第五章 连锁一 ─真核生物染色体制图基础 第一节 连锁与交换 一、连锁 1、上世纪初W. Bateson和P. C. Punnett(1906)用甜豌豆做了以下杂交： P PPLL × ppll （紫花，长花粉粒） （红花，圆花粉粒） F1 PpLl 自交 F2 P—L— + P—ll + pp L— + ppll 284 + 21 + 21 + 55 = 384 所得结果不符合独立联合的9∶3∶3∶1。 2、Morgan研究果蝇眼睛颜色（pr紫色，pr+红色）和翅形（vg残翅，vg+正常翅），做了以下杂交： pr+ pr+ vg+ vg+ × pr pr vg vg pr+ pr vg+ vg 再以双性杂合子雌性为母本，以双性隐性纯合子为父本测交 pr+ pr vg+ vg × pr pr vg vg 从测交结果可以推测出F1配子的基因型如下： pr+ vg+ + pr vg + pr+ vg + pr vg+   1339 + 1195 + 151 + 154 =2839  (1∶1)  (1∶1)    3、Morgan又做了以下杂交，每个亲本的一个性状为隐性纯合子，另一个为显性纯合子。 pr+ pr+ vg vg × pr pr vg+ vg+ pr+ pr vg+ vg × pr pr vg vg pr+ vg+ + pr vg + pr+ vg + pr vg+   157 + 146 + 965 + 1067 =2335  (1∶1)  (1∶1)   结果与测交应得到的F1四种配子的基因型之1∶1∶1∶1有很大背离。 4、分析： ①Morgan认为，在第一个杂交中，两个非等位基因位于同一条染色体上。 对于第二个杂交，一个亲本的染色体携带pr vg+另一个亲本携带pr+ vg。 ②对于配子基因型中非亲本基因组合的产生，Morgan认为，这是由于在减数分裂期间，同源染色体联会时，在非姊妹染色单体间产生交换的结果。 交换的细胞学证据是，在减数分裂期间，同源染色体配对时，两个非姊妹染色单体间所出现的交叉(chiasma)。 名词 相引(coupling)：在Morgan所做的第一个杂交中，亲本的两个非等位的显性基因似乎“紧密结合”，称为相引。 相斥(repulsion)：在Morgan所做的第二个杂交中，亲本的两个非等位的显性基因似乎“相互排斥”，称为相斥。 亲本组合(parantal combination)：在一对同源染色体上所排列的亲本（P代）基因组合。 重组(recombination)：在一对同源染色体上所出现的新的基因组合。又称为交换型(crossing-over type)，交换产物(exchange product)，染色体内重组(intra-chromosomal recombina-tion)。 连锁(linkage)：在同一条染色体上的两个基因称为连锁。连锁的基因间不出现独立联合。 连锁群(linkage group)：位于同一条染色体上的基因的总称称为一个连锁群。 交换(crossing-over)：排列在一对同源染色体上的两对等位基因，其中一对等位基因的位置相互调换，其结果产生基因重组，这一过程称为交换。 二、重组 重组可分为两大类型：染色体间重组和染色体内重组。它们可以通过重组频率加以区分。 名词 重组率(frequency of recombination)：重组配子数占配子总数的百分率。重组率记为FR。 1、染色体间重组：位于非同源染色体上的两对等位基因之间进行的重组。它们之间是独立联合的。 2、染色体内重组：染色体内重组是交换的结果。交换可出现在一对同源染色体的任何两条非姊妹染色单体的任何两个座位间，但并不是所有减数分裂细胞在这两个座位间都出现重组，因而重组率小于50%。如果没有特别强调的话，“重组”多指染色体内重组。 在Morgan所做的第一个杂交中，重组率为：  重组率永远不会大于50%。 3．连锁符号 有几种表示方法。 4．在X染色体上的连锁基因 在X-Y系统中，雄性是半合子，X染色体上的连锁基因在雄性后代中都将得到表现，因而不必进行测交即可得到母亲配子类型。 