第3章基因的連鎖和遺傳作圖

Gene’sLinkageandGeneticMapping第一節(jié)遺傳圖第二節(jié)基因重組和染色體交換的作用第三節(jié)基因定位和遺傳作圖第四節(jié)真菌的遺傳分析第五節(jié)染色體的重組模型第六節(jié)人類染色體作圖本章內(nèi)容第一節(jié)遺傳圖遺傳圖（geneticmap）描述一條染色體上各連鎖基因座位之間的遺傳距離。利用遺傳雜交來確定兩個連鎖基因之間的圖距。又稱為連鎖作圖（linkagemapping）。遺傳作圖（geneticmapping）是指應(yīng)用遺傳學(xué)技術(shù)構(gòu)建能顯示基因以及其他序列在基因組中分布的相對位置的圖形。當一個新的突變表型被發(fā)現(xiàn)時，遺傳分析的第一步通常是進行遺傳作圖以確定其在基因組中的位置，以便進一步確定相應(yīng)基因的結(jié)構(gòu)和功能。即使基因組DNA序列已經(jīng)被測定，仍需要進行遺傳作圖。因為一個基因的序列未必能揭示其功能，也不能揭示出基因在復(fù)雜的生化過程中的相互作用。一、重組是作圖的基礎(chǔ)重組合（recombina-tion）是由于同源染色體配對時發(fā)生了交換。該過程導(dǎo)致同源染色體上不同等位基因之間的重組。親組合（parentalcombination）在任何兩個基因間重組的概率作為基因間遺傳距離的計量單位，可構(gòu)建遺傳圖，顯示出基因間的相對位置。在討論連鎖基因時，需要區(qū)別親本染色體中的哪些等位基因是共同存在的。以斜線（/）表示。一條染色體上的等位基因?qū)懺谛本€的左側(cè)，同源染色體上的等位基因?qū)懺谛本€的右側(cè)。例如，AABB×aabb雜交，二倍雜合子代的基因型表示為AB/ab。二、連鎖基因之間距離的度量重組頻率小于50%的兩個基因應(yīng)位于同一條染色體上，即是連鎖的。經(jīng)獨立分配的兩個基因其重組頻率等于50%，表明是位于非同源染色體上或在一條染色體上的距離很遠無論等位基因是相斥（或反式）構(gòu)型還是相引（或順式）構(gòu)型，連鎖基因間的重組以相同的頻率發(fā)生。摩爾根果蠅實驗三、不同基因間的重組頻率不同實驗結(jié)果推出兩個普遍的原理：①一對等位基因的重組頻率是特異的。②重組頻率在順式(相引)和反式(相斥)雜合子中是相同的。第二節(jié)基因重組和染色體交換的作用交換的細胞學(xué)證據(jù)一、玉米實驗二、果蠅實驗三、完全連鎖和不完全連鎖完全連鎖(completelinkage)：

如果連鎖基因的雜種F1(雙雜合體)只產(chǎn)生兩種親本類型的配子，而不產(chǎn)生非親本類型的配子，就稱為完全連鎖。不完全連鎖(incompletelinkage)：

指連鎖基因的雜種F1不僅產(chǎn)生親本類型的配子，還會產(chǎn)生重組型配子。完全連鎖(completelinkage)A

Bab例：果蠅的完全連鎖遺傳

黑腹果蠅中灰體（B）對黑體（b）是顯性，長翅（V）對殘翅（v）為顯性，且都位于常染色體上。BVbvBVbv灰長黑殘BVbv

bvbv灰長黑殘BVbvbvbv灰長黑殘××♂果蠅的不完全連鎖(completelinkage)BVbvBVbv灰長黑殘BVbv

bvbv灰長黑殘BVbvBvbVbvbvbvbv灰長黑殘灰殘黑長42%42%8%8%親本的類型遠遠多于新類型。原因：同源染色體上的非等位基因之間重新組合的結(jié)果?！痢痢馊旧w內(nèi)重組是交換的結(jié)果，但交換不一定導(dǎo)致重組。因為我們是依據(jù)標記基因來判斷是否重組的，若在兩個標記基因之間發(fā)生奇次數(shù)交換，結(jié)果必然導(dǎo)致重組，但若發(fā)生偶次數(shù)交換，標記基因并不重組。不能進行自由組合的基因群則稱之為連鎖群（linkagegroup），排列在同一條染色體上及其同源染色體上的基因?qū)儆谕贿B鎖群。一種二倍體生物的連鎖群數(shù)與物種的單倍染色體數(shù)相同。四、交換和重組值連鎖群—位于同一染色體上的所有基因稱為一個連鎖群

