1、Chapter 6 四分子分析及重組機(jī)制,Section 1粗糙鏈孢霉（Neurospora crassa）的生活史與四分子分析,無性世代: 菌絲體 分生孢子 菌絲體,.,一、粗糙鏈孢霉（Neurospora crassa）的生活史,有性世代,鏈孢霉的孢子形成,鏈孢霉子囊,個(gè)體小，長得快，易于培養(yǎng) 有性生殖 無性世代是單倍體，顯隱性基因可直接表達(dá),相當(dāng)于測(cè)交。 一次可分析一個(gè)減數(shù)分裂的產(chǎn)物: 8個(gè)子囊孢子中，兩個(gè)相鄰者的基因型一致。 減數(shù)分裂的4個(gè)產(chǎn)物，呈現(xiàn)有規(guī)律的排列。 可進(jìn)行著絲粒作圖,特點(diǎn):,四分子：單細(xì)胞的真核生物的子囊中，減數(shù)分裂的4個(gè)產(chǎn)物保留在一起稱四分子 四分子分析：對(duì)四分子進(jìn)行

2、遺傳學(xué)分析,二、鏈孢霉四分子分析,順序四分子（ordered tetrads）：一個(gè)子囊中的四個(gè)產(chǎn)物嚴(yán)格按減數(shù)分裂順序以直線方式排列在子囊中。 減數(shù)分裂后又進(jìn)行了一次有絲分裂，成為八個(gè)孢子，但在基因型和表型上仍可看作是四個(gè)。,一、順序四分子分析的優(yōu)點(diǎn),可以進(jìn)行著絲粒作圖（centromere mapping） 子囊中子囊孢子的對(duì)稱性，證明減數(shù)分裂是一個(gè)交互過程 可以檢驗(yàn)染色單體的交換是否有干涉現(xiàn)象，還可利用它進(jìn)行基因轉(zhuǎn)變的研究 證明雙交換不僅可以包括4線中的2線，而且可以包括3線或4線,Section 2 順序四分子分析,利用四分子分析法，把著絲粒作為一個(gè)座位，來計(jì)算某一基因與著絲粒之間的距離

3、，并根據(jù)這一數(shù)據(jù)進(jìn)行基因在染色體上的位置制圖。,二、著絲粒作圖（centromere mapping）,M1模式：在一對(duì)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 MII模式：在一對(duì)非姊妹染色單體間發(fā)生了著絲粒和某雜合基因座交換的減數(shù)分裂,M1模式：基因座與著絲粒之間沒有發(fā)生交換，基因與著絲粒同步分離（等位基因分離發(fā)生在減數(shù)分裂I期）,MII模式：基因座與著絲粒之間發(fā)生了交換，基因與著絲粒的分離不同步（等位基因分離發(fā)生在減數(shù)分裂II ）。,如果兩個(gè)基因的分離發(fā)生在減數(shù)分裂I，則基因與著絲粒之間未發(fā)生重組;如果兩個(gè)基因的分離發(fā)生在減數(shù)分裂II，則說明基因與著絲粒之間發(fā)生了重組。

4、鑒別是第一次或第二次減數(shù)分裂的分離，可根據(jù)8個(gè)子囊孢子基因型的排列順序。,上述模式的逆命題同樣成立，即：,（1）發(fā)生在1-3之間的交換，四分子的排列方式為a + + a,a,A,a,A,a,a,A A,A,A,a a,（2）發(fā)生在2-3之間的交換，四分子的排列方式為+ a + a,a,a,A,a,A,a,a,A,A,A,A,a,A,a,（4）發(fā)生在2-4之間的交換，四分子的排列方式為+ a a +,a,A,A,A,a,a,a,A A,a,A,（3）發(fā)生在1-4之間的交換，四分子的排列方式為a + a +,a,A,a,a,a,a,A,A,A,a,A,A,基因與著絲粒之間的圖距計(jì)算:,著絲粒與有關(guān)

5、基因的重組率 ,重組型子囊數(shù),總子囊數(shù),100%,M21/2,M1+M2,100%,即使重組型子囊中，也只有一半是重組的孢子。,重組率 = 100%,2,1,重組型子囊數(shù),總子囊數(shù),= 100%,2,1,M2,M1+M2,三、兩個(gè)連鎖基因作圖,利用兩個(gè)不同交配型進(jìn)行雜交 nic ade nic（nicotinic acid）為煙酸依賴型 ade（adenine）腺嘌呤依賴型。 兩對(duì)基因雜交，可產(chǎn)生66種不同的子囊型 歸納為7種基本的的子囊型,鏈孢霉nic+ade的7種不同子囊型及相應(yīng)的子囊數(shù),ade,nic,ade,nic,ade,nic,ade,nic,鏈孢霉nic+ade的7種不同子囊型及

