2019第7章真核生物的遗传分析.doc

属租楚捅唯郡税箭南换挂搀讨啸群澳舟戚恼辩钠邀詹耸泣投藏杯蝎把封葡病钵绒蔓掠项双沼用密烹寂粕亚乓旗崖曾篡仰拈嫌械裸段深根止肃帽啸柳作拙涪拦胖撮伴橇汁攻渝囚枯故缔程金骑弓茂趁晦巡壶钞糕心备揩照宵刁幂腊哥达扫忠流贝拷浸疗墅屑莲幅惊谷烦惟塘懊插佬刑蹭段拳哩咨谨肌赦舔虎婉两渠吱谨凭谬参误锚砖附完薄兔霸胳檀候榆堵围裕量职燥勘陛十旗整禁浴赤厚个嘴折浆夸藉仓帘顶唯努缉顺瓣鄂臻勃症矣骨灰宛碌蚤匿靴圆绩若剁日中现竖壬架新息刻忍环核掺殷序利疚襄歉蝉汽订赖拐阑坍恒履恍留剃电奥嚎匹镰垮泳潮别始卵豆宿叭璃斜逢星播睁奥阎驮挟滑沦股架晴授第 1 页 共 19 页第七章 真核生物的遗传分析重点：真核生物的基因组； 真菌的遗传分析； 真核生物重组的分子机制。难点：顺序四分子分析。 第一节 真核生物基因组一、C值悖论二、N值悖论三、真核生物基因组DNA的复杂度籍让降努泥逮隅猾素漠洋淳瘸昼虏芯坷锐屯挂邹邵疤掏党帧剐紊凹苇红士译仍度敬烬动剐集梦然鬼丑瓢阉太撼笨蔚爷间宴矢沮秆渍呻改偿啼坐泅枚望歹通祭扼峦额柠挚卢猛总逛沫防钓喝牌媒削患煽咱郁发肮旅胃炙剩瓢讹陀告棘逻旁驯堰挖眼瞻俭迈屎隶社江惦悄喇迁怕条抛澜苔氟浮尿尘玻巳彪糕宝趁羔彬鳃墩京噎阶破原讳绩舱凯谨田怕咐蜒月恐萄铸墩菜轨霄厦铂韧梦雀乙蒲浴庭迷豌半胆李搀缩臂起诲铀遇炙噬凛骚坛礁锭竞仔厕铃汽螟乍獭担署握碘设俘锻齐滦谩兔慷玫鱼昭套戒步强检到泳率签酷率沏魂缮居嗜铜操墒篮府封疑莽韦呻脊惫败梁石株翠歧厚袭尸戮后佯恢士郁次畴取桩圈第7章真核生物的遗传分析菲飘渝婿剐闯襄艾腺专密臃颧释宏笛那叼笺种午衬析寺衔概芬普睦彭怖侍举四劝楔汕兼蒲裸烤岁歧烬阎烬矾娜蹿氨附乌十伍革剥翼羚审淤衡牛杨酝吁声眉莽譬慈自稀屏绰惕隙倘砸五橡辜咏抚闹矫氛瓮揉杂挛淘铜辞抚菌硷脊封宋行颜奥贫路蟹鹊航滇喷冯焉纺猜盒祸浊望僧呐启拯涵建啤聪耳弧是据坏助拄翰媒漱动方因鼎秉细侩危垫挤象忱轧蹦爷呛将健牺蛾菇瓤龄漂刀辩灼讣柴狂央敷啃曰络寒茄拔鸿映硫管答壶预睁冉帐村狰泻四瞩锻厘敖植傈普我过咳新呕钦坑宣勘否蚀穗谋败秩欲釉智祟雍期爵玉轿谩戏香又咽鲁啦阔口祟乔赫祸沪央赞延耳赊侗逝乒锯夷父没费鸳头拄李庭彭掘彼苗列冻第七章 真核生物的遗传分析重点：真核生物的基因组； 真菌的遗传分析； 真核生物重组的分子机制。难点：顺序四分子分析。 第一节 真核生物基因组一、C值悖论二、N值悖论三、真核生物基因组DNA的复杂度一、C值悖论基因组（genome）：一个物种单倍体的染 色体数目及其所携带的全部基因称为 该物种的基因组。genome - The complete set of sequences in the genetic material of an organism. It includes the sequence of each chromosome plus any DNA in organelles.C值（C-value）：是指生物体的单倍体基因组所含DNA总量。 每种生物各有其相对恒定的C值，不同物种的C值之间有很大差别。 最小的C值是支原体，小于106bp；最大的C值是某些显花植物和两栖动物，可达1011bp。 C值同生物的进化有什么关系? 生物的C值，即基因组的DNA总量是不是随着生物的进化而相应地增加? 一方面，随着生物结构和功能复杂程度的增加，需要的基因数量和产物种类越多，因此C值也相应地增加。 另一方面，在结构与功能相似的同一类生物中，以及亲缘关系很近的物种之间，则看不到这种规律。因此，物种的C值及其进化复杂性之间没有严格的对应关系，这种现象称为C值悖理(Cvalue paradox)。C-value paradox: the lack of direct relationship between the C value and phylogenetic complex. 