普通遗传学-第13节

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4。1。4。2　　染色体交换理论
1931年Harriet　Creighton　和Babara　McClintock报导了染色体交换和遗传重组间关系的实验证据。他们研究了玉米第9染色体上的两个基因，一个影响籽粒颜色（C代表有色，c代表无色）；另一个基因影响胚乳组成（Wx代表蜡质，wx代表淀粉质）。玉米的第9染色体形态上很特殊，靠近C的染色体末端着色非常深，称为节（knob）；靠近Wx的染色体一端比携带wx时要长一些。下面是杂合体的染色体构型：

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Wx　　　　　　　　　　　　　　　C

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　wx　　　　　　　　　　　　　　　　c

Creighton和Mclintock根据表型将重组型和亲本型分开后进行细胞学检查，发现所有非重组型保留亲本的染色体构型，而所有的重组型的染色体构型为：

　　　　　　　　　　wx　　　　　　　　　　　　C　　　　　　　　　和　　　　　　　　　　　Wx　　　　　　　　　　　　　　　c

毫无疑问染色体内重组在遗传上的表现和细胞学上的染色体片段交换直接相关。
染色体交换机制有两种假说。一种是断裂…重接模型（breakage　and　reunion　model），该假说认为一对非姊妹染色单体在交叉点断裂，在染色体分开时，细胞学上可观察到它们在交叉点相连，交叉的数目和分布与遗传交换一致。
另一种假说是拷贝选择模型（copy　choice　model）。1928年John　Belling在研究植物染色体减数分裂时，观察到沿染色体上分布着像串珠一样的东西（染色粒）。他认为这些“串珠”可能对应着基因，它们由非基因的连接物串联在一起。他观察到在减数分裂的前期Ⅰ，染色粒复制，新的染色粒仍和原来的染色粒相连。复制完成后，新形成的染色粒由连接物质相互连接。因此他推测由于两条同源染色体的所有染色粒非常紧密地平行排列在一起，连接物质会从一条同源染色体新产生的染色粒转移到相邻的另一条同源染色体新产生的染色粒，从而导致遗传物质的交换。Belling的这个假说被称为交换的拷贝选择模型。根据拷贝选择模型，染色体重组只能发生在重新产生的染色粒（也就是新的染色单体）之间，以至于即使发生多重交换（连锁基因之间发生了不止一次交换）也只能可涉及两条染色单体。换句话说，在一特定区域不论发生多少次交换，按照拷贝选择模型，每一个减数分裂细胞产生的四分孢子中，一定有两个亲本型存在。但是，酵母单个减数分裂的四分子产物的分离分析结果不支持Belling的假说。在四分子分析常常会遇到这种情况：
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ABC×abc
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ABc
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　AbC
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　aBC
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　abc
其中ABC代表3个连锁基因，按顺序排列。根据这4种减数分裂产物的基因型，可以确定在该减数分裂中重组不仅发生在A/a和B/b之间，也发生在B/b和C/c之间。这4种减数分裂产物中只有一个亲本型，表明4个染色单体中有3个参与了染色体交换。图4…6是3条染色单体参与交换的情形。





图4…6　　一种减数分裂四分子类型，示意两条以上染色单体参与交换的情形
上述例子间接支持染色体交换的断裂和重接假说。遗传学和细胞学证据表明交换不是发生在
减数分裂的前期，而是在进行染色体复制的间期。
真菌和海藻的减数分裂四分孢子分析结果还表明交换发生在四线期（4个染色单体），不是在两线期（两个染色体）。如果交换发生在两线期（染色体复制以前），任何一个减数分裂细胞都不可能产生两种以上的不同配子。而如果交换发生在四线期（染色体复制以后），就可能有多达4种不同的配子。在实验中经常可以观察到4种不同配子的情况。
交换是一个非常精确的过程，染色体的联会和交换不导致任何染色体片段的增加和丢失，在四分孢子时期，又出现4个完整的染色体。然而，到目前为止，交换发生的真正机制仍然有待进一步探索。
4。2　　连锁与交换的遗传分析
完全连锁基因在减数分裂时不形成重组型配子。不完全连锁基因在减数分裂时形成一定数量的重组型配子，但是不同的连锁基因组合形成的重组型配子的比例相差很大。连锁越紧密，重组型配子的比例越小。根据重组类型的多少可以估计连锁基因间的遗传距离。
4。2。1　　连锁的表示法
这里我们用一根短横线表示一条染色体，例如果蝇眼色和翅长的双因子杂合体可表示为
　　　prvg