連鎖群交換：遺傳學(xué)上將等位基因交換座位稱為交換，表現(xiàn)為連鎖基因的重組。交叉：是指細胞學(xué)觀察到的染色體交叉現(xiàn)象，這種現(xiàn)象只有在雙線期同源染色體互斥，交叉點端化過程中才能觀察到，實際上這時基因已經(jīng)交換。交叉并不一定產(chǎn)生基因交換。實驗證明：姊妹染色單體分化染色技術(shù)交換與交叉的關(guān)系①斷裂—重接模型Darlington于1937年提出(交換是復(fù)制完成后兩個染色單體斷裂并重新連接的結(jié)果)②拷貝選擇模型JohnBelling于1928年提出(交換是染色單體復(fù)制過程中變換模版的結(jié)果)重組的最大頻率（50%）①同源染色體的非姐妹染色單體上交換次數(shù)對重組頻率的影響。②雙交換對重組頻率的影響交換的理論假說重組值（recombinationvalue）：不完全連鎖的雙雜合體產(chǎn)生的重組型配子數(shù)占配子總數(shù)的百分比，又稱重組率（recombinationfrequency），用Rf表示。交換值（cross-overvalue）：指不完全連鎖的兩基因間發(fā)生交換的頻率。通常把重組值稱為交換值，實際上交換值不能等同于重組值，因為等位基因之間偶然會發(fā)生多重交換，多重交換的結(jié)果不一定形成重組型配子，用重組值代表交換值會造成偏低的估計。

可用Haldane推導(dǎo)出的作圖函數(shù)進行校正。式中，Rf表示重組率，d是圖譜距離，即實際交換值，e為自然對數(shù)的底。重組值的變化范圍：非姊妹染色單體間交換次數(shù)及位置是隨機的，兩個連鎖基因間重組值的變化范圍是0～50%。遺傳距離(geneticdistance)：通常用重組值或交換值來度量基因間的相對距離，也稱為遺傳圖距。以1%的交換值作為一個遺傳距離單位(1cM)，1cM≈1Mb。其變化反映基因間的連鎖強度或相對距離。重組值越大，說明兩基因間的距離越遠，基因間的連鎖強度越小；重組值越小，說明基因間的距離越近，基因間的連鎖強度越大。重組值與遺傳距離兩個基因之間發(fā)生一次交換時的最大交換值：1/2×100%=50%如兩個基因距離較遠時，其間可以發(fā)生兩次或兩次以上的交換，則涉及的染色單體將不限于2條，可以是多線交換。則最大交換值又會怎樣？多線交換與最大交換值

abc對于基因座A、C來說,偶數(shù)次交換等于沒有交換,奇數(shù)次交換等于單交換。只要4條染色單體發(fā)生交換的機會相等，在所研究的兩個基因之間產(chǎn)生重組型與親組型的比總是1：1，所以最大交換值也是50%。雙交換特點：1、雙交換概率顯著低于單交換概率。2、3個連鎖基因間發(fā)生雙交換的結(jié)果，旁側(cè)基因無重組，此時旁側(cè)基因的重組率低于實際的交換值。

ABC第三節(jié)基因定位和遺傳作圖一、基因直線排列原理及相關(guān)概念1、基因定位（genemapping)：根據(jù)重組值確定不同基因在染色體上的相對位置和排列順序的過程。2、染色體圖（chromosomemap):又稱基因連鎖圖（linkagemap)或遺傳圖（geneticmap)。根據(jù)基因之間的交換值（或重組值），確定連鎖基因在染色體上的相對位置而繪制的一種簡單線性示意圖。3、圖距（mapdistance)：兩個基因在染色體圖上距離的數(shù)量單位稱圖距。圖距單位稱為厘摩（cM），1%交換值=1cM任何3個距離較近的a,b,c連鎖基因，若已分別測得a,b和b,c間的距離，那么a,c間的距離，就必然等于前二者距離的和或差。這就是摩爾根學(xué)生A.H.Sturtevant第一次提出的基因的直線排列原理。AlfredH.Sturtevant1891-1970根據(jù)兩個基因位點間的交換值能夠確定兩個基因間的相對距離，但并不能確定基因間的排列次序。例：玉米糊粉層有色C/無色c基因、籽粒飽滿Sh/凹陷sh基因均位于第九染色體上；且C-Sh基因間的交換值為3.6%。根據(jù)上述信息可知：C-Sh間遺傳距離為3.6個遺傳單位即圖距=3.6cM；但不能確定它們在染色體上的排列次序，因而有兩種可能的排列方向，如下圖所示：基因定位的層次廣義的基因定位有兩個層次：①染色體定位(單體、缺體、三體定位法)；②通過連鎖分析法(linkageanalysis)確定基因在染色體上排列順序和相對距離。二、連鎖分析的方法兩點測驗(two-pointtestcross):通過三次兩對非等位基因之間的雜交和測交，求得三個重組值，將三個非等位基因定位于同一染色體上的方法稱為兩點測驗（交）。三點測驗(three-pointtestcross):通過一次雜交和一次測交，將三對非等位基因定位在一條染色體上的方法叫三點測驗(交)法。兩點測驗兩點測驗的步驟

