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1、第第5 5章真菌类染色体作图章真菌类染色体作图第5章 真菌类的染色体作图5.1两个连锁基因的作图5.2三个连锁基因的作图5.3红色面包霉染色体着丝粒作图5.4线性四分子分析和无序四分子分析结合使用第第5 5章真菌类染色体作图章真菌类染色体作图25.1两个连锁基因的作图无序四分子分析（unordered tetrad analysis）酵母Yeast: Saccharomyces cerevisiae单细胞藻类single celled alga : 衣藻Chlamydomonas reinhardtii，构巢曲霉第第5 5章真菌类染色体作图章真菌类染色体作图3以酿酒酵母为例，研究以酿酒酵母为例
2、，研究A、B基因是否连锁？如基因是否连锁？如连锁，图距多少？连锁，图距多少？每每一一个个子子囊囊中中的的8个个子子囊囊孢孢子子的的排排列列是是杂杂乱乱无无序的。序的。 第第5 5章真菌类染色体作图章真菌类染色体作图4名 词四分子(tetrad)：在真菌和单细胞藻类中，减数分裂的四个产物（子囊孢子），以特定的方式结合在一起，称为四分子。线性四分子(linear tetrad)：子囊孢子以线性方式排列的四分子。无序四分子(unordered tetrad)：子囊孢子无序排列的四分子。八分子(actad)：减数分裂的四个产物又经一次有丝分裂所生成的八个产物。八分子是双倍的四分子，对它的分析与对四分子
3、的分析是一样的。第第5 5章真菌类染色体作图章真菌类染色体作图5无序四分子三种可能的类型 a b ab 第第5 5章真菌类染色体作图章真菌类染色体作图6孢子子a ba +a ba ba +a + + b+ b+ + b+ +亲本二型本二型非非亲二型二型四型四型(parental ditype)(nonparental ditype)(tetratype)PDNPDT第第5 5章真菌类染色体作图章真菌类染色体作图7对于连锁的两个基因座a和b，它们之间可能存在以下三种情况（图）：1.a、b 间无交换 (no crossovers, NCO)。2.一次单交换 (a single crossover,
4、 SCO)。3.存在双交换 (double crossover, DCO)。4.当然，三次或多次交换也可能出现，但是太少了，可以忽略。 第第5 5章真菌类染色体作图章真菌类染色体作图8第第5 5章真菌类染色体作图章真菌类染色体作图9parental ditype(PD)(4 parentals)tetratype(T)(2 parentals, 2recombinants)PD(4 parentals)T(2 parentals, 2recombinants)T(2 parentals, 2recombinants)Nonparental ditype(NPD)(4recombinants)a
5、 ba b+ + +a ba b+ + +a ba + b+ +a ba + b+ +a ba + b+ +a +a + b+ ba) No crossoversc) Double crossover (2-strand) b) Single crossoverd) Double crossover (3-strand)e) Double crossover (4-strand)第第5 5章真菌类染色体作图章真菌类染色体作图10To P16NPD的期的期望频率是望频率是DCO/4双交换双交换频率为频率为 DCO = 4NPD四型总频率为四型总频率为T=SCO+2NPD，所以，所以SCO = T