　　　　pr＋vg＋
线上面的基因位于一条染色体，线下面的基因位于另一条与其同源的染色体。两条短线之间用一个“X”表示交换，因此，上述基因间的交换可表示为
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Prvg

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Pr＋vg＋
它和
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Prvg

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Pr＋vg＋
代表同样的意思。这种表示法还可以进一步简化仅用一根短线来代表两条配对的同源染色体，短线每一边的基因位于同一条染色体，这样上述基因型就可以表示为
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
为了书写方便，可用一根斜线代表其中的横线，这样上述基因型可以书写成prvg/pr＋vg＋。要注意的是线两边的基因顺序应保持一致。在不引起混淆的情况下，野生型基因可仅用“＋”表示。
4。2。2　　重组频率及其测定
4。2。2。1　　重组频率与交换值
由于减数分裂时同源染色体片段的交换，不完全连锁的基因总会发生重组形成一定比例的重组型配子。重组型配子数占总配子数的百分比称为重组值（rebination　value），或重组率（percentage　of　rebination），或重组频率（rebination　frequency），用R？表示。
　　　　　　　　　　　　　　　　R？=（重组型配子数/总配子数）×100％
重组值通常也称为交换值（cross…over　value）。严格意义上说，交换值不能等同于重组值。因为非等位基因之间偶然会发生多重交换，但不一定形成重组型配子，用重组值代表交换值会造成偏低估计。对此后面还要深入讨论。双因子连锁基因间形成的任一种重组基因型配子的比率为。
4。2。2。2　　重组频率的测定
1．测交法
用隐性亲本对F1杂合体测交是获得重组频率最简单、准确的方法。在测交法后代中重组表型的数目也就是F1重组型配子的数目。例如，在Morgan的果蝇眼色、翅长（见3。1）相引相试验中，重组型的个体数目为151（红色、退化翅）和154（紫色、正常翅），R？=（151＋154）/2839×100％=10。7％。在相斥相试验中，　重组型的个体数目为157（红色、正常翅）和146（紫色、退化翅），R？=（157＋146）/2335×100％=13％。两种实验得到的重组频率非常相近。
根据实验资料计算的重组频率是估计值，其标准误差（Se）可用公式

计算，其中R？即为上述估计值，n为总配子数。因此，相引相的重组频率R？的标准误差

相斥相的重组频率R？的标准误差

2。　自交法
利用F2资料估计重组频率较测交法复杂。对于完全显性基因，纯合体与杂合体在表型上没有区别。和独立分配一样，连锁双因子杂合体也形成4种配子，但在F2的表型上不符合9∶3∶3∶1，也不会出现以9∶3∶3∶1为基础改变的分离比例。一个明显的偏离现象就是与亲本表型相同的类型偏多，重组类型偏少。下面介绍3种根据F2资料计算重组频率的方法。
1）简易法：假定基因A/a与基因B/b连锁，雄配子与雌配子的重组频率相同。为了便于书定，这里用p代表重组率。相引相F2产生如基因型类型及比例：

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　AB/AB×ab/ab
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　AB/ab
　

　　　　　　　　　　　　　　　雄配子
F2基因型及其比例
雌配子






其中，雌雄双隐性配子的频率都为。它们结合产生的双隐性个体（ab/ab）是唯一一种基因型与表型一致、又能通过表型与其他基因型区分开的类型，在F2中所占比例为。因此，理论上F2双隐性个体一观察值比例=双隐性个体数/F2个体总数=，