Ⅰ：通過三次親本間兩兩雜交，雜種F1與雙隱性親本測交，考察測交子代的類型與比例。例：玉米第9染色體上三對基因間連鎖分析子粒顏色：有色C＞無色c；飽滿程度：飽滿(Sh)＞凹陷(sh)；淀粉粒：非糯性(Wx)＞糯性(wx).(1).(CCShSh×ccshsh)→F1ccshsh(2).(wxwxShSh×WxWxshsh)→F1wxwxshsh(3).(WxWxCC×wxwxcc)→F1wxwxccⅡ:計算三對基因兩兩間的交換值估計基因間的遺傳距離。兩點測驗的步驟（2/3）Ⅲ：根據(jù)基因間的遺傳距離確定基因間的排列次序并作連鎖遺傳圖譜。RfC-Sh=3.6RfWx-Sh=20RfWx-C=22兩點測驗的步驟（2/3）現(xiàn)在第三組交換值為22.0%，與23.6%較為接近，故以第一種較為正確。工作量大，需要作三次雜交，三次測交。不能排除雙交換的影響，準確性不夠高。當兩基因位點間超過五個遺傳單位時，兩點測驗的準確性就不夠高。兩點測驗的局限性◆三點測交(three-pointtestcross)為了進行基因定位，摩爾根和他的學(xué)生Sturtevant改進了上述兩點測交，創(chuàng)造了三點測交方法，即將3個基因包括在同一次交配中。進行這種測交，一次實驗就等于3次兩點試驗。已知在果蠅中棘眼(ec)、截翅(ct)和橫脈缺失(cv)這3個隱性突變基因都是X連鎖的。把棘眼、截翅個體與橫脈缺失個體交配,得到3個基因的雜合體ecct+/++cv(ec、ct、cv的排列不代表它們在X染色體的真實順序)，取其中3雜合體雌蠅再與3隱性體ecctcv/Y雄蠅測交，測交后代如下表。序號表型實得數(shù)1ecct+2125親本型2++cv22073ec+cv273單交換I型4+ct+2655ec++217單交換II型6+ctcv2237+++5雙交換型8ecctcv3合計5318ecct+/++cv×ecctcv/Y測交后代數(shù)據(jù)棘眼(ec)、截翅(ct)和橫脈缺失(cv)結(jié)果分析1、歸類2、確定正確的基因順序用雙交換型與親本類型相比較，發(fā)現(xiàn)改變了位置的那個基因一定是處于中央的位置，因為雙交換的特點是旁側(cè)基因的相對位置不變，僅中間的基因發(fā)生變動。于是可以斷定這3個基因正確排列順序是eccvct。親本型ecct+++cv雙交換型+++ecctcv3、計算重組值，確定圖距(1)、計算ct—cv的重組值忽視表中第一列(ec/+)的存在，將它們放在括弧中，比較第二、三列：(ec)ct+2125非重組(+)+cv2207(ec)+cv273非重組(+)ct+265(ec)++217重組(+)ctcv223(+)++5重組(ec)ctcv3ct—cv間重組率=(217+223+5+3)/5318=0.084=8.4%=8.4cM3、計算重組值，確定圖距(2)、計算ec—cv的重組值忽視表中第二列(ct/+)的存在，將它們放在括弧中，比較第一、三列：ec(ct)+2125非重組+(+)cv2207ec(+)cv273重組+(ct)+265ec(+)+217非重組+(ct)cv223+(+)+5重組ec(ct)cv3ec—cv間重組率=(273+265+5+3)/5318=10.2%=10.2cM3、計算重組值，確定圖距(3)、計算ec—ct的重組值忽視表中第三列(+/cv)的存在，將它們放在括弧中，比較第一、二列：ecct(+)2125非重組++(cv)2207ec+(cv)273重組+ct(+)265ec+(+)217重組+ct(cv)223++(+)5非重組ecct(cv)3ec—ct間重組率=(273+265+217+223)/5318=18.4%=18.4cM4、繪染色體圖eccvct10.28.418.418.6在計算ec—cv和cv—ct的重組值時都利用了雙交換值，可是計算ec—ct時沒把它計在內(nèi)，因為它們間雙交換的結(jié)果并不出現(xiàn)重組。所以ec—ct之間的實際雙交換值應(yīng)當是重組值加2倍雙交換值。即18.4%+2×0.1%=18.6%。當三點測交后代出現(xiàn)8種表型時，表明有雙交換發(fā)生，此時需用2倍雙交換值來作校正。若3個基因相距較近，往往不出現(xiàn)雙交換類型，后代只有6種表型，無需校正。5、資料整理表型實得數(shù)比例重組發(fā)生在ec—cvcv—ctec—ctec+ct212581.5%+cv+2207eccv+27310.1%√√++ct265ec++2178.3%√√+cvct223+++50.1%√√eccvct3總計5318110.2%8.4%18.4%染色體作圖每個基因的位置是用從一組連鎖基因的一端算起的圖距來表示。一般以最左端的基因位置為0，其他基因的位置通過它與最鄰近的基因間的重組率之和來確定。隨著研究的進展，發(fā)現(xiàn)有新的基因在更左端時，就把0點的位置讓位給新的基因，其余的基因座作相應(yīng)的移動。重組率在0~50%之間，但在遺傳圖上，可以出現(xiàn)50個單位以上的圖距。因此要從圖上數(shù)值得知基因間的重組率只限于鄰近的基因座間。1.理論雙交換值連鎖與互換的機理表明：染色體上除著絲粒外，任何一點均有可能發(fā)生非姊妹染色單體間的交換。但是相鄰兩個交換是否會發(fā)生相互影響呢？如果相鄰兩交換間互不影響，即交換獨立發(fā)生，那么根據(jù)乘法定理，雙交換發(fā)生的理論頻率(理論雙交換值)應(yīng)該是兩個區(qū)域交換頻率(交換值)的乘積。例：wxshc三點測驗中，wx和c基因間理論雙交換值應(yīng)為：0.184×0.035=0.64%。三、并發(fā)率和干涉2.干涉(interference)：測交試驗的結(jié)果表明：