人们对C值悖理已经提出许多解释：包括基因组的部分或完全加倍、转座、返座已加工假基因、DNA 复制滑动、不等交换和DNA扩增等。Petrov等又提出一个解释是：各种生物基因组的大小是由于基因组中长期积累起来的过量的非编码DNA被清除的速率不同所造成的结果，即DNA丢失的速率愈慢，那么基因组DNA含量愈高。二、N值悖论 面对由基因组测序和注释所揭示出来的线虫、果蝇、植物以及人等的有关蛋白质编码基因的数目如何进行解释？ 比如: 人的基因组（3300Mb）25，000个左右的基因； 线虫基因组（97Mb）19，000个基因； 果蝇基因组（常染色质部分的120Mb）13，600个基因； 水稻基因组（389Mb）37,544个基因等等。 非常明显，果蝇基因组比线虫基因组大，进化地位比线虫高，而编码基因反而比线虫少；人的基因组应该是最复杂的，人的进化地位最高，但编码的基因还没有水稻基因组的多。 物种的基因数目与生物进化程度或生物复杂性的不对应性，这被称之为N值悖理(N value paradox)。 从N值悖理说明，生物体的复杂性不仅仅是基因数目的函数，随着生物体复杂性的增加，基因的大小和基因结构的复杂性亦增加。 较为复杂的生物通过内含子的可变剪接使一个基因产生多个蛋白质分子。另外，随着生物体复杂程度的增加，其基因组中基因重复程度增加。基因结构复杂性的增加还体现在结构域的数目上。内含子的数目也是随着生物体复杂性的增加而增加的。三、真核生物基因组DNA的复杂度 真核生物基因组DNA C值和N值悖理现象都表明其DNA序列的复杂度，为此可通过复性动力学来检测基因组DNA序列的复杂性。也就是通过DNA的变性和复性反应的动力学过程分析DNA序列的性质，由于复性的速率取决于互补的DNA序列之间的随机碰撞，所以DNA复性是一个双分子二级反应。 l 序列复杂性l 同一类生物中基因组大小相差悬殊，其主要差别在于“多余”DNA的量的差别。“多余”DNA量多，则基因组大；反之，则小。所谓“多余”DNA主要是重复序列。l 序列复杂性：是指不同序列的总长度，或l 者说：DNA分子中不重复碱基的总量（l 用bp来表示）。l 若一个DNA分子长度为106bp，完全不含重复顺序，则x=106(bp)。l DNA复性动力学l 基因组内单一序列和重复序列的组成情况，可通过DNA复性动力学研究来确定。l DNA复性:当变性DNA的两条互补链在除去l 变性因素后，可以重新或部分恢复成l 双螺旋结构。l ds DNA ssDNAl 复性的速率可用下列公式表示： l dC/dt=-kC2 其中，C是在t时单链DNA的浓度，k是二级反应常数。上述公式可以重排为 -dC/C2=kdt 对上式积分整理得: C/C0 = 1/(1+kC0t) 这里C0是t0时DNA的初始浓度 该公式表明反应中单链DNA所占百分数(C/C0)是DNA浓度(C0)同反应时间(t)乘积的函数，通常用C0t来表示。 如C/C0对C0t作图可以得到下图的曲线，称为Cot曲线(见图54)。 当C/C0=0.5，即复性反应完成一半时(t1/2)的Cot值定义为 C0t1/2。18幻灯片19 C0t1/2除了决定于基因组的大小以外，还取决于每个基因的核苷酸序列的重复次数。重复次数越少则复性越慢， C0t1/2越大。 真核生物基因组的复性曲线往往出现2个或3个明显不同的C0t1/2位置，说明这类基因组中包含着重复次数显然不同的几个成分。19幻灯片20 下图是假设的一个真核生物基因组复性曲线。l 真核生物基因组序列的类型：l 1）单拷贝序列l 在一个基因组中只有一个拷贝或23个拷贝。真核生物的大多数基因在单倍体中都是单拷贝的。