遺傳圖的制作和基因定位“毫無(wú)疑問，中國(guó)基因組學(xué)研究已達(dá)到世界水平”--美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院士唐納德·肯尼迪(科學(xué)雜志社總編)

中國(guó)率先繪出水稻基因譜

中國(guó)云南紅河元陽(yáng)梯田

云南紅河元陽(yáng)梯田《水稻基因組序列草圖》

2002年，楊煥明等來(lái)自北京華大基因研究中心和杭州、上海、長(zhǎng)沙和西安等地共１１家中國(guó)研究機(jī)構(gòu)近百名研究人員，在題為《水稻基因組序列草圖》的論文中宣布，他們采用全基因組鳥槍測(cè)序法，以中國(guó)和亞太地區(qū)主要水稻栽培亞種秈稻為對(duì)象，完成了對(duì)水稻基因組序列草圖的測(cè)定和初步分析。

覆蓋整個(gè)水稻基因組９２％的草圖顯示，秈稻基因組共包含4.66億個(gè)堿基對(duì)，基因數(shù)目在4.6萬(wàn)至5.6萬(wàn)之間。他們還發(fā)現(xiàn)，秈稻基因組有約７０％以上的基因出現(xiàn)重復(fù)現(xiàn)象。研究人員認(rèn)為，較小基因的大量重復(fù)，可能是植物適應(yīng)性進(jìn)化所需蛋白質(zhì)多樣性的原因，這也許可以解釋水稻基因?yàn)楹芜@么多。

中科院研究團(tuán)隊(duì)領(lǐng)銜

完成小麥A基因組測(cè)序

中國(guó)科學(xué)院2013年3月25日發(fā)布消息說(shuō)，該院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所一個(gè)科研團(tuán)隊(duì)首次完成了小麥A基因組的測(cè)序和草圖繪制，比較全面地揭示出A基因組的結(jié)構(gòu)和表達(dá)特征。這一成果已獲最新一期國(guó)際著名學(xué)術(shù)刊物《自然》在線發(fā)表。這項(xiàng)研究由中科院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所植物細(xì)胞與染色體工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室小麥研究團(tuán)隊(duì)領(lǐng)銜發(fā)起，通過與深圳華大基因研究院和美國(guó)加州大學(xué)戴維斯分校合作順利完成。研究團(tuán)隊(duì)利用新一代測(cè)序技術(shù)，對(duì)二倍體烏拉爾圖小麥G1812系的基因組進(jìn)行測(cè)序、組裝、注釋及相關(guān)分析，鑒定出34879個(gè)編碼蛋白基因，其基因數(shù)量與已知禾本科植物基因組的基因數(shù)相似。

中科院研究團(tuán)隊(duì)領(lǐng)銜

完成小麥A基因組測(cè)序

小麥?zhǔn)侨蜃钪匾募Z食作物，養(yǎng)活了世界上40%的人口，提供全球20%的人類營(yíng)養(yǎng)所需熱能和蛋白質(zhì)。生產(chǎn)上廣泛種植的普通小麥?zhǔn)且粋€(gè)異源六倍體，含有A、B、D三個(gè)基因組，追本溯源，普通小麥?zhǔn)怯勺嫦纫吧囊涣Ｐ←?烏拉爾圖小麥)與擬斯卑爾托山羊草雜交形成四倍體小麥。大約8000年前，四倍體小麥與粗山羊草再一次自然雜交，經(jīng)自然和人類的選擇形成如今廣泛栽培的普通小麥。由于普通小麥基因組大(是水稻基因組的40倍)而復(fù)雜，85%以上序列為重復(fù)序列，致使基因組測(cè)序研究困難重重。烏拉爾圖小麥?zhǔn)切←淎基因組的原始二倍體供體種，也是小麥進(jìn)化的基礎(chǔ)性基因組，在小麥進(jìn)化過程中起核心作用。深圳華大基因研究院實(shí)驗(yàn)室華大基因2012年的研究成果

2012年5月14日，河北張家口農(nóng)科院和深圳華大基因研究院成功完成谷子(小米)全基因組序列圖譜的構(gòu)建，成果在《自然—生物技術(shù)》雜志在線發(fā)表。

2012年9月19日，由中科院海洋所和深圳華大基因研究院領(lǐng)導(dǎo)的國(guó)際研究小組完成了對(duì)太平洋牡蠣的測(cè)序、組裝與分析，成果在《自然》雜志在線發(fā)表。

深圳華大基因研究院院長(zhǎng)王俊現(xiàn)任深圳華大基因研究院執(zhí)行院長(zhǎng)，同時(shí)也擔(dān)任丹麥哥本哈根大學(xué)、丹麥奧胡斯大學(xué)、北京大學(xué)、香港中文大學(xué)多所知名高校的客座教授。他2012年年入選《自然》雜志評(píng)選的“科學(xué)界年度十大人物”，是唯一入選的中國(guó)人，這位只有37歲的年輕科學(xué)家，是中國(guó)70后群體中杰出的科技代表人物。“中國(guó)基因組研究的質(zhì)量，已經(jīng)給我們留下了極深的印象…..中國(guó)基因組學(xué)界積累的廣泛經(jīng)驗(yàn)，顯然將有利于其繼續(xù)作出各種各樣出色的成績(jī)”。----唐納德·肯尼迪Outline1、真核生物基因定位的基本方法和遺傳圖的制作。2、脈孢霉四分子及其遺傳學(xué)分析。2.1四分子分析與著絲粒作用。2.2二對(duì)基因的四分子分析。3、體細(xì)胞交換與基因定位：4、人類基因定位的基本方法4.1家系分析法。4.2體細(xì)胞雜交定位。4.3核酸雜交技術(shù)。5、細(xì)菌的遺傳分析與基因定位。5.1細(xì)菌的轉(zhuǎn)化與基因定位。5.2細(xì)菌的接合與基因定位。5.3細(xì)菌的轉(zhuǎn)導(dǎo)與作圖。6、噬菌體的重組作圖。6.1用于噬菌體作圖的常用表型特征。6.2噬菌體的遺傳重組與作圖。6.3噬菌體的遺傳圖為環(huán)形但DNA卻是線狀的。6.4T4噬菌體的遺傳學(xué)圖。