wx和c基因間的實際雙交換值為0.09％，低于理論雙交換值，這是由于wx-sh間或sh-c間一旦發(fā)生一次交換后就會影響另一個區(qū)域交換的發(fā)生，使雙交換的頻率下降。這種現(xiàn)象稱為干涉(interference)，或干擾：

一個交換發(fā)生后，它往往會影響其鄰近交換的發(fā)生。其結(jié)果是使實際雙交換值不等于理論雙交換值。為了度量兩次交換間相互影響的程度，提出了并發(fā)系數(shù)的概念。并發(fā)系數(shù)(coefficientofcoincidence)并發(fā)系數(shù)也稱為符合系數(shù)：用以衡量兩次交換間相互影響的性質(zhì)和程度。例如前述中：

并發(fā)系數(shù)=0.09/0.64=0.14.并發(fā)系數(shù)的性質(zhì)：真核生物：[0,1]—正干擾；*某些微生物中往往大于1，稱為負干擾。1.順序四分子的遺傳分析

主要以粗糙鏈孢菌(Neurosporacrassa)和酵母菌為例。都是真菌，屬于低等真核生物。粗糙鏈孢菌的特點：⒈子囊孢子是單倍體，表型直接反映基因型。⒉一次只分析一個減數(shù)分裂產(chǎn)物。⒊體積小，易繁殖，易于培養(yǎng)。⒋可進行有性生殖，染色體結(jié)構(gòu)和功能類似于高等生物。四分子分析(tetradanalysis)：單一減數(shù)分裂的4個產(chǎn)物留在一起，稱為四分子。對四分子進行遺傳學(xué)分析稱為四分子分析。第四節(jié)真菌的遺傳分析粗糙鏈孢霉的生活史

1-3為無性繁殖；4-9為有性繁殖。圖中間示基因交換發(fā)生位置及子囊孢子的排列順序，(1)(2)為非交換型；(3)(4)(5)(6)為交換型順序四分子在遺傳分析上的優(yōu)越性：

