第六章 染色体和连锁群

1. 第六章 染色体和连锁群 第一节 连锁与交换 第二节 真菌类的遗传学分析 第三节 人类连锁分析和细胞学图 第四节 染色体遗传机制在理论上 和实践上的意义

2. 第一节 连锁与交换 • 连锁 • 交换 • 雌雄的连锁不同 • 连锁群 • 三点试验与基因直线排列 • 并发率和干涉 • 连锁图 • 重组值与交换值 • 孟德尔研究过的7对基因位于7个不同染色体上吗？

3. 连锁(Linkage） • 性状连锁遗传的发现 • 连锁遗传现象是1906年英国学者贝特森(Bateson，英国生物学家，曾经重复过孟德尔实验)和潘耐特（Punnett）在香豌豆两对相对性状杂交试验中首先发现的，但未能提出科学的解释。

4. 1910年由美国学者摩尔根（ T. H. Morgan, 1910 ）通过大量的果蝇方面实验研究，确认了另一种遗传现象，即连锁遗传（遗传学的第三大基本定律)。摩尔根提出连锁遗传规律以及连锁与交换的遗传机理，并创立基因论(theory of the gene)。

5. 连锁交换定律也是自由组合定律的发展，但这种发展又和前面讨论的“基因的相互作用”不同，“基因的相互作用”讨论的基因之间作用是由基因本身性质所决定的，并且是两对基因参与控制一个性状。而连锁交换定律，两对基因参与控制的是两个性状，并且在F2中表现型的分离比和亲代的性状组合有关。连锁交换定律也是自由组合定律的发展，但这种发展又和前面讨论的“基因的相互作用”不同，“基因的相互作用”讨论的基因之间作用是由基因本身性质所决定的，并且是两对基因参与控制一个性状。而连锁交换定律，两对基因参与控制的是两个性状，并且在F2中表现型的分离比和亲代的性状组合有关。

6. 例1：紫花、长花粉粒×红花、圆花粉粒 结果： F1两对相对性状均表现为显性，F2出现四种表现型； F2四种表现型个体数的比例与9:3:3:1相差很大，并且两亲本性状组合类型(紫长和红圆)的实际数高于理论数，而两种新性状组合类型(紫圆和红长)的实际数少于理论数。

7. 例2：紫花、圆花粉粒×红花、长花粉粒 结果： F1两对相对性状均表现为显性，F2出现四种表现型； F2四种表现型个体数的比例与9:3:3:1相差很大，并且两亲本性状组合类型(紫圆和红长)的实际数高于理论数，而两种新性状组合类型(紫长和红圆)的实际数少于理论数。

8. 连锁遗传现象概念 • 杂交试验中，原来为同一亲本所具有的两个性状在F2中不符合独立分配规律，而常有连在一起遗传的倾向，这种现象叫做连锁遗传现象。

9. 用玉米研究连锁的优点： • 1、很多性状可在种子上看到。 • 2、一棵玉米穗上有几百粒种子，便于计数。 • 3、容易去雄和杂交 • 4、因玉米是经济作物，故有些实验结果可直接用在生产上。

10. P CCShSh × ccshsh 有色饱满 无色凹馅 F1 CcShsh × ccshsh 有色饱满 无色凹馅 测交后代 CcShsh Ccshsh ccShsh ccshsh 有色饱满 有色凹陷 无色饱满 无色凹馅 1 ： 1 ： 1 ： 1

11. P CSh/CSh × csh/csh 有色饱满 无色凹陷 F1 CSh/csh × csh/csh 有色饱满 无色凹陷 测交后代 CSh/csh Csh/csh cSh/csh csh/csh 有色饱满 有色凹陷 无色饱满 无色凹陷 4032 149 152 4035 亲组合 4032 + 4035 = 8067（8067 / 8368 = 96.4%） 重组合 149 + 152 = 301（301 / 8368 = 3.6%）

12. P cSh/cSh × Csh/Csh 无色饱满 有色凹陷 F1 cSh/Csh × csh/csh 有色饱满 无色凹陷 测交后代 CSh/csh Csh/csh cSh/csh csh/csh 有色饱满 有色凹陷 无色饱满 无色凹陷 638 21379 21906 672 亲组合 21379 + 21906 = 43285（43285 / 44595 = 97.06%） 重组合 638 + 672 = 1310（1310 / 44595 = 2.94%）

