1、第六章第六章 真核生物的遗传分析真核生物的遗传分析第第 一一 节节 真真 核核 生生 物物 基基 因因 组组一、一、C值悖理值悖理二、二、N值悖理值悖理三、真核生物基因组三、真核生物基因组DNA序列的复杂度序列的复杂度 基因组基因组( (genome) )：一个物种一个物种单倍体单倍体的染色的染色体体数目数目及其所携带的及其所携带的全部基因全部基因称为该物种的基称为该物种的基因组因组。 一、一、C值悖理值悖理 含有一个染色体组的细胞含有一个染色体组的细胞 6-125000 C值值 (C Value) ：一个物种一个物种单倍体基因组单倍体基因组的的DNA含量含量是相对恒定的，它通常称为该物种是相
2、对恒定的，它通常称为该物种DNA的的C值值。最最小小的的C值值:支原体支原体(106bp)最最大大的的C值值:显花植物、两栖动物显花植物、两栖动物(1011bp) C值是生物种的一个特征，不同生物之间差别很大。值是生物种的一个特征，不同生物之间差别很大。 生物结构和功能复杂程度增加生物结构和功能复杂程度增加, ,需要的基因数目和需要的基因数目和基基 因产物的种类也越多因产物的种类也越多, ,因而因而C值越大。值越大。7-1不同门类生物的不同门类生物的C值分布值分布 (仿仿B. Lewin, 2000) 哺乳类哺乳类 硬骨鱼类硬骨鱼类 两栖类两栖类显花植物显花植物Go支支 软骨鱼类软骨鱼类 C值
3、悖理值悖理( (C value paradox) ): : C值的大小不能完全说明生物进化的程度和遗传复值的大小不能完全说明生物进化的程度和遗传复杂性的高低，即物种的杂性的高低，即物种的C值和它进化复杂性之间没值和它进化复杂性之间没有严格的对应关系，这种现象称为有严格的对应关系，这种现象称为C值悖理，或值悖理，或C值佯谬。值佯谬。 高等生物的高等生物的C值不一定高于比它低等的生物值不一定高于比它低等的生物 C值悖理表现在两个方面值悖理表现在两个方面 结构与功能相似的结构与功能相似的同一类生物之间的同一类生物之间的C值差别很值差别很大大，或，或低等生物的低等生物的C值较高等生物的值较高等生物的C
4、值高值高很多很多 ; 两栖类、被子植物不同种之间两栖类、被子植物不同种之间C值差异很大；值差异很大； 肺鱼比人肺鱼比人C值高出值高出100倍倍 与预期的编码蛋白质的基因数目相比，基因组与预期的编码蛋白质的基因数目相比，基因组DNA的含量过多的含量过多。 C值悖理现象值悖理现象 ？ 真核生物基因组必然存在大量不编码基因产物的真核生物基因组必然存在大量不编码基因产物的DNA序列？序列？ 真核生物的基因组比较庞大真核生物的基因组比较庞大人：基因组共有人：基因组共有3.16109 bp 按按1000个碱基编码一种蛋白质计算，理论上应有约个碱基编码一种蛋白质计算，理论上应有约300万万个基因，实际大约只
5、有个基因，实际大约只有2.5万万个。个。 非结构基因的非结构基因的DNA序列的序列的功能功能？ C值巨大差异在进化中的值巨大差异在进化中的意义意义？ 对对C值悖理的解释值悖理的解释Petroy: 各种生物基因组的大小是由于基因组中长期积各种生物基因组的大小是由于基因组中长期积累起来的过量累起来的过量非编码非编码DNA被清除的速率不同被清除的速率不同所造所造成的结果，即成的结果，即DNA丢失的速率愈慢，基因组丢失的速率愈慢，基因组DNA含量越高。含量越高。N值值(N value): 一个物种一个物种基因组基因组的基因数目称的基因数目称为为N值值。 二、二、N值悖理值悖理 N值悖理值悖理(N va
6、lue paradox): 生物的生物的基因数目基因数目与生物在与生物在进化树上的位置进化树上的位置不存在不存在正相关的事实称为正相关的事实称为N值悖理，或值悖理，或N值佯谬。值佯谬。人：人：2.5万万果蝇：果蝇：1.4万万线虫：线虫： 2.0万万N值悖理现象说明：值悖理现象说明： 生物体的生物体的复杂性不仅仅是基因数目的函数复杂性不仅仅是基因数目的函数，随着生，随着生物复杂性的增加，基因的大小和基因结构的复杂性物复杂性的增加，基因的大小和基因结构的复杂性亦增加。亦增加。 如：复杂的生物存在机制能使如：复杂的生物存在机制能使一个基因产生多个蛋一个基因产生多个蛋白质分子白质分子，满足生理功能的需