6、 2NPDNCO = 1 (SCO+DCO) 从上图可以求出在a、b基因座之间的单交换和双交换数。1、NPD只存在于双交换中，NPD的期望频率是DCO/4，所以双交换频率为 DCO = 4NPD2、在双交换中四型频率 = 2NPD，在单交换 中 只 有 四 型 ， 四 型 总 频 率 为SCO+2NPD，所以 SCO = T 2NPD第第5 5章真菌类染色体作图章真菌类染色体作图11Back P103、不发生交换的频率NCO = 1 (SCO+DCO)4、平均交换率m是单交换率加上2倍双交换率（每个双交换含2个单交换） m = SCO + 2DCO = (T-2NPD) + 2(4NPD) =
7、 T + 6NPD5、把m转换成图距MD MD = 50 m = 50 (T+6NPD) 第第5 5章真菌类染色体作图章真菌类染色体作图12例在a b + +杂交中，各类子囊的频率为： 56% PD，41%T和3%NPD。求基因座之间的图距。 MD= 50 (T + 6NPD) = 50 0.41 + (6 0.03) = 29.5 m.u.第第5 5章真菌类染色体作图章真菌类染色体作图13用重组率估计图距：因NPD子囊全都是重组孢子，T子囊一半是重组孢子，所以 RF = T/2 + NPD MD = 23.5 m.u.用RF估计图距，低估了6 m.u.。这是由于RF无法校正双交换所致。只有在
8、基因座距离较小时方可用RF作为图距。 第第5 5章真菌类染色体作图章真菌类染色体作图14Back P11用作图函数求图距：把重组率代入作图函数中，求出图距。 = -50 0.635 = 31.74 m.u.该结果大于，原因是用作图函数求图距时，考虑了多重交换，使其结果向上偏欹。 第第5 5章真菌类染色体作图章真菌类染色体作图15染色体交换与四分子类型的关系第第5 5章真菌类染色体作图章真菌类染色体作图16基因基因连锁基因不基因不连锁交交换类型型四分子四分子类型型和着和着丝粒之粒之间的交的交换四分子四分子类型型不交不交换PD 两个染色体均两个染色体均不不发生交生交换1PD:1NPD单交交换T一个
9、染色体一个染色体发生交生交换T双交双交换1PD:2T:1NPD二个染色体二个染色体发生交生交换1PD:2T:1NPD判断依据：判断依据：PDNPD判断依据：判断依据：PD = NPD图 基因不连锁 PD = NPD第第5 5章真菌类染色体作图章真菌类染色体作图17aa+bb+aba+b+第5章 真菌类的染色体作图5.1两个连锁基因的作图5.2三个连锁基因的作图5.3红色面包霉染色体着丝粒作图5.4线性四分子分析和无序四分子分析结合使用第第5 5章真菌类染色体作图章真菌类染色体作图185.2三个连锁基因的作图例如：用粗糙链孢霉的两个品系杂交： arg + + + pab thiarg(精氨酸):
10、 arginlne requirementpab(对氨基苯甲酸)：paraaminobenzoic acid requirementthi(硫胺素)：thiamine requirement这一杂交产生9种四分子：第第5 5章真菌类染色体作图章真菌类染色体作图19第第5 5章真菌类染色体作图章真菌类染色体作图20解：1、为了确定三个基因中每两个之间的重组频率，每两个一组，按可能的组合成三组：arg-pab，arg-thi, pab-thi，然后分别对每一组确定和计算PD、NPD及T等四分子类型的数目。例如第(3)类四分子， 就arg-pab来说属于PD类型； 但就arg-thi来说，属于T类型
11、；又如第(7)类四分子，就arg-pab与pab-thi来说为T，而就arg-thi来说则为NPD。第第5 5章真菌类染色体作图章真菌类染色体作图212、根据四分子类型的数目，求每两个基因之间的重组频率：公式R（1/2T+NPD）/（T+NPD+PD）X 100Rarg-pab= 1/2(71)+1/191100=19.1%Rarg-thi= 1/2(167)+8 /191100=47.9%Rthi-pab= 1/2(121)+2 /191100=32.7%第第5 5章真菌类染色体作图章真菌类染色体作图22arg-pab:由上表资料算出的每两个基因之间的PD、NPD及T三种四分子的数目第第5
