普通遗传学-第14章

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如果一个性状由一对以上等位基因决定，而且它们之间表现为完全连锁，那么杂交后代的表型就会像受一对等位基因控制那样进行分离。遗传学中把完全连锁的、控制同一性状的非等位基因称为拟等位基因（pseudoalleles）。和真正的等位基因不同的是，拟等位基因突变体相互杂交的F1在功能上得到互补，表现为野生型。
4。1。3　　不完全连锁与重组
完全连锁只产生比例相同的亲本型配子。这显然不能解释本节一开始作为例子的3个遗传试验。从其中的两个果蝇试验中可以清楚地看到F1不仅产生了频率高于自由组合所期望的亲本型配子，还产生了频率低于自由组合所期望的非亲本配子。这就是非等位基因间的不完全连锁（inplete　linkage）。
在减数分裂同源染色体间相互配对时，配对染色体的部分片段偶尔会发生互换，其过程为交换（crossing　over）。如图4…2所示，交换导致相互连锁的基因重新排列产生非亲本型配子。非亲本型配子又称为重组型配子。这就是Morgan的染色体交换假说。因交换形成的新基因组合称为交换型（crossover　types），或染色体内重组型（intrachromosomal　rebinants，简称重组型），它们来自参与交换的染色单体。与此相对应，和亲本染色体上基因组合相同的类型称为亲本型，来自未参与交换的染色单体。








图4…2　　减数分裂中同源染色体间的交换及其产物
产生新基因组合或染色体组合的过程通称为重组（rebination）。重组可以发生于包括减数分裂在内的很多遗传学现象。在减数分裂中，重组产生不同于任何一种二倍体亲本单倍体基因型的配子。通过对亲本单倍体基因型（配子基因型）和杂合体减数分裂配子基因型的比较就可以检测是否发生了重组。在图4…3中，F1产生了完全不同于亲本基因型的一种双显性配子和一种双隐性配子，表明减数分裂时发生了重组。不完全连锁现象表明同源染色体对上相互连锁的基因可以重新组合。在单倍体生物中，表型既直接代表了个体的基因型又代表了配子的基因型。然而为了检测二倍体生物中的重组，首先亲本必须是纯系，这样才能确定其配子的基因型。其次，只有对杂合体测交才能确定是否产生了生组型配子。








图4…3　　减数分裂产生的配子基因型和亲本配子基因型的比较
减数分裂产生两种类型的重组：染色体间重组和染色体内重组，其产生过程完全不同。染色体间的自由组合导致染色体间重组。对一对非等位基因来说，由染色体间重组产生的两种重组类型理论上总是占后代的50％，也就是说后代中每种类型各占25％。根据这样的频率就可以推断所研究的基因对是独立分配的。基因间的自由组合很可能是因为它们位于不同的染色体。但是，正如后面将进一步讨论到的，位于同一染色体的不同基因，如果相距很远，也会产生同独立分配一样的结果。
同源染色体间的交换导致染色体内重组。交换可发生在任何两个非姊妹染色单体之间。当然，两个特定基因间的交换不会发生在减数分裂的所有孢母细胞中。在发生交换的孢母细胞中4个减数分裂产物的一半是重组基因型，在无交换发生的孢母细胞中只产生亲本型（图4…4）。因此，即使所有进行减数分裂的孢母细胞都发生了这一交换事件，重组基因型也不会超过总配子数的二分之一。如果亲本基因组合在物理上存在相互联系，重组基因型配子将总是小于配子总数的一半，这是染色体内重组的标志。








图4…4　　在孢母细胞中发生或不发生染色体内交换时产生的配子类型
Aa和Bb代表任意两对连锁的等位基因
连锁是遗传研究中非常普遍的现象。Morgan对孟德尔遗传学的伟大贡献就是发现了连锁遗传定律：同一染色体上紧密靠近的基因总是相互联系在一起遗传，不进行独立分配，它们的重组是染色体片段交换的结果。直到今天，Morgan的交换假说仍然完美地解释了基因的连锁遗传现象，体现了它的正确性和生命力。
4。1。4　　连锁遗传的细胞学基础
4。1。4。1　　交换与交叉形成的关系
在对减数分裂进行细胞学观察时常常发现，当两个同源染色体配对时，其中两个非姊妹染色单体间没有可见的联系，而另外两个非姊妹染色体相互交联在一起（图4…5）。交联形成的“十”字型结构称为交叉（chiasma）。交叉的数目与遗传交换特征相一致。减数分裂同源染色体联会的交叉形态是细胞学上可观察到的染色体片段交换的证据。每一交换事件只发生在四联体中的两个非姊妹染色单体间。





图4…5　　减数分裂交叉示意图
每条线条代表联会的一对同源染色体的姊妹染色单体
1978年，C。　Tease和G。　H。　Jones利用姊妹染色单体分化染色技术直接证明了交叉是发生交换的地方。他们让染色体在溴脱氧尿苷（BUdR）中进行两轮复制。BUdR的作用是替代新合成DNA中的胸腺嘧啶。复制后的染色体使用荧光染色和Giemsa染料染色。因为新合成的DNA链含有BUdR，新形成的姊妹染色单体与原来的姊妹染色单体着色深浅不同，称为harlequin染色体。因此，如果染色单体间发生了交换，就会发现有的染色单体呈一部分深色一部分浅色的镶嵌状，而且这种深浅间的转换正好是发生交叉的位置。
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