7、要。，满足生理功能的需要。 生物的复杂性不能仅用生物的复杂性不能仅用基因数目基因数目衡量，而应该衡量，而应该 用整个基因组的理论上的用整个基因组的理论上的转录物组转录物组衡量。衡量。 三、真核生物基因组三、真核生物基因组DNA序列的复杂度序列的复杂度 重复序列的检测重复序列的检测方法：方法： 通过通过复性动力学复性动力学检测基因组检测基因组DNA序列的复杂性。序列的复杂性。即通过即通过DNA的的变性变性和和复性复性反应的动力学过程分析反应的动力学过程分析 DNA序列的性质。序列的性质。如果基因组中每一种基因只有一个，即都是如果基因组中每一种基因只有一个，即都是单拷单拷贝贝序列，那么序列，那么基
8、因组愈大基因组愈大则基因组的则基因组的复杂性愈大复杂性愈大，复性速率愈小。复性速率愈小。单拷贝序列单拷贝序列中度重复序列中度重复序列高度重复序列高度重复序列DNA复性的影响因素复性的影响因素 DNA序列的复杂性序列的复杂性 初始浓度初始浓度 片段大小片段大小 温度温度 离子强度离子强度 真核生物真核生物DNA序列的类别序列的类别 1. 单拷贝序列单拷贝序列(unique sequence) ： 亦称非重复序列亦称非重复序列(nonrepetitive sequence), 在一个在一个 基因组中只有一个拷贝或基因组中只有一个拷贝或2-3个拷贝个拷贝。 结构基因大多是单拷贝结构基因大多是单拷贝;
9、 ; 单拷贝基因具高度表达能力；单拷贝基因具高度表达能力； 不是所有单拷贝序列都编码多肽链。不是所有单拷贝序列都编码多肽链。 2. 中度重复序列中度重复序列(moderately repetitive sequence) ： 中度重复序列中的重复单位平均长度约中度重复序列中的重复单位平均长度约300bp,重重 复次数为复次数为10102。 多为非编码序列，也有编码基因产物的，如多为非编码序列，也有编码基因产物的，如人珠蛋白基因人珠蛋白基因； 复性速度比单拷贝顺序快，比高度重复顺序慢。复性速度比单拷贝顺序快，比高度重复顺序慢。 3. 高度重复序列高度重复序列(highly repetitive
10、sequence)： 在基因组中的拷贝数一般在在基因组中的拷贝数一般在106以上。通常这些序列以上。通常这些序列的长度为的长度为6200bp，如卫星，如卫星DNA。大部分集中在异染色质区大部分集中在异染色质区; ; 复性速度很快复性速度很快; ; 无转录能力；无转录能力；多数高等真核生物含多数高等真核生物含2020以上高度重复序列；以上高度重复序列； 重复序列的确切生物学意义有待阐明。重复序列的确切生物学意义有待阐明。 高度重复顺序的功能高度重复顺序的功能 维持染色体结构维持染色体结构 许多反向重复序列是一些蛋白质与许多反向重复序列是一些蛋白质与DNA的结合位点。的结合位点。调节基因表达调节基
11、因表达 参与基因表达调控的参与基因表达调控的DNA的重复顺序可以转录到核的重复顺序可以转录到核内不均一内不均一RNA（hnRNA）分子中，并形成发夹结构，分子中，并形成发夹结构，这对稳定这对稳定RNA分子，使其免遭分解有重要作用。分子，使其免遭分解有重要作用。参与转位作用参与转位作用 几乎所有转位因子的末端都包括反向重复顺序，几乎所有转位因子的末端都包括反向重复顺序，长度由几个长度由几个bp到到1400bp，形成回文结构，在转位，形成回文结构，在转位作用中既能连接非同源的基因，又可以被参与转作用中既能连接非同源的基因，又可以被参与转位的特异酶所识别。位的特异酶所识别。与进化有关与进化有关 不同
12、种属的高度重复顺序，具有种属特异性，但不同种属的高度重复顺序，具有种属特异性，但相近种属又有相似性。相近种属又有相似性。 如：人与非洲绿猴的如：人与非洲绿猴的卫星卫星 DNA长度仅差长度仅差1个碱基个碱基（前者为（前者为171 bp，后者为后者为172bp），），而且碱基序列而且碱基序列有有65是相同的，表明它们来自共同的祖先。是相同的，表明它们来自共同的祖先。同一种属中不同个体的高度重复顺序的重复次数同一种属中不同个体的高度重复顺序的重复次数不一样，这可以作为每一个体的特征，即不一样，这可以作为每一个体的特征，即DNA指指纹。纹。卫星卫星 DNA 成簇的分布在染色体着丝粒附近，可成簇的分布在
13、染色体着丝粒附近，可能能与减数分裂时染色体配对有关与减数分裂时染色体配对有关，即同源染色体，即同源染色体之间的联会可能依赖于具有染色体专一性的特定之间的联会可能依赖于具有染色体专一性的特定卫星卫星DNA顺序。顺序。 DNA在氯化铯中作密度梯度离心，此时在氯化铯中作密度梯度离心，此时DNA分子将按其大小分布在离心管内不同密度的氯化铯分子将按其大小分布在离心管内不同密度的氯化铯介质中，小的分子处于上层，大的分子处于下层；介质中，小的分子处于上层，大的分子处于下层；从管外看，不同层面的从管外看，不同层面的DNA形成了不同的条带。形成了不同的条带。 DNA分子的浮力密度取决于分子的浮力密度取决于GC含
