1、Chapter5四分子分析及四分子分析及重组机制重组机制2022-9-26Chapter5四分子分析及重组机制2022-9-26Chapter5四分子分析及重组机制u无性世代无性世代:菌丝体菌丝体 分生孢子分生孢子 菌丝体菌丝体.2022-9-26Chapter5四分子分析及重组机制u有性世代有性世代2022-9-26Chapter5四分子分析及重组机制2022-9-26Chapter5四分子分析及重组机制链孢霉的孢子形成链孢霉的孢子形成2022-9-26Chapter5四分子分析及重组机制链孢霉子囊链孢霉子囊2022-9-26Chapter5四分子分析及重组机制1.1.个体小，长得快，易于培
2、养个体小，长得快，易于培养2.2.有性生殖有性生殖3.3.无性世代是无性世代是单倍体单倍体，显隐性基因可直接表达，显隐性基因可直接表达,相当于测交相当于测交。4.4.一次可分析一个减数分裂的产物一次可分析一个减数分裂的产物:u8 8个子囊孢子中，两个相邻者的基因型一致。个子囊孢子中，两个相邻者的基因型一致。u减数分裂的减数分裂的4 4个产物，呈现有规律的排列。个产物，呈现有规律的排列。u可进行着丝粒作图可进行着丝粒作图2022-9-26Chapter5四分子分析及重组机制u四分子：单细胞的真核生物的子囊中，减数分四分子：单细胞的真核生物的子囊中，减数分裂的裂的4个产物保留在一起称四分子个产物保
3、留在一起称四分子u四分子分析：对四分子进行遗传学分析四分子分析：对四分子进行遗传学分析2022-9-26Chapter5四分子分析及重组机制Aa第一次第一次减数分裂减数分裂第二次第二次减数分裂减数分裂合合子子u顺序四分子顺序四分子（ordered tetrads）：一个子囊中的：一个子囊中的四个产物四个产物严格按减数分裂顺序严格按减数分裂顺序以直线方式排列在子以直线方式排列在子囊中。囊中。u减数分裂后又进行了一次有丝分裂，成为八个孢子，减数分裂后又进行了一次有丝分裂，成为八个孢子，但在基因型和表型上仍可看作是四个。但在基因型和表型上仍可看作是四个。2022-9-26Chapter5四分子分析及
4、重组机制u可以进行可以进行着丝粒着丝粒作图作图（centromere mapping）u子囊中子囊孢子的对称性，证明减数分裂是一个子囊中子囊孢子的对称性，证明减数分裂是一个交互过程交互过程u可以检验染色单体的交换是否有干涉现象，还可利用它进可以检验染色单体的交换是否有干涉现象，还可利用它进行行基因转变基因转变的研究的研究u证明双交换不仅可以包括证明双交换不仅可以包括4 4线中的线中的2 2线，而且可以包括线，而且可以包括3 3线线或或4 4线线2022-9-26Chapter5四分子分析及重组机制 利用四分子分析法，把着丝粒作为一个座利用四分子分析法，把着丝粒作为一个座位，来计算某一位，来计算
5、某一基因基因与与着丝粒着丝粒之间的距离，并根之间的距离，并根据这一数据进行基因在染色体上的位置制图。据这一数据进行基因在染色体上的位置制图。2022-9-26Chapter5四分子分析及重组机制uM1模式：模式：在一对非姊妹染色单体间没有发生在一对非姊妹染色单体间没有发生着丝着丝粒粒和和某杂合基因座某杂合基因座交换的减数分裂交换的减数分裂uMII模式：模式：在一对非姊妹染色单体间发生了在一对非姊妹染色单体间发生了着丝着丝粒粒和和某杂合基因座某杂合基因座交换的减数分裂交换的减数分裂2022-9-26Chapter5四分子分析及重组机制2022-9-26Chapter5四分子分析及重组机制2022
6、-9-26Chapter5四分子分析及重组机制u如果两个基因的分离发生在减数分裂如果两个基因的分离发生在减数分裂I，则基因，则基因与着丝粒之间未发生重组与着丝粒之间未发生重组;如果两个基因的分离如果两个基因的分离发生在减数分裂发生在减数分裂II，则说明基因与着丝粒之间发，则说明基因与着丝粒之间发生了重组。生了重组。u鉴别是第一次或第二次减数分裂的分离，可根据鉴别是第一次或第二次减数分裂的分离，可根据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。2022-9-26Chapter5四分子分析及重组机制（1）发生在）发生在1-3之间的交换，四分子的排列方式为之间的交换，四分子的排列方式为
