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生物奥赛—遗传学


遗传学
高一生物组——王龙

前言
? 子代与亲代总是相似的,这就是遗传。但是

亲代和子代之间,以及子代个体之间,总有 些差异,这种现象称为变异。遗传学就是研 究遗传和变异的学科。
? 目前,我们的学习和研究主要针对现象和本

质两个部分。即是遗传和变异表现出什么规 律,而这些规律又是如

何产生的?

? 孟德尔第一定律:分离定律

主要针对在一般情况下,一对相对性状的遗 传规律。

? 孟德尔第二定律:自由组合定律

主要针对一般情况下两对(或多对)相对 性状,且决定这两对相对性状的基因在不 同的染色体上,这两对性状是指完全不同 的两对性状
自由组合定律的比例可以写为:

表现型:(3:1)N
基因型:(1:2:1)N

Y Y R R
Y R

Y R

y R y

Y Y R r Y y Ro r Y Y r r Y y r r

Y y Ro r
y y R r Y y r r y r y r

y y R R

R

Y Y R r Y y Ro r

Y y Ro r y y R r

9

:3

:3

:1

对一 自 于个 由 单扩 组 一展 合 性。 定 状自 律 也由 实 是组 际 满合 是 足定 分 的律 离 。的 定 比律 例的 ,

? 孟德尔第三定律——连锁和交换定律

主 要针对两对(或多对)的不同基因在同一 染色体上的遗传方式。
存在于同一染色 体上的基因,组成 一个连锁群。一 种生物连锁群的 数目与染色体的 对数是一致的.即 有n对染色体就 有n个连锁群 。

?

连锁分为两种:完全连锁与不完全连锁,不完全连 锁,即发生了交换。(要注意雄果蝇的完全连锁)

? 不完全连锁:

由图可以发现, 子二代出现了四 种表现型,却不 是 1; 1: 1: 1, 这是因为在减数 分裂的联会时, 四分体之间发生 了染色体片段的 交换。染色体上 的基因也就发生 了重组。

? 由上面的分析看的出,两个非等位基因在

同一个染色体越远,其发生交换的几率就 越高,而后代出现重组的情况也就越多。

在遗传学上,我们利用交换和重组的结果 来分析某几个基因在染色体上的排列顺序 和它们的相对距离。 绘制的染色体图上的一个图距单位是厘摩 (cM),1cM=1%重组率去掉%的数值。

例如,A基因与B基因之间的交换率为10%(100 个受精卵中有10个发生交换),A基因与C基因间 的交换率是26%,而B基因与C基因之间的交换率 是16%。那么这3个基因在染色体上的排列顺序就 是这样的: A 10 26 假如再有一个D基因,它与C基因的交换率为 11%,与B基因的交换率是27%,那么,D基 因的位置应是? B 16
C D

11

基因之间的相互作用
? 等位基因相互作用

孟德尔发现的等位基因之间只有一个表达出来, 这样的相互关系是最简单的一种,即完全显性。 有的杂合体的性状是中间状态。例如,茉莉花, 红花基因和白花基因的杂合体的花色是浅红的, 这一现象称为不完全显性。 有的杂合体,2个显性基因都能表达出来。例如 人的ABO血型是由3个等位基因决定的,显性基 因IA、IB能够都表达出来,称之为共显性关系。

不完全显性

? 由前面介绍的ABO血型,可以发现控制同一

性状的基因有时有两个以上的。这样的等位 基因定义为复等位基因。又如,在动物的遗传 中,家猪的毛色也是由一组复等位基因决定的。 家猪的毛色主要有白、黑、花、棕四种。一 般是白色对任何有色(黑、花、棕)为完全显 性,其中黑毛对棕毛也是显性。在这个复等位 基因系列中,比较明确的显隐关系可以表示为 W(白)>Wb(黑)>Wr(棕)。

? 非等位基因的相互作用

1,基因互作 两对基因在决定同一对性状时,出现了 相互作用。如两对基因决定鸡冠的形状。

2,上位效应 一对基因的显性基因的表现受到另一对非 等位基因的作用,这种非等位基因间的抑制 或遮掩作用叫上位效应。
被影响的一对基因我们定义处在下位,而影响者 处在上位。一般影响者若是显性基因,这个种情 况就称为 “显性上位” :若是隐性基因,则称为 “隐性上位” 。

