普通遗传学-第10章
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紫花长粒（P L ）
紫花圆粒（P ll）
红花长粒（ppL ） 284
21
21 225
75
75 红花圆粒（ppll）
总数 74
400 25
400
在这个实验中，每对等位基因的分离比例都符合3∶1＇（284＋21）∶（21＋75）＇。尽管双因子杂合体自交出现了所有4种表型，但它们的观察值间的比例明显不符合双因子杂合体自交所预期的9∶3∶3∶1的比值，也不符合其他因基因间互作导致的分离比例，说明花色和花粉形状没有按孟德尔的自由组合定律遗传。两种亲本类型紫花长粒和红花圆粒显著高于期望值。Bateson和Punnett推测这种现象是由于PL和pl这两种亲本型配子多于Pl基因型配子和pL基因型配子的结果。
上述偏离孟德尔分离比率的现象在遗传学研究中并不是偶然的。果蝇中有两对常染色体基因，一对影响眼色（pr表示紫色，pr＋表示红色），另一对影响翅长（vg表示退化翅，vg＋表示正常翅）。遗传学家T。 H。 Morgan用prprvgvg果蝇和pr＋pr＋vg＋vg＋果蝇杂交，然后对双因子杂合的雌果蝇用双隐性的雄果蝇测交。测交亲本提供隐性等位基因的配子，因此测交后代表型实际上代表了被测交亲本也就是双因子杂合体雌果蝇（pr＋prvg＋vg）的配子基因型分布。因此通过对测交后代的表型分析就可以发现被测交亲本基因在配子中的分离和组合情况。用被测交亲本配子基因型来表示Morgan获得的结果就是：
基因型 观察值 期望值（1∶1∶1∶1）
pr＋vg＋ 1339 709。75
prvg 1195 709。75
pr＋vg 151 709。75
prvg＋ 154 709。75
显然这4种基因型间的分离比例不符合基因的自由组合定律。比例最大的一类又是和亲本配子型相同的两个基因组合，该实验还清楚地表明两种亲本型间的比例和两种非亲本型间的比例都接近1∶1。
在上面两个实验中，一个亲本是双显性，一个亲本性是双隐性。似乎在显性基因之间以及在隐性基因之间存在一种物理上的联系，从面防止了它们在F1的独立分配。那么，如果双亲各带一对隐性纯合等位基因和一对显性纯合等位基因，杂交后测交的结果又如何呢？下面是pr＋ pr＋vgvg果蝇和prprvg＋vg＋果蝇杂交后测交的情况：
亲本（P）pr＋pr＋vgvg × prprvg＋vg＋
F1 pr＋prvg＋vg × prprvgvg
测交后代 pr＋vg 965
prvg＋ 1067
pr＋vg＋ 157
prvg 146
2335
我们可以看出测交后代4种基因型间的比例同样不符合1∶1∶1∶1。最多的两种基因型不是双显性基因型或双隐性基因型，而是各有一个显性基因和隐性基因，仍与亲本的配子基因型相同。
这些试验的结果具有下列共同特征：
（1）无论是F2还是测交F1，各基因型间的比例都不符合孟德尔的自由组合定律。
（2）在测交试验中，亲本表型相同的后代数目总是高于非亲本型后代的数目，也就是说亲本基因组合相同的配子型比例总是大于非亲本配子型的比例，表明亲本的这些不同性状有连在一起向后代传递的倾向。亲本型配子间的比例和非亲本型配子间的比例都接近1∶1。遗传学中把不同性状常常联系在一起向后代传递的现象称为连锁遗传。不同显性基因或不同隐性基因相互联系在一起称为相引相（coupling phase），而显性基因和隐性基因联系在一起称为相斥相（repulsion phase）。
是什么原因导致了相引和相斥这两种连锁遗传现象呢？Morgan提出相引相中的两对基因可能位于一对同源染色体上。在相引相中，pr和vg来自同一个亲本，它们在物理上由同一条染色体相互联系起来，而pr＋和vg＋则由另一个亲本中的同源染色体相连在一起。同样，在相斥相中pr和vg＋、pr＋和vg分别位于来自不同亲本的一对同源染色体上（图4…1）。连锁（linkage）被用来描述同一染色体上非等位基因间的关系。“连锁”与“相引”的区别在于后者是指显性基因与显性基因、隐性基因与隐性基因连锁的构型。“相斥”也是一种连锁构型——显性基因与隐性基因的连锁。一个双因子杂合体是相引型或相斥型仅取决于亲本基因型。
图4…1 同一染色体上基因的遗传
4。1。2 完全连锁与拟等位基因
基因的行为与减数分裂中染色体的行为是一致的（见2。4。4）。因此，一对同源染色体上非等位的基因有可能像一对等位基因那样分离，在后代中仍然保持在一起。例如，果蝇的体色和眼睛的颜色各受一对等位基因控制。将灰色（b＋，野生型显性）紫眼（pr）果蝇和黑色（b）红眼（pr＋）果蝇杂交后与双隐性突变体测交，得到的后代没有任何非亲本型个体出现：
亲本 灰色、紫眼 黑色、红眼
P b＋b＋prpr × bbpr＋pr＋
↓
F1 灰色、红眼 黑色、紫眼
b＋bpr＋pr × bbprpr
↓
测交 灰色、紫眼 黑色、红眼
F1 b＋bprpr bbpr＋pr
1 ∶ 1
测交F1中只出现了两种表型，灰色、紫眼和黑色、红眼。它们的比例为1∶1，就像是一对等位基因的分离。测交后代中只有与亲本型相同的表型，表明F1只产生了亲本型的配子。将这种类型的F1进行姊妹交或自交，F2将出现按1∶2∶1比例分离的3种基因型。这种同一染色体上非等位基因不发生分离而被一起传递到下一代的现象称为完全连锁（plete linkage）。在完全连锁中，只形成比例相同的亲本型配子。事实上完全连锁的情况几乎是没有的。完全连锁是一个相对概念，往往在增加分析的后代数目后，就会产生一些来自非亲本型配子的表型。
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