7、a+a aAaAaaAAAAaa（2）发生在）发生在2-3之间的交换，四分子的排列方式为之间的交换，四分子的排列方式为+a+aaaAaAaaAAAAaAa2022-9-26Chapter5四分子分析及重组机制（4）发生在）发生在2-4之间的交换，四分子的排列方式为之间的交换，四分子的排列方式为+a a+aAAAaaaAAaAa（3）发生在）发生在1-4之间的交换，四分子的排列方式为之间的交换，四分子的排列方式为a+a+aAaaaaAAAaAA2022-9-26Chapter5四分子分析及重组机制基因与着丝粒之间的图距计算基因与着丝粒之间的图距计算:着丝粒与有关基因的重组率着丝粒与有关基因的重组
8、率 重组型子囊数重组型子囊数 总子囊数总子囊数100%M21/2 M1+M2100%即使重组型子囊中，也只有一半是重组的孢子。即使重组型子囊中，也只有一半是重组的孢子。2022-9-26Chapter5四分子分析及重组机制重组率重组率=100%21重组型子囊数重组型子囊数总子囊数总子囊数 =100%21 M2 M1+M22022-9-26Chapter5四分子分析及重组机制u利用两个不同交配型进行杂交利用两个不同交配型进行杂交 nic adeunic（nicotinic acid）为烟酸依赖型）为烟酸依赖型uade（adenine）腺嘌呤依赖型。）腺嘌呤依赖型。u两对基因杂交，可产生两对基因杂
9、交，可产生66种不同的子囊型种不同的子囊型u归纳为归纳为7种基本的的子囊型种基本的的子囊型 2022-9-26Chapter5四分子分析及重组机制子囊型子囊型交换发生部位交换发生部位交换类型交换类型基因型次序基因型次序分离分离时期时期重组重组实得实得子囊数子囊数(1)(PD)无交换无交换 ade adenic nic M1M10%808(2)(NPD)1-4,2-3四线双交换四线双交换 nic adenic adeM1M1100%1(3)(T)1-4单交换单交换 adenic nic adeM1M250%90(4)(T)2-3二线双交换二线双交换 adenic ade nic M2M150%5
10、adenicadenicadenicadenicChapter5四分子分析及重组机制子囊型子囊型交换发生部位交换发生部位交换类型交换类型基因型次序基因型次序分离分离时期时期重组重组实得实得子囊数子囊数(5)(PD)2-3单交换单交换 adenic adenic M2M20%90(6)(NPD)1-4,2-3四线多交换四线多交换 nic ade nic adeM2M2100%1(7)(T)1-3,2-3三线双交换三线双交换 nic ade adenic M2M250%5adenicadenicadenicChapter5四分子分析及重组机制子囊型分类（四分子分类）子囊型分类（四分子分类）如不考虑
11、孢子排列，只考虑两对基因间是否发生如不考虑孢子排列，只考虑两对基因间是否发生了重组（性状组合），用于计算两对基因间的重组值。了重组（性状组合），用于计算两对基因间的重组值。a)亲二型（亲二型（PD，parental ditype），），2种基因型与亲种基因型与亲代相同。包括代相同。包括(1)，(5)。b)非亲二型（非亲二型（NPD，nonparental ditype），），2种基种基因型都和亲代不一样，都是重组型。包括因型都和亲代不一样，都是重组型。包括(2)，(6)。c)四型（四型（T，tetratype）：）：4种基因型，种基因型，2种与亲代相种与亲代相同，同，2种与亲代不同，有一半发生