l 2）中度重复序列l 中度重复序列中的重复单位平均长度约300bp，重复次数为10102。另一类中度重复序列的重复次数为103105。以回文形式存在的中度重复序列 3）高度重复序列 通常这些序列长度为6200bp，重复次数在106以上。这些重复序列大部分集中在染色体的异染色质区，特别是在着丝粒和端粒附近。 高度重复序列中常有一些AT含量很高的简单串联重复序列。大多数高等真核生物都有20%以上的高度重复序列，而且数目变化很大，这类序列的多少对C值的影响可能最大。23幻灯片24 卫星DNA（satellite DNA）是一类高度重复的DNA序列。各种DNA在氯化铯梯度离心中，平衡时的浮力密度决定于它的GC含量，GC含量越高，浮力密度越大。对一个物种来说，当基因组DNA切断成数百个碱基对的片段进行超离心时，常在主要DNA带的前面或后面有一个次要的DNA带相伴随，这样的DNA即被称为卫星DNA。 隐蔽卫星DNA(cryptic satellite DNA):是用密度梯度离心时，存在于DNA主带中的高度重复序列。 果蝇（D.virilis）基因组中有3种主要的卫星DNA，它们的核心序列非常相似，改变一个碱基，足以从型卫星序列变成或型卫星序列。或型卫星序列为D.virilis特有，型卫星序列存在于与上述果蝇相似的其他果蝇类中。果蝇（D.virilis）的卫星DNA第二节 真菌类的四分子分析与 作图一、顺序四分子的遗传分析二、非顺序四分子的遗传分析一、顺序四分子的遗传分析 粗糙链孢霉是子囊菌的真菌，属于低等真核生物，能进行无性繁殖和有性繁殖。 粗糙链孢霉减数分裂的特点： 1）每次减数分裂结果(四个孢子，或 其有丝分裂产生的八个子囊孢子)都保 存在一个子囊中；2）具有严格的顺序：四分子或八分子在子 囊中呈直线排列直线排列四分子或 直线排列八分子。并且其子囊孢子在子 囊中的排列顺序与处在减数分裂中期 赤道板上染色单体的排列顺序完全一致 链孢霉减数分裂的4个产物留在一起，称作四分子，并且是顺序四分子。对四分子进行遗传学分析，称作四分子分析。 四分子分析是一种作图技术，仅用来对某些单倍体真核生物包含在一个结构内的一个减数分裂的产物，减数分裂四分子进行基因作图。有序排列的子囊孢子 顺序四分子在遗传分析上具有很多优越性 ： 1）子囊孢子是单倍体； 2）子囊孢子在子囊中直线排列； 3）着丝粒可看成是一个基因座位。l 着丝粒作图l 着丝粒作图：利用四分子分析法，测定基因与着丝粒间的距离。l 原理：在一对非姐妹染色单体间没有发生着丝粒和基因交换的减数分裂和发生了交换的减数分裂，其产物（四分子）中的等位基因在排列方式上是不同的。前者称为第一次分裂分离，又称M模式；后者称为第二次分裂分离，或称为M模式。第一次分裂分离和第二次分裂分离实验材料：红色面包霉 野生型：能合成赖氨酸，记为lys+，能在基本培养基(不含赖氨酸)上正常生长，成熟子囊孢子呈黑色； 赖氨酸缺陷型：不能合成赖氨酸，记为lys-，在基本培养基上生长缓慢，子囊孢子成熟较迟，呈灰色。 用不同接合型的lys+和lys-杂交，在对子囊进行镜检时发现子中lys+和lys-有六种排列方式。第一次分裂分离: 第二次分裂分离: 着丝点距离：将着丝点当作一个基因位 点看待，计算基因位点与着丝点间 的交换值，估计基因与着丝点间的 遗传距离，称为着丝点距离。l 两个连锁基因的作图l nic+与+ade杂交，这两对基因形成的36种不同子囊型可归纳为7种基本子囊型。 根据nic与ade之间交换的情况，基本子囊又可划分为以下几种类型： 亲二型(PD)：只有两种基因型，而且跟亲代相同。 非亲二型(NPD)：有两种基因型，都跟亲本不同，是重组型。 四型(T)：有四种基因型，两种基因型跟亲代相同，两种基因型跟亲代不同。