遺傳學(xué)第6章 真核生物的遺傳分析

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1、第六章第六章 真核生物的遺傳分析真核生物的遺傳分析基因組基因組：一個(gè)物種單倍體的染色體數(shù)目及其所攜帶的全部基：一個(gè)物種單倍體的染色體數(shù)目及其所攜帶的全部基因。因。一、一、C值悖理值悖理 C值值：一個(gè)物種基因組的：一個(gè)物種基因組的DNA含量是相對穩(wěn)定的，通常稱含量是相對穩(wěn)定的，通常稱為該物種為該物種DNA的的C值，即單倍體所含值，即單倍體所含DNA量。量。 C值悖理值悖理：物種的：物種的C值及其進(jìn)化復(fù)雜性之間沒有嚴(yán)格的對應(yīng)值及其進(jìn)化復(fù)雜性之間沒有嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系。關(guān)系。第一節(jié)第一節(jié) 真核生物基因組真核生物基因組二、二、N值悖理值悖理 N值：一個(gè)物種基因組的基因數(shù)目。值：一個(gè)物種基因組的基因數(shù)目。

2、N值悖理：生物的基因數(shù)目與生物在進(jìn)化樹上的位置不完值悖理：生物的基因數(shù)目與生物在進(jìn)化樹上的位置不完全相關(guān)。全相關(guān)。三、真核生物基因組三、真核生物基因組DNA序列的復(fù)雜度序列的復(fù)雜度 單拷貝序列（非重復(fù)序列）單拷貝序列（非重復(fù)序列） 中度重復(fù)序列中度重復(fù)序列 高度重復(fù)序列高度重復(fù)序列第二節(jié)第二節(jié) 真菌類的四分子分析與作圖真菌類的四分子分析與作圖比德爾在比德爾在紅色面包霉紅色面包霉 的生化研究中取得的生化研究中取得 杰出成果而獲諾貝爾獎(jiǎng)杰出成果而獲諾貝爾獎(jiǎng) 粗糙鏈孢霉，粗糙鏈孢霉，也稱也稱紅色面包霉。紅色面包霉。屬于子囊菌，具有核結(jié)構(gòu)，屬于子囊菌，具有核結(jié)構(gòu)，屬真核生物。屬真核生物。特點(diǎn)：個(gè)體小、

3、生長迅速、易于培養(yǎng)；可進(jìn)行特點(diǎn)：個(gè)體小、生長迅速、易于培養(yǎng)；可進(jìn)行無性生殖無性生殖或有性生殖或有性生殖。 粗糙鏈孢霉的無性世代是單倍體粗糙鏈孢霉的無性世代是單倍體 染色體上各顯性或隱性染色體上各顯性或隱性基因均可從表現(xiàn)型上直接表現(xiàn)出來，便于觀察和分析?；蚓蓮谋憩F(xiàn)型上直接表現(xiàn)出來，便于觀察和分析。 一次只分析一個(gè)減數(shù)分裂產(chǎn)物，方法簡便。一次只分析一個(gè)減數(shù)分裂產(chǎn)物，方法簡便。一、一、 順序四分子的遺傳分析順序四分子的遺傳分析無性世代無性世代:菌絲體菌絲體分生孢子分生孢子菌絲體菌絲體有性世代有性世代:四分子：脈孢菌二倍體合子減數(shù)分裂形成的四分子：脈孢菌二倍體合子減數(shù)分裂形成的4個(gè)單倍體子囊孢個(gè)單

4、倍體子囊孢子子, 稱為四分子。它們以直線方式排列在子囊中稱為四分子。它們以直線方式排列在子囊中,又稱為順序四又稱為順序四分子分子(ordered tetred)。 受精受精 同步分裂形成二倍性母細(xì)胞同步分裂形成二倍性母細(xì)胞 減數(shù)分裂減數(shù)分裂 有子有子囊殼囊殼 的的 子囊子囊 有性孢子有性孢子 A型母體核型母體核 a 型母體核型母體核 粗糙脈胞菌生活史粗糙脈胞菌生活史1)減數(shù)分裂的減數(shù)分裂的4個(gè)產(chǎn)物個(gè)產(chǎn)物,呈現(xiàn)有規(guī)律的排列呈現(xiàn)有規(guī)律的排列.2)8個(gè)子囊孢子中個(gè)子囊孢子中,兩相鄰者的基因型一致兩相鄰者的基因型一致.1、 著絲粒作圖 以著絲粒作為一個(gè)座位，測定某一基因與著絲粒之間的以著絲粒作為一個(gè)座