1、真核生物基因定位的基本方法和遺傳圖的制作。

大量實(shí)驗(yàn)表明，兩個(gè)基因之間的重組值是相對(duì)恒定的，不同基因之間的重組值卻不同，這表明生物體的各個(gè)基因在染色體上的位置是相對(duì)恒定的。重組值的大小反映基因座在染色體上距離的遠(yuǎn)近，摩爾根于1911年提出設(shè)想，如果將交換的百分率直接定為染色體上基因座之間的相對(duì)距離單位，這樣人們就有可能根據(jù)交換率來(lái)確定基因在染色體上的相對(duì)位置。圖距（mapdistance）即兩個(gè)基因在染色體圖上距離的數(shù)量單位，它以重組值1%去掉%號(hào)表示基因在染色體上的一個(gè)距離單位，即某基因間的距離為一個(gè)圖距單位（mapunit,mu）。后人為了紀(jì)念現(xiàn)代遺傳學(xué)的奠基人摩爾根，將圖距單位稱為厘摩（centimorgan,cM）?；蚨ㄎ唬╣enemapping）是指將基因定位于某一特定的染色體上，以及測(cè)定基因在染色體上線性排列的順序與距離。基因定位的目的是通過將基因定位于染色體的基因座上后，幫助我們理解和開發(fā)生物性狀的遺傳物質(zhì)，特別是通過遺傳連鎖將一種性狀的遺傳與另一種性狀或標(biāo)記相聯(lián)系，或者通過將表型差異與染色體結(jié)構(gòu)的改變聯(lián)系起來(lái)。這在商業(yè)上可用于改良動(dòng)植物的性狀、定位與克隆人類的疾病基因等。兩個(gè)基因之間的距離可以通過交換值來(lái)計(jì)算，交換值又可以通過新組合在整個(gè)后代中的比例來(lái)計(jì)算，因此可以通過交換值對(duì)基因進(jìn)行定位。當(dāng)然這種定位并不是基因間的絕對(duì)位置，而是指基因在染色體上的排列次序和彼此之間的相對(duì)距離?；蚨ㄎ坏幕痉椒▋牲c(diǎn)測(cè)交：指每次只測(cè)定兩個(gè)基因間的遺傳距離，這是基因定位的最基本方法。三點(diǎn)測(cè)交：就是通過一次雜交和一次測(cè)交，同時(shí)確定三對(duì)等位基因（即三個(gè)基因位點(diǎn)）的排列順序和它們之間的遺傳距離。三點(diǎn)測(cè)交能測(cè)出雙交換，因此更能準(zhǔn)確地反映出連鎖基因間的相對(duì)距離。兩點(diǎn)測(cè)交的實(shí)例已知玉米粒糊粉層有色C（或無(wú)色c）、胚乳飽滿Sh（或缺陷sh），胚乳非糯性Wx（糯性wx）三對(duì)相對(duì)性狀表現(xiàn)為連鎖遺傳，它們位于同一對(duì)同源染色體上。要測(cè)定這三個(gè)基因位點(diǎn)之間的距離和順序，我們需要分別進(jìn)行三次雜交和三次測(cè)交。這里要注意的是用于測(cè)交的F1必須是雙雜合體，否則無(wú)法檢出重組。C和Sh兩對(duì)基因的遺傳實(shí)驗(yàn)CSh/CShXcsh/csh

CSh/cshXcsh/csh

CSh/cshcsh/cshCsh/cshcSh/csh40324035149152C與Sh之間的圖距重組率：[（152+149）/（4032+4035+149+152）]X100%=3.6%因此C與Sh之間的圖距為3.6cMWx和Sh兩對(duì)基因的遺傳實(shí)驗(yàn)wxSh/wxShXWxsh/Wxsh

wxSh/WxshXwxsh/wxsh

wxSh/wxshWxsh/wxshwxsh/wxshwxSh/wxsh5885599115311488Wx與Sh之間的圖距重組率：[（1531+1488）/（5885+5991+1531+1488）]X100%=20.3%因此Wx與Sh之間的圖距為20.3cM那么Wx和C之間的圖距應(yīng)為（20.3+3.6）還是（20.3-3.6）呢？還需要第三次雜交和測(cè)交才能確定。Wx和C兩對(duì)基因的遺傳實(shí)驗(yàn)WxC/WxCXwxc/wxc

WxC/wxcXwxc/wxc

WxC/wxcwxc/wxcWxc/wxcwxC/wxc25422716739717Wx與Ｃ之間的圖距重組率：[（739+717）/（2542+2716+739+717）]X100%=21.7%因此Wx與Sh之間的圖距為21.7cMWx,C和Sh之間的位置關(guān)系圖由于Wx和C之間的圖距21.7更接近（20.3+3.6）=23.9而不是（20.3-3.6）=16.7，所以三個(gè)基因之間的位置關(guān)系和距離應(yīng)為下圖：WxShC