12、5章真菌类染色体作图章真菌类染色体作图23arg-pabarg-thipab-thi PD1191668NPD182T71167121总数数191191191重重组频率率19.147.932.7PDTPDTTTTPDNPD1454103263621(PD=14+103+2=119 T=54+2+6+3+6=71 NPD=1)191 arg-thi:thi-pab第第5 5章真菌类染色体作图章真菌类染色体作图24PDTTPDTTNPDNPDT145410326 3621(PD=14+2=16 T=54+103+6+3+1=167 NPD=6+2=8) 191PDPDTTTTTNPDT145410
13、3263621(PD=14+54=68 T=103+2+6+3+6+1=121 NPD=2)1913、确定基因排列顺序：这里arg-thi重组值最高，这两个基因应相距最远，相对位置应位于两边，而pab处于中间： argpabthi Rarg-pab=19.1 Rthi-pab =32.7 Rarg-thi =47.9 这是因为在arg-thi基因间有双交换。最简单的校正办法是：这三个基因的遗传图：第第5 5章真菌类染色体作图章真菌类染色体作图25第5章 真菌类的染色体作图5.1两个连锁基因的作图5.2三个连锁基因的作图5.3红色面包霉染色体着丝粒作图5.4线性四分子分析和无序四分子分析结合使用
14、第第5 5章真菌类染色体作图章真菌类染色体作图265.3红色面包霉染色体着丝粒作图高等生物和单倍体低等生物，均具有连锁和交换现象。红色面包霉(Neurospora crassa)属于子囊菌，属真核生物。特点：个体小、生长迅速、易于培养；可进行无性生殖或有性生殖。无性世代是单倍体，染色体上各显性或隐性基因均可从表现型上直接表现出来，便于观察和分析。一次只分析一个减数分裂产物，方法简便。第第5 5章真菌类染色体作图章真菌类染色体作图275.3.1 链孢霉的生活史l分生孢子(conidia)l交配型（mating type）l子囊果(perithecium)子实体l子囊(ascus)l子囊孢子(as
15、cospore)第第5 5章真菌类染色体作图章真菌类染色体作图28第第5 5章真菌类染色体作图章真菌类染色体作图29 营养菌丝体营养菌丝体营养菌丝体营养菌丝体萌发萌发萌发萌发单倍体子囊孢子单倍体子囊孢子单倍体子囊孢子单倍体子囊孢子AscusAscospore红色面包霉的遗传（n=7）. 有性生殖过程：+、- 接合型菌丝接合受精 子囊果的子囊菌丝细胞中形成二倍体合子（2n） 减数分裂 形成4个单倍的子囊孢子（四分孢子) 有丝分裂 形成8个子囊孢子、按严格顺序直线排列在子囊内。（四分子分析：对四分孢子进行遗传分析）. 通过四分子观察，可直接观察其分离比例，检验其有无连锁。第第5 5章真菌类染色体作
16、图章真菌类染色体作图30第第5 5章真菌类染色体作图章真菌类染色体作图31红色面包霉(真菌类)的特点：易于繁殖、培养、管理；可直接观察基因表现，无需测交；可获得、分析单次减数分裂的结果；等。红色面包霉减数分裂的特点：每次减数分裂结果(四个分生孢子，或其有丝分裂产生的八个子囊孢子)都保存在一个子囊中；四分子或八分子在子囊中呈直线排列直列四分子，直列八分子，具有严格的顺序。第第5 5章真菌类染色体作图章真菌类染色体作图325.3.2 线性四分子分析与着丝粒作图四分子在子囊中的排列顺序取决于减数分裂时着丝粒的取向，因此可以将着丝粒看作一个“基因”，以它作为标准点，将基因与它比较，分析各基因间的顺序与
17、距离，该方法也称着丝粒作图。原养型（prototroph）营养缺陷型（auxotroph）第第5 5章真菌类染色体作图章真菌类染色体作图33方法l以着丝点为位点，估算某一个基因与着丝粒的重组值，进行着丝粒作图。l红色面包霉赖氨酸缺陷型lys遗传：l基本培养基上正常生长的红色面包霉菌株野生型 lys+ 或+ ，成熟后呈黑色；l由于基因突变而产生的一种不能合成赖氨酸 的菌株赖氨酸缺陷型lys- 或 ，其子囊孢子成熟后呈灰色。第第5 5章真菌类染色体作图章真菌类染色体作图345.3.2 线性四分子分析与着丝粒作图（一）线性四分子分析（linear tetrad analysis） lys+ lys-