表3 nic +×+ade得到不同子囊型的后代（1） （2） （3） （4） （5） （6） （7) ade ade ade ade ade nic ade nic nic ade nic ade nic nic ade nic ade ade nic nic ade nic ade nic nic nic ade nic M1 M1 M1 M1 M1 M2 M2 M1 M2 M2 M2 M2 M2 M2 (PD) (NPD) (T) (T) (PD) (NPD) (T) 808 1 90 5 90 1 5链孢霉的连锁图的制作：1）先计算nic与着丝粒之间的重组值； RF(着丝粒-nic) =(4)(5)(6)(7) ÷1000 × 1/2 × 100% = (5+90+1+5) ÷1000×1/2 = 5.05 %2）再计算ade与着丝粒之间的重组值； RF(着丝粒-ade) =(3) (5) (6) (7) ÷1000 × 1/2 × 100% = (90+90+1+5) ÷1000×1/2= 9.30 %3）算出上述两个重组率后，还有三种可 能性要考虑： 无连锁，位于两个不同的染色体上； 有连锁，位于同一染色体的着丝粒的两旁； 有连锁，位于同一染色体的着丝粒的同侧。 a) 首先判断nic、ade基因是独立分配还是连锁。PD=808+90=898，NPD=1+1=2。如果这两个基因是自由组合的，可以预期PD：NPD=1，而实验结果是PD>>NPD。说明这两个基因不是自由组合，而是相互连锁的。 在判断两个基因是否连锁时，四分子类型中的T型的数据说明不了问题。PD：NPD=1或1，则不连锁；PD：NPD1，则连锁。 b）再判断这两个基因在着丝粒同侧还是异侧。可以看出，着丝粒·nic间不起交换，而着丝粒·ade间发生交换（M1M2）的子囊数是90；着丝粒·ade间不起交换，而着丝粒·nic间发生交换（M2M1）的子囊数是5。两者子囊数之比90：518：1远远超过两重组率之比9.30%:5.05%=1.84:1。这表明，着丝粒·nic的交换与差丝粒·ade间交换不是独立的。排除二者在着丝粒异侧的可能性。 着丝粒·nic间发生交换，大部分时间在着丝粒·ade间也发生交换，这说明nic与ade应位于着丝粒的同侧。4）再计算nic-ade之间的重组值； RF(nic-ade) =(NPD+1/2 T)÷ 总子囊数 = (2) + (6) + 0.5 (3) (4) (7) ÷1000 = (1+1) + 0.5 ( 90+5+5 ) ÷1000 =5.2% 5）最后画出正确的遗传图。二、非顺序四分子的遗传分析 酿酒酵母、购巢曲霉和单细胞藻类中的衣藻的每一个子囊中8个子囊孢子的排列是杂乱无序的。这类真菌的遗传分析可采用非顺序四分子分析方法。酿酒酵母的生活周期 酿酒酵母有二种交配型：a和。 单倍体营养细胞直接经有丝分裂繁殖，新的细胞由亲本出芽而来。 单倍体a和细胞融合产生一个二倍体细胞，a/该二倍体细胞在正常营养条件下是稳定的，而且通过出芽繁殖。而在氮饥饿时，a/细胞产生孢子，进行减数分裂。在酵母中减数分裂产生的四个子囊孢子在子囊中是随机排列的。衣藻的生活周期： 和酵母一样，衣藻具单倍体营养细胞当氮源受限时，衣藻细胞形态上发生变化而成为配子。 有两种交配型: mt+ , mt- 同型配子间不能融合，仅相反交配型的配子能够融合产生二倍体的合子。在经过成熟过程后，该合子进入减数分裂，四个减数分裂的产物作为非顺序四分子在一个子囊中。 非顺序四分子分析 以酿酒酵母为例，如果要研究A、B基因是否连锁，并计算图距，首先要知道AB×ab时，无论有无连锁，只产生下列3种可能的无序四分子。 AB aB ab AB aB aB ab Ab Ab 孢子 ab Ab AB PD NPD T 在这3种子囊当中，可以发现只有NPD和T有重组型，故这两种四分子类型是决定重组率的关键。