第二节 连锁图 基因在染色体上呈线性排列。位于同一对同源染色体上的基因组成一个连锁群（linkage group），它们具有连锁遗传的关系。把一个连锁群的各个基因之间的顺序和距离标志出来，就成为连锁图（linkage map），又称为遗传学图（genetic map）。  连锁图是大量实践资料的简明总结，是遗传研究工作和育种工作的重要参考资料。 一种生物连锁群的数目应该等于染色体的对数，有n对染色体就有n个连锁群。例如，水稻有12个连锁群，桃有8个，玉米有10个。连锁群的数目不会多于染色体的对数，但由于研究资料不足，可能暂时少于或多于染色体的对数。 一、连锁图的概念 Morgan在做了大量杂交后发现，后代重组率的变化范围很大。因为重组是同源染色体间交换的结果，重组率的不同可能反映了染色体上各个基因座之间的实际距离。Morgan将这一课题交给他的学生Alfred Sturtevant研究。 Sturtevant从一个测交得到以下结果： prvg / prvg 165  亲本（非交换）型   + + / prvg 191   pr + / prvg  23  重组（交换）型  + vg / prvg  21    400   重组率FR = (23+21)/400 = 11%。他认为，可以用该数值作为遗传图上两基因间线形距离的数量指标。 理由：他认为交换沿配对的同源染色体随机出现，连锁的基因间距离越大，在这区间内出现交换的机会也越高。因此，可以根据重组率得出基因间的图距。 名词 遗传图(genetic map)：以重组率表示的染色体上各基因座之间的相对距离图。遗传图又称为连锁图(linkage map)。 图距(map distance)：两个基因座之间的相对距离。 遗传图单位(genetic map unit；m.u.)：以1%重组率记为一个图单位即1 m.u.。又称为1厘摩(centimorgan；cM)。 基因座(gene locus，pl. loci)：在遗传图上表示基因所在的位置，称为基因座。例如，眼色基因座和翅长基因座相距11 m.u.，常以下图表示。 确定基因在染色体上的位置就叫做基因定位（gene mapping）。 1）、基因位于哪一条染色体上 2）、基因在染色体上的位置 3）、与相邻基因之间的关系 确定基因的位置主要是确定基因之间的相对顺序和距离。基因之间的距离是用重组率来表示的。 二、三点测交 名词 三点测交(three-point test cross)：杂合子与三基因隐性纯合子进行测交，称为三点测交。它是标准的遗传分析方法。优点： 1）一次试验等于三次“两点试验”； 2）所得的三个重组值是在同一基因型背景、同一环境条件下得到的，是严格可比的。而“两点试验”则不一样； 3）可得到“两点试验”不能得到的双交换资料。 例 1：果蝇的三对非野生型等位基因sc（鳞甲），ec（海胆眼；棘眼）和vg（残翅）。以sc/sc，ec/ec，vg/vg与野生型杂交，F1再与三隐性纯合子杂交，结果如下： ♀杂合子所产生的配子基因型 sc ec vg 235   + + + 241   sc ec + 243   + + vg 233   sc + vg 12   + ec + 14   sc + + 14   + ec vg 16      1008  分析： 1、检查数据，考查8类配子基因型的比，发现它们与1∶1∶1∶1∶1∶1∶1∶1之间有明显偏离，说明基因座之间可能存在连锁。 2、计算RF。先看sc和ec基因座，因为杂合子是由sc ec和+ + 配子而来，所以sc ec和+ +为亲本组合，sc + 和 + ec为重组合，重组类型共有12+14+14+16=56个，因而RF=(56/1008) ×100=5.5 m.u.。如下图所示： 以类似的方法计算sc和vg的重组率，结果为RF = 506/1008≈50%。因而sc和vg间是不连锁的，见下图： 注意！本例是以雌性杂合子为母本进行测交的，在黑腹果蝇减数分裂期间雄果蝇不产生联会复合体，因而在雄性黑腹果蝇中同源染色体间不进行交换，也就不会有重组后代。这种现象只出现在黑腹果蝇中，并不是普遍现象。 