在相斥相中，ab为重组型配子，在F2中比例为，

以Bateson和Punnett的香豌豆实验为例，表型偏多的一类是双隐性个体（红花、圆粒），属于相引相，
。
2）最大可能性法：最大可能性法以及后面要介绍的乘积法都有较复杂的数学推导过程，本书予以省略。假定雌雄配子的交换频率相同，在相引相中，
表型为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　A_B_的个体数为a，
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　A_bb的个体数为b，
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　a　a　B_的个体数为c，
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　aa　bb的个体数为d。

式中n是F2的总个体数，k只取正值。所以，。
标准误差　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
其中q=1－p。
当雌雄个体的重组频率不同时，k=（1－p1）（1－p2）
以Bateson和Punnett的香豌豆实验为例，



在相斥相中，k的计算公式与相引相相同，但是，

3）乘积法：在相引相中，k的计算公式为：

。K只取小值。
以Bateson和Punnett的香豌豆实验为例，

结果和最大可能法相同。
在相斥相中，

乘积法和最大可能性法都是自交试验中非常精确的重组值估计方法。但在乘积法中，如果某一类型的个体没有出现，其中一项的乘积就等于0。在这种情况下，可假定所缺项为1，以便估计重组率。
上面介绍的3种用F2群体测定重组率的方法中，简易法获得的结果与后两者的差异较大。简易法只利用了双隐性个体一种类型所含的遗传信息，估计的重组率存在较大的误差。
在遗传试验中，具体采用哪种方法测定重组率，往往与实验条件，人力、物力等的投入，获得自交或测交种子的难易程度来决定。像小麦、水稻等自花授粉作物，很容易得到足够数量的F2种子。而像玉米等异花授粉作物，去雄容易，授粉方便，测交法是最常用的一种方法。对大多数真核生物来说，如果要对雌雄配子的重组率进行分别估计，测交是最好的选择。有时隐性个体的存活率低，甚至根本不能存活，难以作为杂交或测交亲本，这时就要采用自交F2代资料估计重组值。
4。2。2。3　　影响重组率的因素
从果蝇实验到豌豆实验中可以看出不同基因间的重组率不同。当重组率很低时，在一定数量的群体中，可能不会出现重组型个体。为了更准确地估计基因间的重组率，足够数量的群体是必需的。
基因在染色体上所处的位置不同，重组频率有差异。一般来说，越靠近染色体末端重组频率越高。重组型配子在传递率、生活力上的差异影响重组率的估计。有些配子雌雄传递率不同，因此遗传设计不同、重组率估计各异。如果染色体间或部分染色体片段间不能很好配对，就很难发生重组。染色体结构变异，例如染色体的部分缺失，也会干扰正常配对部分的交换。
激素影响重组频率，反映在雌雄个体重组频率的差异。Morgan的学生Alfred　Sturtevant发现雄果蝇的染色体不发生交换，不形成重组型配子。在果蝇的连锁遗传试验中，杂合体亲本总是用雌果蝇。雌蚕和雄果蝇一样在减数分裂时也不发生交换。大家可以想一想果蝇或蚕的双因子杂合体互交的遗传结果。然而，大多数生物的两性都能发生交换。
极端高温和低温有提高交换频率的趋势。辐射对交换影响很大，如在果蝇中辐射可刺激交换。温度和辐射能诱发正常条件下不发生交换区域发生交换。二价离子，如Ca2＋、Mg2＋等，能够改变交换的数量。过量的Ca2＋降低交换频率；在低于正常水平时，交换频率显著增加。另外，年龄等其他外部条件也可能影响某些基因间的重组。实验中要注意选择正常条件下生长的材料进行遗传研究。
正常条件下在一个物种中基因的重组频率是恒定的，所以可以用重组频率估计基因间的遗传距离。
4。3　　染色体作图
确定相互连锁的基因的染色体上的位置及它们之间的遗传距离的过程就是染色体作图。下面介绍的两点测验和三点测验都可以用于染色体作图