20.33.6三點(diǎn)測(cè)交的實(shí)例做三點(diǎn)測(cè)交時(shí)需要用這三個(gè)基因的雜合子（如abc/+++或ab+/++c）同這三個(gè)基因的隱性純合子（abc/abc）測(cè)交。我們還以玉米的上述三個(gè)基因?yàn)槔f(shuō)明，假如用于三點(diǎn)測(cè)交的兩個(gè)親本為：＋＋＋／＋＋＋和cshwx/cshwx,則Ｆ１代的基因型為：+++/cshwx,然后Ｆ１與三隱性純合體cshwx/cshwx測(cè)交，獲得下表所示結(jié)果。玉米三對(duì)基因的三點(diǎn)測(cè)交結(jié)果Ｆ１配子的基因型實(shí)得籽粒數(shù)+++２２３８cshwx２１９８c++９８+shwx１０７++wx６７２csh+６６２c+wx３９+sh+１９總數(shù)６０３３上表可看出，８種表型的實(shí)得籽粒數(shù)各不相同，且相差懸殊，說(shuō)明它們是連鎖的。下面我們先不考慮Ｗｘ，只考慮C-Sh間的情況，這樣就可以計(jì)算出C-Sh間的重組值：C-Sh=（98+107+39+19）/6033=4.36%。同樣的方法可計(jì)算出：Sh-Wx和C-Wx之間的交換值分別為：Sh-Wx=（672+662+39+19）/6033=23.07%和C-Wx=（98+107+672+662）/6033=25.51%。根據(jù)這三個(gè)數(shù)據(jù)我們可以將這三個(gè)基因作如下排列：C4.36Sh23.07Wx25.51很明顯，25.51≠4.36+23.07。原因是在兩個(gè)基因之間如果發(fā)生了雙交換，從表型上是檢測(cè)不出來(lái)的。剛才我們?cè)谟?jì)算重組率時(shí)其中（39+19）個(gè)個(gè)體分別在計(jì)算C-Sh和Sh-WX之間各用了一次，說(shuō)明有（39+19）的個(gè)體是發(fā)生了雙交換，但是我們?cè)谟?jì)算C-Wx間的圖距時(shí)，沒有將這個(gè)雙交換值計(jì)算進(jìn)去，顯然C-Wx間的圖距被縮小了，因此必須進(jìn)行校正。我們先算雙交換值（39+19）/6033=0.96%。而一次雙交換等于兩次單交換，所以在計(jì)算C-Wx間圖距時(shí)，應(yīng)加上兩倍的雙交換值，即C-Wx=25.51+2X0.96=27.43。從任何一個(gè)三點(diǎn)測(cè)交的實(shí)驗(yàn)中，我們可以發(fā)現(xiàn)，所得測(cè)交后代的8種可能的表型中，最多的兩種是親組合，最少的兩種是雙交換產(chǎn)物，中間數(shù)量的4種是單交換的產(chǎn)物。根據(jù)這些規(guī)律，對(duì)于一個(gè)三點(diǎn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在不計(jì)算重組值的情況下，一眼就能判斷出這三個(gè)基因的排列次序，即用雙交換類型與親本類型相比較，改變位置的基因就是位于中間位置的基因。在上面的例子中，親組合為（+++，cshwx）,雙交換產(chǎn)物為（+sh+,c+wx）,只有當(dāng)Sh位于中間的時(shí)候，同時(shí)發(fā)生兩個(gè)單交換后，才可能產(chǎn)生上述的雙交換個(gè)體。具體情況如下圖所示：兩點(diǎn)測(cè)交和三點(diǎn)測(cè)交總結(jié)兩點(diǎn)測(cè)交工作量非常大，比如要確定四對(duì)基因，則需6次雜交和6次測(cè)交，并且由于環(huán)境和基因間的影響，使得測(cè)定結(jié)果會(huì)發(fā)生偏差；另外在兩點(diǎn)測(cè)交中，對(duì)于雙交換是無(wú)法檢出的，因?yàn)樵趦蓚€(gè)基因間雙交換的結(jié)果等于沒交換。三點(diǎn)測(cè)交工作量大大降低，而且測(cè)定結(jié)果更準(zhǔn)確，且可以檢出雙交換。兩點(diǎn)測(cè)交和三點(diǎn)測(cè)交都必須用雜合體，否則就無(wú)法判斷是否發(fā)生了交換。干涉（interference）對(duì)同一染色體上的三個(gè)基因來(lái)說(shuō)，發(fā)生雙交換的概率應(yīng)該是兩個(gè)單交換概率的乘積。在上面的例子中，理論上雙交換率應(yīng)為：23.07%X4.36%≈1.0%，可是它的實(shí)際雙交換值只有0.96%，實(shí)際值小于理論值。可見每發(fā)生一次單交換時(shí)，它的臨近基因間也發(fā)生一次交換的機(jī)會(huì)就減少，這種現(xiàn)象稱為干涉。干涉的程度通常用并發(fā)系數(shù)（coefficientofcoincidence，c）來(lái)表示：并發(fā)系數(shù)=實(shí)際雙交換值/理論雙交換值并發(fā)系數(shù)通常在0-1之間。如果并發(fā)系數(shù)為1，則說(shuō)明兩個(gè)單交換之間沒有干涉；如果并發(fā)系數(shù)等于0，則說(shuō)明發(fā)生了完全干涉，即一個(gè)交換的發(fā)生完全干涉了第二個(gè)交換的發(fā)生，即沒有雙交換的發(fā)生。在上面的例子中，并發(fā)系數(shù)=0.96/1.0=0.96，干涉=1-0.96=0.04.另外在微生物發(fā)生基因轉(zhuǎn)變的時(shí)候，并發(fā)系數(shù)可以大于1，這表示存在著負(fù)干涉，即一次交換的發(fā)生使第二次發(fā)生交換的頻率增加了。染色體干涉（chromosomalinterference）以上講的干涉是就一個(gè)完整的染色體為單位來(lái)說(shuō)的，也叫染色體干涉：第一次交換發(fā)生后，第二次交換可以在任意兩條非姊妹染色單體間進(jìn)行。一般情況下，第一次交換除對(duì)同線雙交換有干涉外，對(duì)其他雙交換沒有干涉。遺傳學(xué)圖（geneticmap）又稱基因連鎖圖（linkagemap）或染色體圖（chromosomemap），是一種依據(jù)基因間的交換值（或重組值）表示連鎖基因在染色體上相對(duì)位置的簡(jiǎn)單線性示意圖。連鎖群（linkagegroup）所謂一個(gè)連鎖群，是指位于一對(duì)同源染色體上的所有基因群。通過大量的實(shí)驗(yàn)，我們已經(jīng)知道一個(gè)生物連鎖群的數(shù)目等于或少于染色體的對(duì)數(shù)。至于少于染色體數(shù)，那是因?yàn)橛行┻B鎖群還未被發(fā)現(xiàn)?；蛟谌旧w上的位置叫座位（locus），一般以最先端的基因位置為0，如果發(fā)現(xiàn)有新基因在更先端的位置時(shí)，就把0點(diǎn)讓給新基因，其余基因的位置亦作相應(yīng)的移動(dòng)。