6、相應(yīng)的子囊數(shù),ade,nic,ade,nic,ade,nic,子囊型分類（四分子分類） 如不考慮孢子排列，只考慮兩對(duì)基因間是否發(fā)生了重組（性狀組合），用于計(jì)算兩對(duì)基因間的重組值。 親二型（PD，parental ditype），2種基因型與親代相同。包括(1)，(5)。 非親二型（NPD，nonparental ditype），2種基因型都和親代不一樣，都是重組型。包括(2)，(6)。 四型（T，tetratype）：4種基因型，2種與親代相同，2種與親代不同，有一半發(fā)生了重組。包括(3),(4),(7)。, 若n與a是自由組合，則NPD=PD 若為連鎖,則NPDPD,1、判斷是否連鎖,實(shí)驗(yàn)結(jié)

7、果： PD=808+90=898 NPD=1+1=2 NPDPD n與a是連鎖,分別考慮每一對(duì)基因分離發(fā)生的時(shí)期（M1或M2），用于計(jì)算基因與著絲粒的圖距。,100%,=,M21/2,總子囊數(shù),RF(-n),=,（5+90+1+5）1/2,1000,100%,= 5.05%,2、分別計(jì)算著絲粒與兩個(gè)基因之間的重組率,RF(-a),=,M21/2,總子囊數(shù), 100%,= 9.3%,=,（90+90+1+5）1/2,1000,100%,n,a,則著絲粒、n、a在染色體上的排列方式為：,a、n兩個(gè)單獨(dú)發(fā)生交換之比為90/10005/1000=18，而RF比值為9.3/5.05=1.84 ，18遠(yuǎn)遠(yuǎn)

8、大于1.84，所以兩基因不可能位于著絲粒異側(cè)。,3、判定兩基因在染色體的同臂還是異臂？,同側(cè) ,100%,=,1/2T+NPD,T+PD+NPD,RF(n-a),=,1/2(90+5+5)（1+1),1000,100%,n與a之間的重組率,=5.2%,雙交換的存在低估了ade與著絲粒之間的距離,非順序四分子：一個(gè)子囊中的四個(gè)產(chǎn)物排列是雜亂無章的,例如：釀酒酵母,Section 3非順序四分子的遺傳分析,酵母（bakers yeast）,以釀酒酵母為例：ABab （1）若AB不連瑣，則有以下情況,NPD型,PD型= NPD型時(shí)， AB為不連鎖,PD型,(2) 若AB連瑣，則在減數(shù)分裂中發(fā)生非交換

9、、單交換、雙交換,非交換 NCO （non-crossover）， 單交換 SCO （single crossover）， 雙交換 DCO（double crossover ）,因此非順序四分子只有三種子囊類型 PD型 、NPD型、T型,如果：PD型NPD 則說明兩基因連鎖,=,1/2T+NPD,T+PD+NPD,100%,RF(A-B),PD：140 NPD：12 T：48,=18%,例如：ab+的子囊類型及數(shù)量分別為,圖距 = 50 x （T+6 NPD）,27%; 35cM,圖距 = 50 x （T+6 NPD）,練習(xí)： 一需要腺嘌呤（ad）和色氨酸才能生長的脈孢霉品系與一野生品系雜交，

10、產(chǎn)生下列四分子：,首先，雜交親本為ad try + +，整理如下：,其次，PD NPD，判斷兩基因連鎖; 計(jì)算基因與著絲粒及兩基因間距離：,判斷兩基因位于著絲粒同臂還是異臂？,根據(jù)題目，兩基因在MII分離情況時(shí)，PD=8 NPD=1，說明ad和 try 位于染色體同臂。,重要：判斷基因位置,ab + 順序四分子分析，數(shù)據(jù)如下：,PD T T NPD T PD,Mitchell鏈孢霉的雜交試驗(yàn) 吡哆醇缺陷型 Pdxp：對(duì)PH敏感 Pdx：對(duì)PH不敏感,Section 4 基因轉(zhuǎn)變,一、異常分離與基因轉(zhuǎn)變,這兩突變位點(diǎn)非常接近，有跡象表明，它們可能屬于同一順反子。,pdx,pdxp,+,+,pdx

11、p,pdx,pdxp,+,+,+,理論上的配子,實(shí)際配子,pdx,+,+,pdx,+,+,二、基因轉(zhuǎn)變的類型,以糞生糞殼菌為例,野生型黑色孢子g+突變型灰色孢子g-,染色單體轉(zhuǎn)變：減數(shù)分裂的四個(gè)產(chǎn)物中，有一個(gè)產(chǎn)發(fā)生了基因轉(zhuǎn)變，出現(xiàn)2: 6/6:2,正常型,半染色單體轉(zhuǎn)變：減數(shù)分裂的四個(gè)產(chǎn)物中，有一個(gè)產(chǎn)物的一半或兩個(gè)產(chǎn)物的各一半出現(xiàn)了基因轉(zhuǎn)變，出現(xiàn)5:3或3:1:1:3.,5:3,染色單體轉(zhuǎn)變,半染色單體轉(zhuǎn)變,一、遺傳重組的類型,1、同源重組（homologous recombination）:,2、位點(diǎn)專一性重組（ site-specific recombination）,3、異常重組,Sec

