第3章 基因的连锁和遗传作图

基因定位的层次
广义的基因定位有两个层次： ①染色体定位(单体、缺体、三体定位法)；
②通过连锁分析法(linkage analysis)确定基 因在染色体上排列顺序和相对距离 。
二、连锁分析的方法
两点测验(two-point testcross):通过三次两对
非等位基因之间的杂交和测交，求得三个重组值， 将三个非等位基因定位于同一染色体上的方法称 为两点测验（交）。 三点测验(three-point testcross):通过一次杂交
三、不同基因间的重组频率不同
实验结果推出两个普遍的原理： ①一对等位基因的重组频率是特异的。 ②重组频率在顺式(相引)和反式(相斥)杂合子中是相同的。
第二节 基因重组和染色体交换的作用
交换的细胞学证据
一、玉米实验
二、果蝇实验
三、完全连锁和不完全连锁
完全连锁 (complete linkage)： 如果连锁基因的杂种F1(双杂合体)只产生两种 亲本类型的配子，而不产生非亲本类型的配子， 就称为完全连锁。 不完全连锁 (incomplete linkage)： 指连锁基因的杂种F1不仅产生亲本类型的配子， 还会产生重组型配子。
A B
交换。 只要4条染色单体发生交换的机会相等，在 所研究的两个基因之间产生重组型与亲组型的 比总是1：1，所以最大交换值也是50%。 双交换特点：1、双交换概率显著低于单交换 概率。2、3个连锁基因间发生双交换的结果， 旁侧基因无重组，此时旁侧基因的重组率低于 实际的交换值。
对于基因座A、C来说,偶数次交 C 换等于没有交换,奇数次交换等于单
ec ct +/ + + cv× ec ct cv/Y测交后代数据
序号 1 表型 ec ct + 实得数 2125 亲本型
2
3 4 5 6 7 8 合计
+ + cv
ec + cv + ct + ec + + + ct cv +++ ec ct cv
2207
273 265 217 223 5 3 5318 单交换II型 单交换I型
当一个新的突变表型被发现时，遗传分析的第一步通常是进行遗传作 图以确定其在基因组中的位置，以便进一步确定相应基因的结构和功 能。即使基因组DNA序列已经被测定，仍需要进行遗传作图。因为 一个基因的序列未必能揭示其功能，也不能揭示出基因在复杂的生化 过程中的相互作用。
一、重组是作图的基础
重组合（recombina-tion）是由于同源染色体配对时发生 了交换。该过程导致同源染色体上不同等位基因之间的重 组。亲组合（parental combination） 在任何两个基因间重组的概率作为基因间遗传距离的计量 单位，可构建遗传图，显示出基因间的相对位置。 在讨论连锁基因时，需要区别亲本染色体中的哪些等位基 因是共同存在的。以斜线（/）表示。一条染色体上的等 位基因写在斜线的左侧，同源染色体上的等位基因写在斜 线的右侧。例如，AABB×aabb杂交，二倍杂合子代的基 因型表示为AB/ab。
式中，Rf表示重组率，d是图谱距离，即实际交换值， e为自然对数的底。
重组值与遗传距离
重组值的变化范围：非姊妹染色单体间交换次数及位置 是随机的，两个连锁基因间重组值的变化范围是0～50%。 遗传距离(genetic distance)：通常用重组值或交换值来 度量基因间的相对距离，也称为遗传图距。以1%的交换 值作为一个遗传距离单位(1cM)，1cM≈1Mb。其变化反 映基因间的连锁强度或相对距离。 重组值越大，说明两基因间的距离越远，基因间的连锁 强度越小；
完全连锁(complete linkage)
AB a b
例：果蝇的完全连锁遗传
黑腹果蝇中灰体（ B）对黑体（b）是显性，长翅（V） 对残翅（v）为显性，且都位于常染色体上。 B V b v × B V b v 灰长 黑残 ♂ B V × b v b v b v 灰长 黑残 B V b v 灰长 b v b v 黑残
实验证明：姊妹染色单体分化染色技术
交换的理论假说
①断裂—重接模型 Darlington 于1937年提出(交换 是复制完成后两个染色单体断裂并重新连接的结果 ) ②拷贝选择模型 John Belling 于1928年提出(交换是 染色单体复制过程中变换模版的结果 )
重组的最大频率（50%）
Alfred H.Sturtevant 1891-1970
根据两个基因位点间的交换值能够确定两个基因间的
相对距离，但并不能确定基因间的排列次序。
例：玉米糊粉层有色C/无色c基因、籽粒饱满Sh/凹陷 sh基因均位于第九染色体上；且C-Sh基因间的交换值
为3.6%。
根据上述信息可知： C-Sh间遗传距离为3.6个遗传单位即图距=3.6 cM ； 但不能确定它们在染色体上的排列次序，因而有两种 可能的排列方向，如下图所示：