13. 可见不论用哪种交配方式，结果都是一样，亲组合比例很高，占97%左右，而重组合类型比例很低，仅占3%左右。重组合类型明显地少于亲组合类型说明基因间有连锁存在。可见不论用哪种交配方式，结果都是一样，亲组合比例很高，占97%左右，而重组合类型比例很低，仅占3%左右。重组合类型明显地少于亲组合类型说明基因间有连锁存在。

14. 交换 • 交叉型假设： • 1、在减数分裂前期，尤其是双线期，配对中的染色体不是简单的平行，而是在某些点上显出交叉缠结的图象（称为交叉）。这是同源染色体间对应片段发生交换的地方。 • 2、相互连锁的两个基因位于同一染色体的不同位置之间发生交换，就导致这两个连锁基因的重组。

15. 交换的细胞学证据： 所谓的交换是指两条同源染色体对应节段间的交换，从而导致了基因间的交换。生物在形成配子的过程中，都要经过减数分裂，同源染色体配对形成四分体，它是由四条染色单体组成的。这时，在显微镜下往往可观察到染色体的某些点上出现交叉现象，交换就发生在这些地方。

16. （先交叉） （后交叉） （先交换） ** 交叉与交换的关系 1. 区别：交叉指的是一种细胞学现象，在显微镜下可见。 交换是一种遗传学的概念，在显微镜下不能看 到，只能通过子代的表型来推算它的发生与否。 2. 联系：交叉是交换的结果（先交换又交叉）。

18. 雌雄的连锁不同 1. 完全连锁（complete linkage） 同一条染色体上的基因构成一个基因连锁群(linkage group)，它们在遗传的过程中不可能独立分配，而是随着这条染色体作为一个整体传递到子代中，这叫做完全连锁。 到目前为止，只发现雄果蝇和雌家蚕不发生交换而表现完全连锁，即不产生重组类型。

19. b V B v ╳ 黑长♀ P：灰残♂ B v b V b v B v 灰长 ♂ ╳ 黑残♀ F1： b v b V B v b v b V Gm： B v b V 测交结果 b v b v 灰残 1 ： 黑长 1 果蝇完全连锁遗传图

20. 2、不完全连锁： 指的是在配子形成过程中，非姐妹染色单体间发生交换，其上的基因也随之发生交换，出现了和完全连锁不同的遗传现象。（一般的连锁现象指的均为不完全连锁） 纯合白色卷羽鸡与纯合有色常羽鸡杂交，其F1代与双隐性亲本测交，获得如下结果： 其中，白色（I）对有色（i）为显性，卷羽（F）对常羽（f）为显性。

21. i f I F ╳ 有色常羽♂ P：白卷♀ I F i f i f I F ╳ 白色卷羽 F1： i f i f I F i f i F i f I f Gm： 测交 结果 IiFf iiff Iiff iiFf 白色 有色 白色 有色 卷羽 常羽 常羽 卷羽 15只 12只 4只 2只 亲本型占81.8% 交换型18.2% 鸡的测交实验

22. I F i f I F I f i F i f I F i f I F 亲本型 i f I f 重组型 i F

23. 重组合 重组值 （交换值%）  100% = 亲组合+重组合 基因交换率的测定 （1）交换值（crossover value）即重组值，是指重组合的配子数占总配子数的百分率。它代表着基因间的距离单位，交换值的每一个百分点叫做一 个遗传单位。其计算公式如下： 注意：一般情况下，即两个基因在染色体上距离较近，发生单交换时，重组值即为交换值；反之，两个基因距离较远，可能发生双交换等偶数交换时，重组值就不等于交换值，此时交换率应该大于重组值，故公式需要校正。

24. （2）交换值的测定： 基因交换值的大小，取决于基因间的距离，一般地说，基因间的距离越大，交换可能性越大。所以通常以交换值表示基因间的连锁强度。很明显，交换值越大，连锁强度越小；反之，交换值越小，则连锁强度越大。 交换值可通过某种生物杂交后所得到的F1代与双隐性亲本测交来测定，这样测交后代所出现总的类型数，反映了F1代所形成的总的配子数，出现的新类型即反映了重组合配子的数目，这样根据公式可求交换值。

