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时间:2019-06-16
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1、丝状真菌的遗传丝状真菌,尤其是粗糙脉孢菌(Neurosporacrassa)和构巢曲霉(Aspergillusnidulans)一直是研究真核生物遗传重组、基因组织和基因表达调节的模式系统。真菌的有性生殖和准性生殖过程是真菌在自然界条件下进行遗传物质转移和重组的主要途径。早期丝状真菌遗传研究主要集中在有性生殖和准性生殖过程,并通过经典遗传分析对其进行研究。70年代发展起来的原生质体融合技术为丝状真菌遗传物质的转移和重组提供了较方便和有效的手段,并使获得种间甚至属间杂种成为可能,所以被称为细胞水平上的遗传工程。随着重组D
2、NA技术的不断发展,1979年Case等在粗糙脉孢菌中建立了第一个丝状真菌的DNA转化系统,从此丝状真菌的遗传研究跨入了分子遗传学时代。现在在所有主要的丝状真菌中都建立了DNA转化系统,并已普遍用于基因分离和基因结构、基因组织、基因表达调控等研究,科学家们正兴奋地期望用分子生物学方法解决丝状真菌中长期以来使人迷惑不解的各种生物学问题。第一节 粗糙脉孢菌(顺序排列四分体)的遗传分析粗糙脉孢菌在有性生殖过程中,每个合子核减数分裂的全部产物不仅同处于一个子囊内,并且呈直线排列。我们将这样的以直线方式排列在同一个子囊内的四个
3、减数分裂产物称为顺序排列四分体。一、粗糙脉孢菌的生活史二、粗糙脉孢菌有性杂交的遗传分析(一)四分体分析减数分裂的产物在一个子囊内形成顺序排列的四分体,是粗糙脉孢菌有性杂交的特点。对顺序排列的四分体可以进行如下的遗传分析:(1)判断第一次分裂分离和第二次分裂分离,(2)计算着丝粒,(3)计算重组频率。1.第一次分裂分离和第二次分裂分离粗糙脉孢菌的特点是它的四分体呈顺序排列。例如,将A和a接合型的两个菌株的细胞接合以后,通过有性生殖可产生含有子囊的子囊果,每一个子囊中含有8个子囊孢子。将粗糙脉孢菌的一个子囊中的8个子囊孢子
4、依次序分离培养,可以得到8个单孢子菌株。如果在这8个菌株的斜面上都放上属于接合型a的分生孢子,经过培养可以看到4个斜面上出现成熟的子囊果,4个斜面上没有子囊果,说明4个菌株的接合型属于A、4个属于a,并且其排列顺序为AAAAaaaa。为什么会出现这种现象呢?这可以用图所示的模型加以解释。即A和a接合型分别受染色体上的接合型基因的控制,在减数分裂的第一次分裂中A和a基因发生分离,结果出现上述性状。如果决定接合型的物质与染色体无关,它就不会作这样有规律的分离。粗糙脉孢菌的子囊孢子的排列方式除了上述情况外,还有另外5种排列方
5、式,也就是说,其子囊孢子的排列共有下面6种方式:(Ⅰ)AAAAaaaa(Ⅱ)aaaaAAAA(Ⅲ)AAaaAAaa(Ⅳ)aaAAaaAA(Ⅴ)AAaaaaAA(Ⅵ)aaAAAAaa这6种排列方式和它们进行减数分裂时的染色体行为特点有关。(Ⅰ)型和(Ⅱ)的出现,是由于在减数分裂过程中接合型基因座位(A或a)与着丝粒之间未发生染色体交换的缘故(图)。由于A和a基因在第一次分裂时就发生相互分离,所以称为第一次分裂分离(firstdivisionsegregation)。相反,(Ⅲ)、(Ⅳ)、(Ⅴ)、(Ⅵ)型的出现是由于A和a
6、基因与着丝粒之间发生染色体交换所致(图)。由于A和a基因是在第二次分裂时才发生相互分离,所以称为第二次分裂分离(seconddivisionsegregation)。2.着丝粒距离根据前面的分析,粗糙脉孢菌中8个子囊孢子的排列方式可反映基因分离的方式以及基因与着丝粒之间是否有染色体交换发生。只有当有关基因和着丝粒之间发生了一次染色体交换时,才会产生第二次分裂分离的排列方式。经典遗传学研究结果早已证明,染色体上两个位点之间的距离越远,则这两位点之间发生交换的频率也就越高。(1/2)×第二次分裂分离子囊数着丝粒距离=———
7、————×100图距单位总子囊数早在1932年,粗糙脉孢菌的接合型基因的着丝粒距离已经测定。所根据的数据见表。因此,就可以通过第二次分裂分离的子囊频率来计算某一基因和着丝粒之间的距离,称这种距离为着丝粒距离。因为每一个第二次分裂分离子囊中只有一半是重组的子囊孢子,另一半子囊孢子是非重组的,所以基因座位和着丝粒之间的距离应该是:表粗糙脉孢菌接合型基因子囊类型的测定数据子囊类型第一次分裂分离AAAAaaaa105aaaaAAAA129第二次分裂分离AAaaAAaa9aaAAaaAA5AAaaaaAA10aaAAAAaa16
8、由以上公式计算接合型基因A或a与着丝粒之间的距离为:1/2×(9+5+10+16)着丝粒距离=—————————×100=7.3图距单位105+129+9+5+10+163.着丝粒距离和重组频率前面讲的是一对基因的情况,那么,两对基因的情况又如何呢?我们知道在经典遗传学中,动植物的两个基因之间的距离是用重组百分值表示的。当然已经证
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