1、 絲狀真菌的遺傳絲狀真菌，尤其是粗糙脈孢菌 (Neurospora crassa) 和構(gòu)巢曲霉 (Aspergillus nidulans)一直是研究真核生物遺傳重組、基因組織和基因表達(dá)調(diào)節(jié)的模式系統(tǒng)。真菌的有性生殖和準(zhǔn)性生殖過程是真菌在自然界條件下進(jìn)行遺傳物質(zhì)轉(zhuǎn)移和重組的主要途徑。1 早期絲狀真菌遺傳研究主要集中在有性生殖和準(zhǔn)性生殖過程，并通過經(jīng)典遺傳分析對其進(jìn)行研究。 70年代發(fā)展起來的原生質(zhì)體融合技術(shù)為絲狀真菌遺傳物質(zhì)的轉(zhuǎn)移和重組提供了較方便和有效的手段，并使獲得種間甚至屬間雜種成為可能，所以被稱為細(xì)胞水平上的遺傳工程。 隨著重組DNA技術(shù)的不斷發(fā)展，1979年Case等在粗糙脈孢菌中建

2、立了第一個絲狀真菌的DNA轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，從此絲狀真菌的遺傳研究跨入了分子遺傳學(xué)時代。 現(xiàn)在在所有主要的絲狀真菌中都建立了DNA轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，并已普遍用于基因分離和基因結(jié)構(gòu)、基因組織、基因表達(dá)調(diào)控等研究，科學(xué)家們正興奮地期望用分子生物學(xué)方法解決絲狀真菌中長期以來使人迷惑不解的各種生物學(xué)問題。2第一節(jié) 粗糙脈孢菌 ( 順序排列四分體) 的遺傳分析 粗糙脈孢菌在有性生殖過程中，每個合子核減數(shù)分裂的全部產(chǎn)物不僅同處于一個子囊內(nèi)，并且呈直線排列。我們將這樣的以直線方式排列在同一個子囊內(nèi)的四個減數(shù)分裂產(chǎn)物稱為順序排列四分體。一、粗糙脈孢菌的生活史3二、粗糙脈孢菌有性雜交的遺傳分析 (一) 四分體分析 減數(shù)分裂的產(chǎn)

3、物在一個子囊內(nèi)形成順序排列的四分體，是粗糙脈孢菌有性雜交的特點(diǎn)。 對順序排列的四分體可以進(jìn)行如下的遺傳分析：(1)判斷第一次分裂分離和第二次分裂分離，(2)計(jì)算著絲粒，(3)計(jì)算重組頻率。41第一次分裂分離和第二次分裂分離粗糙脈孢菌的特點(diǎn)是它的四分體呈順序排列。例如，將A和a接合型的兩個菌株的細(xì)胞接合以后，通過有性生殖可產(chǎn)生含有子囊的子囊果，每一個子囊中含有8個子囊孢子。將粗糙脈孢菌的一個子囊中的8個子囊孢子依次序分離培養(yǎng)，可以得到8個單孢子菌株。如果在這8個菌株的斜面上都放上屬于接合型a的分生孢子，經(jīng)過培養(yǎng)可以看到4個斜面上出現(xiàn)成熟的子囊果，4個斜面上沒有子囊果，說明4個菌株的接合型屬于A、

4、4個屬于a，并且其排列順序?yàn)锳AAAaaaa。5為什么會出現(xiàn)這種現(xiàn)象呢？這可以用圖 所示的模型加以解釋。即A和a接合型分別受染色體上的接合型基因的控制，在減數(shù)分裂的第一次分裂中A和a基因發(fā)生分離，結(jié)果出現(xiàn)上述性狀。如果決定接合型的物質(zhì)與染色體無關(guān)，它就不會作這樣有規(guī)律的分離。6粗糙脈孢菌的子囊孢子的排列方式除了上述情況外，還有另外5種排列方式，也就是說，其子囊孢子的排列共有下面6種方式：() A A A A a a a a() a a a a A A A A() A A a a A A a a() a a A A a a A A() A A a a a a A A() a a A A A A

5、a a7 這6種排列方式和它們進(jìn)行減數(shù)分裂時的染色體行為特點(diǎn)有關(guān)。 () 型和()的出現(xiàn)，是由于在減數(shù)分裂過程中接合型基因座位 (A或a) 與著絲粒之間未發(fā)生染色體交換的緣故(圖)。由于A和a 基因在第一次分裂時就發(fā)生相互分離，所以稱為第一次分裂分離 (first division segregation)。相反，()、()、()、()型的出現(xiàn)是由于A和a 基因與著絲粒之間發(fā)生染色體交換所致(圖)。由于A和a 基因是在第二次分裂時才發(fā)生相互分離，所以稱為第二次分裂分離(second division segregation)。892著絲粒距離根據(jù)前面的分析，粗糙脈孢菌中8個子囊孢子的排列方式可

6、反映基因分離的方式以及基因與著絲粒之間是否有染色體交換發(fā)生。只有當(dāng)有關(guān)基因和著絲粒之間發(fā)生了一次染色體交換時，才會產(chǎn)生第二次分裂分離的排列方式。經(jīng)典遺傳學(xué)研究結(jié)果早已證明，染色體上兩個位點(diǎn)之間的距離越遠(yuǎn)，則這兩位點(diǎn)之間發(fā)生交換的頻率也就越高。 10 （1 / 2） 第二次分裂分離子囊數(shù)著絲粒距離 = 100圖距單位 總子囊數(shù)早在1932年，粗糙脈孢菌的接合型基因的著絲粒距離已經(jīng)測定。所根據(jù)的數(shù)據(jù)見表。因此，就可以通過第二次分裂分離的子囊頻率來計(jì)算某一基因和著絲粒之間的距離，稱這種距離為著絲粒距離。因?yàn)槊恳粋€第二次分裂分離子囊中只有一半是重組的子囊孢子，另一半子囊孢子是非重組的，所以基因座位和著

