连锁基因交换重组.ppt

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1、1,4、 连锁基因的交换与重组,2,一.连锁现象的发现,Beteson和Punnett的香豇豆杂交试验,1906年贝特森（Bateson W.）和普纳特（Punnett R. C.)在香豌豆的两对性状杂交试验中首先发现性状连锁遗传现象。,贝特森（18611926） 英国生物学家， 曾经重复过孟德尔的实验,3,第一次实验,P 紫花、长花粉粒（PPLL） 红花、圆花粉粒（ppll） F1 紫、长 PpLl F2 紫、长 紫、圆 红、长 红、圆 P_L_ P_ll ppL_ ppll 总数 9:3:3:1推算 3910.5 1303.5 1303.5 434.5 6952 实际个体数 4831 39

2、0 393 1338 6952,结果表明F2： . 同样出现四种表现型； . 不符合9:3:3:1； . 亲本组合数偏多，重新组合数偏少（与理论数相比）。,4,第二次实验,P 紫花、圆花粉粒PPll 红花、长花粉粒ppLL F1 紫、长PpLl F2 紫、长 紫、圆 红、长 红、圆 P_L_ P_ll ppL_ ppll 总数 实际个体数 226 95 97 1 419 9:3:3:1推算 235.8 78.5 78.5 26.2 419,结果与第一个试验情况相似,5,第二个试验的表现与第一个试验基本相同，同9:3:3:1的独立遗传比例相比较，在F2四种表现型中仍然是亲本组合性状(紫、圆和红、

3、长)的实际数多于理论数，重新组合性状的实际数少于理论数，同样不能用自由组合规律来解释。,上述两个试验结果都表明，原来为同一亲本所具有的两个性状，在F2中常常有连系在一起遗传的倾向，这种现象称为连锁遗传。,6,相引组：甲乙两个显性性状，系在一起遗传、而甲乙两个隐性性状连系在一起的杂交组合。 如：AB/ab。 相斥组：甲显性性状和乙隐性性状连系在一起遗传，而乙显性性状和甲隐性性状连系在一起的杂交组合。 如：Ab/aB。,决定不同性状的基因位于相同的染色体上称为连锁基因,7,第一次实验,试验结果是否受分离规律支配？,紫花 : 红花3:1 长花粉:短花粉 3:1,8,第二个试验：,紫花 : 红花3:1

4、 长花粉:短花粉 3:1,1、以上结果都受分离规律支配，但不符合自由组合规律。,2、F2不符合9:3:3:1 ，则说明F1产生的四种配子不等。,3、同源染色体在减数分裂时发生交换得到重组型配子,9,特点：,* 两个亲本型配子数是相等的，多于50%。 * 两个重组型配子数是的相等，少于50%。,A,A,B,B,b,b,a,a,交换,10,二. 完全连锁和不完全连锁,在同一染色体上的连锁基因100%联系在一起传递到下一代，叫做完全连锁。 由于发生了交换而引起同源染色体间非等位基因的重组，打破原有的连锁关系，因而表现为不完全连锁。,11,雄果蝇的完全连锁 P 灰身长翅 X 黑身残翅 BV/BV bv

5、/bv F1 灰、长 X 黑、残 BV/bv BV/bv bv/bv 灰长 黑残 1 : 1,特点：测交子代无重组合类型,12,不完全连锁,P 灰身长翅 X 黑身残翅 BV/BV bv/bv F1 灰、长 X 黑、残 BV/bv bv/bv 灰长 黑残 灰残 黑长 42% 42% 8% 8%,13,+,+,w,y,+,+,w,y,完全连锁,不完全连锁,1/2,1/2,1/4,1/4,1/4,1/4,1/4,1/4,1/4,1/4,无连锁,14,重组的性别二态性,减数分裂中，基因间的重组（连锁程度）随着性别不同而不同的现象。通常，在异配性别个体中重组低于同配性别个体。 这种现象相当普遍。 重组低