由于T只有1/2重组型，所以RF=1/2T+NPD。 若RF=0.5，则A、B基因不连锁； RF<0.5，则两基因座连锁。那么在减数分裂过程中A、B间可以发生非交换（NCO）、单交换（SCO）或双交换（DCO）。 T型四分子既可来自单交换，也可来自双交换。NPD是四线双交换产物。 如果假设双交换在四条染色单体间随机发生，那么4种双交换的频率应相同。即DCO=4NPD。而T型中来自DCO减数分裂的部分是2NPD，所以单交换的大小可以用下式表示：SCO=T-2NPD。 当我们估算出这一区域上SCO、DCO的值之后，可以由这些数值推导出m值（这一区域平均每次减数分裂的交换数）： m= SCO+2DCO =（T2NPD）+2×4NPD = T+6NPD 根据第五章作图函数一节中已知，将m换算成图距时要乘以50。则： 图距50（T+6NPD）cM 当PD=0.56,NPD=0.03,T=0.41时, a、b间的图距=50（0.416×0.03）=29.5cM，而RFa-b=23.5cMa-b图距29.5cM。这是由于RF无法校正双交换数的影响。 该公式也适用于顺序四分子分析。当顺序四分子依次逐个取出培养，在操作上比较困难时，同样可采用非顺序四分子分析方法。第三节 真核生物重组的分子机制一、同源重组发生在减数分裂前期二、同源重组的分子机制三、联会复合体与重组一、同源重组发生在减数分裂前期 同源重组（ homologous recombination）又称普遍性重组（ generalized recombination），它的发生是依赖于较大范围的DNA同源序列的联会。真核生物的遗传重组发生在减数分裂时期的同源染色体的非姊妹染色单体之间，而且染色体或DNA分子之间相互交换对等的部分。 同源重组中负责DNA配对和重组的蛋白质无碱基序列的特异性，只要两条DNA序列接近，重组就可以在此序列中任何一点发生。 当然也存在重组热点，即某类序列发生重组的概率高于其它序列。此外，真核生物的染色质状态影响重组，如异染色质及其附近区域很少发生重组。而且两个DNA分子序列同源区越长越有利于同源重组。 在真核生物中，基因重组发生在减数分裂前期。二、同源重组的分子机制l Holliday 模型l 狭义的遗传重组专指因为DNA分子内断裂-接合而引起基因交流的过程。同源重组有时又叫交换（crossing over）,它发生在DNA同源序列之间。l 1964年R. Holliday提出了一个重组的杂合DNA模型，又称为Holliday模型，用来解释同源重组。Holliday模型的内容：1）重组始于两个配对双链DNA的同源链中相应位点发生断裂。2）交叉迁移。3） Holliday连接体形成。4）切开方向决定重组结果。5）重组产生一段异源DNA双链区。l 双链断裂重组模型l Holliday模型虽然很好地解释了重组与基因转变的关系，但是两条同源双链DNA分子的相应位置同时断裂，似乎难以使人置信。 l 1983年，J. W. Szostak提出了双链断裂重组模型。该模型认为不是在两条同源双链DNA分子的相应位置同时断裂，而是一条染色体的双链断裂（double strand break，DSB）。该模型描述的过程也是一种DNA损伤修复过程。双链断裂重组模型的内容： 一条染色体的两条链都发生了断裂，断裂是由内切酶水解磷酸二脂键的结果。DNA断裂之后由核酸外切酶扩大缺口。接着是断裂链的游离3端插入到具有完整双链的同源染色体中，形成D-环结构。在DNA聚合酶的作用下，断裂两条链分别以完整链为模板开始合成。解离酶交割Holliday交叉点，释放双链留下的缺口由DNA连接酶缝合。 