真核生物的遺傳分析

真核生物的遺傳分析第1頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一真核生物基因組基因組：一個物種單倍體的染色體數目及其所攜帶的全部基因。1C值悖理C值：一個物種基因組的DNA含量是相對穩(wěn)定的，通常稱為該物種DNA的C值，即單倍體所含DNA量。C值悖理：物種的C值及其進化復雜性之間沒有嚴格的對應關系。第一節(jié)生物進化的C值矛盾第2頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一Cvalueparadoxofnucleotide

霉菌藻類G+細菌G-細菌顯花植物鳥類哺乳類爬行類兩棲類硬骨魚類軟骨魚類棘皮類甲殼類昆蟲類軟體動物蠕蟲類真菌支原體B親緣關系相近的生物C值相差較大

A生物體進化程度高低與C值不成明顯相關（非線性）人類109bp，肺魚1011bp第3頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一C值悖理解釋：基因組的部分或完全加倍轉座、反轉錄已加工基因DNA復制滑動不等交換和DNA擴增生物進化過程中非編碼DNA清除速率的不同第4頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一N值悖理N值：一個物種基因組的基因數目。N值悖理：生物的基因數目與生物在進化樹上的位置不完全相關。人類基因組大約含25000個基因線蟲含有近20000個基因果蠅只有14000個基因剪接方式的復雜性，一個基因產生多個蛋白質分子第5頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一第6頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一第二節(jié)真菌類的四分子分析與作圖第7頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一鏈孢霉（Neurosporacrassa）的生活史鏈孢霉Neurospora是真菌，屬于子囊菌綱，又稱紅色面包霉，在遺傳研究上應用極廣。這類真菌特別有利之處在于它們一方面有性生殖，具有跟高等動植物行為相象的染色體，另一方面又象細菌那樣有較短的生活周期。鏈孢霉的有性生殖周期只要10天，能在含碳源和某些無機鹽的簡單培養(yǎng)基中生長。一順序四分子的遺傳分析第8頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一鏈孢霉(Neurosporacrassa)是一種絲狀真茵，生活史相當復雜(圖6.2)。鏈孢霉有兩種繁殖方式，一種是無性繁殖，當其孢子（N）或菌絲落在營養(yǎng)物上，孢子萌發(fā)，菌絲生長形成菌絲體（N）。第9頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一另一種是有性繁殖，兩個親本必須是不同的交配型（matigtype）A和a，各自的分生孢子會散落在不同交配型子實體的受精絲上，進入子實體，進行核融合，形成2n核，（A/a）。二倍體時期十分短暫，很快進行減數分裂，最后再經過一次有絲分裂，在子囊中產生8個單倍體的子囊孢子，其中鄰接的每一對孢子具有相同的基因型。子囊孢子成熟后又可萌發(fā)，長成新的菌絲體第10頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一每個子囊是一次減數分裂的產物，而每對孢子則是有絲分裂的產物，因此每對孢子的每個成員具有相同的基因型。減數分裂所產生的四個產物即四分體不僅仍保留在一起，而且在子囊中成線狀排列。第11頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一四分子分析（tetradanalysis）子囊孢子是單倍體，不存在顯隱性的問題，表型和基因型一致；孢子按順序排列在子囊中，我們稱其為順序四分子（Orderedtetrad），經過分析易于確定是否是重組類型及基因的轉變，其著絲粒本身也可看作是一個位點來研究，因此在四分體時期進行遺傳分析是很方便的，這種方法稱為四分子分析第12頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一四分體遺傳分析的特殊意義在于：

(1)能從四分體不同類型出現的相對頻率計算連鎖關系；

(2)能計算標記基因與著絲點之間的連鎖；

(3)子囊中子囊孢子的對稱性，證明減數分裂是一個交互過程。

(4)證明雙交換不僅可以包括4線中的兩線而且可以包括3線或4線。第13頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一第14頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一鏈孢霉的第一次和第二次分裂分離

鏈孢霉減數分裂過程第15頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一1.第一次分裂分離(MI)

基因與著絲粒間無交換，等位基因在第一次減數分裂時分開。子囊孢子中等位基因的分離形式為MI

。第16頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一2.第二次分裂分離（MⅡ)

基因與著絲粒間有交換，等位基因在第二次減數分裂時才分開。子囊孢子中等位基因的分離形式MⅡ模式。第17頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一第18頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一MIMⅡ第19頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一染色體上兩個基因座之間的距離愈遠，則它們之間發(fā)生交換的頻率愈高。因此，第二次分裂分離的子囊愈多，則說明有關基因和著絲粒的距離愈遠。所以由第二次分裂分離子囊的頻數，可以計算某一基因和著絲粒間的距離，這距離稱為著絲粒距離。