6、的程度根据物种不同而变化，完全连锁是极端例子。 既发生于性染色体，也发生于常染色体。,15,连锁群 linkage group,通过连锁关系联系在一起的基因群，称为连锁群。具体指位于一对染色体的基因群。,连锁群的数目单倍体的染色体数目（n),16,交换的细胞学基础,连锁：同一条染色体上的基因倾向于连锁传递。 重组：减数分裂前期I，染色单体交叉片段互换。,19,在减数分裂前期I，粗线期非姊妹染色单体发生交换，导致在双线期可在二价体之间的某些区段出现交叉.,17,遗传的第三定律,遗传的第三定律连锁定律（law of linkage），指位于同一染色体上的基因联合在一起伴同遗传的频率大于重新组合的频

7、率，重组体或重组子的产生是由于在配子形成过程中同源染色体的非姊妹染色单体间发生了局部交换。,18,RF = 重组合(亲组合重组合) 100,三. 重组率的测定,重组率：指同源染色体非姐妹染色单体间有关基因的染色体片段发生交换的频率，一般利用重组合配子数占总配子数的百分率进行估算。,遗传学上以测交子代中出现的重组型频率来测定在这样的杂交中所表现出的连锁程度。,19,有色、饱满CCShSh 无色、凹陷ccshsh F1 有色饱满 无色凹陷 CcShsh ccshsh 配子 CSh Csh cSh csh csh Ft CcShsh Ccshsh ccShsh ccshsh 有色饱满 有色凹陷 无色

8、饱满 无色凹陷 总数 粒数 4032 149 152 4035 8368 % 48.2 1.8 1.8 48.2 其中(Ft)：重组率（RF) = (149+152)/8368100% = 3.6%,而在相斥组 (有色、凹陷CCshsh 无色、饱满ccShSh)中，RF2.95% 无论哪各基因组合的杂交方式，结果都是亲组型频率高，而重组型频率低。,20,例题：根据下面结果，计算pr和vg基因的重组率,RF = 重组合(亲组合重组合) 100,（151154）/2839 100=10.7%,21,重组率与连锁强度的关系,连锁强度越大，重组率越小。 连锁强度越小，重组率越大。 重组率的大小主要与基

9、因间的距离远近有关。 由于重组率具有相对稳定性，常以该数值表示两个基因在同一染色体上的相对距离（遗传距离）。 遗传距离愈大，两基因间距离愈远，愈易发生重组。,22,四. 交换,交换：成对染色体非姐妹染色单体间基因的互换。,A,a,b,B,A,a,B,b,23,交换,交换发生在杂种减数分裂时期。 根据染色体细胞学行为和基因位置上的变化关系，可以说明连锁和交换的实质。,a b,A B,A B,a b,a B,A b,a b,A B,24,25,交换的过程,26,双交换,双交换：指一个性母细胞内的一对染色体同时发生两次单交换。,27,双交换的特点：,1、双交换概率显著低于单交换概率。如果两次同时发生

10、的交换它们互不干扰，各自独立，双交换发生的概率就是两个单交换概率的乘积。 2、三个连锁基因间发生双交换的结果是旁侧基因无重组，因此该两基因间的重组率低于实际的交换值。,28,29,多线交换,当两基因相距较远时，其间可以发生两个或两个以上的交叉，这时，不同交叉点上涉及的染色单体将不限于两条。,30,2-3二线双交换,2-3，1-3三线双交换,2-3，2-4三线双交换,2-3，1-4四线双交换,31,对于二线双交换，产生的四条染色单体对两个座位来说都是亲本型。 对于三线双交换（双交换出现在四条染色单体中的三条中），产生两个亲本型和两个重组型。 对于四线双交换，产生的四条染色单体都是重组类型。 将所

11、有可能的双交换类型综合在一起考虑，对于两个基因位点来说50的产物是重组子。,32,最大重组率（交换值）,重组率变动在050%之间。重组率为0，表示完全连锁；重组率等于50%，则相当于是自由组合。 两基因间的最大重组值是50%，只有当100%的性母细胞在两个基因之间都发生了一次交换，重组值才是50%。,重组率与性母细胞交换的关系,33,例:带有连锁基因的精母细胞100个，经过减数分裂可以形成400个雄配子，假定每一个精母细胞在减数分裂中，A和B之间都发生了一次交换，那么在所得的400个雄配子中，重组合的Ab、aB的配子多少个？没有发生交换的AB、ab的配子多少个？ 重组值是200/（200+20