18、l子囊孢子黑色 灰色l 8个子囊孢子l按黑色、灰色排列顺序，可有6种方式。l非交换型 (1)+ + + + - - - - (2)- - - - + + + +l交换型 (3)+ + - - + + - - (4)- - + + - - + + (5)+ + - - - - + + (6)- - + + + + - -第第5 5章真菌类染色体作图章真菌类染色体作图35（一）线性四分子分析其中：(1)、(2)非交换型；(3) (6)交换型，都是由于着丝点与+/-等位基因之间发生了交换，其交换均发生在同源染色体非姐妹染色单体间，即发生于四线期(粗线期)。根据着丝粒与某杂合基因座之间是否发生交换，减
19、数分裂中，等位基因 + 和 - 的分离有两种模式。第第5 5章真菌类染色体作图章真菌类染色体作图36第第5 5章真菌类染色体作图章真菌类染色体作图37(1(1(1(1) ) ) )(2(2(2(2) ) ) )(3(3(3(3) ) ) )(4(4(4(4) ) ) )(5(5(5(5) ) ) )(6(6(6(6) ) ) ) 1) 1)第一次分裂分离第一次分裂分离(first-division (first-division segregation,Msegregation,MI I) )第第5 5章真菌类染色体作图章真菌类染色体作图38某某对对杂杂合合基基因因在在减减数数分分裂裂时时，基
20、基因因与与着着丝丝粒粒间间未未发发生生交交换换，这这对对杂杂合合等等位位基基因因在在第第一一次次减减数数分分裂裂期期间间就就彼彼此分离，称为此分离，称为第一次分裂分离第一次分裂分离第一次分裂分离第一次分裂分离。AAaaMIAAaanAAaaAAaanAAaa2nM（一）线性四分子分析（一）线性四分子分析 A A A A A M A M A A a a A a a a a a a a (a) 第一次分裂分离模式第第5 5章真菌类染色体作图章真菌类染色体作图39 2) 第二次分裂分离( Second-division segregation , ( Second-division segregat
21、ion , MMII II) )第第5 5章真菌类染色体作图章真菌类染色体作图40某某对对杂杂合合基基因因在在减减数数分分裂裂时时与与着着丝丝粒粒间间发发生生了了交交换换，在在第第一一次次减减数数分分裂裂时时，等等位位基基因因没没有有分分离离，而而在在第第二二次减数分裂时彼此分离，称为次减数分裂时彼此分离，称为第二次分裂分离第二次分裂分离第二次分裂分离第二次分裂分离。MIIAAaa2nAaAanAaAanAaAaAaAanMIMI（一）线性四分子分析（一）线性四分子分析 A A A A a A M M a a a A A a a A a A a a (b)第二次分裂分离模式 第第5 5章真菌类
22、染色体作图章真菌类染色体作图41二、线性四分子分析与着丝粒作图第第5 5章真菌类染色体作图章真菌类染色体作图42Back P525.3.2 线性四分子分析与着丝粒作图第第5 5章真菌类染色体作图章真菌类染色体作图43（二）着丝粒作图(Centromere mapping)利用四分子分析法，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。实验说明：两种链孢霉杂交：野生型菌株(lys+，或十)，子囊孢子：黑色。赖氨酸缺陷型(lys- 或)，子囊孢子：灰色。重组率= 交换型子囊数 总子囊 1/2100第第5 5章真菌类染色体作