14、量含量, GC含量含量越高越高, 浮力密度越大。浮力密度越大。 卫星卫星DNA (satellite DNA) 卫星卫星DNA定义定义 是一类高度重复序列，通常由是一类高度重复序列，通常由2-10bp组成重复组成重复单位串联排列而成。由于其碱基组成（单位串联排列而成。由于其碱基组成（G-C含量）含量）不同于其它部分，可用等密度梯度离心法将其与主不同于其它部分，可用等密度梯度离心法将其与主体体DNA分开，常在主体分开，常在主体DNA带的前面或后面形成次带的前面或后面形成次要小区带，就像卫星一样围绕着要小区带，就像卫星一样围绕着DNA主带，因而称主带，因而称为卫星为卫星DNA 。CsCl 离心离心
15、 卫星卫星DNA分类分类 人基因组中，卫星人基因组中，卫星 DNA约占约占 5-6。 按其浮力密度不同按其浮力密度不同 ： 1.687g/cm3 ： 1.693g/cm3 ： 1.697g/cm3 ： 1.700g/cm3 按其重复单元的核苷酸的多少按其重复单元的核苷酸的多少 小卫星小卫星DNA(minisatellite DNA)：几百：几百bp单元重复组成。单元重复组成。 微卫星微卫星DNA(microsatellite DNA)：由：由2-20bp重复上千次重复上千次。 果蝇果蝇的卫星的卫星DNA分为三类，都是由分为三类，都是由7bp单元单元重复形成：重复形成： ：5 ACAAACT 3
16、 ：5 ATAAACT 3 ：5 ACAAATT 3 蟹蟹的卫星的卫星DNA大部分为只有大部分为只有AT两个碱基的两个碱基的重复顺序组成。重复顺序组成。卫星卫星DNA位置位置卫星卫星DNA分布于分布于着丝粒着丝粒附近的附近的异染色质区异染色质区。卫星卫星DNA在染色体上的位置可以用放射性探在染色体上的位置可以用放射性探针作针作DNA分子的分子的原位杂交原位杂交来鉴定。来鉴定。第二节第二节 真菌类的四分子分析与作图真菌类的四分子分析与作图一、顺序四分子的遗传分析一、顺序四分子的遗传分析二、非顺序四分子的遗传分析二、非顺序四分子的遗传分析 单倍体世代单倍体世代： 无性繁殖（为主）无性繁殖（为主）
17、二倍体世代二倍体世代： 有性繁殖（短暂）有性繁殖（短暂）真菌的生活史真菌的生活史无性繁殖：无性繁殖： 成熟子囊孢子成熟子囊孢子(n,(n,性性孢子孢子) )萌发萌发有丝分有丝分裂裂菌丝体菌丝体 二倍体时期非常短暂，很快进行减数分裂二倍体时期非常短暂，很快进行减数分裂四分子四分子有丝分裂有丝分裂8个单倍体子囊孢子个单倍体子囊孢子顺序地排列在一顺序地排列在一个子囊中：一个子囊中的个子囊中：一个子囊中的8个孢子是单一减数分裂个孢子是单一减数分裂的产物。的产物。有性繁殖有性繁殖:两亲本必须是不同交配型两亲本必须是不同交配型A，B，各自的无性子囊孢子落在各自的无性子囊孢子落在不同交配型子实体的不同交配型
18、子实体的受精丝受精丝上上核融合核融合2n核。核。 (一一)四分子与四分子与8子囊孢子子囊孢子 1.四分子四分子(tetrad)：脉孢菌减数脉孢菌减数分裂形成的分裂形成的4个单倍体子囊孢个单倍体子囊孢子在一起，称为四分子。子在一起，称为四分子。2. 八子囊孢子：八子囊孢子：四分子四分子经一次有丝分裂，每经一次有丝分裂，每一成熟子囊中含一成熟子囊中含8个个孢子。孢子。 一、一、顺序四分子的遗传分析顺序四分子的遗传分析 3. 顺序四分子顺序四分子(ordered tetrad) 由于脉孢霉子囊非常狭窄，以致由于脉孢霉子囊非常狭窄，以致纺锤体不能重叠纺锤体不能重叠，减数分裂所产生的四分子只能纵立于其长
19、轴之中顺减数分裂所产生的四分子只能纵立于其长轴之中顺序直线排列，称为序直线排列，称为顺序四分子顺序四分子。 4. 脉孢霉脉孢霉8子囊孢子的特点：子囊孢子的特点： 8子囊孢子中邻接的每对孢子具有相子囊孢子中邻接的每对孢子具有相同基因型同基因型(有丝分裂产生有丝分裂产生)。 即第即第1、2对子囊孢子分别来自一条对子囊孢子分别来自一条染色体的姊妹染色单体；染色体的姊妹染色单体； 第第3、4对对子囊孢子分别来自其同源染色体的子囊孢子分别来自其同源染色体的姊妹染色单体姊妹染色单体。 5. 顺序四分子的作用：顺序四分子的作用：子囊中子囊孢子的子囊中子囊孢子的严格对称严格对称性质，证明减数分裂是一性质，证明