重組率與遺傳圖圖距我們知道，重組率是介于0-50%之間（為什么？），但在遺傳圖上我們可以看多超過50圖距單位的，這是因?yàn)檫@兩個(gè)基因間發(fā)生了多次交換，但實(shí)際上這兩基因間的重組值不會(huì)超過50%，所以實(shí)驗(yàn)得到的重組值與圖上的重組值不一定是一致的，因此要從圖上知道基因間的重組值只限于臨近的基因座位間。這里我們所講的遺傳學(xué)的標(biāo)記都是一些表型性狀，Botstein等于1980年提出了現(xiàn)代遺傳連鎖圖的概念，主要是將這些單純的表型多態(tài)性界標(biāo)改變?yōu)镈NA序列的多態(tài)性作為界標(biāo)，如RFLP、VNTR、STR，SNP等，這些內(nèi)容我們?cè)诮窈蠡蚪M水平上的遺傳部分再講述，這里暫不講述。2脈孢霉四分子及其遺傳學(xué)分析利用脈孢霉（Neurosporacrassa）進(jìn)行遺傳學(xué)分析具有許多優(yōu)點(diǎn)：（1）個(gè)體小，生長(zhǎng)迅速，便于培養(yǎng)；（2）具有像高等生物那樣的染色體，研究結(jié)果可在遺傳學(xué)上廣泛應(yīng)用；（3）除無(wú)性繁殖外，還可進(jìn)行有性繁殖，一次雜交可產(chǎn)生大量后代；（4）其無(wú)性世代是單倍體，沒有顯隱型，基因型直接在表型上反映出來(lái)；（5）一次只分析一個(gè)減數(shù)分裂的產(chǎn)物，不需要分析二倍體合子和進(jìn)行測(cè)交，因此工作量減少很多。四分子分析脈孢霉的合子在子囊內(nèi)進(jìn)行二次減數(shù)分裂所形成的4個(gè)子囊孢子叫四分子（tetrad），對(duì)四分子進(jìn)行的遺傳分析就叫四分子分析（tetradanalysis）。由于脈孢霉的子囊很狹窄，以致分裂的紡錘體不能重疊，只能縱立于它的長(zhǎng)軸之中，所以在子囊里面進(jìn)行分裂的細(xì)胞核是嚴(yán)格按直線順序排列的，因此在交配中，等位基因通過減數(shù)分裂所產(chǎn)生的細(xì)胞就呈現(xiàn)有規(guī)律的排列-順序四分子（orderedtetrad）。通過四分子分析，我們可以獲得許多重要的對(duì)于遺傳分析的直接資料，譬如我們可以取得分離規(guī)律的直接證據(jù)、可以檢驗(yàn)有無(wú)連鎖和交換等。子囊孢子分析方法：脈孢霉的二倍體合子在子囊內(nèi)進(jìn)行減數(shù)分裂和有絲分裂，生成8個(gè)單倍子囊孢子，在子囊未破裂前將各子囊的子囊孢子按順序一個(gè)個(gè)地在顯微鏡下用很細(xì)的針剝離出來(lái)，進(jìn)行分別培養(yǎng)而獲得每個(gè)孢子的菌絲，根據(jù)菌絲的顏色等性狀等計(jì)算不同表型的子囊孢子的比例。著絲粒作圖（1）假如在同源染色體上有一對(duì)等位基因A和a，如果在著絲點(diǎn)和這對(duì)等位基因之間沒有發(fā)生過交換，那么在第一次減數(shù)分裂時(shí)A和a就完全分開進(jìn)入不同的兩極，第二次減數(shù)分裂時(shí)，染色單體分開，進(jìn)入四個(gè)孢子，進(jìn)一步的有絲分裂形成8個(gè)子囊孢子，8個(gè)子囊孢子呈AAAAaaaa（或aaaaAAAA）的排列方式。著絲粒作圖（2）如果A和a基因的分離發(fā)生在減數(shù)分裂的第一次分離，我們將這種分離方式叫第一次分裂分離（first-divisionsegregation，MI）由此得到的等位基因的排列模式為AAAAaaaa（或aaaaAAAA）。當(dāng)非姊妹染色單體在著絲粒和基因座（A，a）之間發(fā)生交換時(shí)，在第一次減數(shù)分裂后，由于在這個(gè)過程中只有同源染色體的分離，因而等位基因A和a仍同時(shí)存在于同一核中，只有到減數(shù)分裂第二次分裂時(shí)，A和a才進(jìn)入不同的核中，所以稱這種情況為第二次分裂分離。由此得到的等位基因的排列模式AAaaAAaa（或aaAAaaAA）稱為MII模式。這種模式的特征是一半的四分子產(chǎn)物發(fā)生了重組。著絲粒作圖（3）我們知道染色體上兩個(gè)基因座之間的距離越遠(yuǎn)，則它們間發(fā)生交換的頻率越高，因此當(dāng)?shù)诙畏至逊蛛x的子囊越多，則說(shuō)明有關(guān)基因和著絲粒距離（locus-to-centromeredistance）越遠(yuǎn)。這種以著絲粒作為一個(gè)座位，計(jì)算某一基因與著絲粒的距離（重組值）的方法，叫著絲粒作圖（centromeremapping）。著絲粒作圖的實(shí)例（1）假設(shè)脈孢霉交配型A和a是由一對(duì)等位基因A和a控制，如果交配型A和交配型a雜交，產(chǎn)生的二倍體合子的基因型是Aa，下圖顯示了由合子產(chǎn)生四分孢子的各種不同的方式。著絲粒作圖的實(shí)例（2）通過對(duì)順序四分子的分析，我們能夠數(shù)出顯示對(duì)某一特定標(biāo)記基因第二次分裂分離的子囊數(shù)。對(duì)于交配型位點(diǎn)來(lái)說(shuō)，大約13%的子囊是第二次分裂分離的。如何將這一數(shù)值轉(zhuǎn)換成圖距？在這種情況下不是一個(gè)直接的轉(zhuǎn)換，我們可以用著絲粒圖解的方式表示：如果我們將著絲粒當(dāng)作一個(gè)基因標(biāo)記，那么親本類型就是●A和○a，重組類型就是●a和○A。在第一次分裂分離的子囊中（上圖a），所有的孢子都是親本型的。而在第二次分裂分離的子囊中（上圖b），半數(shù)是親本的，半數(shù)是重組的，即每發(fā)生一次交換，一個(gè)子囊中只有半數(shù)孢子發(fā)生了重組。因此要轉(zhuǎn)換這種四分孢子的數(shù)據(jù)成交換值或重組值，必須將第二次分裂分離子囊的百分率除以2，因此交配型基因的著絲粒圖距為6.5mu（mapunit）。用公式可表示為：著絲粒與有關(guān)基因的重組率=第二次分裂分離子囊數(shù)（或交換型子囊數(shù)）/子囊總數(shù)X1/2X100%。著絲粒作圖的另一個(gè)實(shí)例假如有兩種不同結(jié)合型的脈孢霉菌株：一種是能合成賴氨酸的野生型菌株（+），該菌株成熟的子囊孢子呈黑色；另一種是賴氨酸缺陷型（-）,這種菌株的子囊孢子成熟后呈灰色。將這兩種菌株進(jìn)行雜交（+X-），根據(jù)黑色孢子和灰色孢子的排列次序，雜種子囊中減數(shù)分裂的產(chǎn)物共有6種子囊型，其計(jì)數(shù)的結(jié)果見下表。123456子囊類型+-+-+-+--+-+-++--+-+-++-子囊數(shù)105129951016分裂類型MIMIMIIMIIMIIMII是否交換型非交換型交換型