①可以將著絲粒視作一個座位，計算某一基因與著絲粒的重組率。②子囊中子囊孢子的對稱性，證明減數(shù)分裂是一個交互過程。③可以檢驗染色單體的交換是否存在干涉現(xiàn)象，還可以利用它來研究基因轉(zhuǎn)變（geneconversion）。④證明雙交換不僅可以包括4線中的兩線，而且還可以包括3線或4線。（1）著絲粒作圖（centromeremapping）利用四分子分析法，測定基因與著絲粒之間的距離稱為著絲粒作圖。著絲粒作圖是基于這樣的事實：在一對非姊妹染色單體間沒有發(fā)生著絲粒和某雜合基因座交換的減數(shù)分裂和發(fā)生了交換的減數(shù)分裂，其產(chǎn)物（四分子）中的等位基因在排列方式上是不同的。前者稱為第一次分裂分離（first-divisionsegregation），又稱MI模式；后者稱為第二次分裂分離（second-divisionsegregation），或稱為MII模式?，F(xiàn)在用實驗進行說明著絲粒作圖：有兩種不同接合型的脈孢菌菌株，一種是能合成賴氨酸的野生型菌株（記作lys+或+），該菌株成熟的子囊孢子呈黑色。另一種是賴氨酸缺陷型（記作lys-或-），這種菌株的子囊孢子成熟較遲，呈灰色。將這兩種菌株進行雜交lys+

×lys-。在雜種子囊中減數(shù)分裂的產(chǎn)物根據(jù)黑色孢子和灰色孢子的排列次序可有6種子囊型，每種子囊型中有8個子孢子，為方便起見只寫出其中的4個孢子對（sporepairs），其計數(shù)的結(jié)果列于下表。將兩種菌株進行雜交lys+×lys－，得如下結(jié)果子囊類型子囊數(shù)分裂類型（1）（2）（3）（4）（5）（6）＋＋－－＋＋－－＋－＋－－＋－＋＋－－＋－＋＋－105129951016MIMIMIIMIIMIIMII非交換型交換型Lys基因與著絲粒之間的距離是7.3cM。著絲粒距離=（2）兩個連鎖基因的作圖利用順序四分子分析也可以對兩個基因進行連鎖分析和作圖。粗糙脈孢菌的煙酸依賴型nic（簡化代號為n），需要在培養(yǎng)基中添加煙酸才能生長，ade（簡化代號為a）是腺嘌呤依賴型，在培養(yǎng)基中添加腺嘌呤才能生長。將兩個菌株雜交（n+×