5、位，測定某一基因與著絲粒之間的距離，并進(jìn)行基因在染色體上的位置作圖。距離，并進(jìn)行基因在染色體上的位置作圖。 1) 減數(shù)分裂的減數(shù)分裂的4個(gè)產(chǎn)物個(gè)產(chǎn)物,呈現(xiàn)有規(guī)律的排列呈現(xiàn)有規(guī)律的排列.2) 8個(gè)子囊孢子中個(gè)子囊孢子中,兩相鄰者的基因型一致兩相鄰者的基因型一致.（1）原理）原理如果基因與著絲粒之間發(fā)如果基因與著絲粒之間發(fā)生交換，則該基因與著絲粒生交換，則該基因與著絲粒分離不同步，在第二次減數(shù)分離不同步，在第二次減數(shù)分裂時(shí)才分開，即分裂時(shí)才分開，即第二次減第二次減數(shù)分裂分離數(shù)分裂分離（M）。）。 如果基因與著絲粒之間沒有如果基因與著絲粒之間沒有發(fā)生交換，則該基因與著絲發(fā)生交換，則該基因與著絲粒同步

6、分離，即粒同步分離，即第一次分裂第一次分裂分離（分離（M）。）。(2)方法：方法： 以著絲點(diǎn)為位點(diǎn)，估算某一個(gè)基因與著絲粒的重組值，以著絲點(diǎn)為位點(diǎn)，估算某一個(gè)基因與著絲粒的重組值，進(jìn)行進(jìn)行著絲點(diǎn)作圖著絲點(diǎn)作圖。 粗糙鏈孢霉粗糙鏈孢霉賴氨酸缺陷型賴氨酸缺陷型lys遺傳：遺傳：基本培養(yǎng)基上正常生長的粗糙鏈孢霉菌株基本培養(yǎng)基上正常生長的粗糙鏈孢霉菌株野生型野生型 lys成熟后呈成熟后呈黑色黑色；由于基因突變而產(chǎn)生的一種不能合成賴氨酸的菌株由于基因突變而產(chǎn)生的一種不能合成賴氨酸的菌株 賴氨酸缺陷型賴氨酸缺陷型lys ，其子囊孢子成熟后呈，其子囊孢子成熟后呈灰色灰色。 11 lys lys 子囊孢子子囊

7、孢子黑色黑色灰色灰色8 個(gè)子囊孢子個(gè)子囊孢子按黑色、灰色排列順序，可有按黑色、灰色排列順序，可有 6 種方式。種方式。非交換型非交換型(1)+ + + + - - - -(2)- - - - + + + +交換型交換型(3)+ + - - + + - -(4)- - + + - - + +(5)+ + - - - - + +(6)- - + + + + - - 其中：其中： (1)、(2)非交換型；非交換型；(3) (6)交換型，都是由于交換型，都是由于著絲點(diǎn)與著絲點(diǎn)與+/-等位等位 基因基因間發(fā)生了間發(fā)生了交換交換，其交換均發(fā)生在同源染色體非姐妹染色單，其交換均發(fā)生在同源染色體非姐妹染色單

8、體間，即發(fā)生于四線期體間，即發(fā)生于四線期(粗線期粗線期)。1100%2 交交換換型型子子囊囊數(shù)數(shù)交交換換值值交交換換型型子子囊囊數(shù)數(shù)非非交交換換型型子子囊囊數(shù)數(shù)在交換型子囊中，每發(fā)生一個(gè)交換后，一個(gè)子囊中就有在交換型子囊中，每發(fā)生一個(gè)交換后，一個(gè)子囊中就有半數(shù)半數(shù)孢子發(fā)生重組：孢子發(fā)生重組：表表6-3 粗糙脈孢菌粗糙脈孢菌Lys+Lys-雜交子代子囊類型雜交子代子囊類型(1)(2)(3)(4)(5)(6)子子囊囊類類型型+-+-+-+-+-+-+-子囊型子囊型105129951016分裂類型分裂類型M1M1M2M2M2M2未交換型未交換型交換型交換型二、遺傳第三定律二、遺傳第三定律1、重組率的

