遗传学第六章课后习题解答

体体细胞通过有丝分裂产生基因型与其不同的子细胞的过程称为有丝分裂重组(m itotic recomb ina-tion)或有丝分裂交换(m itotic crossing over)或体细胞交换(somatic crossing over)。1有丝分裂重组的发现1936年,Curt Stern在果蝇中首先发现了体细胞在有丝分裂过程中发生染色体交换的现象。 真菌被广泛用于有丝分裂分离和重组研究。真菌的无性世代主要是单倍体，为了观察分裂重组，首先必须创造二倍体真菌细胞。许多真菌可以自然形成二倍体。单倍体菌丝相互混合后发生融合，形成可进行有丝分裂的二倍体，称为异性核。二倍体在生长过程中同源染色体对中的一条又可能会丢失，导致二倍体的单倍化。所有隐性基因在单倍化菌丝的培养过程中都会表现出来，为基因连锁研究提供非常有价值的信息。

有丝分裂重组使杂合位点纯和化。这种遗传交换信息也可以用于基因定位，其频率的高低反映距离的远近。有丝分裂重组频率很低，在已知进行有丝分裂重组的生物体中，有丝分裂交换发生的频率在1%甚至更低。

4.与形态学，生化标记相比，DNA分子标记有哪些优点？

答：形态标记是遗传标记的一种，指肉眼可见的或仪器测量动物的外部特征(如毛色、体型、外形、皮肤结构等)，以这种形态性状、生理性状及生态地理分布等待征为遗传标记，研究物种间的关系、分类和鉴定。形态学标记研究物种是基于个体性状描述，得到的结论往往不够完善，且数量性状很难剔除环境的影响，需生物统计学知识进行严密的分析。但是用直观的标记研究质量性状的遗传显得更简单、更方便。目前此法仍是一种有效手段并发挥着重要作用。

生物化学标记是以动物体内的某些生化性状为遗传标记，主要指血型、血清蛋白及同工酶。 20世纪60年代以来，蛋白质电泳技术作为检测遗传特性的一种主要方法得到了广泛的应用。蛋白电泳所检测的主要是血浆和血细胞中可溶性蛋白和同工酶中氨基酸的变化，通过对一系列蛋白和同工酶的检测，就可为动物品种内的遗传变异和品种间的亲缘关系提供有用的信息。但是，蛋白和同工酶都是基因的表达产物，非遗传物质本身，它们的表现易受环境和发育状况的影响；这些因素决定了蛋白电泳具有一定的局限性，但是蛋白电泳技术操作简便、快速及检测费用相对较低，日前仍是遗传特性研究中应用较多的方法之一。

生物化学标记经济、方便，且多态性比形态学标记和细胞学标记丰富。已被广泛应用于物种起源与分类研究和动物育种中。

分子标记(Molecular Markers) 是以个体间遗传物质内核苷酸序列变异为基础的遗传标记，是DNA水平遗传多态性的直接的反映。与其他几种遗传标记——形态学标记、生物化学标记、细胞学标记相比，DNA分子标记具有的优越性有：大多数分子标记为共显性，对隐性的性状的选择十分便利；基因组变异极其丰富，分子标记的数量几乎是无限的；在生物发育的不同阶段，不同组织的DNA都可用于标记分析；分子标记揭示来自DNA的变异；表现为中性，不影响目标性状的表达，与不良性状无连锁；检测手段简单、迅速。随着分子生物学技术的发展，现在DNA分子标记技术已有数十种，广泛应用于遗传育种、基因组作图、基因定位、物种亲缘关系鉴别、基因库构建、基因克隆等方面。

分子标记是遗传标记的一类。遗传标记主要有3大类：(1)形态标记，如颜

色、大小、高矮等；(2)蛋白质标记，如同功酶等；(3)DNA标记。在这里，分子标记是指DNA标记。DNA标记有许多种，如RFLP、RAPD、AFLP、SCAR、SSR、STS、SSCP和VNTR等。其中的一些标记已成功地应用于植物育种的各个方面。 1．形态标记

60年代以前，用于植物遗传和育种中的性状主要是形态性状，如矮化性状，抽穗日期，花、种子、叶子的颜色以及抗病性。这些形态学性状对理解孟德尔遗传、建立连锁图谱和培育优良品种起了很重要的作用。但由于形态性状数量有限及很少同重要的经济性状紧密连锁，因而不能直接用于改良多基因控制的性状，如产量、种子含油量等。

同形态标记相比，分子标记有以下优点：

(1)在一个分离群体中，可以探测到大量的遗传标记位点，从而有可能建立高密度的连锁图。其多态信息量(polymorphism information content，PIC)比形态标记要高得多。