+a）。由前述內(nèi)容可知，一對基因雜交，有6種不同的子囊型，兩對基因雜交必有6×6=36種不同的子囊類型；但是因為半個子囊內(nèi)的基因型次序可以忽略，不論是n+孢子對在“上面”，+a孢子對在“下面”，還是+a孢子對在“上面”，n+孢子對在“下面”，都不過是反映著絲粒在減數(shù)分裂過程中的隨機趨向而已，所以可以將36種不同的子囊型歸納為7種基本子囊型。如下表所示：Neurosporacrassa雜交結(jié)果51905901808實得子囊數(shù)TNPDPDTTNPDPD四分子類別分離發(fā)生時期四分子基因型次序⑦⑥⑤④③②①子囊型+a+an+n+++++nana+++an+na+ana++n++an++an+++na++na++na+an+MIMIMIMIMIMIIMIIMIMIIMIIMIIMIIMIIMII兩對基因雜交，如不考慮孢子排列，只考慮性狀組合時，子囊可以分為3種四分子類型。親二型(parentalditype,PD)，有兩種基因型，并與親代相同。包括子囊型①和⑤。非親二型(non-parentalditype,NPD)，有兩種基因型，都跟親代不同，是重組型。包括子囊型②和⑥。四型（tetratype,T），有四種基因型，2種與親代相同，2種重組型，包括子囊型③、④和⑦。下圖是從染色體交換和重組來理解各類子囊的形成原因。交換類型染色體圖象重組四分子類型子囊型無交換四線雙交換單交換0%100%50%＋an＋＋an＋＋an＋＋a,＋a,n＋,n＋(PD)＋＋,＋＋,na,na(NPD)＋＋,＋a,n＋,na(T)①②③交換類型染色體圖象重組四分子類型子囊型二線雙交換單交換四線多交換50%0%100%＋an＋＋a,na,＋＋,n＋(T)＋a,n＋,＋a,n＋(PD)＋＋,na,＋＋,na(NPD)④⑤⑥＋an＋＋an＋＋an＋＋＋,na,＋a,n＋(T)⑦50%三線雙交換資料分析：計算nic與著絲粒之間的重組率：2.計算ade與著絲粒之間的重組率：3.判斷nic、ade基因是獨立分配還是連鎖。如果兩個基因是自由組合的話，則PD︰NPD=1︰1而實驗結(jié)果PD=808+90=898，NPD=1+1=2，PD遠遠大于NPD。說明這兩個基因是相互連鎖的。5.059.30nicadenicade5.059.30哪一種排列正確呢？如果我們把資料用另一種方式排列，得下表：按照分離時期排列nic/＋＋/ade子囊數(shù)MIMIMIIMIIMIMIIMIMII(808+1)809(90)90(5)5(90+5+1)961000RF(·－nic)=5.05%RF(·－ade)=9.30%若n和a各自獨立的與著絲粒發(fā)生交換的話，則MII的子囊數(shù)應(yīng)為9.30%︰5.05%≈1.84︰1事實上：交換發(fā)生在著絲粒與ade間，n是MI,a是MII的子囊有90個。交換發(fā)生在著絲粒與n間，n是MII，a是MI的子囊只有5個。比例相差懸殊，所以這兩個基因處在著絲粒的同一側(cè)。另從上表可見，在n與著絲粒發(fā)生交換時，a基因也一道與著絲粒發(fā)生了交換。即n是MII，a也是MII共計96（=90+1+5)個子囊。同一交換使＋/n出現(xiàn)MII型分離，也使＋/a出現(xiàn)MII型分離，101次中有96次，證明n,a在著絲粒的同一側(cè)。著絲粒nicade5.055.210.25＋an＋＋ana＋＋n＋被低估的重組值從下表的分析可以將·－a間的重組值得到校正子囊型每一子囊被計算為重組子的染色單體數(shù)子囊數(shù)在所有子囊中被計算為重組子的染色單體數(shù)·－nn－a·－a·－nn－a·－a234567040022220202242222190590150400180180101001800180242101010總數(shù)202208372被低估的重組值在真核生物中，雙鏈DNA分子間基因重組是完成減數(shù)分裂所必需的，而且基因重組發(fā)生在減數(shù)分裂前期。染色體變得可見就標志著減數(shù)分裂開始，每條染色體都是已經(jīng)復(fù)制的，由兩條姊妹染色單體組成，每條染色單體都含有一條雙鏈DNA分子。同源染色體相互接近，在一個或多個區(qū)域配對形成二價體。配對一直進行到整個染色體的同源部位并排在在一起，該過程稱為聯(lián)會或染色體配對。聯(lián)會結(jié)束時同源染色體以聯(lián)會復(fù)合體形式緊靠在一起。盡管不同生物中聯(lián)會復(fù)合體在細節(jié)上有很大差異，但同一物種內(nèi)它們都有共同的特征性結(jié)構(gòu)。第五節(jié)染色體的重組模型染色體間的重組涉及部分遺傳物質(zhì)交換，通常以斷裂和重新連接為代表，當染色體開始分開時，可以觀察到交叉。交叉點的數(shù)量和分布與遺傳重組的頻率相平行。一般認為一個交叉代表發(fā)生了一次交換。重組過程發(fā)生的分子基礎(chǔ)是每一條姊妹染色單體含有一條DNA雙鏈分子，所以每個二價體含有4條雙鏈DNA分子。在重組過程中，一條姊妹染色單體的雙鏈DNA分子與另一條染色體上的一條染色單體之間（即非姊妹染色單體間）相互作用。這種反應(yīng)可能在兩個分子中任何配對的相應(yīng)序列之間，可使遺傳物質(zhì)交換在單個堿基對水平上精確的發(fā)生。眾所周知，單鏈之間的互補性是核苷酸相互識別的基礎(chǔ)。迄今人們還不能準確的將染色體水平的改變與其分子機制聯(lián)系起來。高等真核生物重組的分子機制的一些細節(jié)尚不清楚，在分子水平上解釋真核生物染色體的聯(lián)會仍然很困難。一、交叉理論1909年F.A.Janssens提出了交叉型學(xué)說：認為每次交叉都表明父本、母本一條染色單體接觸、斷裂和重接，形成一個新的組合，其他兩條染色單體仍保持完整狀態(tài)。實驗表明交叉正是發(fā)生交換的位點，但這仍未揭示重組的機制。二、基因轉(zhuǎn)變和極化子1.異常分離與基因轉(zhuǎn)變