9、測定：、重組率的測定： 重組率（值）：重組率（值）：測交后代中重組型或交換型數(shù)目占測交后代測交后代中重組型或交換型數(shù)目占測交后代總數(shù)目的百分率?？倲?shù)目的百分率。 重組率（重組率（RF）=（重組型數(shù)目總數(shù)目）（重組型數(shù)目總數(shù)目）100 交換率（值）：交換率（值）：遺傳物質(zhì)局部交換的頻率。遺傳物質(zhì)局部交換的頻率。 兩個(gè)連鎖基因的作圖兩個(gè)連鎖基因的作圖P nic + + ade n + + a (2n) 減數(shù)分裂減數(shù)分裂 36種不同組合種不同組合 可歸納為種基本的子囊型可歸納為種基本的子囊型表表6-4 粗糙脈孢菌粗糙脈孢菌 n + + a 雜交結(jié)果雜交結(jié)果子囊型（1）（2）（3）（4）（5）（6）（

10、7）四分子基因型順序+ a+ an +n + + +n an a+ + an +n a+ an a+ +n + + an + + an + +n a+ +n a+ +n a+ an +分離發(fā)生時(shí)期M1 M1M1 M1M1 M2M2 M1M2 M2M2 M2M2 M2四分子類 型PDNPDTTPDNPDT實(shí) 得子囊數(shù)80819059015說明及分析方法：1、 7種基本子囊型中的四個(gè)基因型次序是各不一種基本子囊型中的四個(gè)基因型次序是各不一樣的，分別由樣的，分別由7種不同的交換方式而來。種不同的交換方式而來。2、分離發(fā)生的時(shí)期：分別判斷、分離發(fā)生的時(shí)期：分別判斷每一對基因每一對基因分離發(fā)分離發(fā)生的時(shí)

11、期（生的時(shí)期（M1或或M2），用于計(jì)算基因與著絲粒的），用于計(jì)算基因與著絲粒的圖距。圖距。3、子囊型分類：只考慮、子囊型分類：只考慮兩對基因間兩對基因間是否發(fā)生了重組，用于是否發(fā)生了重組，用于計(jì)算兩對基因間的重組值。計(jì)算兩對基因間的重組值。 親二型（親二型（PD）：兩種基因型，與親代相同。）：兩種基因型，與親代相同。 非親二型（非親二型（NPD）：兩種基因型，與親代不同。）：兩種基因型，與親代不同。 四型（四型（T）：四種基因型，兩種與親代相同，兩種為重組）：四種基因型，兩種與親代相同，兩種為重組型。型。4 連鎖關(guān)系的判斷連鎖關(guān)系的判斷結(jié)論：結(jié)論：nic 與與 ade 連鎖連鎖連鎖判斷：連鎖判

12、斷： 自由組合自由組合 連鎖連鎖 實(shí)際結(jié)果實(shí)際結(jié)果 PD/NPD1 PD/NPD1 898/25 重組值的計(jì)算重組值的計(jì)算6 6 作圖：作圖： 0 0 nicnic adeade 5.05 5.25 5.05 5.25 9.3 9.310.2510.2510.2510.259.30=0.959.30=0.95，雙交換的結(jié)果被遺漏了。，雙交換的結(jié)果被遺漏了。子子囊囊型型 每一子囊被計(jì)算為重每一子囊被計(jì)算為重 組子的染色單體數(shù)組子的染色單體數(shù) .n na .a子子囊囊型型在所有子囊中被計(jì)算為在所有子囊中被計(jì)算為重組子的染色單體數(shù)重組子的染色單體數(shù) .n na .a2345670 4 00 2 22

13、 2 02 0 22 4 22 2 219059015 0 4 0 0 180 180 10 10 0 180 0 180 2 4 2 10 10 10總數(shù)總數(shù) 202 208 372202+208-372 = 38 38/ 4000=0.95% 9.3+0.95=10. 256.2.2 非順序四分子遺傳分析子囊：子囊： PD NPD T AB aB ab AB aB aB ab Ab Ab ab Ab AB RF=1/2T+NPD/總子囊數(shù)總子囊數(shù)100% 由于由于RF無法校正雙交換，重組值可能被低估。無法校正雙交換，重組值可能被低估。根據(jù)根據(jù)PD、NPD、T三種子囊的頻率，可以推導(dǎo)出兩三種

