粗糙脉孢霉四分子遗传分析

真菌类的遗传分析
————四分子分析与作图一粗糙脉孢霉的性质与生活史
（一）粗糙脉孢霉的性质
粗糙脉孢霉( Neurosporocrassa ) 属于真菌中的子囊菌纲，是低等的真核生物。

每一菌丝细胞中含有几十个细胞核。

是遗传分析好材料:
1子囊孢子是单倍体，其表型直接反应其基因型。

2 一次只分析一个减数分裂的产物。

3体积小，易培养，繁殖快，一次杂交就能产生大量的后代，便于获得正确的统计学结果。

4能进行有性生殖，其染色体的结构和功能类似于高等动植物。

5 更加重要的是，子囊孢子在子囊中的线性排列顺序与减数分裂中期染色体在赤道板两侧的排列顺序相同，这就是粗糙脉孢霉成为了遗传分析的好材料。

（二）粗糙链孢霉的生活史
粗糙链孢霉有有性生殖和无性生殖。

二 顺序四分子与遗传分析 （一）顺序四分子 (ordedtetrad)
粗糙脉霉菌减数分裂的四个产物保留在一起，称为四分子。

但是，在分裂的过程中子囊的外形比较狭窄，以至分裂的纺锤体不能重叠，只能纵立于它的长轴中，这样所有分裂后的核――８个子囊孢子都是从上到下排列成行，
所以，脉孢菌减数 分裂所产生的四分子是属于顺序四分子(ordedtetrad)。

可推知：第一对子囊孢子来自一条染色单体，第二对孢子则是来自这条染色单体的姊妹染色单体; 第三和第四对子囊孢子是来自前一条染色体同源染色体的姊妹染色单体。

无性世代（单倍体世代）：
菌丝体 →分生孢子→ 菌丝体。

粗糙脉孢菌
（ NeurosporaCra ssa ）的生殖方式
有性世代（双倍体世代）：
一个交配型的分生孢子落在另一交配型原子囊壳受精丝上，从而进入原子囊（子实体），进行多次有丝分裂，形成多个单倍体核，这些单倍体核与子实体中的单倍体核融合，形成多个二倍体核，然后进入减数分裂，每个二倍体核形成4个单倍体核，再进行一次有丝分裂，形成8个核，最后形成为一个子囊中的8个子囊孢子。

无性孢子——分生孢子 有性孢子——子囊孢子
这种顺序四分子在遗传分析上有很多优越性:
(1). 可以把着丝粒作为一个座位(locus)，计算基因与着丝粒的重组率，即着丝粒作图。

(2). 子囊中子囊孢子的对称性，证明减数分裂是一个交互过程，而非单向过程。

(3).可以检验染色单体的交换有否染色单体干涉现象，还可利用它来进行基因转变(gene conversion)的研究。

(4).证明双交换不仅可以包括4线中的两线, 而且可以包括3线或4线双交换。

（二）着丝粒作图与遗传分析
利用四分子分析法，测定基因与着粒间的距离称为着丝粒作图。

着丝粒作图是基于这样的事实：
减数分裂中在同源染色体的一对非姊妹染色单体的着丝粒和某杂合基因座间有没有发生交换，和其产物四分子中的等位基因在排列方式上是不同的。

可分为两种：
发生了交换的产物为第二次分裂分离(seconddivisionsegregation)或称为MII 模式
没有发生交换的产物为第一次分裂分离(firstdivisionsegregation)或叫MI 模式; ８个子囊孢子都是从上到下排列成行
第一次分裂分离（图示一种可能）
第二次分裂分离（图示一种可能性）
利用四分子分析，测定基因与着丝粒间的距离，即根据子囊孢子基因型的排列顺序，计算基因与着丝粒的重组率，确定基因与着丝粒之间的距离和排列顺序。