23、图章真菌类染色体作图44第第5 5章真菌类染色体作图章真菌类染色体作图45 例例1：赖氨酸缺陷型：赖氨酸缺陷型(lys-) 野生型野生型(lys+)序号子囊类型子囊数序号子囊类型子囊数 分裂类型分裂类型1. I 2. 非交换型非交换型3. 4. II5. 交换型交换型6. RF= * *100% II (MI+MII) 9+5+10+16105+129+9+5+10+16=* *100% =7.3%=7.3cM第第5 5章真菌类染色体作图章真菌类染色体作图46lys+/-7.3cM例2：有9个子囊对A基因为非交换型，有5个子囊对a基因为交换型：着丝粒距离5/(5+9)1/2100着丝粒作图也可
24、跟通常的基因作图一起进行第第5 5章真菌类染色体作图章真菌类染色体作图47第5章 真菌类的染色体作图5.1两个连锁基因的作图5.2三个连锁基因的作图5.3红色面包霉染色体着丝粒作图5.4线性四分子分析和无序四分子分析结合使用第第5 5章真菌类染色体作图章真菌类染色体作图485.4线性四分子分析和无序四分子分析结合使用1、无序四分子分析可精确度量基因座之间的距离。2、线性四分子分析可作着丝粒制图，也可忽略子囊孢子的排列顺序，按无序四分子分析计算基因座之间的距离。3、当按无序四分子分析计算基因座之间距离时，要考虑以下三种可能性：第第5 5章真菌类染色体作图章真菌类染色体作图49(1) 基因座分别在
25、不同染色体上。(2) 基因座位于同一条染色体的着丝粒两侧。(3) 基因座位于同一条染色体的着丝粒同侧。其中(1)和(2)对于两个基因座来说全都是独立的M II构型。而在(3)中，着丝粒与近侧基因座之间出现交换，将在同一子囊中出现两个基因座的MII构型，由此可以判断基因座之间的连锁关系。 第第5 5章真菌类染色体作图章真菌类染色体作图504、在着丝粒制图时，若基因座与着丝粒之间距离较大，也需要用平均交换次数m校正期间可能出现的双交换或多交换。 第第5 5章真菌类染色体作图章真菌类染色体作图51例1：粗糙脉孢菌有一杂交 nic + adenic: 菸酸依赖型ade: 腺嘌呤依赖型得到7种不同的基因
26、子囊型和相应的子囊数：第第5 5章真菌类染色体作图章真菌类染色体作图52表5-4 粗糙脉孢菌nic + ade杂交结果第第5 5章真菌类染色体作图章真菌类染色体作图531-4To P425-42-3第第5 5章真菌类染色体作图章真菌类染色体作图54图5-6 3种四分子的形成第第5 5章真菌类染色体作图章真菌类染色体作图555-6解：先计算基因与其着丝粒间的重组率：R-nic交换型子囊数/总子囊数1/2 100 第二次分裂分离子囊数/总子囊数1/2 100 M2/总子囊数1/2 100 （4）（5）（6）（7）/1000 1/2 100 (59015)/1000 1/21005.05%R-ade
27、M2/总子囊数1/2100 (3)(5)(6)(7)/1000 1/2100 90+90+1+5/10001/21009.30%第第5 5章真菌类染色体作图章真菌类染色体作图56连锁基因的排列顺序分析算出上述两个重组值后，还有三种可能性要考虑：（1）无连锁，位于两个不同的染色体上（2）有连锁，位于一个染色体的着丝粒的两侧（3）有连锁，位于一个染色体的着丝粒的同侧第第5 5章真菌类染色体作图章真菌类染色体作图57nicade5.059.30由前表5-4已知PDNDP，说明这两个基因是连锁的，可以排除（1），这两基因对不可能自由组合。连锁基因的同/异臂分析 可以有以下两种方法：第第5 5章真菌类染
28、色体作图章真菌类染色体作图58连锁基因的同/异臂分析1利用连锁基因n和a都处在M状态下的PD和NPD四分子类型出现的频率来判断这两个基因在同臂还是异臂上(图5-7)。 如果n、a在异臂上，当n和a都处在M状态下时，则PD与NPD都是由双交换形成，且机会应相等，因而PD与NPD的频率相等。第第5 5章真菌类染色体作图章真菌类染色体作图59表5-4 粗糙脉孢菌nic + ade杂交结果第第5 5章真菌类染色体作图章真菌类染色体作图601-4To P425-42-3图5-7 连锁基因的同/异臂分析第第5 5章真菌类染色体作图章真菌类染色体作图61二线双交换二线双交换单交换单交换四线双交换四线双交换四