12、了重组。包括种与亲代不同，有一半发生了重组。包括(3),(4),(7)。2022-9-26Chapter5四分子分析及重组机制Chapter5四分子分析及重组机制 若若n与与a是自由组合，则是自由组合，则NPD=PD 若为连锁若为连锁,则则NPDPD1、判断是否连锁、判断是否连锁实验结果：实验结果：PD=808+90=898 NPD=1+1=2 NPDNPD则说明两基因连锁则说明两基因连锁=1/2T+NPDT+PD+NPD100%R F(A-B)2022-9-26Chapter5四分子分析及重组机制PD：140 NPD：12 T：48=1/248+12 200100%RF(A-B)=18%例如
13、：例如：ab+的子囊类型及数量分别为的子囊类型及数量分别为2022-9-26Chapter5四分子分析及重组机制图距图距=50 x（T+6 NPD）2022-9-26Chapter5四分子分析及重组机制27%;35cM 图距图距=50 x（T+6 NPD）2022-9-26Chapter5四分子分析及重组机制练习：练习：一需要腺嘌呤（一需要腺嘌呤（ad）和色氨酸才能生长的脉孢霉品系与一野）和色氨酸才能生长的脉孢霉品系与一野生品系杂交，产生下列四分子：生品系杂交，产生下列四分子：2022-9-26Chapter5四分子分析及重组机制首先，杂交亲本为首先，杂交亲本为ad try +，整理如下：，整
14、理如下：2022-9-26Chapter5四分子分析及重组机制其次，其次，PD NPD，判断两基因连锁，判断两基因连锁;计算基因与着丝粒及两基因间距离：计算基因与着丝粒及两基因间距离：2022-9-26Chapter5四分子分析及重组机制判断两基因位于着丝粒同臂还是异臂？判断两基因位于着丝粒同臂还是异臂？根据题目，两基因在根据题目，两基因在MII分离情况时，分离情况时，PD=8 NPD=1，说，说明明ad和和 try 位于染色体位于染色体同臂同臂。2022-9-26Chapter5四分子分析及重组机制重要：判断基因位置重要：判断基因位置2022-9-26Chapter5四分子分析及重组机制ab
15、 +顺序四分子分析，数据如下：顺序四分子分析，数据如下：PD T T NPD T PD 2022-9-26Chapter5四分子分析及重组机制 Mitchell链孢霉的杂交试验链孢霉的杂交试验 吡哆醇缺陷型吡哆醇缺陷型 Pdxp：对：对PH敏感敏感 Pdx：对：对PH不敏感不敏感 这两突变位点非常接近，有迹象表明，它们可这两突变位点非常接近，有迹象表明，它们可能属于同一顺反子。能属于同一顺反子。2022-9-26Chapter5四分子分析及重组机制pdxpdxp+pdxpdxp+pdxpdxp+pdxppdxpdxp+理论上的配子理论上的配子实际配子实际配子pdx+pdx+pdxp+pdx 2
16、022-9-26Chapter5四分子分析及重组机制以粪生粪壳菌为例以粪生粪壳菌为例野生型黑色孢子野生型黑色孢子g+突变型灰色孢子突变型灰色孢子g-2022-9-26Chapter5四分子分析及重组机制1.染色单体转变染色单体转变：减数分裂的四个产物中，有一个产减数分裂的四个产物中，有一个产发生了基因转变，出现发生了基因转变，出现2:6/6:2正常型正常型+g+4:4gg+ggg+6:22:62022-9-26Chapter5四分子分析及重组机制2.半染色单体转变：半染色单体转变：减数分裂的四个产物中，有一个产物减数分裂的四个产物中，有一个产物的一半或两个产物的各一半出现了基因转变，出现的一半
17、或两个产物的各一半出现了基因转变，出现5:3或或3:1:1:3.g+3:1:1:3/gg/5:3g+/gg+g-2022-9-26Chapter5四分子分析及重组机制2022-9-26Chapter5四分子分析及重组机制染色单体转变染色单体转变半染色单体转变半染色单体转变2022-9-26Chapter5四分子分析及重组机制一、遗传重组的类型一、遗传重组的类型1、同源重组（、同源重组（homologous recombination）:2、位点专一性重组（、位点专一性重组（site-specific recombination）3、异常重组、异常重组Section 5遗传重组2022-9-26
