不能能联联会会或或联联会会不不好好，无无法法形成重组型配子或减少重组型配子产生的机会。形成重组型配子或减少重组型配子产生的机会。v5.5.群体大小。当重组率很低时，在小群体中可能不会群体大小。当重组率很低时，在小群体中可能不会出现重组型个体，要准确估计重组率，足够数量的群体出现重组型个体，要准确估计重组率，足够数量的群体是必需的。是必需的。v6.6.低温、辐射能使重组率提高。低温、辐射能使重组率提高。36连锁和交换现象的发现v7.7.激激素素。激激素素对对重重组组率率影影响响表表现现在在雌雌雄雄个个体体重重组组率率有有差差异异。如如雄雄果果蝇蝇的的染染色色体体不不发发生生交交换换，不不形形成成重重组组型型配配子子，因因此此在在果果蝇蝇的的基基因因重重组组测测定定中中，杂杂合合亲亲本本总总是是用用雌雌果果蝇蝇。但但在在家家蚕蚕中中却却是是雌雌蚕蚕的的染染色色体体不发生交换（不发生交换（ZWZW）。）。v8.8.二二价价阳阳离离子子（如如CaCa2+2+、MgMg2+2+等等）也也会会影影响响重重组组率率，过高会降低重组率，过低会提高重组率。过高会降低重组率，过低会提高重组率。v9.9.年龄及其它外部条件也会影响基因的重组率。年龄及其它外部条件也会影响基因的重组率。37连锁和交换现象的发现多次交换对重组率的影响l在两个非等位基因间只有发生奇数次交换才能在两个非等位基因间只有发生奇数次交换才能产生重组配子产生重组配子38连锁和交换现象的发现五、重组值和交换值的关系五、重组值和交换值的关系l所谓重组值是指生物体减数分裂形成配子过程所谓重组值是指生物体减数分裂形成配子过程中，由于同源染色体之间的交换作用形成了与中，由于同源染色体之间的交换作用形成了与亲本类型不同的配子，被称为重组型配子，而亲本类型不同的配子，被称为重组型配子，而重组型配子占全部配子总数的比值重组型配子占全部配子总数的比值，则称为重，则称为重组值。组值。l交换值是生物体减数分裂形成配子过程中，在交换值是生物体减数分裂形成配子过程中，在同源染色体上的两位点之间发生交换的比值。同源染色体上的两位点之间发生交换的比值。在遗传学上，交换值的大小可以用来表示遗传在遗传学上，交换值的大小可以用来表示遗传距离的大小。距离的大小。39连锁和交换现象的发现l由于重组值可以通过后代表现类型进行测定，由于重组值可以通过后代表现类型进行测定，而交换值无法通过杂交后代直接观测。在遗传而交换值无法通过杂交后代直接观测。在遗传距离较短的情况下，可以用重组值代替交换值。距离较短的情况下，可以用重组值代替交换值。在遗传距离较远的情况下，由于偶数次交换的在遗传距离较远的情况下，由于偶数次交换的存在，重组值往往会偏离交换值。两位点距离存在，重组值往往会偏离交换值。两位点距离越远，重组值与交换值差别越大，此时可以通越远，重组值与交换值差别越大，此时可以通过校正公式，将重组值转换为交换值。过校正公式，将重组值转换为交换值。40连锁和交换现象的发现41连锁和交换现象的发现六六、基因定位基因定位(gene location/localization)(gene location/localization)v基因定位：确定基因在染色体上的相对位置和排列次序。v根据两个基因位点间的交换值能够确定两个基因间的相对距离，但并不能确定基因间的排列次序。例：玉米糊粉层有色C/无色c基因、籽粒饱满Sh/凹陷sh基因均位于第九染色体上；且C-Sh基因间的交换值为3.6%。因此一次基因定位工作常涉及三对或三对以上基因位置及相互关系。42连锁和交换现象的发现连锁分析连锁分析的方法的方法v两点测验两点测验(two-point testcross)two-point testcross)通过三次测验通过三次测验，获得三对基因两两间交换获得三对基因两两间交换值值从而估计其遗传距离，从而估计其遗传距离，每次测验两对基因间每次测验两对基因间交换值，根据三个遗传距离交换值，根据三个遗传距离推断三对基因间的推断三对基因间的排列次序。