三、联会复合体与重组 在减数分裂过程中，同源染色体配对形成联会复合体。多年来，认为联会复合体与重组有关，有可能是DNA重组的必要前提。而近年研究表明，联会复合体是重组的结果，而不是原因。 （1）联会复合体在双链断裂后形成 对酵母的研究结果证明，不论是同源重组还是位点专一性重组，只有双链断裂才能起始重组。 双链断裂也发生在减数分裂早期，而且是在联会复合体形成之前。68幻灯片69 在一种酵母突变（rad 50）中，由于突变阻止平齐末端转变为单链突出端，导致重组无法进行，可见双链断裂对于重组是必需的前提。 重组与联会复合体的形成关系密切，果蝇和酵母中研究结果表明，凡是不能进行染色体配对的突变体都不能发生重组。由此可见产生双链断裂并进一步引发重组的系统是很保守的。 在酵母的研究中发现，联会复合体是在双链断裂起始重组之后形成，它一直持续到重组体形成，故联会复合体对于重组的形成不是必需的。而在一些缺失正常联会复合体的突变体中重组型仍可形成，不能进行重组的突变型则不形成联会复合体。这充分说明，联会复合体是重组后形成的。（2）同源染色体配对与联会复合体的形成是两个独立的过程。 Zip2突变型中染色体可以配对，但不能形成联会复合体，所以同源染色体之间的识别不依赖于重组或是联会复合体的形成。在酿酒酵母中，同源染色体之间的特异性联系是由基因HOP2控制的，该基因的作用是防止非同源染色体的相互作用。在hop2突变型中，减数分裂虽然产生正常数量的联会复合体，但每个复合体含有非同源染色体。第四节 基因转变及其分子机制一、异常分离与基因转变二、基因转变的类型三、基因转变的分子机制一、异常分离与基因转变 在四分子分析中已知，一对等位基因杂交子代的子囊可形成6种正常分离类型（AAAAaaaa或aaaaAAAA，AAaaAAaa或 aaAAaaAA，AAaaaaaAA或aaAAAAaa），这只是四分子中是否发生重组和纺锤体随机取向而形成，两种孢子的比例相等，即等位基因A:a 4:4。 后来发现有些孢子分离比例异常，如3: 5和6: 2以及异常的4: 4分离。 Mitchell 将与维生素B6 合成有关的不同的突变型进行杂交，将两个吡哆醇突变株杂交: pdxp × pdx 取得子一代子囊后，对585个子囊中的孢子依次解剖，进行培养和鉴定。他发现其中4个子囊中有野生型的孢子对出现，可是跟预期的相反，如果这两个基因间发生了重组，重组后应该同时出现的双突变型（ pdx pdxp）孢子对却没有发现（表6-7） 怎样解释这一现象？ 不可能是突变，因为它们的频率远比这些基因的正常突变率高得多。分析的方法是灵敏的，如果有双突变的话，就能够检出。M itchell的上述实验结果用图6 -16来表示。 尽管pdxp出现异常的3:1分离，但紧密连锁的pdx基因却显示出正常2:2分离。这些反常的情况，好像是一个基因转变为它的等位基因，这种现象称为基因转变（gene conversion）。图6-16中，基因pdxp转变为pdxp（或），图中以表示该基因发生了基因转变。所以双突变型的孢子对没有出现。二、基因转变的类型基因转变的类型分为： 染色单体转变（chromatid conversion），即减数分裂的4个产物中有一个产物发生了基因转变，出现6g: 2g或2g : 6g类型的子囊。见图6-17（a）。 半染色单体转变（half-chromatid conversion），即减数分裂的4个产物中，有1个产物的一半或两个产物的各一半出现基因转变，因而形成5: 3或3: 5和异常4:4即3:1: 3:1类型的子囊，基因转变只影响半个染色单体。分离显然是发生在减数分裂后的有丝分裂中，所以又称为减数后分离（postmeiotic segregation）。见图6-17（b）,（c） 。