18、Chapter5四分子分析及重组机制适用于适用于原核类原核类真核类真核类可解释可解释同源重组同源重组基因转变基因转变二、同源重组的二、同源重组的Holliday模型模型1964年美国学者年美国学者Robin Holliday提出提出2022-9-26Chapter5四分子分析及重组机制5335ABCDE2022-9-26Chapter5四分子分析及重组机制FGHHolliday结构结构2022-9-26Chapter5四分子分析及重组机制2022-9-26Chapter5四分子分析及重组机制GCATTCGTAA g+g-ACATTT GTAAg+g-GCAT2DNA分子解释基因转变解释基因转变
19、假设假设g+x g-杂交亲本只有一对碱基之差杂交亲本只有一对碱基之差:2022-9-26Chapter5四分子分析及重组机制内切酶切开单链内切酶切开单链ATGC单 链 交单 链 交换换AGCTAGCT连接连接分支迁移分支迁移GCAT g+g-AGCTTAGC旋转旋转180TAGC左左右右切切上上下下切切2022-9-26Chapter5四分子分析及重组机制上、下上、下左、右左、右GACTGACT.GATC.GATC2022-9-26Chapter5四分子分析及重组机制G（+）A（g）TAGCAG丢失丢失不配对碱基的两种修复校正方式不配对碱基的两种修复校正方式修复过程修复过程核酸外切酶切除不配对
20、碱基核酸外切酶切除不配对碱基DNA多聚酶填补多聚酶填补DNA连接酶连接连接酶连接野生型（野生型（+）突变型（突变型（g）2022-9-26Chapter5四分子分析及重组机制CAGGCTATTCGCGAAT+/+/+g/gg/gCGCGGCAT+/+/+/+g/g两个杂种分子两个杂种分子都校正到都校正到+或或g时时 6:2或或2:6正常校正正常校正 4:4染色单体转变染色单体转变CTCGGCAT+/+/+/gg/gCAGGCTAT+/+/g+/gg/g均未校正均未校正3:1:1:3一个校正为一个校正为+，或为或为g 5:3或或3:5半染色单体转变半染色单体转变A.B.C.D.2022-9-26
21、Chapter5四分子分析及重组机制2022-9-26Chapter5四分子分析及重组机制 基因转变的实质是基因转变的实质是异源双链异源双链DNADNA错配核苷酸错配核苷酸对对在修复较正过程中发生的一个基因转变为他在修复较正过程中发生的一个基因转变为他的等位基因现象。的等位基因现象。2022-9-26Chapter5四分子分析及重组机制 染色体染色体DNA上某些序列可以移动到基因组的上某些序列可以移动到基因组的其他位置上去其他位置上去转座元件或转座子转座元件或转座子.2022-9-26Chapter5四分子分析及重组机制 20世纪世纪70年代夏皮罗年代夏皮罗(Shapiro)用用E.coli乳
22、糖操纵子突变株进行杂交分析后，才确认乳糖操纵子突变株进行杂交分析后，才确认转座子的存在。转座子的存在。1932年，美国学者年，美国学者Barbara McClintock发发现玉米籽粒色素斑点的不稳定遗传行为。现玉米籽粒色素斑点的不稳定遗传行为。1951年首次提出在染色体上移动的年首次提出在染色体上移动的“控制元件控制元件”或或“控制控制因子因子”（controlling element）的概念。后来就）的概念。后来就把具有类似结构和功能的元件称为转座因子，也把具有类似结构和功能的元件称为转座因子，也曾称为跳跃基因。曾称为跳跃基因。2022-9-26Chapter5四分子分析及重组机制Pgal