排列次序。v三点测验三点测验(three-point testcross)three-point testcross)一次测验就考虑三对基因的差异，从而通一次测验就考虑三对基因的差异，从而通过一次测验获得三对基因间的距离过一次测验获得三对基因间的距离并确定其并确定其排排列次序。列次序。43连锁和交换现象的发现v2.2.两点测验：步骤（两点测验：步骤（1/31/3）1.通过三次亲本间两两杂交，杂种F1与双隐性亲本测交，考察测交子代的类型与比例。例：玉米第9染色体上三对基因间连锁分析子粒颜色：有色(C)对无色(c)为显性；饱满程度：饱满(Sh)对凹陷(sh)为显性；淀粉粒：非糯性(Wx)对糯性(wx)为显性.(1).(CCShShccshsh)F1ccshsh(2).(wxwxShShWxWxshsh)F1wxwxshsh(3).(wxwxCCWxWxcc)F1wxwxcc44连锁和交换现象的发现45连锁和交换现象的发现v2.2.两点测验：步骤（两点测验：步骤（2/32/3）2.计算三对基因两两间的交换值估计基因间的遗传距离。46连锁和交换现象的发现v2.2.两点测验：步骤（两点测验：步骤（3/33/3）3.3.根据基因间的遗传距离确定基因间的排列次序并根据基因间的遗传距离确定基因间的排列次序并作连锁遗传图谱。作连锁遗传图谱。Rf C-Sh=3.6 Rf Wx-Sh=20 Rf Wx-C=2247连锁和交换现象的发现两点测验的局限性两点测验的局限性1.工作量大，需要作三次杂交，三次测交；2.不能排除双交换的影响，准确性不够高。当两基因位点间超过五个遗传单位时，两点测验的准确性就不够高。48连锁和交换现象的发现v3.3.三点测验：步骤三点测验：步骤(1/7-2/7)(1/7-2/7)1.1.用三对性状差异的两个纯系作亲本进行杂交、测用三对性状差异的两个纯系作亲本进行杂交、测交；交；P:P:凹陷、非糯性、有色凹陷、非糯性、有色 饱满、糯性、无色饱满、糯性、无色 shsh +wxwx cc shsh +wxwx cc F F1 1及测交及测交:饱满、非糯性、有色饱满、非糯性、有色 凹陷、糯性、无色凹陷、糯性、无色 +sh +wx +c shsh wxwx cc sh +wx +c shsh wxwx cc?2.2.考察考察测交后代的表现型测交后代的表现型、进行、进行分类统计；分类统计；判断基判断基因之间是否连锁，是怎样连锁的。因之间是否连锁，是怎样连锁的。在不完全连锁的情况下测交后代有多少种表现型？在不完全连锁的情况下测交后代有多少种表现型？49连锁和交换现象的发现v3.3.三点测验：步骤三点测验：步骤(3 3/7-/7-4 4/7)/7)3.3.按各类表现型的个体数，对测交后代进行分组；按各类表现型的个体数，对测交后代进行分组；4.4.进一步确定两种亲本类型和两种双交换类；进一步确定两种亲本类型和两种双交换类；测交后代的表现型F1配子种类粒数交换类别饱满、糯性、无色+wxc2708凹陷、非糯、有色sh+2538饱满、非糯、无色+c626凹陷、糯性、有色shwx+601凹陷、非糯、无色sh+c113饱满、糯性、有色+wx+116饱满、非糯、有色+4凹陷、糯性、无色shwxc2总 数6708亲本型单交换单交换双交换50连锁和交换现象的发现v3.3.三点测验：步骤三点测验：步骤(5 5/7)/7)5.5.确定三对基因在染色体上的确定三对基因在染色体上的排列顺序；排列顺序；用两种亲本型配子与两种双交换型配子比较，用两种亲本型配子与两种双交换型配子比较，双双交换配子与亲本型配子中不同的基因位点位于中间。交换配子与亲本型配子中不同的基因位点位于中间。