一对基因的遗传分析
材料
有两种不同接合型的脉孢菌菌株：
•一种是能合成赖氨酸(lysine)的野生型菌株(记作lys+，或+)，该菌株成熟的子囊孢子呈黑色。

•另一种是赖氨酸缺陷型(记作lys —或—)，这种菌株的子囊孢子成熟较迟，呈灰色。

序号子囊类型子囊数分裂类型
将这两种菌株杂交
杂种子囊减数分裂的产物根据黑色孢子和灰色孢子的赖氨酸缺陷型(lys-) ×野生型(lys+)，排列次序可有6种子囊型，为方便起见只写出其4个孢子对( spore pairs)，其计数的结果：
序号子囊类型子囊数分裂类型
序号子囊类型子囊数分列类型
1 + + — — 105
M1
非交换型
2 — — + + 129
3 + — + — 9
M2 交换型
4 — + — + 5
5 + — — + 10
6 — + — + 16
将表3-7中所观察到的各类子囊数代入上式可得：
lys+基因与着丝粒间的图距是7.3cM
两个基因的连锁图形
利用顺序四分子分析，同样可以进行两个基因的连锁作图
nic （nicotinic acid ）为烟酸依赖型 n
ade（adenine）为腺嘌呤依赖型a
两对基因的杂交实验，可产生(6×6)36种不同的子囊型，归纳为7种基本的的子囊型序号 1 2 3 4 5 6 7
子囊型+a ++ ++ +a +a ++ ++ +a ++ +a na n+ na na n+ na n+ ++ +a ++ +a n+ na na n+ n+ na n+
分离类
型
MIMI MIMI MIMII MIIMI MIIMII MIIMII MIIMII 类别PD NPD T T PD NPD T
数目808 1 90 5 90 1 5 对子囊进行分类统计，不考虑孢子排列顺序，根据性状组合将四分子分为三种类型
PD: 亲二型（parental ditype)：孢子有2种基因型，且与亲代相同.
NPD: 非亲二型（non-parental ditype)：孢子有2种基因型，且与亲代不同. 如果PD:NPD=1:1，则两个基因自由组合，否则连锁。

T: 四型（tetratype):孢子有4种基因型，2种与亲代相同, 2种与亲代不同.
首先判断n、a基因是独立分配还是连锁。

根据上表中的数字，PD=808+90=898，NPD=1+1=2。

如果这两个基因是自由组合的话，可以预期PD∶NPD=1∶1，而实验结果PD>>NPD。

说明这两个基因不是自由组合，而是相互连锁的。

其次计算着丝粒(•)与基因(n)、(a)间的重组率(RF)及基因离着丝粒的距离
5.05＜9.5，所以n基因比a基因离着丝粒近
n、a在染色体上的排列可能有两种方式：在着丝粒的同侧或者是异侧。

1先判断基因的在同侧还是异侧
(1)如果n、a在异侧上，则PD与NPD都是由双交换形成，因而PD与NPD的频率相等。

但是，上表的实验数据显示，同处MⅡMⅡ的PD子囊数为90，同处MⅡMⅡ的NPD子囊数为1。

PD多于NPD
于是n、a在同侧。

(2)另一种方法是在n和a分别为MⅠ和MⅡ的情况下，对子囊数与RF(•—n)，RF(•—a)进行比较分析
已知RF(•—nic)=5.05％，RF(•—ade)=9.3％，两者相差不到一倍，若n和a各自独立地与着丝粒发生重组的话，则MⅡ的子囊数也应相差不到一倍。

但实际上，交换发生在着丝粒与a 间，n是MⅠ，a是MⅡ的子囊有90个；交换发生在着丝粒与n间时，n是MⅡ，a是MⅠ的子囊只有55个。

两者相差悬殊，与计算的重组值不相符合。

所以，这两个基因不可能独自与着丝粒发生交换。

另外，从上表可见，在n与着丝粒发生交换时，a基因也与着丝粒交换了，即n是MⅡ，a也是MⅡ共计96(=90＋1＋5)个子囊。

也就是说，同一交换使十/n出现MⅡ型分离，也使十／a出现MⅡ型分离，101次中有96
次，证明了n和a的连锁关系是同侧
n—a间的重组率可用公式：
5.05＋5.2=10.25>9.3
由果蝇的三点测交的遗传分析中可知，造成这一结果的根源是着丝粒—a基因间发生过双交换。

当我们回顾先前所述的计算过程时可以发现，在求RF(•—a)时，是把所有MⅡ的子囊相加除以2倍的总子囊数，这样把少量的在•—a间起过交换的子囊遗漏了。

例如子囊型4，对于十／a来讲，是属于MⅠ，但是我们决定了•—n—a顺序之后，得知这些子囊中发生了双交换，可是在计算•—a间的重组值时，却没有把这两次单交换计算在内，因而使•—a间的重组值的估计偏低。

因此，被低估的重组值是（202+208—372）/4000 *100%=0.95%
所以
5.05＋5.2=9.3+0.95=10.25
基因在染色体上的位置如图。