23、TgalEgalK半乳糖差向半乳糖差向异构酶异构酶半乳糖尿苷半乳糖尿苷酰转移酶酰转移酶半乳糖操纵子半乳糖操纵子2022-9-26Chapter5四分子分析及重组机制密度梯度离心实验密度梯度离心实验，证实突变的，证实突变的DNA中确实有插中确实有插入片段。称之为入片段。称之为IS1（insertion sequence1）突变突变gal野生型野生型galIS12022-9-26Chapter5四分子分析及重组机制分子杂交实验分子杂交实验：含有：含有IS2的半乳糖操纵子与野的半乳糖操纵子与野生型生型DNA杂交：杂交：2022-9-26Chapter5四分子分析及重组机制二、原核生物的转座子二、原核
24、生物的转座子1、插入序列、插入序列(IS，insertion sequence)最简单的转座元件，是细菌染色体和质最简单的转座元件，是细菌染色体和质粒的正常组成成分，有很多不同的粒的正常组成成分，有很多不同的IS，序列各，序列各不相同，但两端都有反向重复序列（不相同，但两端都有反向重复序列（IR），都），都能编码自身转座所需的酶。能编码自身转座所需的酶。2022-9-26Chapter5四分子分析及重组机制例如：例如：IS10结构：结构：2022-9-26Chapter5四分子分析及重组机制2.Tn转座子（转座子（transposon elements，Tn）3、转座噬菌体（略、转座噬菌体（略
25、）是一类复合性转座因子，它带有同转座无关是一类复合性转座因子，它带有同转座无关的基因（如抗药性基因），转座子两端有反向或正的基因（如抗药性基因），转座子两端有反向或正向重复的向重复的IS。2022-9-26Chapter5四分子分析及重组机制转座子在转座位点会产生正向重复序列：转座子在转座位点会产生正向重复序列：2022-9-26Chapter5四分子分析及重组机制三、真核生物转座子三、真核生物转座子1、果蝇中的转座子、果蝇中的转座子P因子（因子（P element）I3E0E1E2I1I2E3IRIR 4个外显子（个外显子（E）3个内含子（个内含子（I）两端各一个反向重复（两端各一个反向重复
26、（IR）u只在生殖细胞中实现转座。只在生殖细胞中实现转座。u在体细胞中虽然也转录，但转录出的产物没有转座酶活在体细胞中虽然也转录，但转录出的产物没有转座酶活性！性！2022-9-26Chapter5四分子分析及重组机制66KD蛋白是转座的抑制蛋白是转座的抑制物。（在物。（在P型雌果蝇型雌果蝇的卵的卵细胞质中大量存在，而且细胞质中大量存在，而且稳定；稳定；M型雌果蝇中没型雌果蝇中没有）。有）。87kDa蛋白是转座蛋白是转座酶：使酶：使P因子转座，因子转座，导致不育。导致不育。2022-9-26Chapter5四分子分析及重组机制2022-9-26Chapter5四分子分析及重组机制在玉米籽粒颜色
27、形成时在玉米籽粒颜色形成时如果有如果有C基因，胚乳合成色素，呈紫色；基因，胚乳合成色素，呈紫色；如果如果C突变（突变（c），胚乳无色素，呈白色。），胚乳无色素，呈白色。2.玉米转座子玉米转座子Ac-Ds2022-9-26Chapter5四分子分析及重组机制r控制籽粒色素斑点的控制籽粒色素斑点的激活因子激活因子解离系统解离系统（activator-dissociation system，Ac-Ds系统）：系统）：r激活因子激活因子Ac：能合成转座酶的自主移动的调节因能合成转座酶的自主移动的调节因子，并能支配受体因子移动。子，并能支配受体因子移动。r解离因子解离因子Ds：能产生有效转座酶的非自主移动的：能产生有效转座酶的非自主移动的受体因子。受体因子。2022-9-26Chapter5四分子分析及重组机制W:white（C基因）基因）2022-9-26Chapter5四分子分析及重组机制2022-9-26Chapter5四分子分析及重组机制2022-9-26Chapter5四分子分析及重组机制四、转座的遗传学效应四、转座的遗传学效应u插入突变插入突变u产生新的基因；产生新的基因；u染色体畸变染色体畸变u生物进化生物进化 2022-9-26Chapter5四分子分析及重组机制2022-9-26Chapter5四分子分析及重组机制