如：如：+wxcwxc与与shwxcshwxc相比只有相比只有shsh位点不同，因此位点不同，因此可以断定可以断定shsh位点位于位点位于wxwx和和c c之间；同理，之间；同理，sh+sh+与与+相比也只有相比也只有shsh位点不同，也表明位点不同，也表明shsh位点位于位点位于wxwx和和c c之间。之间。51连锁和交换现象的发现基因间排列顺序确定基因间排列顺序确定52连锁和交换现象的发现v3.3.三点测验：步骤三点测验：步骤(6 6/7)/7)6.6.计算基因间的交换值；计算基因间的交换值；由于双交换实际上在两个区域均发生交换，由于双交换实际上在两个区域均发生交换，所以在估算每个区域交换值时，都应加上双交换所以在估算每个区域交换值时，都应加上双交换值，才能够正确地反映实际发生的交换频率。值，才能够正确地反映实际发生的交换频率。53连锁和交换现象的发现7.7.绘制连锁遗传图。绘制连锁遗传图。已知已知ShSh位于位于wxwx与与c c之间；之间；Rf Rf C-ShC-Sh=3.5%Rf=3.5%Rf Wx-ShWx-Sh=18.4%Rf =18.4%Rf Wx-CWx-C=21.9%=21.9%54连锁和交换现象的发现表型数目类型比例Rfv-bRfv-lRfb-lvbl301亲组合58.7%+298+b+115单交换21.6%v+l105+bl80单交换14.9%v+72+l20双交换3.8%vb+19合计102036.5%18.7%25.4%三点测验与基因定位55连锁和交换现象的发现七、干扰和符合七、干扰和符合v1.1.理论双交换值理论双交换值连锁与互换的机理表明：染色体上除着丝粒外，连锁与互换的机理表明：染色体上除着丝粒外，任何一点均有可能发生非姊妹染色单体间的交换。任何一点均有可能发生非姊妹染色单体间的交换。但是相邻两个交换是否会发生相互影响呢？但是相邻两个交换是否会发生相互影响呢？如果相邻两交换间互不影响，即交换如果相邻两交换间互不影响，即交换独立发生独立发生，那么根据乘法定理，双交换发生的理论频率那么根据乘法定理，双交换发生的理论频率(理论理论双交换值双交换值)应该是两个区域交换频率应该是两个区域交换频率(交换值交换值)的乘的乘积。积。例：例：wxshcwxshc三点测验中，三点测验中，wxwx和和c c基因间理论双交换基因间理论双交换值应为：值应为：0.1840.035=0.64%0.1840.035=0.64%。56连锁和交换现象的发现v2.2.干扰干扰(interference)interference)：测交试验的结果表明：测交试验的结果表明：wxwx和和c c基因间的实际双交换基因间的实际双交换值为值为0.090.09，低于理论双交换值，这是由于，低于理论双交换值，这是由于wx-shwx-sh间间或或sh-csh-c间一旦发生间一旦发生一次一次交换后就会影响另一交换后就会影响另一区域区域交交换的发生，使双交换的频率下降。换的发生，使双交换的频率下降。这种现象称为这种现象称为干干扰扰(interference)interference)，或干涉。或干涉。一个交换发生后，它往往会影响其邻近交换的发生。一个交换发生后，它往往会影响其邻近交换的发生。其结果是使实际双交换值不等于理论双交换值。其结果是使实际双交换值不等于理论双交换值。为了度量两次交换间相互影响的程度，提出了符合为了度量两次交换间相互影响的程度，提出了符合系数的概念。系数的概念。57连锁和交换现象的发现v3.3.符合系数符合系数(coefficient of coefficient of coincidence)coincidence)，也称为并发系数，用以衡量也称为并发系数，用以衡量两次交换间相互影响的性质和程度。两次交换间相互影响的性质和程度。如前例如前例 符合系数符合系数=0.09/0.64=0.14=0.09/0.64=0.14。符合系数的性质：符合系数的性质：o 真核生物：真核生物：0,10,1正正干扰；干扰；o 某些微生物中往往大于某些微生物中往往大于1 1，称为负，称为负干扰干扰。