12、tion 5遺傳重組,適用于,原核類 真核類,可解釋,同源重組 基因轉(zhuǎn)變,二、同源重組的Holliday模型,1964年美國學(xué)者Robin Holliday提出,5,3,3,5,A B C D E,F G H,Holliday結(jié)構(gòu),g+,g-,2DNA分子,解釋基因轉(zhuǎn)變,假設(shè)g+ x g- 雜交親本只有一對(duì)堿基之差:,連接,分支遷移,旋轉(zhuǎn)180,左右切,上下切,G（+）,A（g）,T,A,G,C,A,G,丟失,不配對(duì)堿基的兩種修復(fù)校正方式,修復(fù)過程,核酸外切酶切除不配對(duì)堿基 DNA多聚酶填補(bǔ) DNA連接酶連接,野生型（+）,突變型（g）,兩個(gè)雜種分子都校正到+或g時(shí) 6:2或2:6,正常校正

13、4:4,染色單體轉(zhuǎn)變,均未校正 3:1:1:3,一個(gè)校正為+，或?yàn)間 5:3或3:5,半染色單體轉(zhuǎn)變,A. B. C. D.,基因轉(zhuǎn)變的實(shí)質(zhì)是異源雙鏈DNA錯(cuò)配核苷酸對(duì)在修復(fù)較正過程中發(fā)生的一個(gè)基因轉(zhuǎn)變?yōu)樗牡任换颥F(xiàn)象。,Section 6 異常重組轉(zhuǎn)座遺傳因子,染色體DNA上某些序列可以移動(dòng)到基因組的其他位置上去轉(zhuǎn)座元件或轉(zhuǎn)座子.,一、轉(zhuǎn)座元件的發(fā)現(xiàn),20世紀(jì)70年代夏皮羅(Shapiro)用E. coli乳糖操縱子突變株進(jìn)行雜交分析后，才確認(rèn)轉(zhuǎn)座子的存在。,1932年，美國學(xué)者Barbara McClintock發(fā)現(xiàn)玉米籽粒色素斑點(diǎn)的不穩(wěn)定遺傳行為。1951年首次提出在染色體上移動(dòng)的“控

14、制元件”或“控制因子”（controlling element）的概念。后來就把具有類似結(jié)構(gòu)和功能的元件稱為轉(zhuǎn)座因子，也曾稱為跳躍基因。,P,galT,galE,galK,半乳糖差向異構(gòu)酶,半乳糖尿苷酰轉(zhuǎn)移酶,半乳糖操縱子,密度梯度離心實(shí)驗(yàn)，證實(shí)突變的DNA中確實(shí)有插入片段。稱之為IS1（insertion sequence1）,突變gal,野生型gal,IS1,分子雜交實(shí)驗(yàn)：含有IS2的半乳糖操縱子與野生型DNA雜交：,二、原核生物的轉(zhuǎn)座子,1、插入序列( IS， insertion sequence),最簡單的轉(zhuǎn)座元件，是細(xì)菌染色體和質(zhì)粒的正常組成成分，有很多不同的IS，序列各不相同，但兩

15、端都有反向重復(fù)序列（IR），都能編碼自身轉(zhuǎn)座所需的酶。,例如：IS10結(jié)構(gòu)：,2. Tn轉(zhuǎn)座子（transposon elements，Tn ）,3、轉(zhuǎn)座噬菌體（略）,是一類復(fù)合性轉(zhuǎn)座因子，它帶有同轉(zhuǎn)座無關(guān)的基因（如抗藥性基因），轉(zhuǎn)座子兩端有反向或正向重復(fù)的IS。,轉(zhuǎn)座子在轉(zhuǎn)座位點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生正向重復(fù)序列：,三、真核生物轉(zhuǎn)座子,1、果蠅中的轉(zhuǎn)座子P因子（P element）, 4個(gè)外顯子（E）, 3個(gè)內(nèi)含子（I）, 兩端各一個(gè)反向重復(fù)（IR）,只在生殖細(xì)胞中實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)座。 在體細(xì)胞中雖然也轉(zhuǎn)錄，但轉(zhuǎn)錄出的產(chǎn)物沒有轉(zhuǎn)座酶活性！,66KD蛋白是轉(zhuǎn)座的抑制物。（在P型雌果蠅的卵細(xì)胞質(zhì)中大量存在，而且穩(wěn)定；M型雌果蠅中沒有）。,87kDa蛋白是轉(zhuǎn)座酶：使P因子轉(zhuǎn)座，導(dǎo)致不