20、减数分裂是一个个交互交互过程过程(reciprocal process)。可以把着丝粒作为一个座位可以把着丝粒作为一个座位(locus)(locus)，计算某一基因，计算某一基因与着丝粒的重组率。与着丝粒的重组率。证明双交换不仅可以包括证明双交换不仅可以包括4 4线中的两线，还可以包括线中的两线，还可以包括一个二价体的三或四线。一个二价体的三或四线。可以检验染色单体的交换是否有干涉现象。可以检验染色单体的交换是否有干涉现象。（二）着丝粒作图（二）着丝粒作图(centromere mapping) 1. 概念概念: :利用四分子分析法，以着丝粒作为一个座位，测定某利用四分子分析法，以着丝粒作为一
21、个座位，测定某一基因与着丝粒之间的距离，一基因与着丝粒之间的距离，称为称为着丝粒作图着丝粒作图。 2. 原理：原理：在一对在一对非姊妹染色单体间非姊妹染色单体间没有发生着丝粒和某杂合基没有发生着丝粒和某杂合基因间交换的减数分裂和发生了交换的减数分裂，其产因间交换的减数分裂和发生了交换的减数分裂，其产物（四分子）中的物（四分子）中的等位基因在排列方式上等位基因在排列方式上是是不同不同的。的。可通过顺序四分子的排列方式直接观察出来可通过顺序四分子的排列方式直接观察出来 如果着丝粒与某一对杂合基因之间如果着丝粒与某一对杂合基因之间未发生交换未发生交换, ,则则该该基因与着丝粒基因与着丝粒不不同步分离
22、同步分离。此时，一对等位基因。此时，一对等位基因的分离为的分离为第一次分裂分离第一次分裂分离(first-division segregation) ，即，即M1，形成，形成非交换型子囊非交换型子囊。指一对等位基因在第一次减数分裂时发生分离的现象指一对等位基因在第一次减数分裂时发生分离的现象 第一次分裂分离（M1）及非交换型子囊的形成 减减时，同源染色体时，同源染色体分离分离A和和a分离分离(分分别进入两个子细胞别进入两个子细胞)。 减减时，染色单体分时，染色单体分离离，A-A(a-a)分离，分离，各自分别进入各自分别进入2个孢个孢子子。有丝分裂有丝分裂8子囊孢子子囊孢子呈呈 (AAAA aa
23、aa) 或或 (aaaa AAAA)有序排有序排列列 如果基因与着丝粒之间如果基因与着丝粒之间发生了交换发生了交换, ,则该则该基因与基因与着丝粒的分离同步着丝粒的分离同步。此时，一对等位基因的分离为。此时，一对等位基因的分离为第二次分裂分离第二次分裂分离(second-division segregation) ，即，即M2，形成形成交换型子囊交换型子囊。指一对等位基因在第二次减数分裂时发生分离的现象指一对等位基因在第二次减数分裂时发生分离的现象 若在减若在减时，时，A-a之间发之间发生了交换生了交换，使一条染色体，使一条染色体的的两条姐妹染色单体两条姐妹染色单体分别分别带有带有A和和a，则
24、尽管同源染，则尽管同源染色体分离，但色体分离，但两个子细胞两个子细胞仍同时具有仍同时具有A和和a未分离未分离。 第二次分裂分离（M2）及交换型子囊的形成 直到减直到减姐妹染色单体分姐妹染色单体分离，离， A和和a才随之各自进才随之各自进入一个子囊孢子中。入一个子囊孢子中。有丝分裂有丝分裂8子囊孢子呈两两相间排列子囊孢子呈两两相间排列(AAaaAAaa）或其镜像排列（）或其镜像排列（aaAAaaAA)一半四分子产物发生重组一半四分子产物发生重组 如果一对等位基因的分离发生在第一次减数分如果一对等位基因的分离发生在第一次减数分裂，则基因与着丝粒之间未发生重组；如果两个裂，则基因与着丝粒之间未发生重
25、组；如果两个基因的分离发生在第二次减数分裂，则说明基因基因的分离发生在第二次减数分裂，则说明基因与着丝粒之间发生了重组。与着丝粒之间发生了重组。 鉴别第一次或第二次减数分裂的分离鉴别第一次或第二次减数分裂的分离, ,可根据可根据8 8个子囊孢子基因型的排列顺序。个子囊孢子基因型的排列顺序。3. 着丝粒距离的计算着丝粒距离的计算 染色体上两个基因座的距离愈远，发生重组的频率愈高。染色体上两个基因座的距离愈远，发生重组的频率愈高。 M子囊所占比例越多，说明该基因和着丝粒的距离愈远。子囊所占比例越多，说明该基因和着丝粒的距离愈远。 由于每次单交换只涉及由于每次单交换只涉及4条染色单体中两条，产生两个