25. 性细胞总数 未交换性细胞 交换性细胞 IF if If iF 804=320 80个未交换 160 160 0 0 20个交换 20 4=80 20 20 20 20 20+20  交换率= =10% 320+80 （即有20%性母细胞发生交换） 补充：如果100%性母细胞在减数分裂时都发生基因交换，则亲本型细胞占50%，重组型细胞占50%，这和自由组合没有区别。实际上连锁遗传时，重组型细胞一般少于50%。 若100个性母细胞，80个未发生交换，20个发生交换，则交换值为多少？

26. 连锁群 • （1）如果A基因与B基因连锁， B基因与C基因连锁，那么， A基因与C基因连锁。 • （2）如果A基因与B基因连锁， B基因与C基因不连锁，那么， A基因一定不与C基因连锁。 • 这样就得出连锁群概念：设A、B、C、D四个基因，如果A与B连锁，C与D连锁，而A与C不连锁，则 A与B属于同一连锁群，C与D属于另一连锁群。

27. P162

28. 三点试验与基因的直线排列 基因在染色体上占据一定的位置，不同的基因在染色体上的位置是不同的，并且彼此有一定距离。因此我们可以用一定的方法把基因在染色体上的相对距离测定出来，并定位在染色体上，该方法叫基因定位。通过多个位点的测定，绘制成基因连锁图。由于连锁基因的交换值在一定的条件是恒定的，而基因又是在染色体上呈直线排列的，因此常用交换值当作基因间的相对距离单位。 一个物种有几对染色体就有几个连锁群。

29. 基因定位方法： 1. 两点测验：是最基本的方法，是以两对基因为基本单位来计算重组值（交换值），以求得基因间的距离，从而进行定位。 该方法过程比较繁琐，需要进行三次杂交，三次测交，且数据不够精确（若连锁基因间的距离较远，可能发生双交换，用此测定法就无法测出来）。 2.三点测验： 3. 用生物技术的方法：原位杂交技术等。

30. y 1.5 W 6.9 5.4 bi 如：在普通果蝇中，根据杂交和测交知道，白眼基因W和黄身基因y是连锁的，其交换率1.5%，即W、y的相对距离为1.5个单位；同样，W和粗脉翅bi也是连锁，交换率为5.4%，即W和bi的相对距离为5.4个单位。W、y、bi位于同一个染色体上。 该三个基因的次序如何呢？还应求得y、bi的交换率。根据实验可知，其交换率为6.9%。这表明该三个基因的次序为：y、W、bi，且因为他们排列在一条直线上，则可把该三个基因定位如图。 基 因定 位（两点测验）

31. 2. 三点测验： 是研究重组率最容易的方法，它以利用三个相互连锁的基因间关系，只通过一次杂交，获得三对相互连锁的等位基因的杂合体再和三个隐性等位基因的个体进行一次测交，就可同时确定三对基因在染色体上的位置和次序。（但得到三隐性个体或隐性纯合个体是很难的） 进行这种测验，一次测验就等于三次“两点测验”，而且还有两个优点：（1）一次三点测验中得到的三个重组率是在同一基因型背景、同一环境条件下得到的；而三次“两点测验”就不一定这样。故只有从三点测验所得到的三个重组率才是严格可以相互比较的。 （2）通过三点测验可得到三次两点测验所不能得到的资料，就是关于双交换的资料。

32. 三点试验计算实例：黑腹果蝇（P164） • 黑腹果蝇中的三个突变基因ec、sc、cv，都是X连锁遗传的。把ec与sc 、cv杂交，得到三杂合体ec++/+ sc cv。三杂合体再与三隐性雄蝇（ ecsccv /Y）交配，试验中实得的个体数如：P164表6-2。 • 表型 实得数 • ec++ 810 • + sc cv 828 • ec sc+ 62 • ++cv 88 • + sc+ 89 • ec+cv 103 • 合计 1980