14、子囊的頻率，可以推導(dǎo)出兩基因間平均每次減數(shù)分裂的交換數(shù)基因間平均每次減數(shù)分裂的交換數(shù)(m)，m0.5即即兩基因間的圖距。兩基因間的圖距。a b A Ba b A BNCOSCODCO二線二線PDTA BDCO四線四線a b DCO三線三線PDA Ba b T NPDa b a b DCO三線三線A BTA B如果假設(shè)雙交換在四條染色單體間隨機(jī)發(fā)生：如果假設(shè)雙交換在四條染色單體間隨機(jī)發(fā)生： DCO(所有雙交換所有雙交換) =4NPD其中其中: DCO（3線雙交換線雙交換)=T（三線）（三線）=2NPD 而而: T（總）（總）=SCO（單交換）（單交換）+ DCO（3線雙交換）線雙交換）所以所以:

15、 SCO=T（總）（總）-DCO（3線雙交換）線雙交換） =T（總）（總） 2NPD因此因此: m=SCO+2DCO(所有雙交換所有雙交換) =T（總）（總）-2NPD+2（4NPD） =T（總）（總）+6NPD第三節(jié)第三節(jié) 真核生物重組的分子機(jī)制真核生物重組的分子機(jī)制一、一、 同源重組同源重組(Homologous recombination) 同源重組：同源重組：DNA 同源序列間發(fā)生的重組同源序列間發(fā)生的重組,或稱非特異性重組?；蚍Q非特異性重組。特點(diǎn)：特點(diǎn)：同源重組是雙鏈同源重組是雙鏈DNA 間的反應(yīng)。間的反應(yīng)。反應(yīng)中涉及的酶可以用任何一對同源序列作為底物。反應(yīng)中涉及的酶可以用任何一對同

16、源序列作為底物。存在重組熱點(diǎn)。存在重組熱點(diǎn)?；蚪M中重組頻率受染色體結(jié)構(gòu)影響。如在基因組中重組頻率受染色體結(jié)構(gòu)影響。如在異染色質(zhì)附近，交換受到抑制。異染色質(zhì)附近，交換受到抑制。兩個(gè)兩個(gè)DNA分子序列同源區(qū)越長越有利于重組。分子序列同源區(qū)越長越有利于重組。 二、二、 同源重組的分子模型同源重組的分子模型 Holliday模型模型 Holliday R.于于1964年提出，適用于原核類和真核類，既年提出，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(zhuǎn)變現(xiàn)象。說明了同源重組的過程，又解釋了基因轉(zhuǎn)變現(xiàn)象。 雙鏈斷裂起始重組模型雙鏈斷裂起始重組模型重組機(jī)制重組機(jī)制A Ba bA Ba bA

17、 Ba bA Ba bA Ba bABabABabABabABabABABababAbaB橫切橫切縱切縱切 正常分離正常分離:重組是交互的重組是交互的,兩等位基因分離時(shí)兩等位基因分離時(shí),呈現(xiàn)呈現(xiàn)2：2或或1：1：1：1或或1：2：1的分離。的分離。第四節(jié)第四節(jié) 基因轉(zhuǎn)變及其分子機(jī)制基因轉(zhuǎn)變及其分子機(jī)制一、一、異常分離異常分離與基因轉(zhuǎn)變與基因轉(zhuǎn)變 1、異常分離、異常分離: 減數(shù)分裂是非交互的。兩等位基因分離時(shí)減數(shù)分裂是非交互的。兩等位基因分離時(shí),呈現(xiàn)呈現(xiàn)3：1或或1：3的分離。的分離。6-7 基因轉(zhuǎn)變基因轉(zhuǎn)變(gene conversion)：一個(gè)基因轉(zhuǎn)變?yōu)樗牡龋阂粋€(gè)基因轉(zhuǎn)變?yōu)樗牡任换虻倪z