26、重组型条染色单体中两条，产生两个重组型和两个非重组型的染色单体，即一个子囊中只有半数孢子发生和两个非重组型的染色单体，即一个子囊中只有半数孢子发生重组。因此在重组型子囊孢子中，只有两对孢子交换位置，其重组。因此在重组型子囊孢子中，只有两对孢子交换位置，其余两对维持原位。余两对维持原位。着丝粒与某一基因间RF= 子囊总数(或交换型子囊数)第二次分裂分离子囊数1/2100%或：RF（着丝粒基因）=MMM21100%每个每个交换型子囊交换型子囊中，基因位点与着丝粒间发生中，基因位点与着丝粒间发生一次交换一次交换，其中其中半数孢子是重组型半数孢子是重组型(重组型配子重组型配子)。因此，交换值（重。因此
27、，交换值（重组率组率RF）的计算公式为：）的计算公式为：4. 着丝粒作图实验：着丝粒作图实验： 链孢霉突变型与表型：链孢霉突变型与表型： 原养型：子囊孢子按时成熟，子囊黑色。原养型：子囊孢子按时成熟，子囊黑色。 营养缺陷型：营养缺陷型：子囊孢子成熟慢，呈灰白色子囊孢子成熟慢，呈灰白色 赖氨酸缺陷型赖氨酸缺陷型(Lys-)与与野生型野生型(Lys+)杂交杂交二倍体杂合子二倍体杂合子(Lys+ /Lys-)。 杂合子减数分裂后，子囊的黑色孢子和灰色孢子有杂合子减数分裂后，子囊的黑色孢子和灰色孢子有6种可能的种可能的排列方式。排列方式。表表6-2 Lys+Lys-杂交子代子囊类型杂交子代子囊类型(1
28、)(2)(3)(4)(5)(6)子囊类型子囊类型+ 子囊数子囊数105129951016分裂类型分裂类型MMMMMM非重组型非重组型重组型重组型 着丝粒着丝粒- - lys+基因的重组率基因的重组率= MM21M100%100% %3 . 7%10016105912910521)161059(7.3cM（三）两个连锁基因的作图三）两个连锁基因的作图粗糙链孢酶有两个突变型：粗糙链孢酶有两个突变型：烟酸依赖型烟酸依赖型(nic)-需在培养基中添加烟酸才能生长需在培养基中添加烟酸才能生长腺嘌呤依赖型腺嘌呤依赖型(ade)-需在培养基中添加腺嘌呤才能生长需在培养基中添加腺嘌呤才能生长 P nic +
29、+ ade n + + a (2n) 减数分裂减数分裂36种不同组合种不同组合可归纳为可归纳为种基本的子囊型种基本的子囊型忽略着丝粒在减数分裂中的随机趋向造成的不同忽略着丝粒在减数分裂中的随机趋向造成的不同 PD ：亲二型：亲二型（parental ditype)，2种基因型，都为亲本型，包括和种基因型，都为亲本型，包括和。 NPD：非亲二型：非亲二型（non-parental ditype)：2种基因型，都为重组型，包括和。种基因型，都为重组型，包括和。 T：四型：四型（tetratype) , 4种基因型，种基因型，2亲本亲本2重组，包括、和。重组，包括、和。表表 粗糙脉孢菌粗糙脉孢菌 n
30、 + + a 杂交结果杂交结果子囊型子囊型（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）四分子基因四分子基因型顺序型顺序+ a+ an +n + + +n an a+ + an +n a+ an a+ +n + + an + + an + +n a+ +n a+ +n a+ an +分离发分离发生时期生时期M1 M1M1 M1M1 M2M2 M1M2 M2M2 M2M2 M2四分子四分子类类 型型PDNPDTTPDNPDT实实 得得子囊数子囊数80819059015分析方法：7 7种子囊型中的四个基因型次序是各不一样的，分别种子囊型中的四个基因型次序是各不一样的，分别由由7 7种不同的交换方式而来
31、。种不同的交换方式而来。分离发生的时期：分别判断分离发生的时期：分别判断每一对基因每一对基因分离发生的时分离发生的时期（期（M1或或M2），用于），用于计算基因与着丝粒的图距计算基因与着丝粒的图距。 两个基因是否连锁？两个基因是否连锁？ 若连锁，通过计算若连锁，通过计算两基因之间图距两基因之间图距以及以及每个基因每个基因与着丝粒之间图距与着丝粒之间图距确定它们在染色体上的排序。确定它们在染色体上的排序。对于该实验结果的分析方法：对于该实验结果的分析方法：子囊型分类：子囊型分类：只考虑性状组合，不考虑孢子排列顺序只考虑性状组合，不考虑孢子排列顺序（即（即只考虑只考虑两对基因间是否发生重组两对基因