基因轉(zhuǎn)變(geneconversion)：一個基因轉(zhuǎn)變?yōu)樗牡任换虻倪z傳學(xué)現(xiàn)象。（源于基因內(nèi)重組）

pdxp：酸度敏感的VB6需要型

pdx：酸度不敏感的VB6需要型20世紀50年代中期M.B.Mitchell等將不同突變型的脈胞菌進行雜交，結(jié)果在子囊中擬等位基因pdx以正常的4:4分離，而與其緊密連鎖的擬等位基因pdxp卻出現(xiàn)了6:2的異常分離。表明異常分離不是由于整條染色體的異常行為，而是由于特定位點的“基因轉(zhuǎn)變”所致。2.基因轉(zhuǎn)變的分子機制基因轉(zhuǎn)變的實質(zhì)：重組過程中留下的局部異源雙鏈區(qū)，在細胞內(nèi)的修復(fù)系統(tǒng)識別下不同的酶切/不酶切產(chǎn)生的結(jié)果。不同的切除會產(chǎn)生不同的結(jié)果。圖8-7不配對堿基對的兩種修復(fù)校正方式。由于切除的不配對區(qū)段的不同，校正后或出現(xiàn)野生型，或出現(xiàn)突變型

根據(jù)切除修復(fù)原理，基因轉(zhuǎn)變的幾種類型產(chǎn)生的分子機制可以歸納如下。(1)兩個雜種分子均未校正復(fù)制后出現(xiàn)異常的4＋∶4g（或3∶1∶1∶3）的分離。(2)一個雜種分子校正為+，或校正為g時，則發(fā)生另一種類型的半染色單體轉(zhuǎn)變，前者修復(fù)后出現(xiàn)5∶3的分離，后者子囊孢子的異常分離比為3∶5。

(3)兩個雜種分子都被校正到+（或g）時，修復(fù)后出現(xiàn)6＋∶2g（或2＋∶6g）的異常分離。這便是出現(xiàn)染色單體轉(zhuǎn)變的起因。(4)當兩個雜種分子都按原來兩個親本的遺傳結(jié)構(gòu)進行修復(fù)時，則減數(shù)分裂4個產(chǎn)物恢復(fù)成G-C、G-C、A-T、A-T的正常配對狀態(tài)，子囊孢子分離正常，呈現(xiàn)4＋∶4g的結(jié)果。+1960年，P.Lissouba和G.Rizet通過糞盤菌的雜交實驗提出了遺傳重組的極化子模型。極化子（polaron）是染色體的一個片段，通過基因轉(zhuǎn)變使其中發(fā)生極性遺傳重組。同一基因內(nèi)部的各個突變位點的轉(zhuǎn)變頻率常從基因的一端向另一端逐步遞減，這個現(xiàn)象稱為極化子效應(yīng)，具有這種現(xiàn)象的一段DNA稱為極化子。一個極化子相當于一個基因。三、染色體斷裂重接模型1937年Darlinton提出染色體斷裂愈合模型,主要過程為：⑴減數(shù)分裂前期同源染色體配對，互相纏繞，形成相關(guān)螺旋。這時染色體扭力與染色體間扭力保持平衡。⑵染色體復(fù)制，姊妹染色單體環(huán)繞，這時同源染色體間的引力被斥力代替，平衡受破壞。⑶螺旋松開，染色體斷裂，平衡得到恢復(fù)。斷裂端環(huán)繞未斷裂的染色單體旋轉(zhuǎn)，螺旋部分松開。⑷斷裂非姊妹染色體發(fā)生交換后重新愈合，形成重組染色體。這個斷裂愈合模型的重組每發(fā)生一次斷裂，四條染色單體中兩個親本、兩個重組類型。四、模板選擇模型1931年，Belling提出的模寫選擇模型在解釋細菌重組時得到驗證。假說認為，兩條染色單體作為復(fù)制的模板，新的染色體各以一個單體模板進行復(fù)制，在復(fù)制過程中相應(yīng)交換模板，從而造成重組。該假說不完全，理由是：⑴模型只有一般染色體單體參與交換，另一條保持親本類型。但是四分子分析涉及三線、四線交換，該模型沒有反映出來。⑵DNA半保留復(fù)制，新鏈全是新合成的，但是該模型不是。（3）染色體的配對、交換應(yīng)在細胞周期的分裂期（M），而復(fù)制是在S期，因此重組不可能是和DNA復(fù)制同時發(fā)生。五、Holliday重組模型

RobinHolliday于1964年提出了重組的雜合DNA模型，又稱Holliday模型。該模型對重組過程的解釋如下：

A、同源的非姐妹染色單體聯(lián)會；B、同源非姐妹染色單體DNA中兩個方向相同的單鏈，在DNA內(nèi)切酶的作用下，在相同位置同時切開；C、切開的單鏈交換重接;D、形成交聯(lián)橋結(jié)構(gòu)；E：交聯(lián)橋沿配對DNA分子“移動”。兩個親本DNA分子間造成一大段異源雙鏈DNA（Holliday結(jié)構(gòu)）F：F和E相同；G：繞交聯(lián)橋旋轉(zhuǎn)1800；J：形成Holliday異構(gòu)體；I、通過兩種方式之一切斷DNA單鏈，若左右切，則形成非重組體，若上下切則形成重組體。由上可知：無論Holliday結(jié)構(gòu)斷裂是否導(dǎo)致旁側(cè)遺傳標記的重組，他們都含有一個異源雙鏈DNA區(qū)。