58连锁和交换现象的发现粗糙链孢霉的遗传分析粗糙链孢霉的遗传分析一、红色面包霉的特点二、四分子分析与着丝点作图三、红色面包霉的连锁与交换59连锁和交换现象的发现一、一、红色面包霉的特点红色面包霉的特点v红色面包霉红色面包霉(真菌类真菌类)的特点：的特点：l易于繁殖、培养、管理；易于繁殖、培养、管理；l可直接观察基因表现，无需测交；可直接观察基因表现，无需测交；l可获得、分析单次减数分裂的结果等。可获得、分析单次减数分裂的结果等。v红色面包霉减数分裂特点：红色面包霉减数分裂特点：l每次减数分裂结果每次减数分裂结果(四个分生孢子，四个分生孢子，或其有丝分裂产生或其有丝分裂产生的八个子囊孢子的八个子囊孢子)都保存在一个子囊中；都保存在一个子囊中；l四分子或八分子在子囊中呈直线排列四分子或八分子在子囊中呈直线排列直列四分子，直列四分子，直列八分子直列八分子，具有严格的顺序，具有严格的顺序。60连锁和交换现象的发现二、四分子分析与着丝点作图二、四分子分析与着丝点作图v四分子分析四分子分析(tetrad analysis)tetrad analysis)指根据一个子指根据一个子囊中四个囊中四个按严格顺序直线排列的四分子按严格顺序直线排列的四分子(或其有丝分或其有丝分裂产物子囊孢子裂产物子囊孢子)表现进行的遗传分析，也称为直列表现进行的遗传分析，也称为直列四分子分析。四分子分析。v非直列四分子分析：四分子没有严格排列顺序，非直列四分子分析：四分子没有严格排列顺序，如酵母菌如酵母菌61连锁和交换现象的发现二、四分子分析与着丝点作图二、四分子分析与着丝点作图v着丝点作图(centromere mapping)：如果减数分裂过程中，基因位点与着丝点间不发生非姊妹染色单体间交换，一对等位基因分离产生的两种类型的孢子将分别排列在子囊的两端；如果发生交换将产生不同的排列方式。可根据子囊中孢子排列方式判断该次减数分裂是否发生交换，并计算交换值；该交换值为基因与着丝点间的交换值，因此可估计基因位点与着丝点间遗传距离，并进行连锁作图，称着丝点作图。62连锁和交换现象的发现三、红色面包霉的连锁与交换三、红色面包霉的连锁与交换v红色面包霉有一个与赖氨酸合成有关的基因红色面包霉有一个与赖氨酸合成有关的基因(lyslys)：l野生型野生型能够合成赖氨酸，记为能够合成赖氨酸，记为lyslys+，能在基本培养基能在基本培养基(不含赖氨酸不含赖氨酸)上正常生长，成熟子囊孢子呈黑色；上正常生长，成熟子囊孢子呈黑色；l突变型突变型不能合成赖氨酸，称为赖氨酸缺陷型，记为不能合成赖氨酸，称为赖氨酸缺陷型，记为lyslys，在基本培养基上生长缓慢，子囊孢子成熟较迟，呈灰在基本培养基上生长缓慢，子囊孢子成熟较迟，呈灰色。色。用用不同接合型不同接合型的的lyslys+和和lyslys-杂交，可预期八个孢子杂交，可预期八个孢子中中lyslys+和和lyslys-呈呈4:44:4的比例，事实也是如此。的比例，事实也是如此。在对子囊进行在对子囊进行镜检镜检时发现子中时发现子中lyslys+和和lyslys-有六种排有六种排列方式。列方式。63连锁和交换现象的发现六种子囊孢子排列方式六种子囊孢子排列方式64连锁和交换现象的发现六种子囊孢子排列方式六种子囊孢子排列方式65连锁和交换现象的发现第一次分裂分离与第二次分裂分离第一次分裂分离与第二次分裂分离v(1-2)(1-2)两种排列方式：野生型两种排列方式：野生型lyslys+和突变型和突变型lyslys-在在 AI AI 彼此分离，称第一次分裂分离彼此分离，称第一次分裂分离(first division first division segregation)segregation)。