【文章內容簡介】 連鎖，為遺傳作圖奠定了實驗基礎。 連鎖分析 連鎖分析于 1905年，分別由 Bateson、 Saunder和Punt發(fā)現，但是直到 19101911年 Man以果蠅為實驗對象開始他的經典遺傳學的奠基式工作時，連鎖分析的重要意義才逐漸被人們所了解。 20世紀初期，遺傳學家已經認識到基因位于染色體上，每條染色體均以完整的單位傳遞。換句話說，如果有 2個基因位于同一條染色體上，它們則機械地連接在一起，共同傳遞給下一代。這種看似確切無疑的假說隨后發(fā)現在大多數情況下并不符合觀測到的試驗結果。當遺傳學家采用類似孟德爾早期豌豆雜交的方法觀察子代的性狀分離時發(fā)現，原先認為位于同一染色體上的基因，只有極少數是完全連鎖的。這些被觀察的成對基因要么顯示獨立遺傳，要么表現部分連鎖，或者說他們時而共同傳遞，時而分道揚鑣。正是這種理論預期與實際結果的矛盾孕育著遺傳學上的重大突破，由此而誕生了一項關鍵技術 —— 遺傳連鎖作圖。 減數分裂時期染色體的行為解釋了為何同一染色體上的基因表現為部分而非完全連鎖現象。摩爾根對遺傳學的重大貢獻在于，他從基因的部分連鎖與細胞減數分裂時染色體行為之間的關系中領悟到其間的內在聯(lián)系，從而在觀念上產生了飛躍。 19世紀后期，細胞學家已能區(qū)分二種細胞分裂類型：有絲分裂與減數分裂。有絲分裂主要發(fā)生在體細胞的二倍體細胞核中，由此產生的子細胞均從母細胞獲得同等的遺傳物質。人的一生中要經歷大約 1017次有絲分裂產生所需的體細胞。有絲分裂開始前，每條染色體在細胞核中復制，復制的染色體并不馬上彼此分開，而是附著在著絲粒上。直到有絲分裂的晚期，復制的染色體才均等地分離形成二個新的子代細胞核。 有絲分裂細胞核中所發(fā)生的事件與遺傳作圖并無直接關連，我們感興趣的只在減數分裂。減數分裂只發(fā)生在生殖細胞中，二倍體母細胞產生 4個單倍體配子，每個配子在有性生殖時與來自另一性別的配子融合，恢復到原來親代的染色體倍數。有絲分裂與減數分裂的 相同之處 在于，每條染色體都必須經歷 1次復制； 不同之處 是，有絲分裂的細胞只發(fā)生 1次分裂，而減數分裂的細胞則發(fā)生連續(xù) 2次細胞分裂。第二次細胞分裂時，染色體數目減半。有絲分裂與減數分裂的另一個更為關鍵的差別是姐妹染色體變換。二倍體細胞中每條染色體都有 2份拷貝，這 2份拷貝稱之為同源染色體。有絲分裂中，同源染色體的 2份拷貝分別獨立復制，然后彼此分離進入子細胞。減數分裂時，成對同源染色體并非獨立行動。在減數分裂 I期，每條同源染色體復制后并不馬上分開。攜帶 2份拷貝的同源染色體彼此靠攏，同源區(qū)段并排形成雙價體 (bivalent)。在雙價體中，并列的同源染色體臂 (染色單體 )會發(fā)生機械斷裂，彼此交換 DNA區(qū)段，這一過程被稱為 交換 (crossingover)或 重組 (rebination)。同源染色體的交換由比利時細胞學家 Janssens于 1909年發(fā)現， 2年后摩爾根開始思考他的部分連鎖問題。 ? 交換的發(fā)現如何幫助摩爾根解釋部分連鎖問題呢？我們先來考查染色體交換對基因傳遞方式的影響。假定有二個位于果蠅 2號染色體上的基因分別為 A和 B，它們都有 2個等位基因，即 A與 a， B與 b。現在我們跟蹤這 2對基因在減數分裂時如何分布到配子中，這里有兩種方案可供選擇 (圖 )： ? ① A與 B位點之間不發(fā)生交換。如果發(fā)生這種情況，只有二種配了產生， 一種攜帶 A與 B基因，另一種只攜帶 a與 b。 ? ② A與 B之間發(fā)生交換。這將導致一段攜帶 B基因的染色體區(qū)段與攜帶 b基因的同源染色體區(qū)段相互交換，由此產生 4種配子類型，即1AB、 laB、 1Ab和 lab。 ? 假定有 100個相同的減數分裂細胞，在不發(fā)生交換時產生下列數目的基因型配子： 200 AB 200 ab 這是完全連鎖的結果：基因 A與 B的行為在減數分裂時類似一個整體。如果在某些減數分裂細胞中發(fā)生交換，這 2對等位基因成員的傳遞將不是作為一個單位。 ? 假定 100個減數分裂事件中，有 40個發(fā)生變換，將產生下列配子： 160 AB 160 ab 40 Ab 40 aB 這種連鎖是不完全的，或者說是部分的，因為在產生的配子中出現了新的連鎖形式，即 Ab與 aB。 部分連鎖與遺傳作圖 當摩爾根認識到部分連鎖可以通過堿數分裂中的交換給予解釋，他即考慮如何設計一種方法來確定基因在染色體上的位置。關鍵的突破并不是摩爾根本人，而是他的一位研究生 —— Arthur Sturtevant。 Sturtevant設想如果交換是隨機發(fā)生的話，那么一對并列的染色單體上任何位點發(fā)生交換的機會部是均等的。似如這種設想是正確的，那么 2個彼此靠近的基因之間因交換而分離的頻率要比相互遠離的 2個基因之間發(fā)生分離的頻率要小?；蛘哒f，因交換使 2個連鎖基因分開的頻率應同它們在染色體上所處位置的距離成正比，而 重組率(rebination frequency)則可成為測量基因之間相對距離的尺度。只要獲得不同基因之間的重組率，就可繪制一份基因位于染色體上相對位置的地理圖 (圖 )。 遺傳圖的偏離 Sturtevant關于隨機變換的設想極富創(chuàng)見但不完全正確。大量細胞遺傳學的研究表明，染色體的各個區(qū)段交換頻率有很大差別。例如，近端粒區(qū)和遠著絲粒區(qū)有較高的重組率。染色體的某些位點之間比其他位點之間有更高的交換頻率，被稱為重組熱點(rebination hot spot)。如老鼠 主要組織兼容性復合座位(major histopatibility plex， MHC)含有一組控制免疫反應的基因，其中有一個區(qū)段的重組率高于平均數數百倍。這一熱點引發(fā)的所有重組