1著絲粒作圖

第20頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一例：有兩種不同接合型的脈孢菌菌株，一種是能合成賴氨酸的野生型菌株(記作lys+或+)，該菌株成熟的子囊孢子呈黑色。另一種是賴氨酸缺陷型(記作lys-或-)，這種菌株的子囊孢子成熟較遲，呈灰色。將這兩種菌株進行雜交lys+×lys-。在雜種子囊中減數分裂的產物，根據黑色孢子和灰色孢子的排列次序可有6種子囊型，為方便起見只寫出其中的4個孢子對，其計數的結果第21頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一根據這種情況，就有可能計算某一位點和著絲點之間的重組百分率。重組百分率的標準公式如下：第22頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一在第一次分裂分離的子囊中，lys+、lys-位點與著絲點之間沒有重組的染色單體。在第二次分裂分離的子囊中，四條染色單體中有兩條(即1/2)發(fā)生重組。在所有子囊中重組染色單體數是第二次分裂分離子囊數的2倍(2N2)。染色單體的總數是子囊數的4倍(4N1+4N2)，這里N1和N2是第一次和第二次分裂分離的子囊數。第23頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一因此，重組百分率是：第24頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一將表中所觀察到的各類子囊數代入上式可得：

第25頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一第26頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一第27頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一1.第一次分裂分離(MI)

基因與著絲粒間無交換，等位基因在第一次減數分裂時分開。子囊孢子中等位基因的分離形式為MI

。第28頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一2.第二次分裂分離（MⅡ)

基因與著絲粒間有交換，等位基因在第二次減數分裂時才分開。子囊孢子中等位基因的分離形式MⅡ模式。第29頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一第30頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一第31頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一2兩個連鎖基因的作圖

粗糙脈孢菌的煙酸依賴型。nic(簡化代號為n)，需要在培養(yǎng)基中添加煙酸才能生長，ade(簡化代號為a)是腺嘌呤依賴型，在培養(yǎng)基中添加腺嘌呤才能生長。將n+×+a兩個菌株雜交。由前可知，一對基因雜交，有6種不同的子囊型，兩對基因雜交必有6×6=36種不同的子囊類型但是因為半個子囊內的基因型次序可以忽視，不論是n+孢子對在“上面”，+a孢子對在“下面”，還是+a在“上面”，n+孢子對在“下面”，都不過是反映著絲粒在減數分裂過程中的隨機趨向而已，所以可以把36種不同的子囊型歸納為7種基本子囊型。第32頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一兩對基因雜交時，如不考慮孢子排列，只考慮性狀組合時，子囊可以分作3種四分子類型：

1．親二型(parentalditype,PD)，2種基因型，而且跟親代一樣。包括子囊型①和⑤。

2．非親二型(non-parentalditype,NPD)，有2種基因型，都跟親代不同，是重組型。包括子囊型②和⑥。

3．四型(tetratyp,T)，有4種基因型，2種與親代相同，2種重組型，包括子囊型③、④和⑦。第33頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一1．首先判斷n、a基因是獨立分配還是連鎖。根據表3-8中的數字，PD=808+90=898，NPD=1+1=2。如果這兩個基因是自由組合的話，可以預期PD∶NPD=1∶1，而實驗結果PD>>NPD。說明這兩個基因不是自由組合，而是相互連鎖的。在判斷這兩個基因是否連鎖時，四分子類型中的T型(四型)的數據不能帶來有價值的信息，因為T型四分子中有4種基因型，其中50％為重組型，50％為親本型，與獨立分配的遺傳規(guī)律不能相區(qū)別，因此T型四分子說明不了問題，故只需比較PD／NPD=1或≈1，則非連鎖，PD／NPD＞1，則連鎖。如果NPD的子囊數極少，則連鎖很緊密。第34頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一2．其次計算著絲粒(·)與基因nic(n)、ade(a)間的重組率(RF)第35頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一

由于5.05＜9.3，所以n基因比a基因離著絲粒近。但是n與a基因在著絲粒同側還是不同側？也就是說著絲粒、n、a在染色體上的排列可能有兩種方式：nic和ade的距離？第36頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一nic和ade的距離第37頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一

因此連鎖順序應該是：注意：9.30-5.05=4.255.2。這種差異我們在三點測驗時也曾看到，這是因為某些二價體中存在一次以上重組的緣故。第38頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一+a

n++ana++n+9.30<10.25，忽略了著絲粒與a點之間的雙交換第39頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一子囊型每一子囊被計算為重組子的染色單體數.—nn—a.—a子囊型在所有子囊中被計算為重組子的染色單體數.—nn—a.—a234567040022220202242222190590150400180180101001800180242101010總數202208372第40頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一202+208-372=3838/4000=0.95%9.3+0.95=10.25第41頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一二.兩個連鎖基因的作圖