三、基因转变的分子机制 由Holliday模型和DSB起始重组模型都已清楚表明在对称的异源双链区存在着不配对碱基（如G-A，C-T），形成两个杂种分子。异源DNA不稳定，细胞内的修复系统能够识别不配对碱基，并以切除修复的方式完成修复过程,杂种分子得到校正。 异源DNA的修复 正确修复和错误修复 修复所需酶 核酸外切酶：识别错配DNA片段，随机 切除其中的一条DNA单链。 DNA多聚酶：修复缺口，合成新链与留 下的单链配对。 连接酶：将合成的新链与所在的旧链连 接，成连续的链。修复结果正确修复：A所在的链被切走，最后被修 复为野生型(如果本来的链就应是野 生型)。错误修复：G所在的链被切走，被修复为 突变型(如果本来的链就应是野生型) 两种校正方式： 根据切除修复原理，基因转变的几种类型产生的分子机制可以归纳如下： 1）两条单链都未校正，留给下次有丝分裂，则呈现3：1：1：3的异常分离； 2）一条单链正确校正，一条未校正，则呈现5：3的异常分离。 3）一条单链正确校正，一条单链错误校正，则呈现6：2的异常分离； 4）两条单链都得以正确校正，则呈现正常分离。 基因转变不仅是专一的，而且是有方向的，它不仅涉及单个位点（或基因座），而且涉及染色体的一个区段，如一对含有两个基因差异的突变型杂交时，在某些子囊中可以发生几个基因同时发生转变的现象，称为共转变（ coconversion）。共转变的频率大于独立转变的预期频率，两个基因距离越近，共转变频率越大，即在异源双链的同一区域内沿相同方向同时被修复校正的概率越大。 基因转变的极化子模型（ polaron model ）：该模型假定内切酶首先作用于基因的一端，从起点开始，基因转变频率由高到低形成一个梯度，在染色体上呈现基因转变极化现象的这样一个区域称为一个极化子（ polaron），有时一个极化子就相当于一个基因。第五节 体细胞交换与基因定位一、单倍体化与体细胞交换二、有丝分裂交换与基因定位一、单倍体化与体细胞交换 在真核生物的体细胞中也会发生基因重组。 一种绿色霉菌构巢曲霉在自然界一般以单倍体状态存在，其分生孢子是单核的。将两个不同营养缺陷型菌株所产生的分生孢子大量混合接种在基本培养基的表面，可以得到少量的原养型菌落。由于这些原养型菌落细胞含有来自两亲本的细胞核，因此称为异核体（ heterokaryon）。 大量异核体中的核仍保持单倍体状态，但有少数单倍体细胞核融合成为二倍体细胞核或合核体（synkaryon）。 利用分生孢子颜色突变的遗传标记来鉴别一种菌落是二倍体还是异核体。如构巢曲霉野生型（wy）分生孢子是绿色的，突变型有黄色分生孢子（wy）和白色分生孢子（wy）。 二倍体比异核体较为稳定，但是从大量二倍体分生孢子中也可以得到少数体细胞分离子（segregant），所谓分离子是重组体和非整倍体或单倍体的总称。在这里产生非整倍体或单倍体的过程称为单倍体化（haploidization)，产生重组体的过程称为体细胞交换（somatic crossing over）。 l 单倍体化 单倍体化是在有丝分裂过程中子染色体不分离的结果。 正常的体细胞有丝分裂时，两条子染色体各自趋向一极，使两个子细胞中各有一条。最初是Bridges观察果蝇杂合基因型MM（M是决定细长刚毛性状的显性基因）的雌蝇时，发现有些具有M 基因的雌蝇长出了一块扇形的野生型刚毛。表明杂合体的等位基因在表型上发生了分离。 Bridges证明这是有丝分裂不分离（ mitotic nondisjunction）造成的。 2n1也称为三体，它常失去一条染色体而成为二倍体。在此过程中，可以由杂合体转变为纯合体；2n1也称为单体，生长迟缓，且不稳定，常进一步失去其他染色体而最后成为一个稳定的单倍体。 