如何把一个基因在染色体上定位

Question

如题所述

Answer 1

位置测定
根据重组频率的基因定位 同一染色体上两个基因之间的距离愈远，则发生交换的机会愈多，杂交子代中重组体也就愈多。所以测定杂交子代中重组体的多少，就可以知道有关的基因的距离，这是最基本的基因定位方法。A.H.斯特蒂文特把杂交子代中出现 1%重组体的两个基因之间的距离定为一个图距单位，后来又有人称之为一个分摩，用来纪念首先提出交换概念的T.H.摩尔根。同一原理也适用于单倍体微生物的基因定位。
三点测验法
在包括两基因定位对基因的杂交中，一次杂交可以测定两个基因之间的距离，通过三次杂交便可以测定三个基因的排列顺序和距离。但是在包括三对基因的一次杂交中，便可以测定三个基因的排列顺序和距离，这就是1913年由斯特蒂文特首创的三点测验方法。例如黑腹果蝇的X染色体上有黄体基因(yellow body,y;野生型灰体，y)、白眼基因(white eye,w;野生型红眼，w)和短翅基因(miniature wing,m;野生型长翅，m)。将黄体、白眼、短翅雌蝇和野生型雄蝇 (ywm 即+++)杂交，将得到的雌性杂合体 再和雄性子代ywm杂交，得到子二代个体(表3)。
从表中的数值求得:
基因y和w之间的重组频率=1.3%
基因w和表3m之间的重组频率=32.8%
基因y和m之间的重组频率
因此这三个基因在染色体上的相对位置如图2。三点测验或者包括更多的基因的杂交还可以用来研究交叉干涉、染色单体干涉等现象。
着丝粒距离法
一个基因与它所属染色体的着丝粒之间的距离称为着丝粒距离。在不同的生物中，可用不同的方法测定着丝粒距离。在粗糙脉孢菌中，着丝粒和基因之间的距离可以根据子囊中子囊孢子的排列顺序来测定，这是1932年美国微生物遗传学家CC.林德格伦所首创的方法。在同一染色体上两个基因的着丝粒距离都被测定后，这两个基因之间的距离就可以断定为两者之和或者两者之差。
子囊的排列方式有 6种，AAaa和aaAA这两种称为第一次分裂分离，AaAa、aAaA、AaaA、aAAa这四种称为第二次分裂分离。前者基因A(a)和着丝粒之间没有发生交换，后者A(a)和着丝粒之间发生了交换。
所以某一基因和着丝粒之间基因定位交换频率愈高，第二次分裂分离子囊愈多。由于每次交换导致半数染色单体成为重组类型，所以
在高等植物如小麦和棉花中，可以利用衍生的端着丝粒染色体进行着丝粒距离测定。例如某一雄性亲本除了有一个正常的具中央着丝粒的染色体以外，还有一个由它的同源染色体衍生来的端着丝粒染色体。如果在正常染色体上有一个待测着丝粒距离的隐性基因，在端着丝粒染色体上有野生型的等位基因，带有端着丝粒染色体的花粉缺少一条染色体臂，使它不能顺利受精，因此大部分受精的配子都带有隐性基因，即带有正常的染色体。只有待测基因和端着丝粒染色体基因之间发生了一次交换，才能得到具有显性野生型基因的配子。因此由这样的雄性亲本和纯合隐性的雌性亲本杂交子代中出现的野生型个体数便可推知交换发生的频率，从而求得隐性基因的着丝粒距离。
体细胞交换法
三点测验和着丝粒距离法中所测定的都是发生在减数分裂中的染色体交换。1936年美国遗传学家C.斯特恩在果蝇中发现体细胞在有丝分裂过程中也可以基因定位发生染色体交换(见连锁和交换)。
50年代中G.蓬泰科尔沃等在研究构窠曲霉时发展起来一种利用体细胞交换的系统的基因定位方法。在进行有丝分裂的杂合二倍体细胞中，体细胞交换会导致在子代体细胞中出现隐性基因的纯合体，这一过程称为纯合化。
如果某一个二倍体细胞的某一染色体臂上有若干个基因都呈杂合状态，那么就可根据子代体细胞各个基因纯合化的频率推知它们的相对位置。交换只使比交换位置更远离着丝粒的隐性基因纯合化，所以某个基因纯合化的频率愈高，它离着丝粒的距离就愈远(图3)。 由于体细胞交换频率远远低于减数分裂过程中的交换频率，所以这一方法一般只用于不进行有性生殖的生物如某些真菌等的基因定位。这一方法也曾在衣藻中用来进行叶绿体基因的定位。