脈孢霉+X-雜交子代的子囊類型著絲粒圖距的計(jì)算凡是第二次分裂分離的子囊，一定是在著絲粒與所研究的基因之間發(fā)生過交換的，故MII型也稱做交換型。根據(jù)以上分析，合成賴氨酸的基因與著絲粒間的重組值為：（MIIX1/2）/(MI+MII)X100%=(9+5+10+16)X1/2÷（105+129+9+5+10+16）X100%=7.3%所以合成賴氨酸的基因與著絲粒的圖距為7.3cM。二對(duì)基因的四分子分析在二對(duì)基因雜交時(shí)，如果只考慮性狀的組合，而不考慮孢子排列的順序，可以將子囊分為下列三種類型：（1）親二型（parental-ditype,PD）:兩種基因型都跟親代一樣（無(wú)交換）；（2）非親二型（nonparental-type，NPD）：兩種基因型都跟親代不一樣，是重組型（雙交換）；（3）四型（tetratype，T）：4種基因型，兩種與親代一樣，兩種跟親代不一樣（單交換）。兩對(duì)基因的四分子分析（1）通過四分子分析，可以幫助我們確定二對(duì)基因之間是否連鎖：當(dāng)兩對(duì)基因位于不同染色體上時(shí)，重組類型占50%，親本類型占50%，這符合自由組合規(guī)律。即當(dāng)親二型的類型與非親二型的類型相等時(shí)，我們可以說(shuō)這兩個(gè)基因是自由組合的或這兩對(duì)基因不連鎖。兩對(duì)基因的四分子分析（2）當(dāng)二對(duì)基因位于同一染色體上即這兩對(duì)基因連鎖時(shí)，產(chǎn)生親二型和非親二型四分子的頻率是不一樣的。如果在兩個(gè)基因之間沒有交換，將產(chǎn)生PD型子囊；如果在兩個(gè)基因之間發(fā)生一個(gè)單交換，將產(chǎn)生T型子囊；如果在兩個(gè)基因之間發(fā)生二線雙交換，由于沒有重組子代的產(chǎn)生，仍為PD型子囊；如果在兩個(gè)基因之間發(fā)生三線雙交換，因涉及到四條染色體中的三條，則會(huì)有兩種不同的方式，2-3，4（或1-3，4）三鏈雙交換和3-1，2（或4-1，2）三鏈雙交換，但都產(chǎn)生T型子囊；如果在兩個(gè)基因間發(fā)生四線雙交換，將產(chǎn)生NPD型子囊。（如下頁(yè)的圖所示）綜上所述，親二型（PD）是通過非交換和二線雙交換產(chǎn)生的，非親二型（NPD）僅僅通過四線雙交換產(chǎn)生，而四線雙交換只是四種可能的雙交換之一，非常少。因此如果親二型的頻率遠(yuǎn)大于非親二型的頻率，我們可以說(shuō)這兩個(gè)基因是連鎖的。兩基因間的距離=重組子數(shù)目/總后代數(shù)X100%，重組子數(shù)目=1/2T+NPD；非重組子數(shù)目（親本型數(shù)目）=1/2T+PD。兩對(duì)基因的連鎖分析和作圖實(shí)例脈孢霉的煙酸依賴型nic需要在培養(yǎng)基上添加煙酸才能生長(zhǎng)，腺嘌呤依賴型ade需要在培養(yǎng)基上添加腺嘌呤才能生長(zhǎng)。將nic+和+ade兩個(gè)菌株雜交。此前我們已經(jīng)分析過，一對(duì)基因雜交會(huì)產(chǎn)生6種不同的子囊型，兩對(duì)基因雜交會(huì)產(chǎn)生6X6=36種不同的子囊型，但這36種不同的子囊類型可歸納為7種基本子囊型，如下圖所示：子囊型1234567基因型次序+ade+adenic+nic+++++nicadenicade+++adenic+nicade+adenicade++nic++adenic++adenic+++nicade++nicade++nicade+adenic+分離發(fā)生時(shí)期MIMIMIMIMIMIIMIIMIMIIMIIMIIMIIMIIMII子囊型類型PDNPDTTPDNPDT實(shí)得子囊數(shù)80819059015交換類型無(wú)交換1-4，2-3四線雙交換1-4單交換2-3，2-4三線雙交換2-3二線雙交換1-3，2-4四線雙交換1-3，2-3三線雙交換