32、间是否发生重组），用于），用于计算两计算两 对基因间的重组值。对基因间的重组值。 亲二型亲二型（PD）：两种基因型，与亲代相同。）：两种基因型，与亲代相同。 非亲二型（非亲二型（NPD）：两种基因型，与亲代不同。）：两种基因型，与亲代不同。 四型（四型（T）：四）：四种基因型，两种与亲代相同，两种基因型，两种与亲代相同，两 种为重组型。种为重组型。1. 连锁关系的判断连锁关系的判断 自由组合自由组合 连锁连锁 本实验实际结果本实验实际结果 PD/NPD1 PD/NPD1 898/2结论：nic 与 ade 连锁2. 重组值的计算（基因与着丝粒之间的图距）重组值的计算（基因与着丝粒之间的图距）=
33、 5.05= 5.05%3. 判断着丝粒判断着丝粒-nic -ade间的位置间的位置 目前已知目前已知nic和和ade在同一条染色体上以及它们和着在同一条染色体上以及它们和着丝粒的距离，但还不知道具体的顺序排列。丝粒的距离，但还不知道具体的顺序排列。 nic、adc分别在着丝粒两侧分别在着丝粒两侧异臂异臂 nic、adc在着丝粒同侧在着丝粒同侧同臂同臂 两种方法确定：两种方法确定：利用利用nic和和ade都在都在M状态下时状态下时PD和和NPD四分子类型四分子类型出现的频率出现的频率来判断这两个基因在同臂还是异臂上。来判断这两个基因在同臂还是异臂上。分析分析nic、ade分别与着丝粒的重组率。
34、分别与着丝粒的重组率。nic、adc在着丝粒同侧还是异侧在着丝粒同侧还是异侧 ？ 实验数据显示：实验数据显示： MM的的PD子囊数为子囊数为90， MM的的NPD子囊数为子囊数为1, PDNPD。故排除异臂，同臂成立。故排除异臂，同臂成立。若若nic、ade在异臂，则在异臂，则PD与与NPD都是由双交换形成，都是由双交换形成，且机会应相等，因而且机会应相等，因而PD与与NPD的频率相等。的频率相等。? ? M的不一致率：的不一致率：若若nic、ade分别位于着丝粒两侧，分别位于着丝粒两侧，则则nic、ade与着丝粒的重组互不干扰与着丝粒的重组互不干扰(独立独立)，这种机，这种机率只与它们分别与
35、着丝粒的位置率只与它们分别与着丝粒的位置(重组率重组率)有关。有关。 已知已知RF(0-nic)=5.05, RF(0-ade)=9.3，两者相差不到，两者相差不到一倍。那么各自独立交换一倍。那么各自独立交换(M)的子囊数也应相差不的子囊数也应相差不到一倍。到一倍。 分析分析nic、ade分别与着丝粒的重组率分别与着丝粒的重组率 但实际上，但实际上，nic是是M, ade是是M(仅着丝粒仅着丝粒-ade间交间交换换)的子囊有的子囊有90个个()；nic是是M,ade是是M(仅着丝仅着丝粒粒-nic间交换间交换)的子囊只有的子囊只有5个个()。 两者的比值远远超过重组值比值，故推翻两基因在着两者
36、的比值远远超过重组值比值，故推翻两基因在着丝粒两侧的排列方式。丝粒两侧的排列方式。 M的一致率：的一致率：若两个座位在着丝粒同侧，一旦若两个座位在着丝粒同侧，一旦nic和着丝粒间发生交换，和着丝粒间发生交换，ade和着丝粒也应相应随着产和着丝粒也应相应随着产生重组。生重组。 实验结果：实验结果：nic-着丝粒间重组着丝粒间重组(M)的子囊为的子囊为101个个(4、5、6、7型型)，其中其中96个子囊个子囊(5、6、7型型)同时发生同时发生ade和着丝粒重组和着丝粒重组，证明，证明nic和和ade位于着丝粒同侧。位于着丝粒同侧。 已知已知 RF（0-nic)+ RF（nic-ade)= 5.05
37、%+ 5.2%= 10.25% RF（0-ade)= 9.3% 即即: RF（0-nic)+ RF（nic-ade) RF（0-ade)原因：原因：着丝粒和着丝粒和ade间发生过间发生过双交换双交换，但在计算，但在计算 RF (0-ade)时时却没有计算在内，而在计算却没有计算在内，而在计算RF (0-nic)和和 RF (nic-ade)时时都各计算一次。都各计算一次。 1. 酵母的生活史酵母的生活史 酵母的生活史中，有酵母的生活史中，有单单倍体世代倍体世代和和二倍体世代二倍体世代，两种世代均可通过两种世代均可通过出芽生出芽生殖殖方式进行无性繁殖。方式进行无性繁殖。 二、非二、非顺序四分子的
38、遗传分析顺序四分子的遗传分析 酵母的有性生殖：酵母的有性生殖： 两个两个不同交配型的单倍体细胞不同交配型的单倍体细胞接合接合二倍体二倍体减数减数分裂分裂4 4个单倍体孢子个单倍体孢子，包含在囊状的子囊中，子，包含在囊状的子囊中，子囊破裂形成囊破裂形成单倍体细胞单倍体细胞。 2. 非顺序四分子非顺序四分子(unordered tetrad) 像酵母，减数分裂产生的像酵母，减数分裂产生的四分子在子囊内无特定四分子在子囊内无特定顺序顺序，这种四分子称为非顺序四分子。，这种四分子称为非顺序四分子。3. 非顺序四分子分析非顺序四分子分析 对酵母这类真菌的子囊孢子进行遗传分析称非顺序四对酵母这类真菌的子囊