12、0）=50% 如果只有40%的性母细胞发生交换，那么其重组率是多少。,交换性母细胞数%=2重组值%。,34,影响重组值的因子,1.性别：雄果蝇、雌蚕中未发现染色体片段发生交换； 2.温度：家蚕第二对染色体上PS-Y(PS黑斑、Y幼虫黄血) 饲养温度() 30 28 26 23 19 交换值（%） 21.48 22.34 23.55 24.98 25.86 3.基因位于染色体上的部位：离着丝点越近，其重组值越小，着丝点不发生交换。 4.其它：年龄、染色体畸变等也会影响重组值。,35,5. 基因定位和染色体作图,36,基因的直线排列原则,(1)基因在染色体上是有一定位置; (2)有一定次序 (3)

13、作直线排列。,37,重组率与基因间的距离的关系,两个基因间的距离越远，重组率越高；基因间的距离越近，重组率越低。因此重组率反映了基因之间的相对距离。,38,基因定位（Gene mapping) 基因定位：确定基因在染色体上的位置。 基因在染色体上各有其一定的位置，确定基因的位置主要是确定基因之间的距离和顺序， 基因之间的距离是用重组值来表示的。 准确地估算出重组值 确定基因在染色体上的相对位置 把基因标志在染色体上,39,染色体图（Chromosome map) 又称遗传图，依据基因间的交换值，确定连锁基因在染色体上的相对位置而绘制的一种简单线性示意图。 图距 两个基因在遗传图上距离的数量单位

14、。 1% RF = 1 map unit (or 1 centiMorgan) map unit ：图距单位 m.u.,40,例题：,上图为abc基因的遗传连锁图，从图中可知ab基因之间的图距为10m.u; bc基因之间的图距为20m.u.。因为ab基因的重组率应为 ；bc之间的重组率应为 。如果Bc/bC X bc/bc杂交，后代中BC/bc的比率是 。 centiMorgan ：厘摩 cM,41,遗传作图(基因定位）的方法,通过计算性状的重组率来反映基因之间相对距离，从而确定基因间排列顺序的方法。 两点测交 三点测交,42,两点测交,先用三次杂交、再用三次测交（隐性纯合亲本）分别测定两对基

15、因间是否连锁，然后根据其交换值确定它们在同一染色体上的位置。 A B C - 分别测出Aa-Bb间重组率 确定 是否连锁； 分别测出Bb-Cc间重组率 确定是 否连锁； 分别测出Aa-Cc间重组率 确定是 否连锁,如果上述3次测验确认3对基因间连锁 根据重组率大小 确定这三对基因在染色体上的位置。,a b c,43,例如：玉米C(有色)对c(无色)、Sh(饱满)对sh(凹陷)、Wx(非糯性)对wx(糯性)为显性。 为证实三对基因是否连锁遗传，分别进行3个试验：,44,45,玉米两点测验的三个测交结果,46,根据第一、二组交换值，三个基因的排列顺序可能:,wx sh c,wx-c为23.6， 与

16、第三组22.0%差异小,wx-c为16.4 与第三组22.0%差异大,wx c sh,现在第三组交换值为22.0%，与23.6%较为接近，故以 第一种较为正确。如此可测定第四、五对等基因，逐步定位,47,两点测交的缺陷, 手续麻烦：一个两点测交需做三次杂交和测交，各次试验的环境条件又不尽相同，这会影响到交换值的大小。 当两个基因相距较远时，中间可能发生双交换，这在两点测交中测定不出来。,当连锁基因间距离超过5mu，则两点测交法不够准确,48,通过一次杂交和一次用隐性亲本测交，同时测定三对基因在染色体上的位置，是基因定位最常用的方法。,三点测交,特点：,(1). 纠正两点测验的缺点，使估算的交换

