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1、第六章 真核生物的遗传分析,学习要点： 真核生物基因组特征； 2 真菌四分子分析方法及连锁作图 3 真核生物重组分子机制 4.基因转变及其分子机制 5 基因删除、扩增及重排的概念及分子进化意义,C值悖论,生物体单倍体DNA总量称为 C值。 高等生物具有比低等生物更复杂的生命活动，所以，理论上应该是它们的C值也应该更高。但是事实上C值没有体现出与物种进化程度相关的趋势。这种生物学上的DNA总量与进化地位的矛盾，称为C值悖论。,分类最小基因组,支原体 0.58 X 106 细菌 2.8 X 106 酵母 3.0 X 107 霉菌 5.5 X 107 蠕虫 1.1 X 108 昆虫 0.5 X 10
2、9 鸟类 0.2 X 1010 两栖类 0.1 X 1010 哺乳类 2.8 X 1010,进化地位高，结构复杂的生物的同类生物最小基因组比较，符合进化程度越高，生物基因组越大的规律。,N值悖论,生物基因数目与生物在进化树中位置不存在正相关的事实。 原因： 1. 内含子可变剪切 2. 转录后加工 3. 基因组重复序列 4. 基因调控元件的复杂性,DNA序列的分类,基因序列和非基因序列 基因序列：以起始密码子开始，终止密码子结束的一段DNA序列，称为开放阅读框（open reading frame, ORF） 非基因序列：基因序列以外的DNA序列。 编码序列和非编码序 编码序列：编码RNA和蛋白
3、质的DNA序列。 非编码序：内含子和基因的间隔序列。,单一序列和重复序列 单一序列： 基因组中只有一份的DNA序列。 重复序列：基因组中重复出现的序列。例如，STR，SNP，微卫星DNA等。,第二节 真菌类的遗传分析-四分子分析,顺序四分子分析 非顺序四分子分析:,着丝粒作图 重组作图,重组作图,(一)着丝粒作图 1 概念: 例如： Lys- X Lys+,四分子分析,一 顺序四分子分析,Fig 9.6a Cultures of Neurospora crassa., 2003 John Wiley and Sons Publishers,Credit: From an INTRODUCTIO
4、N TO GENETIC ANALYSIS 5e by Griffiths et al. Copyright 1993 by W.H. Freeman and Company. Used by permission.,Fig 9.8 Photomicrograph showing segregation of dark and light ascospores in Neurospora., 2003 John Wiley and Sons Publishers,Credit: Science Source/Photo Researchers,Fig 6.7 Segregation patte
5、rns in Neurospora asci., 2003 John Wiley and Sons Publishers,Fig6.7.1 Production of ordered tetrads of ascospores in Neurospora., 2003 John Wiley and Sons Publishers,1、着丝粒作图：由于顺序四分子的特点，可将着丝粒看成一个基因座位，通过不同类型的子囊孢子接合来测定基因与着丝粒之间的遗传距离。 2、顺序四分子分析： 例：子囊孢子颜色性状遗传： B基因控制子囊孢子为黑色，b基因控制子囊孢子为浅灰色，两种类型孢子接合，经减数分裂对子代孢
6、子颜色进行分析。,一 顺序四分子分析,亲本： 合子： 减数分裂 减数分裂 有丝分裂,B,。,。,。,。,b,。,。,。,。,。,。,。,。,B,b,染色体复制且配对，进入减数分裂,B,b,。,。,。,。,B,B,B,b,b,b,。,。,。,。,。,。,两种基因型分离,分裂模式： 第一次分裂分离 亲本型（M1型）,B,b,亲本： 合子： 减数分裂 减数分裂 有丝分裂,B,。,。,。,。,b,。,。,。,。,。,。,。,。,B,b,染色体复制且配对，进入减数分裂,B,b,。,。,。,。,B,b,B,B,b,b,。,。,。,。,。,。,两种基因型分离,B,b,分裂模式： 第二次分裂分离 重组型（M2
7、型）,考察两种子囊的数目，可镜检区分子囊的类型，M2型子囊中只有一半孢子发生交换，故B基因与着丝粒的重组值： RF.=1/2（M2型子囊数）/全部子囊数,着丝粒距离的计算,基因与着丝粒的交换值： = 交换型子囊数(M2) (1/2)100% 交换型子囊数(M2)+非交换型子囊数(M1) Lys-.交换值= （9+5+10+16） (1/2)100 % 105+129+9+5+10+16 = 7.3% 作图: 0(着丝点） Lys 0 7.3,Fig6.7.2 Centromere mapping in Neurospora. In Cross 1, the mutant strain, thi
8、-, requires thiamin; in Cross 2, the mutant strain, chol-, requires choline., 2003 John Wiley and Sons Publishers,（二）两连锁基因的作图, 杂交实验 P n + X + a (n) (n) + n + a (2n) 减数分裂 36种不同组合 7种不同类型子囊型,表6-4中的第 5 类包括： + a n + + a n + n + + a n + + a + a + a n + n + n + n + + a + a,表6-4 粗糙脉孢菌 n + x + a 杂交结果,2 计算着丝粒