l着丝粒和着丝粒和lyslys基因位点间不发生非姊妹染色单体交换，因基因位点间不发生非姊妹染色单体交换，因此这两种子囊类型就是此这两种子囊类型就是非交换型子囊非交换型子囊。v(3-6)(3-6)四种排列方式：第一分裂产物中野生型与突四种排列方式：第一分裂产物中野生型与突变型未发生分离，野生型和突变型变型未发生分离，野生型和突变型 AII AII 发生分离，发生分离，称第二次分裂分离称第二次分裂分离(second division segregation)second division segregation)。l着丝粒与基因位点间发生非姊妹染色单体交换，因此这四着丝粒与基因位点间发生非姊妹染色单体交换，因此这四种子囊均为种子囊均为交换型子囊交换型子囊。66连锁和交换现象的发现非交换型、交换型子囊的形成非交换型、交换型子囊的形成67连锁和交换现象的发现着丝点距离与着丝点作图着丝点距离与着丝点作图v将着丝点当作一个基因位点看待，计算基因将着丝点当作一个基因位点看待，计算基因位点与着丝点间的交换值，估计基因与着丝位点与着丝点间的交换值，估计基因与着丝点间的遗传距离，称为点间的遗传距离，称为着丝点距离着丝点距离。v每个交换型子囊中，基因位点与着丝粒间发每个交换型子囊中，基因位点与着丝粒间发生一次交换，其中半数孢子是重组型生一次交换，其中半数孢子是重组型(重组重组型配子型配子)。因此，交换值的计算公式为：。因此，交换值的计算公式为：68连锁和交换现象的发现交换型子囊交换型子囊交换型子囊交换型子囊亲本型子囊亲本型子囊MMMMMMMMMM分离类型161610105 59 9129105子子 囊囊 数数子囊类型子囊类型(6)(5)(4)(3)(2)(1)RF（着丝粒（着丝粒-Lys)=(9+5+10+169+5+10+16)/(105+129+9+5+10+169+5+10+16）0.5 100%=7.3%=7.3%69连锁和交换现象的发现两个连锁基因的作图两个连锁基因的作图1 1、子囊的类型、子囊的类型 在粗糙脉孢霉中有烟酸依赖型在粗糙脉孢霉中有烟酸依赖型 (n)(n)和腺嘌呤和腺嘌呤依赖型依赖型 (a)(a)两种突变体，这两个基因位于同两种突变体，这两个基因位于同一条染色体上（是连锁的）。一条染色体上（是连锁的）。用烟酸依赖型用烟酸依赖型(n)(n)与腺嘌呤依赖型与腺嘌呤依赖型(a)(a)杂交杂交(n(n)(a),a),杂合子杂合子(n n/a)a)产生产生 36 36 种子种子囊型囊型(下表下表)：70连锁和交换现象的发现71连锁和交换现象的发现Neurospora crassa杂交结果 5 1 90 5 90 1808实得子实得子囊数囊数 TNPD PD T TNPD PD四分子类别分离发生时期四分子基因型次序 子囊型+a+an+n+nana+an+na+ana+n+an+an+na+na+na+an+MIMIMIMIMIMIIMIIMIMIIMIIMIIMIIMIIMII72连锁和交换现象的发现l两对基因杂交，如不考虑孢子排列，只考虑性状组合两对基因杂交，如不考虑孢子排列，只考虑性状组合时，子囊可以分为时，子囊可以分为3 3种四分子类型。种四分子类型。l亲二型亲二型(parental ditype,PD)(parental ditype,PD)，有两种基因型，并，有两种基因型，并与亲代相同。包括子囊型与亲代相同。包括子囊型和和。l非亲二型非亲二型(non-parental ditype,NPD)(non-parental ditype,NPD)，有两种基因，有两种基因型都跟亲代不同，是重组型。包括子囊型型都跟亲代不同，是重组型。包括子囊型和和。l四型（四型（tetratype,Ttetratype,T），有四种基因型，），有四种基因型，2 2种与亲代种与亲代相同，相同，2 2种重组型，包括子囊型种重组型，包括子囊型、和和。