——無序四分子分析

在一個++×ab的雜交組合的子囊中，四分子的基因型可歸納為：第42頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一RF=1/2T+NPD若RF=0.5，a、b基因無連鎖若RF＜0.5，a、b基因連鎖第43頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一如果a和b連鎖，則在a與b之間可以

不發(fā)生交換(noncrossover,NCO)

發(fā)生一次交換(singlecrossover,SCO)

發(fā)生兩次交換(doublecrossover,DCO)……等。假定發(fā)生更多次交換的頻率可以忽略不計。第44頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一

無交換只產生PD單交換只產生T雙交換產生三種1PD2T1NPD若四種雙交換類型隨機發(fā)生，雙交換類型的頻率為：

DCO=4NPD

第45頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一雙交換類型頻率：DCO=4NPD單交換類型頻率：SCO=T－2NPD交換平均次數m：（單交換的頻率加上兩倍雙交換頻率）m=SCO＋2DCO=(T－2NPD)＋2(4NPD)=T＋6NPD

圖距=50×m=50×(T＋6NPD)單交換產生T型;雙交換產生1PD型2T型1NPD型第46頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一圖距=50×（——＋6×——）=17.124

4140140

例如，ab雙因子雜交產生的各類型子囊數為112PD,4NPD,24T

因為PD﹥NPD,所以ab相互連鎖如果直接計算重組率1124422140140RF=—×T＋NPD=—×——＋——=11.4%重組率分析沒能矯正雙交換產生的影響第47頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一第48頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一MII最大分離頻率<2/3最大重組率等于1/3第49頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一三.三個連鎖基因的作圖

——無序四分子分析第50頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一①確定基因順序利用頻率最小的雙線雙交換四分孢子②計算重組率③繪連鎖圖順序為abcacbcab雙線雙交換abcacbcab四分孢子為a+ca+bc+b+b++c++a++++++++++第51頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一RF(a-c)=1/2T+NPD=1/2×(8+2+2+1)%=6.5%RF(c-b)=1/2T+NPD=1/2×(7+2+2+1)%=6.0%連鎖圖為a6.5c6.0b第52頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一1重組的類型①同源(Homologousrecombination)重組:DNA同源序列間發(fā)生的重組,或稱非特異性重組。②位點特異性重組(Site-specificrecombination)：特異性序列對之間進行重組，在原核生物中最為典型，如將噬菌體基因組整合到細菌染色體中。第三節(jié)真核生物重組的分子機制第53頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一③轉座重組(transpositionrecombination)：使一段DNA序列插入到另一段DNA序列中，而不依賴于序列同源性。④拷貝選擇(Copychoice)：如RNA病毒，聚合酶在合成RNA時從一條模板鏈轉換到另一條鏈上。因此，新合成的分子把兩個不同親本中的序列信息連在一起。第54頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一2同源重組的特點①同源重組是雙鏈DNA間的反應。②反應中涉及的酶可以用任何一對同源序列作為底物。③存在重組熱點。④基因組中重組頻率受染色體結構影響。如在異染色質附近，交換受到抑制。第55頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一⑤兩個DNA分子序列同源區(qū)越長越有利于重組。

大腸桿菌活體重組至少20－40bp同源序列

大腸桿菌與λ噬菌體或質粒間的重組至少13bp枯草桿菌基因組與質粒間重組同源區(qū)域長度≥70bp哺乳動物基因間重組同源區(qū)域長度≥150bp第56頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一第57頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一2同源重組的分子模型⑴Holliday模型

HollidayR.于1964年提出，適用于原核類和真核類，既說明了同源重組的過程，又解釋了基因轉變現象。⑵雙鏈斷裂起始重組模型第58頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一Holliday模型一條DNA鏈從自身雙鏈交叉到另一雙鏈DNA分子每個DNA雙鏈分子都含有一個來自父母雙方的DNA區(qū)域重組連接點沿雙鏈DNA分子滑動第59頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一5‘3‘5‘3‘雙鏈斷裂起始重組模型核酸內切酶切開核酸外切酶從任一切口端切割產生單鏈3’端單鏈侵入第60頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一3.1正常分離:重組是交互的,兩等位基因分離時,呈現2：2或1：1：1：1或1：2：1的分離。3基因轉變及其分子機制第61頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一3.2異常分離與基因轉變