(2)分子标记同形态标记相比，通常对表型是中性的，没有上位性和多效性。有些形态性状抑制植物生长或表现多效性，这使得基因型的精确鉴定变得更复杂。

(3)除了随机扩增多态DNA(random amplified polymorphism DNA，RAPD)是显性标记外，分子标记通常是共显性的，因而单个位点的信息量比显性或隐性的形态性状多。

(4)分子标记能够在组织或细胞水平上，并在任何发育阶段都能被探测到，而形态标记只能在整株并在某个发育阶段才能测定，因而分子标记能够加速选择，尤其是多年生的木本植物。 2．同功酶(isoenzyme)标记

自1955年，Smithies发明淀粉胶电泳以后，同功酶技术已被广泛用于测定自然群体中遗传变异的水平和结构，研究群体的遗传漂移，鉴定品种及评价种质资源。用同功酶，遗传标记的数目至少增加了一个数量级，例如Goodman和Stuber(1983)已鉴定了玉米的37个同功酶位点。同功酶是典型的共显性，即同一位点的杂合子和纯合子能够被区别开来，这使得直接估计基因型频率和基因频率等遗传参数成为可能。

虽然大约100个左右的同功酶位点可以被分辨开来，但就某个特定物种而言，只有10～40个位点能分辨开来，因而分辨技术不足于建立一个高密度的连锁图。 3．限制性片段长度多态性(RFLP)

DNA经限制性酶切割，同带有32P的同源探针相结合(southern blot)，并被转移到膜，经同位素显影，不同长度片段就能被区别开来。RFLP的基本原理是，不同生物的DNA序列上是否有可被限制性酶识别的特定的4～8bp。目前从细菌中已分离到500多个限制性酶，其中几十个已被商业化生产。

RFLP最初被用于测定人类基因组的突变及构建人类基因组连锁图。1983年，Beck—mann和Soller把RFLP引入植物育种中，今天RFLP已成为植物遗传育种中应用最广泛的分子遗传标记之一。

RFLP也是共显性，因而具有同功酶的全部优点。与同功酶相比，RFLP标记的数目几乎是无穷的，其PIC也大得多。与此同时，RFLP具有全部分子标记的优点：高度稳定的DNA能在任何组织的任何时期提取，并可贮存相当长的时间。 RFLP的缺点也是显而易见的，因为在区别RFLP标记时，要使用同位素，因而需要一定的设备，放射性废物也得小心处理。RFLP还包含几个非常费人力和

时间的步骤，因而当考虑其在育种中应用时，通常认为同育种家不太友好。另外一个缺点是，对很多物种而言，探针不是现成的。至今为止只有几种主要作物有现成的探针，而要建立一个探针库通常要花去数月乃至一年时间。 4．随机扩增多态DNA(RAPD)

RAPD标记是建立在Mullis和Faloona(1987)发明的PCR技术基础上的。其基本原理是，同寡核苷酸引物相互补的目标序列经变性、复性、延伸3个步骤得到扩增。但在RAPD反应中，只用一个10bp的引物，而不是一对。实验表明，扩增反应是非常敏感的，1bp的差异足可引起引物模板的错配，从而阻止扩增。 RAPD和RFLP的差异是RFLP建立在DNA的杂交基础上，而RAPD只是目标序列的扩增。这个差异使得RAPD同RFLP相比具有简便和快捷的优点，就投入的时间和人力来讲，RAPD比RFLP效率高4～6倍，如果把建立探针库也考虑进去，RAPD效率更高，因为同样引物可以用于任何生物，RAPD的第二个优点是，它不需处理放射性废物；第三，RAPD比RFLP更敏感。据Foolad(1993)估计，就番茄种内材料而言，只有16％的探针显示多态性，而63％RAPD引物至少有一个多态性。 RAPD的缺点是单个位点PIC低，因为RAPD标记是显性的，胶分辨率不足于区别基因型AA和Aa的不同扩增产物。另外由于PCR的敏感性，各个实验室之间的结果难以交流。

除上述的分子标记外，因目标不同，还可使用其他分子标记，如：

(1)高度变化序列VNTR(variable number of tandem repeats)，其基本原理与RFLP相同，只是所用探针不同。

(2)简单重复序列SSR(simple sequence：repeat)，其原理也是PCR，但引物是专门设计的一对含20～30碱基的DNA片段。

(3)扩增片段长度多态性AFLP(amplified fragment length polymorphism)，AFLP把限制性酶切专一性同PCR扩增后快速探测的特性有效结合起来，是一个相对较有效的技术。