39、孢子进行遗传分析称非顺序四分子分析。分子分析。(1) (1) 观察一对等位基因观察一对等位基因，尽管有两种分离的方式：，尽管有两种分离的方式： 无交换发生无交换发生, ,有交换发生。只能形成有交换发生。只能形成2种孢子，呈种孢子，呈2：2的比值。的比值。2 2：2 22 2：2 2(2) 观察二对基因观察二对基因 如如Aa、Bb，连锁，连锁? 图距图距? ABab杂交，杂交，无论连锁与否，只能产生无论连锁与否，只能产生3种四分子种四分子。 因为子囊孢子无序排列，所以仅考虑基因组合，不考因为子囊孢子无序排列，所以仅考虑基因组合，不考虑分离类型虑分离类型(M或或M)。PD：亲本二型亲本二型(非交换
40、型）非交换型）NPD：非亲二型非亲二型(重组型）重组型）T：四型，四型，2种亲本型，种亲本型，2种重组型种重组型 确定连锁与非连锁确定连锁与非连锁根据重组率根据重组率(RF) RF=0.5，A、B基因基因不连锁不连锁； RF0.5，则两基因座，则两基因座连锁连锁。 在在3种子囊类型中，种子囊类型中，T有有1/2重组，重组，NPD全部重组，则全部重组，则A-B间的重组率间的重组率(RF)为：为：NPDTRF21例如：例如： ABab结果：结果：PD=0.56，NPD=0.03，T=0.41235.003.0205.003.041.02121NPDTRF RF0.5两对两对基因基因间间连锁连锁。0
41、.235=23.5%=23.5cM遗传距离遗传距离连锁基因作图连锁基因作图 通过计算重组率得通过计算重组率得AB间相对距离为间相对距离为23.5cM。 不够准确不够准确。因可能存在双交换和多交换，导致。因可能存在双交换和多交换，导致RF值值降低，图距减小。降低，图距减小。 确切的基因间距离应是：确切的基因间距离应是： 实际测得的两基因重组值实际测得的两基因重组值 + 2双交换值双交换值？准确否？准确否？ 第第 三三 节节 真核生物重组的分子机制真核生物重组的分子机制 一、同源重组发生在减数分裂前期一、同源重组发生在减数分裂前期二、同源重组的分子模型二、同源重组的分子模型Holliday模型模型
42、前言意义：是变异的来源意义：是变异的来源 保证了遗传多样性保证了遗传多样性 为选择奠定了物质基础为选择奠定了物质基础 使生物得以进化发展使生物得以进化发展遗传重组遗传重组：造成基因型变化的基因交流过程称为遗：造成基因型变化的基因交流过程称为遗传重组，是遗传的基本现象。传重组，是遗传的基本现象。真核生物、原核生物；真核生物、原核生物；减数分裂性细胞内、体细胞内；减数分裂性细胞内、体细胞内；核基因、叶绿体基因、线粒体基因间都可发生重组核基因、叶绿体基因、线粒体基因间都可发生重组前提条件：不同基因型的遗传物质彼此能够转移前提条件：不同基因型的遗传物质彼此能够转移依据对依据对DNA序列序列和所需和所需
43、蛋白质因子蛋白质因子的要求的要求: : 同源重组同源重组遗传重组遗传重组 位点专一性重组位点专一性重组 异常重组异常重组 其共同点是双股其共同点是双股DNADNA间的物质交换，但发生的情况不同间的物质交换，但发生的情况不同1. 同源重组（同源重组（Homologous recombination） 又称普遍性重组又称普遍性重组(generalized recombination) ，依赖大范，依赖大范围的围的DNA同源序列的联会，重组过程中，两个染色同源序列的联会，重组过程中，两个染色体或体或DNA分子相互交换对等的部分。分子相互交换对等的部分。例如：例如： 真核生物同源染色体非姐妹染色单体交
44、换真核生物同源染色体非姐妹染色单体交换 细菌的转化、转导、接合细菌的转化、转导、接合 噬菌体的重组噬菌体的重组 一、同源重组发生在减数分裂前期一、同源重组发生在减数分裂前期 3. 特点特点 需要蛋白质参与（如：大肠杆菌需需要蛋白质参与（如：大肠杆菌需RecA蛋白、蛋白、RecBCD蛋白）。蛋白）。 蛋白质因子对蛋白质因子对DNA碱基序列的特异性要求不高，只碱基序列的特异性要求不高，只要求两条要求两条DNA 序列相同或接近。序列相同或接近。 存在重组热点。存在重组热点。 同源序列长度影响重组。同源序列长度影响重组。 真核生物染色质的状态影响重组的频率。真核生物染色质的状态影响重组的频率。 2.