⑴異常分離:減數分裂是非交互的。兩等位基因分離時,呈現3：1或1：3的分離。6-7第62頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一基因轉變(geneconversion)：一個基因轉變?yōu)樗牡任换虻倪z傳學現象。⑵基因轉變基因轉變往往伴有轉換區(qū)外基因的重組，但區(qū)外基因的重組是正常的交互方式，仍顯示正常的2：2(或4：4)分離。第63頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一第64頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一⑴染色單體轉變減數分裂的一個產物(一條染色單體)的兩條鏈均發(fā)生了基因轉變。6：2或2：6。3.3基因轉變的類型⑵半染色單體轉變基因轉變只影響半個染色單體，即一條DNA鏈。5：3或3：5或3：1：1：3。第65頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一第66頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一第67頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一3.4基因轉變的分子機制實質是遺傳重組過程中留下的局部異源雙鏈區(qū)，DNA錯配堿基在細胞內的修復系統識別下所發(fā)生的一個基因轉變?yōu)樗牡任换虻默F象。*不同的切除會產生不同的結果。第68頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一假設用于g+×g-雜交的兩親本僅有一對堿基之差，如：g+或+是g-或g是則異源雙鏈DNA區(qū)應為或如何修復不配對的堿基？第69頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一兩種切除方式第70頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一第71頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一基因轉變的解釋⑴兩個雜種分子均未校正,復制后出現異常的4+:4g(或3:1:1:3)的分離。⑵只有一個雜種分子校正為+或g時，修復后出現5：3（或3：5）的分離。⑶兩個雜種分子都被校正為+（或g)時，修復后出現6：2（或2：6）的的異常分離。⑷當兩個雜種分子都按原來的兩個親本的遺傳結構進行修復時，則減數分裂的四個產物恢復成正常的配對狀態(tài)，子囊孢子呈現正常的4：4分離。第72頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一第四節(jié)體細胞交換與基因定位1單倍體化與體細胞交換例:構巢曲霉(Aspergillusnidulans)營養(yǎng)缺陷菌株1(n)×營養(yǎng)缺陷菌株2(n)原養(yǎng)型菌落(2n)

異核體（heterocaryon）:兩不同基因型的體細胞融合,形成同時含有兩個細胞核的細胞、孢子或菌絲體等稱為異核體。第73頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一合核體:大量異核體中的核保持單倍體狀態(tài),少數單倍體細胞核融合成為二倍體細胞核,即合核體.如:構巢曲霉野生型分生孢子是綠色的(w+y+),突變型有黃色(w+y-)和白色(w-y+)分生孢子。

A-B+w+yˉ×A+B-wˉy+↓A-B+w+y-產生的分生孢子有黃色、A+B-w-y+白色、也有綠色（合核體）第74頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一分離子：重組體和非整倍體或單倍體的總稱。即分離子產生的途徑包括有絲分裂不分離和體細胞交換。單倍體化：體細胞在有絲分裂過程中,由于染色體不分離產生非整倍體或單倍體的過程。體細胞交換：體細胞在有絲分裂過程中,同源染色體間發(fā)生的染色體交換。第75頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一MMM+M+或M+M+MMMMM+M+MMM+M+MMM+M+MM+MM+MM+MMM+M基因型表型MMM+M+MMM+M+基因型表型MMM+MM+野生型有絲分裂不分離Ｍ正常Ｍ不分離2n2n2n-12n+1第76頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一abcabcabcABCABCABCABCa2n+1bc2n-1abcABCABCcn+1ABCABC①②③④①有絲分裂(a)不分離;②丟失a染色體;③丟失b染色體；④失去c染色體。2nn單倍體化過程第77頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一aaa+a+aaa+a+(丟失）aaa+有絲分裂染色體丟失2n2n2n-1第78頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一體細胞交換pabay+ad8+++ad16+bi1234

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+bi1+32+4構巢曲霉的體細胞重組第79頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一

有絲分裂交換1936年，CurtStern在果蠅中發(fā)現有絲分裂的遺傳重組現象。

sn—焦剛毛y—黃體（X隱性連鎖）+sn/y+？第80頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一(y-sn)(sn-·)(y-sn-·)y++sny++sny++sny++sny++snysn++y+y++sn+sny+++ysn+sn單純黃體野生型黃體焦剛毛野生型焦剛毛1234果蠅體細胞有絲分裂交換第81頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一2有絲分裂交換與基因定位原理：體細胞同源染色體的交換導致染色體遠端的雜合基因純合。離著絲粒愈近的基因純合的機會愈小，愈遠的愈大，而且，著絲粒一端的基因純合不影響著絲粒另一端基因的純合。第82頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一dabc++++1234dabc+++cdabc++++dab