DNA是遗传物质的载体。在DNA水平，同一物种的不同个体间存在大量的变异。这些变异来自于碱基或染色体片段的插入或缺失，或来自于碱基的转换与颠换。自20世纪80年代以来，分子标记是随着分子遗传学研究的深入和DNA操作技术的发展，形成了以检测个体间DNA水平的变异为特征的一系列分子标记系统。与其他遗传标记相比，分子标记有以下优点：

a 数量多，几乎无限。分子标记源于基因组的自发变异，广泛存在与自然界的各种生物中，应用上不受限制；

b不存在同工酶标记所具有的组织、器官和发育时期特异性，易于实际使用； c 不受环境、季节等外界条件的影响，具有很高的准确性；

d 许多分子标记表现为共显性，能区分纯和基因型和杂和基因型，，可以提供完整的遗传信息；

e 分子标记只是DNA系列片段，而不是具有功能的基因，故不存在非等位基因之间的互作等效应；

f 分子标记一般无表型效应，对目标性状的表达不存在影响。

DNA分子标记可以是一段功能未知的或不具有功能的DNA片段，但他必须在他相对应的等位位点上存在变异，这样才能作为按孟德尔方式遗传的标记。DNA分子标记也可以是一个有功能的基因。编码它的等位基因在DNA结构上的变异。

5.在染色体作图试验中，要注意哪些因素？

答： 在染色体作图试验中要注意的因素有： (1)用于作图的位点在亲本中必须呈杂合状态，纯和状态的位点不能作为标记。只有这样，在其后代中才会产生重组基因型。（2）必须能够根据后代的表现型推断出所对应的基因型，最好能够反映出亲本的配子基因型。植物的测交后代表型直接反映了亲本的配子基因型。（3）群体要足够大，才能获得所需的重组类型。基因间距离越小，发生交换的可能性越小，获得重组型所要求的群体越大。(4)测其交换值和重组值； （5）遗传干涉和并发

此外，当基因间的遗传距离很大时，除单交换外，还可能发生双交换，甚至发生双交换以上的多重交换，这势必会影响到染色体作图的精确性。因此，在遗传作图时，应利用尽可能多的遗传标记，增加相互连锁的密度。在染色体作图过程中，一般以最左端的基因位置为0，但随着研究的进展，发现有更左端的基因时，0点得位置让给新基因，其他基因相应移动。重组率在0%—50%之间，但在遗传作图上，可以出现50个单位以上的图距。原因是这两个基因之间距离较远发生多次交换的缘故，所以从图上数值和重组率只限临近的基因座之间。

6.适合分子标记遗传作图的群体材料有哪些？如何创建？ 答：遗传连锁图是指以遗传标记(已知性状的基因或特定DNA序列)问重组频率为基础的染色体或基因位点的相对位置线性排列图。 要构建分子遗传图谱首先要根据遗传材料选择合适的作图群体，再应用分子标记技术对基因型进行标记分析，确定标记间的连锁关系。主要包括构建合适的遗传群体，包括亲本的选择，分离群体类型的选择及群体大小的确定等；利用合适的分子标记进行分析；利用计算机软件进行图谱构建，建立标记间的连锁排序和遗传距离； 利用计算机软件绘出遗传图谱这几个部分.

构建连锁图谱是基于染色体的交换与重组上的。在细胞减数分裂时，非同源染色体上的基因相互独立自由组合，同源染色体上的基因产生交换与重组。位于同一染色体上的相邻基因在减数分裂过程中表现为基因连锁，如果同一条染色体上的两个基因相对距离越长，那么他们减数分裂发生重组的概率将越大，共同遗传的概率也就越小。因此可以根据他们后代性状的分离可以判断他们的交换率，也就可以判断他们在遗传图谱上的相对距离。一般用重组率来表示基因间的遗传距离，图距单位用厘摩（centi-Morgan,cM）表示，一个厘摩的大小相当于1%的重组率。

合适的作图群体是遗传作图的关键。用于遗传作图的群体可以分为两类：一类为暂时性分离群体，包括由单交组合产生的F2代或由其衍生的F3、F4家系，回交群体等，另一类是永久分离群体，如重组自交系群体和双单倍体适合分子标记遗传作图。目前，在大豆、松树、水稻、小麦、玉米、番茄、拟南芥、小白鼠、豌豆等众多动植物物种中都构建出了密度较高的遗传图谱。

1992 年Tanksley等学者利用栽培番茄L ycopersicon esculentum

cvVF36OTm2a 与潘那利番茄L ycopsersicon pennelliiLA716 的F2 代群体建构出的番茄遗传图谱。这个图谱以RFLP 遗传标记为主并包含有同工酶和形态学等遗传标记,它包括遗传标记1 030 个,共占1 276 个图距单位,这个高密度的遗传图谱,大约每1. 2cM(厘摩)就有一个标记。使番茄的遗传图谱达到了一个新的水平。随着分子标记的不断发展,已报道了很多番茄分子遗传图谱的研究。利用栽培番