73连锁和交换现象的发现交换类型染色体图象重组四分子类型子囊型子囊型无交换 a0%a，a,n,n(PD)四 线双交换100%,na,naNPD单交换 an an 50%,a,n,na(T)74连锁和交换现象的发现第一步、按第一步、按7 7种基本子囊型对子囊进行归类计数。种基本子囊型对子囊进行归类计数。第二步、分别标出各种子囊型中每对基因的分离类型。第二步、分别标出各种子囊型中每对基因的分离类型。第三步、分别求出着丝粒与每对基因之间的交换值：第三步、分别求出着丝粒与每对基因之间的交换值：基因间的基因间的交换值交换值 M M型型/(M/(M型型M M)100%)100%n n间的交换值间的交换值(5(590901 1 5)/10005)/1000 100%100%5.05%5.05%a a间的交换值间的交换值(90(9090901 15)/1000100%5)/1000100%9.3%9.3%75连锁和交换现象的发现l如果两个基因是自由组合的话，则如果两个基因是自由组合的话，则PDPDNPD=1NPD=11 1l而实验结果而实验结果PD=808+90=898PD=808+90=898，NPD=1+1=2NPD=1+1=2，PDPD远远远大于远大于NPDNPD。说明这两个基因是相互连锁的。说明这两个基因是相互连锁的。？na5.059.3na5.059.3哪一种排列正确呢？哪一种排列正确呢？76连锁和交换现象的发现l如果我们把资料用另一种方式排列，得下表：如果我们把资料用另一种方式排列，得下表：按照分离时期排列按照分离时期排列nic/ade 子囊数MIMIMIIMIIMIMIIMIMII(808+1)809(90)90(5)5(90+5+1)96RF(nic)=5.05%RF(ade)=9.30%77连锁和交换现象的发现 若若n n和和a a各自独立的与着丝粒发生交换的话，则各自独立的与着丝粒发生交换的话，则M MIIII的子囊数的子囊数应为应为9.30%(a)9.30%(a)5.05%(n)1.845.05%(n)1.841 1l事实上：交换发生在着丝粒与事实上：交换发生在着丝粒与adeade间，间，n n是是M MI I,a,a是是M MIIII的子囊的子囊有有9090个。交换发生在着丝粒与个。交换发生在着丝粒与n n间，间，n n是是M MIIII ，a a是是M MI I的子囊的子囊只有只有5 5个。比例相差悬殊，所以这个。比例相差悬殊，所以这两个基因处在着丝粒的两个基因处在着丝粒的同一侧。同一侧。另从上表可见，在另从上表可见，在n n与着丝粒发生交换时，与着丝粒发生交换时，a a基因也一道与基因也一道与着丝粒发生了交换。即着丝粒发生了交换。即n n是是M MIIII ，a a也是也是M MIIII共计共计9696（=90+1+5)=90+1+5)个子囊。个子囊。78连锁和交换现象的发现l同一交换使同一交换使/n/n出现出现M MIIII型分离，也使型分离，也使/a/a出出现现M MIIII型分离，型分离，101101次中有次中有9696次，证明次，证明n,an,a在着在着丝粒的同一侧。丝粒的同一侧。着丝粒nicade5.055.210.2579连锁和交换现象的发现an a n a n 被低估的重组值从下表的分析被低估的重组值从下表的分析可以将可以将a a间的重组值得到校正间的重组值得到校正 80连锁和交换现象的发现第五节第五节 人类染色体作图人类染色体作图 物理作图物理作图（Physical mapping):):是从是从DNADNA分子水分子水平制作基因图。它表示不同基因（包括遗传标平制作基因图。它表示不同基因（包括遗传标记）在染色体上的实际距离，是以记）在染色体上的实际距离，是以碱基对为衡碱基对为衡量标准量标准，所以物理图谱最终是以精确的，所以物理图谱最终是以精确的DNADNA碱碱基对顺序来表达，从而说明基因的分子结构。基对顺序来表达，从而说明基因的分子结构。