第八章真核生物遗传分析 教学内容要点 第一节真核生物基因组 第二节真菌类的四分子分析与作图 第三节真核生物重组的分子机制 第四节基因转变及其分子机制 第五节真核生物基因的删除与扩增及重排 8.1真核生物基因组 基因组：一个物种单倍体的染色体数目及其所携带的全部基因。 8.11C值悖 C值： 个物种基因组的DNA含量是相对稳定的，通常称为该物种DNA 的C值，即单倍体所含DNA量。 C值悖理：物种的C值及其进化复杂性之间没有严格的对应关系。 8.12N值悖理 N值， 一个物种其因细的其因数目 值悖理：生物的基因数目与生物在进化树上的位置不完全相关。 8.1.3真核生物基因组DNA序列的复杂度 ()单拷贝序列（非重复序列） (2)中度重复序列 (3)高度重复序列 8.2真菌类的四分子分析与作图 82.1脉孢菌的生活史与顺序四分子分析 无性世代：菌丝体→分生孢子→菌丝体 有性世代： 正负菌丝接合 正负原子囊果+分生孢子 =二倍体合子里4个核性装8个子豪孢子 四分子：脉孢菌二倍体合子减数分裂形成的4个单倍体子囊孢子，称为四分 子。它们以直线方式排列在子囊中，又称为顺序四分子(ordered tetred)
第八章 真核生物遗传分析 教学内容要点 第一节 真核生物基因组 第二节 真菌类的四分子分析与作图 第三节 真核生物重组的分子机制 第四节 基因转变及其分子机制 第五节 真核生物基因的删除与扩增及重排 8.1 真核生物基因组 基因组：一个物种单倍体的染色体数目及其所携带的全部基因。 8.1.1 C 值悖理 C 值：一个物种基因组的 DNA 含量是相对稳定的，通常称为该物种 DNA 的 C 值，即单倍体所含 DNA 量。 C 值悖理：物种的 C 值及其进化复杂性之间没有严格的对应关系。 8.1.2 N 值悖理 N 值：一个物种基因组的基因数目。 N 值悖理：生物的基因数目与生物在进化树上的位置不完全相关。 8.1.3 真核生物基因组 DNA 序列的复杂度 ⑴ 单拷贝序列（非重复序列） ⑵ 中度重复序列 ⑶ 高度重复序列 8.2 真菌类的四分子分析与作图 8.2.1 脉孢菌的生活史与顺序四分子分析 无性世代:菌丝体→分生孢子→菌丝体 有性世代: 四分子：脉孢菌二倍体合子减数分裂形成的 4 个单倍体子囊孢子, 称为四分 子。它们以直线方式排列在子囊中,又称为顺序四分子(ordered tetred)
8o< 1)减数分裂的4个产物，呈现有规律的排列， 2)8个子囊孢子中，两相邻者的基因型一致 (①)着丝粒作图 ①概念： 以着丝粒作为一个座位，测定某一基因与着丝粒之间的距离，并进行基因 在染色体上的位置作图。 ②原理： A如果着丝粒与某一对杂合基因之间未发生交换，则该基因与着丝粒同步分 离。此时，一对等位基因的分离为减数第一次分裂分离，即M1,形成非交 换型子囊。 第一次分裂分离(M1)及非交换型子囊的形成 (a)No crossover between gene and centromere B如果基因与着丝粒之间发生了交换，则该基因与着丝粒的分离不同步。此 时，一对等位基因的分离为减数第二次分裂分离，即M2,形成交换型子囊。 第二次分裂分离(M2)及交换型子囊的形成
1) 减数分裂的 4 个产物,呈现有规律的排列. 2) 8 个子囊孢子中,两相邻者的基因型一致. ⑴ 着丝粒作图 ① 概念: 以着丝粒作为一个座位，测定某一基因与着丝粒之间的距离，并进行基因 在染色体上的位置作图。 ② 原理： A 如果着丝粒与某一对杂合基因之间未发生交换,则该基因与着丝粒同步分 离。此时，一对等位基因的分离为减数第一次分裂分离，即 M1，形成非交 换型子囊。 第一次分裂分离（M1）及非交换型子囊的形成 B 如果基因与着丝粒之间发生了交换,则该基因与着丝粒的分离不同步。此 时，一对等位基因的分离为减数第二次分裂分离，即 M2，形成交换型子囊。 第二次分裂分离（M2）及交换型子囊的形成