17、值更为准确；,(2). 通过一次试验可同时确定三对连锁基因的位置。,49,以玉米Cc、Shsh和Wxwx三对基因为例,三个基因的顺序有三种可能性： sh + + = wx在中间 + wx c + sh + = sh在中间 wx + c + + sh = c在中间,wx c +,50,(1).确定基因在染色体上的位置： P 凹陷、非糯、有色 饱 满、 糯性、 无色 shsh + + + + + + wxwx cc F1 饱满、非糯、有色 凹陷、 糯性、 无色 sh + +wx +c shsh wxwx cc,51,F2中亲本型最多，发生双交换的表现型个体数应该最少。, 这三个连锁基因在染色体的位

18、置为 wx sh c,52,关键是确定中间一个基因：以最少的双交换型与最多的亲型相比只有sh基因发生了位置改变。 sh一定在中间。,sh 在中间,53,单交换：在三个连锁基因之间仅发生了一次交换。,双交换：在三个连锁区段内，每个基因之间都分别要发生一次交换,54,(2)确定基因之间的距离,估算重组值确定基因之间的距离,+ wx c Sh + + + + c sh wx + sh + c + wx + + + + sh wx c,2708 2538 626 601 113 116 4 2,FR(wx-sh)=(601+626+6)6708)100%= 18.4%,55,+ wx c Sh + +

19、 + + c sh wx + sh + c + wx + + + + sh wx c,2708 2538 626 601 113 116 4 2,FR(sh-c) =(116+113+6)/6708)100%) = 3.5%,56,+ wx c Sh + + + + c sh wx + sh + c + wx + + + + sh wx c,2708 2538 626 601 113 116 4 2,FR(wx-c)=(601+626+116+113)6708)100% = 21.72%,57,FR(wx-sh)=(601+626+6)6708)100%= 18.4%,FR(sh-c) =(1

20、16+113+6)/6708)100%) = 3.5%,FR(wx-c)=(601+626+116+113)6708)100% = 21.72%,58,三对连锁基因在染色体上的位置和距离确定如下:,wx,18.4,sh,c,3.5,21.72,?,RF(wx-sh)+RF(sh-c)=18.4+3.5=21.9=RF(wx-c)=21.72,双交换的修正,纠正：交换值(wx-c)=21.72+0.092=21.72+0.18=21.9,双交换值=(4+2)6708)100% = 0.09%,交换值（wx-c)重组率(wx-c),59,干涉与并发系数,一个单交换的发生往往影响到另一个单交换的发生

21、，这种现象叫干涉。 根据概率理论，如单交换的发生是独立的，则双交换 = 单交换单交换 =（0.1840.035）100% = 0.64% 实际双交换值只有0.09%，说明存在干扰。 描述干涉的程度的指数为并发系数：,并发系数（C）实际双交换值/理论双交换值,干涉（I）1并发系数,60,当C =1，= 0时，表示无干涉， 当C =0，= 1时，表示存在完全干涉， 1 C 0 时表示存在正干涉（positive interference）， C 1， 0 时，表示存在负干涉 （negative interference）。,从一般实验结果来看，基因对间的距离缩短时，并发率降低，干涉值上升。所以三基

22、因间起交换的距离短时，双交换的发生很少或没有。,61,例：,vg b pr/ vg b pr,vg+ b+ pr+ /vg+ b+ pr+,vg b pr/ vg+ b+ pr+,vg b pr/ vg b pr,P,F1测交,62,判断vg b pr中哪个基因处于中间,vg b pr/ vg b pr,vg+ b+ pr+ /vg+ b+ pr+,vg b pr/ vg+ b+ pr+,vg b pr/ vg b pr,P,F1测交,亲本型,双交换,单交换,单交换,63,计算Vg-pr, pr-b,vg-b的距离,64,RF （Vg-pr)=重组合/(亲组合重组合） （255241139）/