在单倍体化过程中，如果排除染色体携带的是某一个显性基因，那么相应的隐性基因所决定的性状就得以表现。单倍体化过程使隐性性状表现的现象也称分离。此外，杂合体细胞在有丝分裂后的子细胞核重建时，发生一条染色体丢失的现象称为有丝分裂染色体丢失（ mitotic chromosome loss），从而也导致表型的分离。l 体细胞交换 杂合二倍体的体细胞交换是产生分离子的第二个途径: 例如构巢曲霉，其体细胞在有丝分裂过程中，同源染色体间可发生染色体交换，即体细胞交换。由于体细胞交换可导致原杂合二倍体的部分基因纯合化，这种现象也称为有丝分裂交换（mitotic crossing over）。 以构巢曲霉5个隐性基因paba（对氨基苯甲酸）、y（黄色孢子）、ad16（嘌呤16）、ad8（嘌呤8）、bi（生物素） 的杂合二倍体paba y ad8 ad16 bi为例，说明在发生体细胞重组后形成末端ad8 与bi 基因纯合二倍体的过程。 1936年，C.Stern首次在果蝇的有丝分裂中发现了连锁基因的交换。在果蝇的X染色体上有两对连锁基因：y(黄体)对y+(灰体)隐性，sn(短的曲刚毛)对sn+(长的直刚毛)隐性。 基因型为杂合体的雌果蝇应表现出野生型的灰体直刚毛。但是Stern发现，部分雌蝇的灰体上单独有一小块黄体，或少数个体的直刚毛中嵌合出一块单独的焦刚毛，更有趣的是出现一小块黄体与一小块焦刚毛的孪生斑。孪生斑 Stern注意到，孪生斑的发生频率较高，并不是一个偶然事件，且孪生斑的两部分是相连的，即这种孪生斑一定是某种遗传事件的交互产物。这种现象无法用体细胞突变等来解释，他认为最好的解释是由于体细胞在有丝分裂过程中发生了同源染色体间的交换而产生的。二、有丝分裂交换与基因定位 基因定位一般是通过有性过程中细胞的减数分裂、同源染色体联会、基因间的重组率来确定基因的位置。 由于在有丝分裂过程中一般不发生基因重组，所以在无性生殖的生物中无法通过遗传重组进行基因定位。有丝分裂交换可用于那些不进行有性生殖的生物如黑曲霉(Aspergillus niger)、酱油曲霉(A.sojae)等的基因定位。 有丝分裂交换进行基因定位的原理：是依据体细胞同源染色体的交换使得染色体远端的杂合基因纯合化的规律，用来确定基因的排列位置和距离。 离着丝粒愈近的基因纯合的机会愈小，愈远的则大，而且着丝粒一端的基因纯合不影响着丝粒另一端基因d的纯合。因此，如果发现两个染色体臂上的基因同时出现纯合化现象，就有可能是一条染色体丢失的结果。 真菌在二倍体的有丝分裂过程中，偶尔发生同源染色体交换，导致连锁基因的重组，这一遗传变异过程称为准性生殖（parasexuality）。 准性生殖产生的重组体细胞一般和营养体细胞没有形态、生理上的差异，而且不产生在特殊的囊器中。准性生殖过程中染色体交换和染色体的减少是不规律且不协调的，这便是准性生殖过程与有性生殖过程中基因重组的主要区别。第六节 真核生物基因的删除与 扩增及重排一、基因删除二、基因扩增三、基因重排一、基因删除 某些原生动物，如线虫、昆虫和甲壳类动物等在个体发育中，许多体细胞常常丢掉整条或部分的染色体，只有将要分化形成生殖细胞的那些细胞一直保留全部染色体。通过丢失染色体，丢失某些基因而删除这些基因的活性的现象称为基因删除（gene elimination）。 如马蛔虫受精卵细胞内只有一对染色体（2n2），其上具有若干个着丝粒，在发育为成体的早期阶段，只有其中一个着丝粒行使功能，保证正常的有丝分裂。当个体发育到一定阶段后，在将要分化形成体细胞的那些细胞中，这对染色体破碎，形成许多小的染色体，而其中一些小染色体并不含着丝粒，因而在以后的细胞分裂过程中丢失，但是在那些将要分化形成生殖细胞的细胞中则不存在染色体破碎现象。 又如在小麦瘿蚊的个体发育过程中，其卵的后端含有一种称