C如果一对等位基因的分离发生在第一次减数分裂，则基因与着丝粒之间未 发生重组：如果，两个基因的分离发生在第二次减数分裂，则说明基因与 着丝粒之间发生了重组。 D鉴别第一次或第二次减数分裂的分离，可根据8个子囊孢子基因型的排列 顶序。 ③若丝粒距离的计算 若丝粒与某一基因间RF 第二次分裂分离子囊数或交换型子囊数)×1/2×100% 子总数 或者： RF(着丝粒一基因)= MΠ× 、 ×100% 表83粗箱脉孢菌L+×杂交子代子囊类型 T5) 子毒型 10 120 0 16 分裂类型M1 MI M2 M2 M2 M2 未交换型 交换型 两个连锁基因的作图
C 如果一对等位基因的分离发生在第一次减数分裂，则基因与着丝粒之间未 发生重组；如果，两个基因的分离发生在第二次减数分裂，则说明基因与 着丝粒之间发生了重组。 D 鉴别第一次或第二次减数分裂的分离,可根据 8 个子囊孢子基因型的排列 顺序。 ③ 着丝粒距离的计算 着丝粒与某一基因间 RF= 表 8-3 粗糙脉孢菌 Lys+×Lys-杂交子代子囊类型 (1) (2) (3) (4) (5) (6) 子 囊 类 型 + + - - - - + + + - + - - + - + + - - + - + + - 子囊型 105 129 9 5 10 16 分裂类型 M1 M1 M2 M2 M2 M2 未交换型 交换型 ⑵ 两个连锁基因的作图
nic+× ade n++a(2n) ↓减数分裂 36种不同组合 可归纳为7种基本的子囊型 表8-4粗糙脉孢菌n+X+a杂交结果 子囊型 (1)(2) (3) (4)(5) (6) (7) 四分子基因 ++ ++ +a +a ++ ++ 型顺序 +a xx +a na na na n 十a n+ na n+ n+ na n十 分离发生时MI MI MIMI MI M2M2 MIM2 M2 M2 M2 M2 M2 四分子类型 PD NPD T T PD NPD 2 实得子囊数808 90 90 说明及分析方法 17种鞋 本子囊型中的四个基因型次序是各不一样的，分别由7种不同的 交换方式而来。 2、分离发生的时期：分别判断每一对基因分离发生的时期(M1或M2),用 于计算基因与着丝粒的图距。 3、子囊型分类：只考虑两对基因间是否发生了重组，用于计算两对基因间的 重组值。 (1)亲二型(PD):两种基因型，与亲代相同。 (2)非亲二型(NPD):两种基因型，与亲代不同。 (3)四型(T):四种基因型，两种与亲代相同，两种为重组型。 4连锁关系的判断
表 8-4 粗糙脉孢菌 n + × + a 杂交结果 子囊型 （1） （2） （3） （4） （5） （6） （7） 四分子基因 型顺序 + a + a n + n + + + + + n a n a + + + a n + n a + a n a + + n + + a n + + a n + + + n a + + n a + + n a + a n + 分离发生时 期 M1 M1 M1 M1 M1 M2 M2 M1 M2 M2 M2 M2 M2 M2 四分子类型 PD NPD T T PD NPD T 实得子囊数 808 1 90 5 90 1 5 说明及分析方法： 1、 7 种基本子囊型中的四个基因型次序是各不一样的，分别由 7 种不同的 交换方式而来。 2、分离发生的时期：分别判断每一对基因分离发生的时期（M1 或 M2），用 于计算基因与着丝粒的图距。 3、子囊型分类：只考虑两对基因间是否发生了重组，用于计算两对基因间的 重组值。 ⑴亲二型（PD）：两种基因型，与亲代相同。 ⑵非亲二型（NPD）：两种基因型，与亲代不同。 ⑶四型（T）：四种基因型，两种与亲代相同，两种为重组型。 4 连锁关系的判断