23、4197 100% =12.3% 所以， Vg-pr的距离为12.3 m.u.,65,RF(b-pr)=重组合/(亲组合重组合） （131118139）/4197 100% =6.4% 所以， Vg-pr的距离为6.4 m.u.,66,FR(vgb) =(252+241+131+118)/4197100=17.7,67,双交换的修正,4. 双交换的修正 双交换值（139）/4197100%0.5% vg b distance RF(vg-b)+2双交换值=17.720.518.7 直线排列 作图,vg pr b,12.3 m.u . 6.4 m.u.,68,预期双交换概率,根据上图，计算理论上

24、vg-b之间发生双交换的概率。 0.1230.064=0.007872,vg pr b,12.3 m.u . 6.4 m.u.,69,实际双交换率,实际双交换率=（139）/4197=0.005242 预期双交换率0.007872 并发率实际交换率/预期交换率66.7% 干涉10.667=0.333,70,遗传学史上第一张遗传学图,71,遗传图,通过连续多次二点或三点测验，可以确定位于同一染色体基因的位置和距离，绘制连锁遗传图。 绘制遗传学图谱以最先端基因为0，依次向下，不断补充变动。位于最先端基因之外的新发现基因，应把0点让给新基因，其余基因作相应变动。 重组值在050%之间，但在遗传学图上

25、，可以出现50单位以上的图距。这是因为在这两个基因之间发生过多次交换，图距的数据是累加的。因此，要从图上的数字了解基因间的交换值，只限于邻近的基因座位。,72,交换率和重组率,两基因距离越长，发生交换的机会越多，因此交换率的大小可以用来表示基因间距离的长短。 发生了交换（如双交换），但没有导致重组，因此重组率并不完全等于交换率，而是重组值 小于交换值 。 Haldane的图谱函数： P（RF）= (1 e -m )= (1e -2d ) ， 式中P是重组频率，m是平均交换次数，d是图谱距离，e是自然对数的底（e2.71828）。,73,（1）重组率最大值不可能超过50。 （2）在图距10以内，

26、重组率几乎等于交换率，可以直接看作是图距。 （3）当图距大于10时，重组率总是小于交换率，不能直接看作为图距，必须加双交换的值予以校正。,74,75,76,77,7、人类的基因定位,78,（一）系谱分析定位法 （二） 基因剂量效应法 （三） DNA介导的基因定位法,79,（一）系谱分析定位法,1、Y连锁定位 性状只出现在男性身上 2、X连锁定位 表现为隔代交叉相传 例：红绿色盲、血友病等定位于性染色体上,不能确定基因排列顺序与连锁强度,80,下面家系中的症状的基因最可能在哪条染色体上？,81,3、外祖父法 一方亲体是双杂合体，而且连锁相知道，或者是相引，或是相斥，另一双亲为双隐性，这样的婚配类

27、似于动物中的测交试验。 相引相（cis phase ）-AB/ab，显性基因位 于同一条染色体上。 相斥相（trans phase） -Ab/aB，显性基因 位于不同一条染色体上,82,外祖父法定位原理 外祖父 母亲(双杂合体) 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 亲组合 重组合 统计结果，计算交换值。,根据外祖父的表现型确定母亲的连锁相,83,例：,84,A型非患病者,RF1/（41+3）,85,（二） 基因剂量效应法,利用在具有某一特定

28、染色体片段缺失或重复的病人或培养细胞内所观察到的基因剂量效应进行基因的区域定位。 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,则可将该基因定位在这条染色体上.,例：氧物歧化酶基因，人类的21三体,86,（三）DNA介导的基因定位,1 克隆基因定位法 原理：采用已克隆基因的cDNA作探针，与杂种细胞中人的染色体DNA进行分子杂交，来确定克隆基因所在的染色体。,87,2、原位杂交法 DNA杂交技术 探针：一段DNA 杂交的对象： 杂种细胞系的总DNA 染色体中期相,88,原位分子杂交法基因定位 目的基因DNA DNA* + 早中期染色体 变性 复性 干燥 放射自显影,89,荧光原位杂交（FISH）,90,An example of the results of fluorescent in situ hybridization (FISH) in which fluorescently tagged DNA probes were hybridized to human metaphase chromosome,