脈孢霉nic+X+ade雜交結(jié)果（1）先判斷這兩個(gè)基因是獨(dú)立分配還是連鎖的。根據(jù)表中第1種子囊型和兩個(gè)親本完全相同，其子囊數(shù)為808個(gè)，占整個(gè)后代子囊數(shù)（1000）的80.8%，即絕大部分后代為親組合；從第1種子囊型的分離發(fā)生時(shí)期來(lái)看，ade和nic都是屬于MI，即表明ade與著絲粒及nic與著絲粒之間沒有發(fā)生過交換重組。由此說(shuō)明兩個(gè)基因是連鎖的。實(shí)際上，只要PD》NPD，則說(shuō)明兩個(gè)基因之間是連鎖的。（2）判斷這兩個(gè)基因是位于著絲粒的同臂還是異臂。假如兩個(gè)位點(diǎn)是位于著絲粒的兩側(cè)，那么nic和著絲粒之間的重組與ade和著絲粒之間的重組是各自獨(dú)立的；相反，若兩個(gè)座位都在著絲粒的同側(cè)，一旦某個(gè)基因和著絲粒之間發(fā)生了一次交換，若不存在雙交換的話，勢(shì)必使另一基因和著絲粒也產(chǎn)生重組。從上表看，nic和著絲粒之間發(fā)生重組的子囊（MII）為4、5、6、7型，共101個(gè)，其中5、6、7型子囊共96個(gè)同時(shí)也發(fā)生了ade與著絲粒之間的重組，表明這兩個(gè)基因之間的交換是有密切關(guān)系的，即兩個(gè)基因位于著絲粒的同臂。據(jù)此，我們得出如下一般性結(jié)論：當(dāng)兩個(gè)連鎖基因都處在MII型狀態(tài)下的PD和NPD子囊類型頻率相差懸殊時(shí)，這兩個(gè)基因位于著絲粒的同臂。（3）具體計(jì)算基因nic，ade間及著絲粒與基因間的重組值：nic和ade間的重組值=(1/2T+NPD)/總子囊數(shù)=[1/2X（90+5+5）+1+1]/1000=5.2%nic與著絲粒間的重組值=（交換型子囊數(shù)/總子囊數(shù)）X1/2=(第二次分裂分離子囊數(shù)/總子囊數(shù))X1/2=[（5+90+1+5）/1000]X1/2=5.05%Ade與著絲粒間的重組值=（交換型子囊數(shù)/總子囊數(shù)）X1/2=[（90+90+1+5）/1000]X1/2=9.30%根據(jù)上述數(shù)值，我們可判斷三者的順序應(yīng)該是：●——nic——ade。但ade與著絲粒間的距離并不等于nic與著絲粒間的距離以及nic和ade間的距離之和。為什么會(huì)產(chǎn)生這樣的結(jié)果呢？這是因?yàn)槲覀冊(cè)谟?jì)算ade與著絲粒之間的重組值時(shí)，是把所有第二次分裂分離的子囊數(shù)除以2倍的總子囊數(shù)得到的，這樣的計(jì)算就會(huì)把少量的在ade與著絲粒之間發(fā)生過雙交換的子囊遺漏了。比如在子囊型4中，存在一個(gè)雙交換，對(duì)于+/ade來(lái)說(shuō)是第一次分裂分離，對(duì)于+/nic來(lái)說(shuō)是第二次分裂分離，在計(jì)算ade與nic和nic與著絲粒的重組值時(shí)，將這兩次重組算進(jìn)去了，但在計(jì)算ade與著絲粒間的重組率時(shí)，則沒有將這兩次單交換（一次雙交換）算進(jìn)去，因而使得ade與著絲粒間重組值被低估。所有實(shí)際上ade與著絲粒間的圖距應(yīng)為5.2+5.05=10.25。如果自一個(gè)雜交中超過兩個(gè)以上的基因連鎖，最好是一次只考慮兩個(gè)基因，然后再通過對(duì)四分子孢子類型進(jìn)行分類（PD，NPD，T）來(lái)進(jìn)行。3體細(xì)胞交換與基因定位正常情況下分裂分離和重組都是在減數(shù)分裂中發(fā)生的，但實(shí)驗(yàn)證據(jù)表明在有的有機(jī)體中交換也可發(fā)生在有絲分裂中，這叫做體細(xì)胞交換（somaticcrossingover）或有絲分裂交換（mitoticcrossingover）。果蠅的孿生斑（twinspots）即兩塊互相靠近而面積相當(dāng)?shù)陌唿c(diǎn)，一塊為黃色直剛毛，一塊為灰色曲剛毛，呈鑲嵌表型就是有絲分裂交換的一個(gè)典型例子。，C.Stern認(rèn)為孿生斑是由于體細(xì)胞在有絲分裂過程中發(fā)生了同源染色體間的交換而產(chǎn)生的。在果蠅X染色體上，有兩對(duì)連鎖基因：y（黃體）對(duì)y+（灰體）隱性，sn（短的曲剛毛）對(duì)sn+（長(zhǎng)的直剛毛）隱性。照例基因型為雜合型的雌果蠅（ysn+/y+sn）應(yīng)表現(xiàn)出野生型的灰體直剛毛。將一個(gè)灰體曲剛毛（y+sn/y+sn）雌果蠅和一個(gè)黃體直剛毛（ysn+/ysn+）雄果蠅雜交，stern發(fā)現(xiàn)，正如預(yù)料的那樣雌性后代大部分為野生型（灰體直剛毛），但部分雌果蠅有孿生斑，孿生斑的發(fā)生頻率較高，一定是某種遺傳事件的交互產(chǎn)物。這種現(xiàn)象無(wú)法用體細(xì)胞突變等來(lái)解釋，他認(rèn)為最好的解釋是由于體細(xì)胞在有絲分裂過程中發(fā)生了同源染色體間的交換而產(chǎn)生的。如下圖所示：利用有絲分裂進(jìn)行基因定位同源染色體聯(lián)會(huì)被認(rèn)為染色體交換的前提，在減數(shù)分裂中同源染色體聯(lián)合是一個(gè)必經(jīng)的過程，因而減數(shù)分裂中染色體的聯(lián)會(huì)是一個(gè)經(jīng)常發(fā)生的事件。但多數(shù)生物的體細(xì)胞在有絲分裂過程中同源染色體不聯(lián)會(huì)，因而染色體交換甚至同源染色體配對(duì)在有絲分裂中是不常見的，但通過X射線的照射可以增加其發(fā)生的頻率。基因定位一般通過減數(shù)分裂過程中基因間的重組頻率來(lái)確定的，但通過有絲分裂交換也可以進(jìn)行基因定位，其原理是依據(jù)體細(xì)胞同源染色體的交換使得染色體遠(yuǎn)側(cè)的雜合基因純合化的規(guī)律，然后推導(dǎo)基因的位置和距離。