连锁判断： 自由组合 连锁 实际结果 PD/NPD-1 PD/NPD>1 898/2 结论：nic与ade连锁 5重组值的计算 1.c与着丝粒间的重组值= 换型子囊数×2.@)+++0× 总子囊数 -5+90+1+5×05% 1000 2e与着丝粒间的重组值=③)++6包×号=90+90+1+5×号=9.30% 总子囊数 1000 PD+号T1+1)+号90+5+5) 3.mc与ad6间的重组值=总子表数 1000 =5.20% 6作图： 0 nic ade 5.05 5.25 9.3≠10.25 10.25一9.30-0.95，双交换的结果被遗漏了
5 重组值的计算
DCO SCO DCO 三线 DcO DCO “线 四线 PD 如果假设双交换在四条染色单体间随机发生： DCO(所有双交换)=4NDD 其中：DC0(3线双交换)T(三线)-2NPD 而：T(总)=SC0(单交换)+DC0(3线双交换) 所以：SCO=T(总)-DCO(3线双交换) =T(总)-2NPD 因此 m=SCO+2DCO(所有双交换) =T(总)-2NPD+2(4NPD T 总 +6NPD 8.3真核生物重组的分子机制 8.3.1重组的类型 ①同源(Homologous recombination) 重组DNA同源序列间发生的重组，或称非特异性重组 ②位点特异性 重组(Site-specific recombination):特异性序列对之间进行重组 在原核生物中最为典型，如将噬菌体基因组整合到细菌染色体中。 ③转座重组((transposition recombination):使一段DNA序列插入到另一段 DNA序列中，而不依赖于序列同源性。 ④拷贝选择(Cop ice):如RNA病毒，聚合酶在合成RNA时从一条模板 链转换到另一条链上。因此，新合成的分子把两个不同亲本中的序列信息连 一起。 8.3.2同源重组的特点 ①同源重组是双链DNA间的反应
如果假设双交换在四条染色单体间随机发生： DCO(所有双交换) =4NPD 其中: DCO（3 线双交换)=T（三线）=2NPD 而: T（总）=SCO（单交换）+ DCO（3 线双交换） 所以: SCO=T（总）-DCO（3 线双交换） =T（总）－ 2NPD 因此: m=SCO+2DCO(所有双交换) =T（总）-2NPD+2（4NPD） =T（总）+6NPD 8.3 真核生物重组的分子机制 8.3.1 重组的类型 ① 同源(Homologous recombination) 重组:DNA 同源序列间发生的重组,或称非特异性重组。 ②位点特异性重组(Site-specific recombination)：特异性序列对之间进行重组， 在原核生物中最为典型，如将噬菌体基因组整合到细菌染色体中。 ③ 转座重组(transposition recombination)：使一段 DNA 序列插入到另一段 DNA 序列中，而不依赖于序列同源性。 ④拷贝选择(Copy choice)：如 RNA 病毒，聚合酶在合成 RNA 时从一条模板 链转换到另一条链上。因此，新合成的分子把两个不同亲本中的序列信息连 在一起。 8.3.2 同源重组的特点 ①同源重组是双链 DNA 间的反应
②反应中涉及的酶可以用任何一对同源序列作为底物： ③左在而组执占 ④基因组中重组频率受染色体结构影响。如在 异染色质附近，交换受到抑制。 ⑤两个DNA分子序列同源区越长越有利于重组。 分》时明 》子回作用 单链数 雨新定型 8.3.3同源重组的分子模型 ()Holliday模型 Holliday R于1964年提出，适用于原核类和真核类，既说明了同源重组的 过程，又解释了基因转变现象。 (2)双链断裂起始重组模型 Holliday模型