例 2：黑腹果蝇的三个非野生型等位基因v（朱砂眼），cv（无十字翅脉）和ct（切翅）。做了以下杂交： 雌性杂合子所产生的配子基因型 v + + 580   + cv ct 592   v cv + 45   + + ct 40   v cv ct 89   + + + 94   v + ct 3   + cv + 5      1448  分析： 1、判断是否存在连锁。8类配子基因型的比与1∶1∶1∶1∶1∶1∶1∶1之间有明显偏离，说明基因座之间可能存在连锁。 2、计算v和cv基因座间的RF，其中+ cv和v +为亲本组合。 RF(v-cv) = (45+40+89+94) / 1448 = 18.5% 计算v和ct基因座间的RF，其中+ ct和v +为亲本组合。 RF(v-ct) = (89+94+3+5) / 1448 = 13.2% 计算cv和ct基因座间的RF，其中cv ct和+ +为亲本组合。 RF(cv-ct) = (45+40+3+5) / 1448 = 6.4% 3、三个RF均小于50%，这些基因座都在同一染色体上，相互连锁。v和cv的RF最大， ct基因座必在它们中间，可用下图表示： 4、13.2 m.u.+6.4 m.u.=19.6 m.u.>18.5m.u.出现这种结果的原因是由于在v和cv间出现双交换所造成的。对于双交换见下图： 从v和cv两个座位看，双交换的结果又恢复到亲本组合。所以v ct + 和 + + cv 没有计入v和cv的重组率中，由于忽略了两次单交换（即双交换），又恢复到原来（即不交换），势必低估v-cv间重组率，也就是低估v-cv间的距离。 双交换率=(3+5) / 1448 =0.5% 两次单交换=双交换=不交换 所以，校正的v-cv间重组率 RF(v-cv)=两基因间交换值+2倍的双交换率 =18.5%+2×0.5% =19.6% 即为：(45+40+89+94+3+3+5+5) / 1448 =19.6%。 5、不经作图直接排列基因座顺序 ①在配子基因型中双交换的频数最低。 ②按F1代（或配子基因型最多）的基因型排列顺序，把亲本三个基因座中的每一个，各排在中间一次。 ③把中间的一对等位基因位置互换（相当于双交换）。 ④与8种配子基因型比较，从三种排列中找出符合双交换（频数最低的配子基因型）的基因型，它的顺序即为三个基因座的顺序。 例如：上述杂交中， 位置互换后的“2”基因型与属于双交换的配子基因型一致，ct应位于中间，所以“2”的排列顺序是正确的。 说明：遗传图只是以图单位表示的基因座之间的相对距离，并不能确定它在染色体的什么部位，也不能确定它在那一条染色体上，遗传图是一种抽象结构。 三、干涉 如果两个单交换的发生是彼此独立的，双交换的频率就应该是两个单交换频率的乘积。但实际双交换值比预期少。可见：一个单交换发生后，在它附近再发生第二个单交换的机会就会减少一些。这种现象叫做干涉（interference）。用并发系数表示干涉的大小。 名词 干涉(interference)：在染色体的一个区段上出现交换，影响相邻区段交换出现的现象称为干涉。 正干涉(positive interference)：在染色体的一个区段上出现交换，减少了相邻区段的交换称为正干涉。 在上例中，RF(v-ct)=0.132，RF(ct-cv) = 0.064，若两区段相互独立，则双重组频率=0.132×0.064=0.0084，1448只×0.0084=12只，实际上只有8只，证明两区段不独立，存在正干涉。 负干涉(negative interference)：在染色体的一个区段上出现交换，增加了相邻区段的交换称为负干涉。 并发系数(coefficient of coincidence)： 并发系数（c.o.c.） 系数愈大，表示干扰愈小。符合系数等于1，表示无干扰。符合系数为0，表示完全干扰，即一点发生交换，其邻近的另一点就不再发生交换。 干涉值(interference value)： 干涉值（I）= 1 - c.o.c.。上例中的干涉值 I = 1- 8/12 = 1/3。