有絲分裂交換定位對(duì)于那些不進(jìn)行有性生殖的生物如黑曲霉（Aspergillusniger）、醬油曲霉（A.sojae）等的基因定位具有重要的價(jià)值。從上圖可以看出，離著絲粒越近的基因純合化的機(jī)會(huì)越小，離著絲粒越遠(yuǎn)的基因則純合化的機(jī)會(huì)越大（如a只有1次，而e則有5次）?，F(xiàn)假設(shè)觀察到對(duì)a，b，c，d，e中任何一個(gè)基因是純合子的個(gè)體300個(gè)，分布如下：abcdebcdecdedee總數(shù)10060754025300當(dāng)a是純合子的時(shí)候，b也是純合子，但在有些克隆中，當(dāng)b是純合子的時(shí)候，a卻不是，這說(shuō)明a比b更靠近著絲粒。分析所有的克隆表型所出現(xiàn)的頻率反映了某個(gè)有絲分裂交換所發(fā)生的頻率，這個(gè)頻率就可以用來(lái)計(jì)算有絲分裂圖距。根據(jù)上面的例子，在a和b之間發(fā)生交換產(chǎn)生bcde的純合子表型，因此a和b之間的重組值為60/300=20%，即a-b之間的圖距為20。依次類推，a，b，c，d，e及著絲粒間的有絲分裂染色體圖為：abcde202513.38.3有絲分裂定位數(shù)據(jù)和減數(shù)分裂定位數(shù)據(jù)，二者可能在數(shù)值上相差甚遠(yuǎn)，但二者得到的基因順序是一致的。4人類基因定位的基本方法人類基因定位所要解決的問題跟其他生物是一樣的，即（1）所研究的兩個(gè)基因是位于不同的染色體還是位于同一條染色體上，即它們是連鎖的還是自由組合的；（2）如果是位于同一條染色體上，那么基因間的距離是多少。人類基因定位的第一步是將人的基因（或遺傳標(biāo)記）定位在特定的染色體上。目前對(duì)人基因進(jìn)行定位的方法主要有家系分析法、體細(xì)胞雜交法、核酸雜交技術(shù)等。第一個(gè)定位的人類基因是紅綠色盲基因，它是1911年由E.B.Wilson（EdmundBeecherWilson）于1911年定位成功的。家系分析法（pedigreemethod）通過分析、統(tǒng)計(jì)家系中有關(guān)性狀的連鎖情況和重組率而進(jìn)行基因定位的方法叫家系分析法，其中連鎖分析法（linkageanalysis）是最常用的方法之一。家系分析法是最古老也是比較成熟的遺傳學(xué)研究方法，通過這種方法已經(jīng)把紅綠色盲、血友病A、G6PD等遺傳病基因定位在X染色體上。遺傳標(biāo)記的多態(tài)性（polymorphism）所謂多態(tài)性，是指在一個(gè)（個(gè)體、細(xì)胞或分子）群體中，某一遺傳特性存在若干種類型。如果某個(gè)基因特別是致病基因與某個(gè)標(biāo)記非常接近，通過家系的連鎖分析，即可確定該基因在某一染色體上甚至某一點(diǎn)。目前已經(jīng)發(fā)展了RFLP、小衛(wèi)星和微衛(wèi)星、SNP等新型遺傳標(biāo)記。性連鎖基因的定位最常用的家系分析是性連鎖分析。其原理是如果某性狀只出現(xiàn)于男性，則一般可將決定這個(gè)性狀的基因定位于Y染色體上（注意排除限性遺傳）。根據(jù)伴性遺傳特點(diǎn)，男性的X染色體總是來(lái)自他的母親，而這條X染色體又總是傳給他的女兒，所以正常情況下X染色體上的基因不會(huì)出現(xiàn)直接從男性到男性的遺傳方式，而是隔代交叉遺傳，從外祖父?jìng)鹘o外孫。如果兩個(gè)性狀都表現(xiàn)為隔代交叉遺傳，則可判斷這兩個(gè)性狀的基因都在X染色體上，或可以說(shuō)這兩個(gè)基因是X連鎖的。外祖父法（grandfathermethod）對(duì)于X染色體上的基因來(lái)說(shuō)，只需要知道母親的基因型為雙重雜合體（即兩對(duì)基因都處于雜合狀態(tài)），即可以根據(jù)雙重雜合體的母親所生兒子中有關(guān)性狀的重組情況估計(jì)出重組率（因?yàn)閅染色體不含此基因，相當(dāng)于隱性）。而母親X染色體上的基因組成，可以由外祖父的表型得知，因此這種基因定位的方法稱為外祖父法。母親X染色體上的兩個(gè)基因間發(fā)生了交換常染色體上基因的定位家系分析法也可用于常染色體的基因定位，比如Duffy血型基因就是用這種方法定位于人的1號(hào)染色體上的。Donahue在做染色體實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)自己的1號(hào)染色體長(zhǎng)臂在靠近著絲粒區(qū)的地方變長(zhǎng)了，通過對(duì)他自己家族染色體的觀察發(fā)現(xiàn)，這一異常是遺傳的，將其作為1號(hào)染色體上的一個(gè)特定的標(biāo)記，隨后發(fā)現(xiàn)這一標(biāo)記與Duffy血型具有平行性，表明這種染色體的異常結(jié)構(gòu)同這一基因相連鎖，因此將此血型基因定位于1號(hào)染色體上。這種靠表現(xiàn)型不同作為遺傳標(biāo)記來(lái)定位基因的方法很難普及，因而不適用于大量基因的常染色體定位，現(xiàn)在人類疾病基因的定位更多使用的是一些分子遺傳標(biāo)記如RFLP，VNTR等進(jìn)行。其他的常染色體定位方法全基因組掃描（genomescanning）：根據(jù)每一個(gè)VNTR（串聯(lián)重復(fù)序列）的兩側(cè)序列設(shè)計(jì)引物，通過PCR擴(kuò)增VNTR，然后走凝膠電泳，每一個(gè)VNTR由于其長(zhǎng)度不一而呈現(xiàn)出階梯狀條狀圖譜，這種方法稱為全基因組掃描。由于每一個(gè)體同一位置上的VNTR的長(zhǎng)度不一定相同，所以反映在電泳圖譜上的條帶大小就不相同。