45、发生条件发生条件 2个个DNA分子序列同源，且同源区域越长越容易发生。分子序列同源，且同源区域越长越容易发生。证据：证据： 在在细胞水平细胞水平上，人们已经证明了在减数分裂前期，上，人们已经证明了在减数分裂前期，同源染色体配对，两条同源染色体配对，两条非姊妹染色单体之间发生断裂、非姊妹染色单体之间发生断裂、重接和交叉重接和交叉，交叉就是断裂与重接发生的位置。，交叉就是断裂与重接发生的位置。4.同源重组涉及到参与重组的双方同源重组涉及到参与重组的双方DNA分子的断裂与重接分子的断裂与重接 非姊妹非姊妹染色体交换染色体交换 在在分子水平分子水平上，上，M. Meselson 和和 J. J.Wer
46、gle用两个用两个双标记双标记噬菌体感染大肠杆菌噬菌体感染大肠杆菌的实验也证明了染色的实验也证明了染色体断裂并发生再连接。体断裂并发生再连接。 (c.mi)噬菌体噬菌体1 13C和和14N “重重”链链 (+.+) 噬菌体噬菌体2 12C和和14N “轻轻”链链同时感染同时感染 大肠杆菌大肠杆菌子代噬菌体子代噬菌体CsCl密度梯度离心密度梯度离心重链重链重链和轻链接合体重链和轻链接合体轻链轻链B c mi 轻亲代 + + 重亲代 c + 图23-4 轻、重标记噬菌体的重组实验 重链重链轻链轻链 5. 几个概念几个概念 杂种杂种DNA（异源双链（异源双链DNA）：在重组处：在重组处,每个双每个双
47、链都有一段区域是由亲本链都有一段区域是由亲本DNA分子的各一条链组成分子的各一条链组成的，这个区域称为杂种的，这个区域称为杂种DNA（hybrid DNA）或异）或异源双链源双链DNA （heteroduplex DNA）。）。 分支迁移分支迁移：重组接点沿双链移动。：重组接点沿双链移动。 交互重组交互重组：一条亲本双螺旋分子和另外一条亲本：一条亲本双螺旋分子和另外一条亲本双螺旋分子共价连接，中间有一段异源双链区，这双螺旋分子共价连接，中间有一段异源双链区，这种重组称为交互重组。种重组称为交互重组。分枝迁移分枝迁移双螺旋形成的交叉连接以拉链式效应扩散双螺旋形成的交叉连接以拉链式效应扩散细线期细
48、线期合线期合线期粗线期粗线期双线期双线期终变期终变期 减数分裂时的染色单体之间的交换减数分裂时的染色单体之间的交换 Robin Holliday于于1964年提出了年提出了重组的重组的DNA模型模型（hybrid DNA model），又称），又称Holliday model。既。既说明了同源重组的过程，又解释了基因转变现象。说明了同源重组的过程，又解释了基因转变现象。 二、同源重组的二、同源重组的Holliday模型模型 b: 同源非姐妹染色单体同源非姐妹染色单体DNA中两个方中两个方向相同的单链，在向相同的单链，在DNA内切酶的作内切酶的作用下，在相同位置同时切开用下，在相同位置同时切开c
49、: 切开的单链交换切开的单链交换d: 重接重接e: 形成交联桥结构形成交联桥结构a: 同源的非姐妹染色单体联会同源的非姐妹染色单体联会 Holliday模型对模型对重组过程的解释重组过程的解释f: 交联桥沿配对交联桥沿配对DNA分子分子“移动移动”。 两个两个亲本亲本DNA分子间造成分子间造成一大段异源双链一大段异源双链DNA (Holliday结构结构) g: 和和f相同相同h: 绕交联桥旋转绕交联桥旋转1800i: 形成形成Holliday异构体异构体J: 通过两种方式之一切断通过两种方式之一切断DNA单链，若左右切，单链，若左右切，则形成非重组体，若上则形成非重组体，若上下切则形成重组体
50、。下切则形成重组体。 异源双链的形成异源双链的形成由图可知：由图可知：无论无论Holliday结构断裂结构断裂是否导致旁侧遗传标是否导致旁侧遗传标记的重组，记的重组，两两DNA分分子子都含有一个异源双都含有一个异源双链链DNA区。区。“含异源双链的亲本含异源双链的亲本DNA分子分子”“重组体重组体 ” ” Holliday结构的拆分结构的拆分同源重组的同源重组的Holliday模型模型ABabABabABabABab1同源重组的同源重组的Holliday模型模型ABabABabABabABab2ABabABabABabaABb同源重组的同源重组的Holliday模型模型3ABabABabABa