7、絲粒之間的距離應(yīng)該是：11表 粗糙脈孢菌接合型基因子囊類型的測定數(shù)據(jù) 子囊類型第一次分裂分離 AAAAaaaa 105 aaaaAAAA 129第二次分裂分離 AAaaAAaa 9 aaAAaaAA 5 AAaaaaAA 10 aaAAAAaa 1612 由以上公式計(jì)算接合型基因A或a與著絲粒之間的距離為： 1 / 2 (9 + 5 + 10 + 16)著絲粒距離 = 100 = 7.3 圖距單位 105 + 129 + 9 + 5 + 10 + 16133著絲粒距離和重組頻率前面講的是一對基因的情況，那么，兩對基因的情況又如何呢？我們知道在經(jīng)典遺傳學(xué)中，動植物的兩個基因之間的距離是用重組百分

8、值表示的。當(dāng)然已經(jīng)證實(shí)在能進(jìn)行減數(shù)分裂的微生物中，雜交子代中重組值也是基因之間的距離的可靠估計(jì)。那么兩個基因之間的重組距離，必定是這兩個基因的著絲粒距離之和 (如果它們處在著絲粒的兩側(cè)) 或差 (如果它們處于著絲粒的一側(cè))。14如前所述，一對基因雜交時可產(chǎn)生6種不同的子囊類型，兩對基因雜交就是6 6 = 36種不同的子囊類型。但是由于半個子囊內(nèi)的基因排列次序?qū)嶋H上可以忽略，例如在 nic + + ade雜交中，產(chǎn)生的nic+ 和 +ade或 +ade和 nic+ 形式的排列的子囊也包括了下面的三型子囊： nic + + ade nic + + ade nic + + ade + ade nic

9、 + nic + nic + + ade + ade15下面，我們具體看一下粗糙脈孢菌中nic + + ade雜交情況，其雜交的子代子囊類型數(shù)據(jù)見表。因?yàn)樵诎雮€子囊中，無論是nic + 在上面，+ ade在下面；還是 + ade在上面，nic + 在下面，只不過是著絲粒隨機(jī)取向的結(jié)果，與染色體交換行為無關(guān)，可以不加考慮。因此，就可將36種不同的子囊類型歸納為7種基本子囊類型(表 )，7種基本子囊類型的產(chǎn)生基礎(chǔ)見圖。另外，當(dāng)不考慮孢子的排列而只考慮性狀組合時，可將子囊3種四分體類型，即親代雙親型 (PD)、非親代雙親型 (NPD) 和四型 (T)。通過上述歸納，可使兩對基因的四分體分析簡化。16

10、17表 粗糙脈孢菌nic + + ade雜交子代的子囊類型 1 2 3 4 5 6 7 + ade + + + + + ade + ade + + + +子囊類型 + ade + + + ade nic ade nic + nic ade nic ade nic + nic ade nic + + + + ade + + + ade nic + nic ade nic ade nic + nic + nic ade nic +分離時期 M1 M1 M1 M1 M1 M2 M2 M1 M2 M2 M2 M2 M2 M2四分體類型 PD NPD T T PD NPD T子囊數(shù) 808 1 90 5

11、 90 1 518圖 9-5 7種子囊類型的來源(引自丁友和陳寧編著，普通微生物遺傳學(xué)，南開大學(xué)出版社，1990)19 現(xiàn)在讓我們比較一下由著絲粒距離測定的圖距和由重組頻率測定的圖距。 根據(jù)著絲粒距離計(jì)算公式，可以計(jì)算出nic 、ade與著絲粒的距離如下： （1 / 2） (第二次分裂分離子囊數(shù))nic與著絲粒距離 = 100 總子囊數(shù) 1 / 2 ( 5 + 90 + 1 + 5 ) = 100 = 5.05 100020 1 / 2 ( 90 + 90 + 1 + 5 ) ade與著絲粒距離 = 100 = 9.30 100021再讓我們根據(jù)四分體來計(jì)算nic 和ade之間的重組頻率，以便

12、判斷nic 和ade與著絲粒的相對位置。依圖9-5 知每一個四分體中均會含有四條染色單體。由于每個T型四分體中含有2條重組染色單體，每個NPD型的四分體中含有4條重組染色單體，每個PD型四分體中不含重組染色單體，所以重組染色單體數(shù)目是 2 T + 4 NPD ；染色單體的總數(shù)是 4 (T + PD + NPD)。因此 nic 和ade 基因間的重組頻率可根據(jù)下列公式計(jì)算： 22 重組染色單體數(shù)目 2 T + 4 NPD重組頻率 = 100% = 100% 染色單體總數(shù)目 4 (T + PD + NPD) 1 / 2 (90 + 5 +5) + (1+1) nic-ade重組率= 100% = 5.2% 100023也就是說，nic 和ade之間的相對距離為5.2。由于nic 和著絲粒的距離為5.05，ade和著絲粒的距離為9.3，因此可以判定nic 和ade在染色體上的排列順序和相對距離為圖：_ 。_nic_ade_ 5.05 5.20 9.3 圖 nic