双交换型
棘眼(ec)、截翅(ct)和横脉缺失(cv)
结果分析
1、归类 2、确定正确的基因顺序 用双交换型与亲本类型相比较，发现改变了位置的那 个基因一定是处于中央的位置，因为双交换的特点是旁侧 基因的相对位置不变，仅中间的基因发生变动。于是可以 断定这3 个基因正确排列顺序是ec cv ct。 ec 亲本型 + + ct + + + cv +
①同源染色体的非姐妹染色单体上交换次数对重 组频率的影响。 ②双交换对重组频率的影响
重组值（recombination value ）：不完全连锁的双杂合 体产生的重组型配子数占配子总数的百分比，又称重组 率（recombination frequency），用Rf表示。
Rf 重组型配子数 100% 配子总数
连锁群
连锁群—位于同 一染色体上的 所有基因称为 一个连锁群
交换与交叉的关系
交换：遗传学上将等位基因交换座位称为交换， 表现为连锁基因的重组。
交叉：是指细胞学观察到的染色体交叉现象，这 种现象只有在双线期同源染色体互斥，交叉点端 化过程中才能观察到，实际上这时基因已经交换。 交叉并不一定产生基因交换。
两点测验的局限性
工作量大，需要作三次杂交，三次测交。 不能排除双交换的影响，准确性不够高。 当两基因位点间超过五个遗传单位时，两点测验 的准确性就不够高。
◆三点测交(three-point testcross)
为了进行基因定位，摩尔根和他的学生Sturtevant改进了上 述两点测交，创造了三点测交方法，即将3个基因包括在同一 次交配中。进行这种测交，一次实验就等于3次两点试验。 已知在果蝇中棘眼(ec)、截翅(ct)和横脉缺失(cv)这3个隐性突 变基因都是X连锁的。把棘眼、截翅个体与横脉缺失个体交配, 得到3个基因的杂合体ec ct +/+ + cv (ec、ct、cv的排列不 代表它们在X染色体的真实顺序)，取其中3杂合体雌蝇再与3 隐性体ec ct cv/Y雄蝇测交，测交后代如下表。
重组值越小，说明基因间的距离越近，基因间的连锁强 度越大。
多线交换与最大交换值
两个基因之间发生一次交换时的最大交换值： 1/2×100%=50%
如两个基因距离较远时，其间可以发生两次或 两次以上的交换，则涉及的染色单体将不限于 2条，可以是多线交换。则最大交换值又会怎 样？
a b c
和一次测交，将三对非等位基因定位在一条染色
体上的方法叫三点测验(交)法。
两点测验
两点测验的步骤 Ⅰ：通过三次亲本间两两杂交，杂种F1与双隐性亲本测 交，考察测交子代的类型与比例。 例：玉米第9染色体上三对基因间连锁分析 子粒颜色：有色C＞无色c ； 饱满程度：饱满(Sh)＞凹陷(sh) ； 淀粉粒： 非糯性(Wx)＞糯性(wx). (1).(CCShSh×ccshsh)→F1 ccshsh (2).(wxwxShSh×WxWxshsh)→F1 wxwxshsh (3).(WxWxCC×wxwxcc)→F1 wxwxcc
果蝇的不完全连锁(complete linkage)
B V B V 灰长 × b v b v 黑残
B V b v ♀ b v × b v 灰长 黑残 B V b v B v b V b v b v b v b v 灰长 黑残 灰残 黑长 42% 42% 8% 8% 亲本的类型远远多于新类型。原因：同源染色体上的 非等位基因之间重新组合的结果。
四、交换和重组值
染色体内重组是交换的结果，但交换不一定导致重组。因 为我们是依据标记基因来判断是否重组的，若在两个标记 基因之间发生奇次数交换，结果必然导致重组，但若发生 偶次数交换，标记基因并不重组。
不能进行自由组合的基因群则称之为连锁群（linkage group），排列在同一条染色体上及其同源染色体上的基 因属于同一连锁群。 一种二倍体生物的连锁群数与物种的单倍染色体数相同。
双交换型
ec
ct
cv
3、计算重组值，确定图距 (1)、计算ct—cv的重组值
忽视表中第一列(ec/+)的存在，将它们放在括弧中， 比较第二、三列：
(ec) (+) (ec) (+) (ec) (+) (+) (ec) ct + + ct + ct + ct + 2125 cv 2207 cv 273 + 265 + 217 cv 223 + 5 cv 3
二、连锁基因之间距离的度量
重组频率小于50%的两个基因应位于同一条染色体上，即 是连锁的。 经独立分配的两个基因其重组频率等于50%，表明是位于 非同源染色体上或在一条染色体上的距离很远 无论等位基因是相斥（或反式）构型还是相引（或顺式） 构型，连锁基因间的重组以相同的频率发生。