②反应中涉及的酶可以用任何一对同源序列作为底物。 ③存在重组热点。 ④基因组中重组频率受染色体结构影响。如在 异染色质附近，交换受到抑制。 ⑤两个 DNA 分子序列同源区越长越有利于重组。 8.3.3 同源重组的分子模型 ⑴ Holliday 模型 Holliday R.于 1964 年提出，适用于原核类和真核类，既说明了同源重组的 过程，又解释了基因转变现象。 ⑵ 双链断裂起始重组模型
双链D在易断裂处产生断点 斯点扩大形成端的缺马 从3合成D队取代 条链的缺口 一双螺旋 ■■■一 缺口被供体序列置换 相应的迁移产生双交换 8.4基因转变及其分子机制 8.4.1正常分离重组是交互的，两等位基因分离时，呈现2：2或1：1：1：1或 1:2:1的分离。 表10-1脉孢蚕一对等位基因+×-杂交子代证常分离结果 1) 3) ④ 6) + 醉 杀 + 型 842异常分离与基因转变 )异常分离：减数分裂是非交互的。 两等位基因分离时，呈现3：1或1：3的 分离
8.4 基因转变及其分子机制 8.4.1 正常分离:重组是交互的,两等位基因分离时,呈现 2：2 或 1：1：1：1 或 1：2：1 的分离。 8.4.2 异常分离与基因转变 ⑴异常分离: 减数分裂是非交互的。两等位基因分离时,呈现 3：1 或 1：3 的 分离
表10-2脉孢菌中+pp×p+杂交，其中4个子囊的结果 孢子对 子 1 2 3 4 第一对+pp + ▣ 第二对 ￥ + pdxp pdxp 第三对日 p + 第四对 + p (2)基因转变 基因转变(gene conversion): 一个基因转变为它的等位基因的遗传学现 基因转变往往伴有转换区外基因的重组，但区外基因的重组是正常的交 互方式，仍显示正常的2：2（或4：4）分离 pdx pdxp 3 pdxp pdx pdx pdx pdx Φ 水 十 pdxp pdxp A B 84.3基因转变的类型 (1)染色单体转变 减数分裂的 一个产物（一条染色单体）的两条链均发生了基因转变 6:2或2：6。 (2)半染色单体转变 基因转变只影响半个染色单体，即一条DNA链。5：3或3：5或3：1：
⑵ 基因转变 基因转变(gene conversion)：一个基因转变为它的等位基因的遗传学现 象。 基因转变往往伴有转换区外基因的重组，但区外基因的重组是正常的交 互方式，仍显示正常的 2：2(或 4：4)分离。 8.4.3 基因转变的类型 ⑴染色单体转变 减数分裂的一个产物(一条染色单体)的两条链均发生了基因转变。 6：2 或 2：6。 ⑵半染色单体转变 基因转变只影响半个染色单体，即一条 DNA 链。5：3 或 3：5 或 3：1：
1:3。 B 111eiil +++++gg +++++gg ++g+g88 6:2(或2：6) 5:3(或3：5) B'AXgA B'AX8A 欢ea子我 g 小ea于a我 g g 6 g g 的江精秋 小格酸 o小得格 g (g 3g:1g:1g*3g 5对3g 8.4.4基因转变的分子机制 实质是遗传重组过程中留下的局部异源双链区，DNA错配碱基在细胞内 的修复系统识别下所发生的 一个基因转变为它的等位基因的现象 不同的切除会产生不同的结果 假设用于g叶×g杂交的两亲本仅有一对碱基之差，如：
1：3。 8.4.4 基因转变的分子机制 实质是遗传重组过程中留下的局部异源双链区，DNA 错配碱基在细胞内 的修复系统识别下所发生的一个基因转变为它的等位基因的现象。 *不同的切除会产生不同的结果。 假设用于 g+ × g- 杂交的两亲本仅有一对碱基之差，如：