33. 先来计算ec- sc的重组值，不看cv/+的存在，把它放在括号里 • 表型 实得数 • ec +（+） 810 • + sc（ cv） 828 • ec sc（+） 62 • + +（cv） 88 • + sc（+） 89 • ec +（cv） 103 • 合计 1980 • 亲组合是810+828+89+103=1830 • 重组合是62+88=150，所以重组值是由两个基因在染色体上的距离决定，那么， ec- sc的重组值150/（1830+150）=7.6%，去掉%后，就作为两个基因在遗传学图上的图距（map distance）. ec 7.6 sc

34. 计算ec- cv的重组值，不看sc/+的存在，把它放在括号里 • 表型 实得数 • ec （ + ） + 810 • + （ sc ） cv 828 • ec （ sc ） + 62 • + （ + ） cv 88 • + （ sc ） + 89 • ec （ + ） cv 103 • 合计 1980 • 亲组合是810+828+62+88=1788 • 重组合是89+103=192，所以重组值是由两个基因在染色体上的距离决定，那么， ec- cv的重组值192/（1788+192）=9.7%，2基因在遗传学图上的图距为9.7 ec 9.7 cv

35. 计算sc- cv的重组值，不看ec/+的存在，把它放在括号里 • 表型 实得数 • （ ec ） + + 810 • （ + ） sc cv 828 • （ ec ） sc + 62 • （ + ） + cv 88 • （ + ） sc + 89 • （ ec ） + cv 103 • 合计 1980 • 亲组合是810+828=1638 • 重组合是62+88+89+103=342，所以重组值是由两个基因在染色体上的距离决定，那么， sc- cv的重组值342/（1638+342）=17.3%，2基因在遗传学图上的图距为17.3. sc 7.6 ec 9.7 cv 17.3

36. P167表6-3

37. 上述例子后代只有6种表型，重组值之间的关系较为简单。但在大多数情况下，侧交后代有8种 表型，P表6-4

38. ec---ct 10.1%+8.3%=18.4% ec---cv 10.1%+0.1%=10.2% ct---cv 8.3%+0.1%=8.4% 10.2+8.4=18.4？ 我们注意到有8只果蝇（+++和ec ct cv ）计算时用过2次，计算ec---cv时和ct---cv时都用到它，可是在计算ec---ct时却没有把它计算在内，虽然这些染色体在间已起过2次交换，但对ec---ct来讲双交换的结果等于不交换。所以如有双交换的存在，在计算ec---ct间的距离时，一定要加上2倍的双交换（2*0.1%），即：18.4%+2*0.1%=18.6% 三点试验中，两边两个基因对的重组值一定等于另外两个重组值之和减去两倍的双交换值。这个法则称为基因直线排列定律。（Sturtevant在1913年最初确立）

39. 并发率和干涉 • 如果两个基因对间的单交换并不影响邻近两个基因对间的单交换，我们预期双交换的频率就是两个单交换频率的乘积，可实际观察到的双交换值往往比预期值低。例如：上述例子中ec---cv 重组值10.2%，ct---cv重组值8.4%，如果一次单交换并不影响邻近两个基因对间的单交换，那么这三点之间发生双交换的概率应该是10.2%*8.4% = 0.86%，但实际双交换只有（5+3）/ 5318 = 0.15%。可见，每发生一次单交换时，它的邻近发生但交换的机会要减少一些，这种现象叫干涉。

40. 观察到的双交换百分率 并发率 = 两个单交换百分率的乘积 象sc-ec- cv试验中，预期双交换的频率是7.6%*9.7%=0.74%，但实验中一个双交换个体也没有，所以“干扰”是完全的。一般用并发率表示干扰的大小： 并发率愈大，干涉愈小；并发率=1，表示没有干扰。在ec-cv- ct试验中，并发率=0.15%/0.86% = 0.17，干扰=1-0.17=0.83或83%，而在sc-ec- cv试验中，并发率 = 0/0.74 = 0，干扰= 1-0 = 100%。