18、傳學(xué)現(xiàn)象。位基因的遺傳學(xué)現(xiàn)象。2、基因轉(zhuǎn)變、基因轉(zhuǎn)變 基因轉(zhuǎn)變往往伴有轉(zhuǎn)變區(qū)外基因的重組，但區(qū)外基因的重基因轉(zhuǎn)變往往伴有轉(zhuǎn)變區(qū)外基因的重組，但區(qū)外基因的重組是正常的交互方式，仍顯示正常的組是正常的交互方式，仍顯示正常的2：2(或或4：4)分離。分離。染色單體轉(zhuǎn)變：減數(shù)分裂的一個(gè)產(chǎn)物染色單體轉(zhuǎn)變：減數(shù)分裂的一個(gè)產(chǎn)物(一條染色單體一條染色單體)的的兩條鏈兩條鏈均發(fā)生了基因轉(zhuǎn)變。均發(fā)生了基因轉(zhuǎn)變。6：2或或2：6。二、二、 基因轉(zhuǎn)變的類型基因轉(zhuǎn)變的類型半染色單體轉(zhuǎn)變：基因轉(zhuǎn)變只影響半個(gè)染色單體，即半染色單體轉(zhuǎn)變：基因轉(zhuǎn)變只影響半個(gè)染色單體，即一條一條DNA鏈鏈。5：3或或3：5或或3：1：1：3。三

19、、基因轉(zhuǎn)變的分子機(jī)制三、基因轉(zhuǎn)變的分子機(jī)制 實(shí)質(zhì)是遺傳重組過程中留下的局部異源雙鏈區(qū)，實(shí)質(zhì)是遺傳重組過程中留下的局部異源雙鏈區(qū)，DNA錯(cuò)配堿基在細(xì)胞內(nèi)的修復(fù)系統(tǒng)識別下所發(fā)生的一個(gè)基因錯(cuò)配堿基在細(xì)胞內(nèi)的修復(fù)系統(tǒng)識別下所發(fā)生的一個(gè)基因轉(zhuǎn)變?yōu)樗牡任换虻默F(xiàn)象。轉(zhuǎn)變?yōu)樗牡任换虻默F(xiàn)象。 *不同的切除會產(chǎn)生不同的結(jié)果。不同的切除會產(chǎn)生不同的結(jié)果。 假設(shè)用于假設(shè)用于g+ g- 雜交的兩親本僅有一對堿基之差，雜交的兩親本僅有一對堿基之差，如：如： g+或或+是是 g-或或g是是 則異源雙鏈則異源雙鏈DNA區(qū)應(yīng)為區(qū)應(yīng)為 或或 如何修復(fù)不配對的堿基？如何修復(fù)不配對的堿基？兩種切除方式兩種切除方式基因轉(zhuǎn)變的解

20、釋基因轉(zhuǎn)變的解釋 兩個(gè)雜種分子均未校正兩個(gè)雜種分子均未校正,復(fù)制后出現(xiàn)異常的復(fù)制后出現(xiàn)異常的4+:4g(或或3:1:1:3)的分離。的分離。 只有一個(gè)雜種分子校正為只有一個(gè)雜種分子校正為+或或g時(shí)，修復(fù)后出現(xiàn)時(shí)，修復(fù)后出現(xiàn)5：3（或（或3：5）的分離。）的分離。 兩個(gè)雜種分子都被校正為兩個(gè)雜種分子都被校正為+（或（或g)時(shí)，修復(fù)后出現(xiàn)時(shí)，修復(fù)后出現(xiàn)6：2（或（或2：6）的的異常分離。）的的異常分離。 當(dāng)兩個(gè)雜種分子都按原來的兩個(gè)親本的遺傳結(jié)構(gòu)進(jìn)行修當(dāng)兩個(gè)雜種分子都按原來的兩個(gè)親本的遺傳結(jié)構(gòu)進(jìn)行修復(fù)時(shí)，則減數(shù)分裂的四個(gè)產(chǎn)物恢復(fù)成正常的配對狀態(tài)，子復(fù)時(shí)，則減數(shù)分裂的四個(gè)產(chǎn)物恢復(fù)成正常的配對狀態(tài)，子囊孢子呈現(xiàn)正常的囊孢子呈現(xiàn)正常的4：4分離。分離。