Holliday模型能夠較好解釋同源重組現(xiàn)象，但也存在問題。該模型認為進行重組的兩個DNA分子在開始時需要在對應(yīng)鏈相同位置上發(fā)生斷裂。DNA分子單鏈斷裂是經(jīng)常發(fā)生的事，但很難設(shè)想兩個分子何以能在同一位置發(fā)生斷裂。MeselsonM和RaddingC對此提出了修正意見，他們認為同源DNA分子中只有一個分子發(fā)生單鏈斷裂，隨后單鏈入侵另一DNA分子的同源區(qū)，造成鏈的置換，被置換的鏈再切斷并與最初斷鏈連接，即形成Holliday中間體。人類基因組有3×109bp，其中還包含著大量的重復(fù)序列。每條染色體都是一個巨大的DNA分子，例如X染色體的DNA分子就可能有1.6億個bp。要在這樣龐大的序列中確定某一特定基因或序列的位置并繪制出染色體圖，就如在北京這樣的大城市中尋找某一個人一樣困難。因此，對人類基因組進行細致的劃分和標記，正如對某一個街區(qū)的每一個小胡同都予以命名，每一院落都進行編號一樣。差不多每500kb就設(shè)一個特異的DNA標記，以此來作為界定一個基因或序列的可辨認的界標(landmark)。限制性內(nèi)切酶酶切位點，特定的DNA序列、RFLP、STS、EST等都是有用的遺傳界(路)標。

第六節(jié)人類染色體作圖一、限制性片段長度多態(tài)性(restrictionfragmentlengthpolymorphisms，RFLPs)由于各種原因引起DNA內(nèi)核苷酸排列順序改變，當這種改變涉及到限制性內(nèi)切酶識別位點時，利用限制性內(nèi)切酶將DNA分子切割成許多長度不等的限制性片段，這些具有不同長度的限制性片段類型在人群中所呈現(xiàn)的多態(tài)分布現(xiàn)象就稱為限制性片段長度多態(tài)性(RFLPs)。對于特定的DNA所產(chǎn)生的限制性片段是特異的，它能作為某一DNA(或具有這一DNA的個體)的特有的“指紋”。利用RFLPs作為遺傳界標可以成為對人類基因組作物理圖譜的基礎(chǔ)。

此外，當多態(tài)性順序與人類遺傳性疾病的基因連鎖時，可作為遺傳病的產(chǎn)前診斷或雜合子的標記，以及親子鑒定的遺傳分析等等。由于核DNA的RFLP不能直接觀察，通常采用一組組隨機克隆的基因組片段作為探針，與同一種群或家族的不同個體的基因組的限制酶消化產(chǎn)物雜交，來檢測各個片段。

二、可變數(shù)目串聯(lián)重復(fù)(variablenumbertandemrepeat,VNTR)

一種特殊的串聯(lián)重復(fù)在不同個體或同一個體不同基因座中其數(shù)目不同。這些串聯(lián)重復(fù)序列稱為可變數(shù)目串聯(lián)重復(fù)，也稱為小衛(wèi)星DNA，是高等哺乳動物基因組中的一種重復(fù)序列，全長1-5kb，每個重復(fù)單位長10-100kb。由于其具有高度多態(tài)性并常在一些基因的附近，故可作為連鎖標記。將VNTR中的一段保守序列制成探針與總的基因組DNA的酶切片斷進行DNA印跡（Southernblot），這種基因組DNA經(jīng)限制性酶切后，以重復(fù)序列中的核心序列為探針進行DNA印跡雜交所形成的電泳帶型稱為DNA指紋。

人類的VNTR座位上包含了不同數(shù)目的33bp的串聯(lián)重復(fù)DNA，分布在整個基因組的不同位點上，這些重復(fù)成分構(gòu)成了DNA指紋分析的基礎(chǔ)。不同帶紋代表了在染色體不同位置上的不同長度的DNA序列。如果雙親在某一特定帶紋上表現(xiàn)不同時，那么這種差異即變成了雜合位置并可用來作圖。下圖給出了一個簡單的例子，圖中所示的是親本和5個子女的簡化指紋。所舉的例子說明了連鎖分析的方法。分子標記之間可以相互參照作圖，也可以以表型效應(yīng)的位點為參照。例如在上圖中，F(xiàn)、H