9、距离 nic-.M2/(M1+M2) (1/2)100% =(5+90+1+5)/1000X100%(1/2) =5.05% ade-.M2/(M1+M2) (1/2)100% =(90+90+1+5)/1000(1/2)100%=9.30%,两基因可能的位置关系： 三种：自由组合 连锁：着丝粒两侧 着丝粒同侧,分型与连锁关系的判断,亲二型 (PD): 非亲二型(NPD): 四 型(T):,连锁判断：自由组合 连锁 结果 NPD/PD=1 NPD/PD1 2/898结果表明：nic 与 ade 连锁,4 两个连锁基因位置的判断（同臂或不同臂）,（1）利用连锁基因都处于MII时，PD 和NPD四
10、分子类型 频率判断,（2）比较n和a分别为MI和MII时的子囊数进行判断,+/n +/a M1 M1 809 M1 M2 90 M2 M1 5 M2 M2 96,如果两基因各在一侧：M2(a)/M2(n)2 实验结果：M1M2/M2M1= 90/5 =18(倍) 与实验不符，说明两基因在同侧。,5 作图：,nic ade0 5.05 10.25,202+208-372 = 38 38/ 4000=0.95% 9.3+0.95=10. 25,表6-6,二 非顺序四分子遗传分析,子囊： PD NPD T AB aB ab AB aB aB ab Ab Ab ab Ab AB RF（重组值）=1/2
11、T+NPD/总子囊数X100% 重组值可能被低估，可用PD、NPD、T三种子囊的频率 推导出两基因间平均每个减数分裂的交换数(m)； m =SCO+2DCO 交换值(X)=1/2m； m = T+6 NPD 交换值(X)=(T+6NPD)X50%,图6-11 3种无序四分子的形成,a b PD A B NCO,a b T A B SCO,a b T A B DCO,a b NPD A B DCO,如果假设双交换在四条染色单体间随机发生： DCO（4线双交换）= 4 NPD 如果假设双交换在三条染色单体间随机发生： DCO（3线双交换）= 4T=2NPD T=SCO（单交换）+ DCO（3线双交
12、换） SCO=T-DCO（3线双交换）=T 2NPD m=SCO+DCO=（T-2NPD）+2（4NPD） =T+6NPD 例如：PD=0.56； NPD=0.03；T=0.41 交换值=1/2m=（T+6NPD）X50% 图距=50（T+6NPD）=50(0.41+6X0.03)=29.5,第三节 遗传重组的分子机制,学习要点： 1.概念：转座子；基因转变；负干涉；共转换；极化子 2.同源重组、位点专一重组和异常重组的异同。 3.同源重组的过程(Holliday Model),遗传重组的类型,根据对DNA和序列和所需蛋白质因子的要求，可有三种类型的重组。其共同点是双股DNA间的物质交换，但其
13、发生的情况有所不同。,一、同源重组,它的发生是依赖大范围的DNA同源序列的联会。重组过程中，两个染色体或DNA分子交换对等的部分,需要重组的蛋白质参与，eg.大肠杆菌中的RecA蛋白、RecBC蛋白； 蛋白质因子对DNA碱基序列的特异性要求不高；（存在重组热点和序列长度的影响） 真核生物染色质的状态影响重组的频率。,三、异常重组,完全不依赖于序列间的同源性而使一段DNA序列插入另一段中，但在形成重组分子时往往是依赖于DNA复制而完成重组过程。eg.转座作用,需要转座酶和对转座区域DNA的复制。,二、位点专一性重组,重组依赖于小范围同源序列的联会，发生精确的断裂、连接，DNA分子并不对等交换 e
14、g. -phage DNA对E.coli 的整合(attPattB),需要有15 bp的同源序列和专一性的蛋白质因子参与。,一、断裂与重接模型 重组双方DNA分子的断裂与重接 1. 证据： 1961，M.Meselson and J.J.Wergle两个双标记噬菌体感染大肠杆菌。 (c.mi)噬菌体1 13C和14N “重”链 (+.+) 噬菌体2 12C和14N “轻”链,同时感染,大肠杆菌,子代噬菌体,CsCl密度梯度离心,重链 重链和轻链 轻链,同源重组的分子机制,试验结论： 菌株A与菌株B必定发生DNA链的断裂和重接，各类重组型的密度梯度离心呈现中间条带，说明遗传重组是通过两条链断裂后
15、重接完成。 二、同源重组的Holliday模型： 1、同源的非姐妹染色单体联会。 2、同源的非姐妹染色单体两个方向相同的两条链，在内切酶作用下，在相同位置上形成切口。 3、切开的单链交换重接，形成交联桥，或称Holliday中间体。 4、形成的Holliday中间体，通过平面旋转，形成Holliday异构体。,5、不同的切割、重接模式形成亲本型和重组型染色体。 6、不论怎样方式切割、重接，在两个异源双链中都存在一段异源DNA。,两个环状DNA分子配对、断裂、重接形成“8”字型结构中间物，根据切割的位置不同，可分别形成两个亲本环、大的单体环或者是滚环结构。也可以形成“” 结构,三、环状DNA分子的重组,四、基因转变及其分子机理,4.1异常分离与基因转变 基因转变(gene conversion)：一个基因转变为它的等位基因的遗传学现象。 基因转变的类型： A. 染色单体转换； B. 半染色单体转换。,