29、线三交换四线三交换901表5-4的实验数据显示在中，同处MM的PD子囊数为90，在中，同处MM的NPD子囊数为1。显然，PD多于NPD（图5-7）。故n、a排列在异臂上的可能性不存在。因此，我们可以判断n、a在同臂。第第5 5章真菌类染色体作图章真菌类染色体作图62表5-5 链孢霉的nic+ade的分离资料(按分离时期排列)2在n和a分别为M和M的情况下，对子囊数与RF(n)，RF(a)进行比较分析，得下表(表5-5)。第第5 5章真菌类染色体作图章真菌类染色体作图63+/nic+/ade子囊数子囊数M1M1（808+1）809M1M2（90）90M2M1（5）5M2M2（90+5+1）961
30、000表5-4 粗糙脉孢菌nic + ade杂交结果第第5 5章真菌类染色体作图章真菌类染色体作图641-4To P425-42-3图5-8 若n、a异臂，则两基因各自的M型子囊数也应相差不到一倍第第5 5章真菌类染色体作图章真菌类染色体作图65+an 905，n、a不可能异臂不可能异臂已知RF(，RF(，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M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M，a是M的子囊有90个（表5-4中的）；交换发生在着丝粒与n间时，n是M，a是M的子囊只有5个（表5-4中的）。905，两者相差悬殊，与计算的重组值不相符合，所以，
31、这两个基因不可能独自与着丝粒发生交换。即n、a同臂。第第5 5章真菌类染色体作图章真菌类染色体作图66图5-9 当 n、a同臂时，着丝粒n之间的一个交换，也是着丝粒a之间的一个交换第第5 5章真菌类染色体作图章真菌类染色体作图67+an表5-4 粗糙脉孢菌nic + ade杂交结果第第5 5章真菌类染色体作图章真菌类染色体作图681-4To P425-42-3同一交换使同一交换使+/n出现出现M型型分离，也使分离，也使+a出现出现M型分离，型分离，101次中有次中有96次，次，强有力地证明了强有力地证明了n和和a的连的连锁关系是第锁关系是第(2)种，即：种，即：n、a在着丝粒同一侧在着丝粒同一
32、侧另外，从表5-5可见，在n与着丝粒发生交换时，a基因也一道与着丝粒交换了，即n是M，a也是M共计96(=9015)个子囊。也就是说，同一交换使+/n出现M型分离，也使+a出现M型分离，101次中有96次，强有力地证明了n和a的连锁关系是第(2)种，即：n、a在着丝粒同一侧（图5-9）。 第第5 5章真菌类染色体作图章真菌类染色体作图69因为T型四分子中只有12重组产物，NPD型四分子中，4个孢子对全部都是重组基因型，所以我们计算na间的重组率可用公式：粗糙脉孢菌在考虑着丝粒、nic、ade3个基因座在内的遗传学图如下： 第第5 5章真菌类染色体作图章真菌类染色体作图70RF (n-a) =显
33、然，已算得的 RF(a)=9.3%(9.3cM)，但实际上n、na重组率的分量之和。在此，又一次表现出末端两个基因间的重组值低估了实际图距的现象。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M的子囊相加除以2倍的总子囊数，这样把少量的在a间起过双交换的子囊遗漏了。例如子囊型，对于十a来讲，是属于M，但是我们决定了na顺序之后，得知这些子囊中发生了双交换(图5-6)，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。 第第5 5章真菌类染色体作图章真菌类染色体作图71表5-6 着丝粒与a之间的重组值低估分析第第5 5章真菌类染色体作图章真菌类染色体作图72本 章 要 点真菌类：无序四分子分析顺序四分子分析着丝点作图的基本原理第第5 5章真菌类染色体作图章真菌类染色体作图73