當(dāng)研究常染色體上某個(gè)基因的定位時(shí)，先收集家系中各個(gè)成員的DNA樣品，對(duì)每個(gè)成員的DNA進(jìn)行“基因組掃描”，比較不同個(gè)體的VNTR電泳圖譜，如發(fā)現(xiàn)某種性狀總是同某些VNTR電泳條帶相連鎖，就可在這些VNTR條帶所在的染色體位置附近尋找與這種性狀相關(guān)的基因。300個(gè)左右的VNTR可使基因定位在10CM左右的范圍內(nèi)。假如某一性狀(如疾病)同時(shí)與很多遺傳標(biāo)記呈連鎖關(guān)系，但因?yàn)橛羞z傳重組的作用，經(jīng)若干代后，有些遺傳標(biāo)記的連鎖關(guān)系不存在了，而只同其中一個(gè)或少數(shù)幾個(gè)遺傳標(biāo)記仍保持連鎖關(guān)系，這時(shí)我們就可以肯定決定改性狀的基因應(yīng)該位于這種緊密連鎖的遺傳標(biāo)記的附近。體細(xì)胞雜交定位體細(xì)胞雜交定位是運(yùn)用體細(xì)胞遺傳學(xué)（somaticcellgenetics）原理和體細(xì)胞雜交（somaticcellhybridization）技術(shù)，在離體條件下，把基因定位在染色體上及研究基因的分離、基因的連鎖與交換從而制作遺傳學(xué)圖的方法。細(xì)胞融合（cellfusion）技術(shù)是應(yīng)用體細(xì)胞遺傳學(xué)進(jìn)行基因定位的基礎(chǔ)技術(shù)。為什么雜種細(xì)胞會(huì)排斥人的染色體呢？在兩個(gè)同種動(dòng)物細(xì)胞雜交后形成的雜種細(xì)胞，其細(xì)胞核一般保留雙親的染色體。但親緣關(guān)系比較遠(yuǎn)的動(dòng)物體細(xì)胞相互融合后，雜種細(xì)胞往往會(huì)排除一種親本細(xì)胞的染色體。如人和老鼠的細(xì)胞融合后的雜種細(xì)胞，每分裂一次就隨機(jī)排除人的一些染色體。經(jīng)過若干次分裂后，雜種細(xì)胞在丟失了人的一部分染色體后達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，這時(shí)雜種細(xì)胞包含了小鼠的全套染色體核人的幾條或一條染色體。雜種細(xì)胞中染色體的丟失是由什么因素決定的呢？大量實(shí)驗(yàn)證明，雜種細(xì)胞中一個(gè)親本染色體的被排除是由不同親本細(xì)胞的相對(duì)生長(zhǎng)速率決定的，而不是由親本細(xì)胞的親緣或進(jìn)化關(guān)系決定的。例如在人-鼠雜種細(xì)胞中一般排斥人的染色體，但當(dāng)用快速分裂永久性的人體細(xì)胞和新鮮的小鼠細(xì)胞進(jìn)行細(xì)胞融合，雜種細(xì)胞首先排除的是小鼠染色體而不是人的染色體。人-鼠雜種細(xì)胞內(nèi)含有完整的小鼠染色體組和1-7條不等的人染色體，而且所含的人染色體類型也不完全相同，因此這種雜種細(xì)胞是進(jìn)行連鎖分析和基因定位的極好的材料。人染色體上基因的生化定位雜種細(xì)胞中保留的染色體可以用常規(guī)染色體的顯帶技術(shù)（如Giemsa等）予以鑒定，也可用細(xì)胞的生化免疫特征、組織化學(xué)染色結(jié)合蔗糖電泳檢測(cè)同工酶等方法來(lái)鑒定。通過分析某基因產(chǎn)物與某個(gè)人的染色體是否共同存在就可以進(jìn)行基因定位。例如肽酶C（peptidaseC）是小鼠中沒有的，而人類可以產(chǎn)生此酶，若在雜種細(xì)胞系中除小鼠的全套染色體組外還留有一條人類1號(hào)染色體，同時(shí)又測(cè)得肽酶C的活性，那么就可以推斷肽酶C基因位于人類的1號(hào)染色體上。同線分析（syntenyanalysis）在雜種細(xì)胞中保留的人類染色體常常并不只有一條，這樣就需要通過多個(gè)相關(guān)的雜種細(xì)胞系來(lái)加以比較分析。同線分析是染色體定位的基本手段。其原理是：如果兩個(gè)基因在同一條染色體上，它們總是共同分離的；如果兩個(gè)基因位于不同的染色體上，它們之間或多或少發(fā)生自由組合。同線分析的實(shí)例假如某人體細(xì)胞有一個(gè)或幾個(gè)標(biāo)記基因，這些基因可以是控制營(yíng)養(yǎng)需要或抗藥性，也可以是控制細(xì)胞表面抗原或異常蛋白的形成等。通過檢驗(yàn)不同的雜種細(xì)胞系，把某一標(biāo)記基因的在或不在與每一細(xì)胞中人的某一染色體的在或不在聯(lián)系起來(lái)，即可推知某一基因是在某號(hào)染色體上。(即建立一種對(duì)應(yīng)關(guān)系！)

雜種細(xì)胞系A(chǔ)BCDE人體基因1+－－+－2－+－+－3+－－+－4+++－－人染色體1－+－+－2+－－+－3－－－++

雜種細(xì)胞中標(biāo)記基因與染色體之間的關(guān)系上表的分析結(jié)果（1）在不同的雜種細(xì)胞系中，基因1和3或一起出現(xiàn)，或共同消失，所以我們認(rèn)為這兩個(gè)基因是連鎖的；（2）基因1和3的在或不在直接跟第二染色體的在或不在有關(guān)，所以我們可以認(rèn)為這兩個(gè)基因是同線的，都在第二染色體上；（3）同理，基因2的在或不在直接跟第一染色體的在或不在有關(guān)，所以它一定位于第一染色體上；（4）但是基因4的位置暫時(shí)沒法判斷，需要進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)和分析。區(qū)域定位（regionalassignment）即在將某一基因定位于某一染色體上之后，接著確定這一基因在染色體上的具體位置。區(qū)域定位常利用染色體結(jié)構(gòu)的改變?nèi)缛笔?、易位等進(jìn)行，如人的某一蛋白質(zhì)或酶在含有易位染色體的雜種細(xì)胞中表達(dá)，就可將編碼此蛋白質(zhì)或酶