41. 连锁图 • 根据基因在染色体上直线排列的定律，我们可以把每个连锁群画成一个连锁图，或称遗传学图（见P173图）。这种图是大量实验材料的简明总结，是以后实验和育种工作的重要参考资料。 • （1）基因在遗传学图上有一定的位置，这个位置叫做座位。一般以最先端的基因位置为0。发现有更先端位置时，把0让给新的基因，其余的基因位置做相应移动。 • （2）重组值在0到50%之间，但在遗传学图上，可以出现50单位以上图距。因为有时两基因间发生多次交换的关系，实验得到的重组值与图上的数值不一定是一致的。从而要从图上数值知道基因间的重组值只限于邻近的基因座位间。

43. 孟德尔研究过的7对基因位于7条不同染色体上吗？孟德尔研究过的7对基因位于7条不同染色体上吗？ 孟德尔研究了豌豆的7种单因子杂种的分离方式，在这基础上进而研究了二因子杂种和三因子杂种的分离方式。结果他得出结论说，一对因子的分离与另一对因子的分离是独立的，两者是自由组合的。这样的结论在相当一段时间内就被认为是孟德尔研究过7对基因分别位于7条不同染色体上的证据。但鉴于豌豆的单倍染色体数也恰好是7条，理所当然的会产生这样的问题：事情真有这样的巧合吗？ 在1968年，Lamprecht发表了豌豆的遗传图，图中也包括了孟德尔研究过的7对基因。

44. Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ Ⅶ Gp/gp 注： R/r：豆粒饱满(圆)和皱缩 I/i：子叶黄色和绿色 A/a：花冠红和白 V/v：豆荚不分节、分节 Gp/gp：未熟豆荚绿和黄 Fa/fa：花腋生和顶生 Le/le：植株高和矮 21 Fa/fa 78 0 A/a R/r 60 Le/le 199 I/i 204 211 V/v Lamprecht的豌豆遗传图（从Nakazawa,1986) （图中仅标出孟德尔研究过的7对基因的相对位置和图距）

45. 前述孟德尔的二因子杂种是豆粒圆皱（R/r）和子叶黄绿（I/i）这两对基因的分离；而三因子杂种是研究豆粒圆皱、子叶黄绿和花冠红白（A/a）这三对基因的分离。结果发现，子二代分离数据都符合自由组合的原则。 这看来和遗传图上某些基因相互连锁的事实有矛盾，但实际并非如此。R/r单独在第七染色体上，自然与其它染色体上的基因可以自由组合，而A/a与I/i这两对基因虽同位于第一染色体上，但这两对基因间的图距单位却高达204，应用作图函数推算，重组率竟高达49%，早已属于自由组合范围了。

46. 然而，孟德尔可能没有做植株高矮和豆荚形状的两因子杂交试验，因为这两对基因都在第四条染色体上，且它们的图距单位为12，有较强的连锁，若用该两对相对性状做试验，则测得的数据将与自由组合的理论数有明显差异。 不过不论怎样，孟德尔从二因子和三因子杂交试验归纳出来的自由组合定律在一定范围内是正确的，是经得起考验的。

47. 第二节 真菌类的遗传学分析 • 粗糙链孢霉作为遗传分析材料的优点： • （1）因为它是单倍体，没有显性的复杂问题。 • （2）一次只分析一个减数分裂的产物，而二倍体不是那样。 • （3）个体小，长得快，易于培养，一次杂交可以产生大量后代，所以统计结果易于正确，低到10-8的低频率也可测出。 • （4）它进行有性生殖，染色体的结构和功能类似于高等动植物。

48. 四分子分析 • 着丝粒作图 • 链孢霉的连锁 • 染色单体干扰

49. 四分子分析 • 单一减数分裂的4个产物留在一起，称作四分子。对四分子进行遗传分析，称作四分子分析。链孢霉的减数分裂的4个产物留不仅留在一起，而且以直线方式排列在子囊中，这种顺序四分子在遗传分析上有很多好处（ P179 ）。

50. 着丝粒作图 • 从野外采集的链孢霉能在简单、成分清楚的培养基上生长、繁殖，一般称之为野生型或原氧型； • 在实验室中得到的菌株，一定要在培养基中添加某一营养物质才能生长，一般称之为营养缺陷型。例如：一定要在培养基中添加赖氨酸才能生长的就称为赖氨酸依赖型或赖氨酸缺陷型。