根据所测基因在某一已知染色体区段中是否存在的 基因定位 如果染色体的某一区段的位置是已知的，而且测得某一基因的位置在这一区段中，那么这一基因的位置也就被测定了。
缺失定位法
一个细胞中的两个同源染色体中的一个上有一个突变基因，另一染色体上有一小段已知范围的缺失，如果这一突变基因的位置在缺失范围内，便不可能通过重组而得到野生型重组体;如果突变基因不在缺失范围内，那么就可以得到野生型重组体。利用一系列已知缺失位置和范围的缺失突变型，便能测定突变型基因的位置。
标记获救法
这是一种结合物理图谱制作和遗传学分析的基因定位方法，它适用于病毒等基因组较小的生物。以大肠杆菌噬菌体ΦX174为例，把野生型噬菌体的双链复制型DNA分子用限制性内切酶HindⅡ切为13个片段，把每种片段和突变型 amg的DNA单链在使DNA分子变性并复性的条件下混合保温，然后用各个样品分别转化受体细菌。如果在某一样品处理后的受体细菌中出现了大量的野生型噬菌体，于是就说明这一样品中的HindⅡ片段包含着amg的相应的野生型基因，由于13个HindⅡ片段的位置在物理图谱中全部都是已知的，因此便可以推知amg基因在染色体上的相应位置。用这一方法在ΦX174的环状的染色体图上已经测定了至少19个基因的位置。
根据并发事件的基因定位 位置邻近的基因表现某些相关的行为，所以从这些行为可以推测基因的连锁关系。
共转导法
每一种转导噬菌体有一定的大小，只能携带一定长度的供体细菌的 DNA。例如大肠杆菌噬菌体PI的头部中只能包装大约分子量为5.8×10的DNA,大肠杆菌的染色体DNA的分子量是2.5×10,所以PI所能包装的 DNA至多相当于大肠杆菌的遗传学图上相距两分钟这样一段DNA分子。如果两个基因能同时被转导，这两个基因之间的距离必然较近，而且距离愈近则共转导频率愈高，因此可以由共转导的频率来推算基因间的距离。其中 d是以分钟计算的供体大肠杆菌两个基因之间的距离，L是以分钟计算的转导DNA的长度，取为两分钟。大肠杆菌遗传学图的大部分位置上的基因都曾用共转导方法定位，这样得来的遗传学图比用中断杂交方法或重组方法测得的图更为精确(见细菌接合)。
共缺失法
缺失带来和基因突变相同的表型。由一次缺失所造成的突变只涉及相邻接的基因，因此可以从缺失所带来的基因突变的分析来测定一些基因的相对位置，这一方法被广泛应用于酵母菌的线粒体基因的定位(见染色体外遗传)。
根据基因行为的定位 基因的某些行为可以反映它们的位置。在细菌接合过程中"雄性"细菌的染色体基因按先后顺序转移到"雌性"细菌中。一些基因组较小的病毒，整个基因组往往作为一个单位转录。因此接合过程中基因转移的先后、转录过程中转录的先后或DNA复制的先后都可以在某些特殊的生物中用来作为基因定位的手段。
转录定位法

许多 RNA病毒的整个基因组往往作为一个单位转录。随着转录的进行，由基因组上各个基因所编码的蛋白质也依序在寄主细胞中出现。当寄主细胞被紫外线照射使本身的蛋白质合成受到抑制时，病毒蛋白的出现更为明显。紫外线照射也起着抑制病毒基因组的转录的作用。紫外线在 RNA分子的某一部位造成损伤后，损伤的部位和它后面的基因的转录都将受到影响，损伤部位以前的基因的转录则不受影响。因为转录沿负链RNA的3′端向5′端进行，所以愈是接近3′端的基因的转录和由它编码的蛋白质在寄主细胞中的合成受到紫外线损伤的影响愈小，而愈是接近 5′端的基因和相应的蛋白质的合成愈容易为紫外线照射所抑制。因此只要先用相同剂量的紫外线照射待测病毒，然后再测出寄主细胞中该病毒编码的各种蛋白质的产量，便可以推知该病毒各个基因的位置。