81连锁和交换现象的发现l遗传作图遗传作图(genetic mapping)是以研究家族的是以研究家族的减数分裂，以了解两个基因分离的趋势为基础减数分裂，以了解两个基因分离的趋势为基础来绘制基因座位间的距离，它来绘制基因座位间的距离，它表明基因之间连表明基因之间连锁关系和相对距离，并以重组率来计算和表示。锁关系和相对距离，并以重组率来计算和表示。82连锁和交换现象的发现一、家系分析法一、家系分析法 通过分析、统计家系中有关性状的连锁情况通过分析、统计家系中有关性状的连锁情况和重组率进行基因定位的方法。和重组率进行基因定位的方法。、性连锁基因的定位、性连锁基因的定位 1 1、如果性状只出现在男性，则可以将决定、如果性状只出现在男性，则可以将决定这个性状的基因定位在这个性状的基因定位在Y Y染色体上。（注意限染色体上。（注意限性遗传）性遗传）83连锁和交换现象的发现2 2、X X连锁基因的定位连锁基因的定位 、确定两个基因的连锁关系。、确定两个基因的连锁关系。如果两个基因都表现为隔代交叉如果两个基因都表现为隔代交叉遗传，则可以判定控制这两个性状的基因都在遗传，则可以判定控制这两个性状的基因都在X X染色体上。染色体上。、外祖父法外祖父法 对于对于X X染色体上的基因来说，只需要知道母亲的基因型为双重杂合染色体上的基因来说，只需要知道母亲的基因型为双重杂合体，即可以根据双重杂合体的母亲所生儿子中有关性状的重组情体，即可以根据双重杂合体的母亲所生儿子中有关性状的重组情况估计出重组率（因为况估计出重组率（因为Y Y染色体不含此基因，即相当于隐性），而染色体不含此基因，即相当于隐性），而母亲母亲X X染色体上的基因组成，可以由外祖父的表型得知，因此这种染色体上的基因组成，可以由外祖父的表型得知，因此这种基因定位的方法称为外祖父法。基因定位的方法称为外祖父法。84连锁和交换现象的发现外祖父法的原理：l对于X染色体上的基因决定的性状遗传，有：l l儿子的表型类型和比例母亲的配子类型和比儿子的表型类型和比例母亲的配子类型和比例例l l外祖父表型双杂合母亲是顺式还是反式双杂合体区分出亲本型和重组型的儿子表型推论出双杂合母亲的配子类型和比例估算出X染色体上连锁基因间交换值或遗传图距的目的。85连锁和交换现象的发现l外祖父法的分析步骤外祖父法的分析步骤.寻找双隐性男子寻找双隐性男子,收集母亲为双杂合子的家系资料。收集母亲为双杂合子的家系资料。l如双杂合子母亲的儿子中是如双杂合子母亲的儿子中是 G_:gg,gG_:gg,g不在不在X X上上;l外祖父是双隐外祖父是双隐(X(XagagY)Y)或双显或双显(X(XAGAGY)Y)时时,双杂合母亲：双杂合母亲：lX XAGAGX Xagag 儿子儿子:X X X XAGAGAGAGY Y Y Y、X X X XagagagagY Y Y Y、X X X XAgAgAgAgY Y Y Y、X X X XaGaGaGaGY,(G_Y,(G_Y,(G_Y,(G_)l外祖父是单隐外祖父是单隐(X(XaGaGY)Y)或或(X(XAgAgY)Y)时时,双杂合母亲：双杂合母亲：lX XAgAgX XaGaG 儿子儿子:X X X XAgAgAgAgY Y Y Y、X X X XaGaGaGaGY Y Y Y、X X X XAGAGAGAGY Y Y Y、X X X XagagagagY,(G_Y,(G_Y,(G_Y,(G_).根据外祖父的性状表现将家系资料合并成两组：根据外祖父的性状表现将家系资料合并成两组：l外祖父为双显或双隐：外祖父为双显或双隐：lagag间交换值间交换值(X X X XAgAgAgAgY Y Y YX X X XaGaGaGaGY Y Y Y)/)/所有儿子所有儿子100%100%l外祖父为单隐性：外祖父为单隐性：lagag间交换值间交换值(X X X XAGAGAGAGY Y Y YX X X Xagag