显性上位举例:
P
F1 F2 AAbb 紫色 AaBb 紫色 12紫:3红:1白 aaBB 红色

白色底物 酶A 紫色 酶B 红色

显性上位效应的生化机制

如图所示,酶A、B共同竞争一种底物,而A的的亲 和力高于B。故当基因A表显性时,不论B基因型如 何,都是紫色,完全掩盖了B基因的作用。这个就 是显性上位。通常,如果表现型出现12:3:1的比 例,我们即可判断是显性上位效应。

? 隐性上位举例

如图所表示,当b决定性状时,无论C的基因型如何, 表现型都为无色。也就是说,当b基因表隐性时, 就完全掩盖了C基因的作用。这样的情况就是隐性 上位效应。为了方便起见,我们可以记住表现型的 比例,出现9:3:4的情况,就是隐性上位。

? 微效基因的累加作用

有些性状是连续性的数量性状,如农作物的高度, 产量等。决定这些性状的基因通常不是一对基因 而是多对。例如,假定一株植物的高度决定于4 对基因:L1l1,L2l2,L3l3,L4l4,其中L是高度增 加的基因,基因型中每有一个L,高度就有一个 相应的微小增高。那么同学们思考一下,哪种基 因型是最高的?最矮的呢?

? 性状的多基因决定和基因的多效性

基因之间的相互作用是多种多样的。实际上, 也许没有一个遗传性状仅由一个基因所控制。 当一个基因起主要作用时,我们往往忽略了其 他的基因影响。然后虽然这些影响很微弱,分 析起来却十分复杂。比如人类眼睛的颜色就是 一例。基因B是褐色,显性;基因b是蓝色, 隐性,这样就可以简单的认为人类眼睛的颜色 是由一对等位基因B,b所控制。实际这里有 许多修饰基因,有的作用于虹膜上色素的数量, 有的作用于色素的色调,有的影响其分布等等。 所以眼睛才能表现了许多颜色。

伴性遗传
? 当基因在性染色体上时,基因所决定的性状

常会与性别有联系。这种情况称伴性遗传。
染色体决定性别的方式:XY型(如人类), ZW型(如鸡),X0型(如蜜蜂,蚱蜢)

细胞质遗传
? 细胞质中有一些细胞器如线粒体

,叶绿体等, 都含有基因。都起到了一定的遗传作用 ? 然而由于精子特殊的结构以及受精方式决定 了受精卵里的细胞质来源于卵细胞。所以细 胞质遗传往往是由母本来决定的

杂交水稻

?

生物界的杂种优势是一种普遍现象。植物杂种优势 的发现,为农作物杂种优势的被证实和利用提供了 理论基础和技术储备。三系杂交稻的选育和应用促 进了水稻生产飞跃式的发展和产量的历史性提高 。

? 水稻的雄蕊是否可育,是由细胞核与细胞质

中的基因共同决定的。细胞核中,不育基因 用r 表示,可育基因用R表示,可育对不育显 性。细胞质中不育基因用S表示,可育基因 用N表示。 ? 只有当细胞核与细胞质的基因同时表示不育 时,植株才能表现为雄性不育。
雄性不育:S(rr) 雄性可育:S(RR) 、S(Rr) N(RR) 、N(Rr) 、N(rr)

? 水稻是一种自花受粉的植株,但是自交多次

后会出现品种退化,产量下降。农业上常使 用杂交种(杂种优势)。但是,大田生产时, 人工去雄就不太现实了。有了雄性不育品系, 就免去了人工去雄的工作,既节省人力,又 可以保证杂交种的纯度。
? 我国在培育水稻优势杂交种方面,处于世界

领先地位,主要利用三系配套的方法。

? 所谓三系,即是:不育系,保持系,恢复系。

不育系 S(rr)

三系 保持系 N(rr)

恢复系 N(RR)

杂交种 S(Rr)

不育系表现为雄性不育,这样就解决了去 雄的问题。但是,首先要解决不育系的自 身留种问题。

雄性不育系与雄性不育保持系杂交图解

杂交种 S(Rr)

雄性不育系与雄性不育恢复系杂交图解

哈迪-温伯格定律
? 哈迪-温伯格平衡状态:在一个有性生殖的种

群中,亲代与子代之间,基因频率与基因型 频率都相同,群体处于平衡状态。
但是要达到以上的平衡状态,哈迪与温伯格提出 种群必须符合以下几个条件:1,种群大;2,种 群个体间的交配是随机的;3,没有突变发生;4, 没有新基因加入;5,没有自然选择。

? 用数学式子表达出来即如下:

(p+q)2=p2+q2+2qp=1
以Aa这对等位基因来分析:p表示A基因频 率,q表示a基因频率。如果完全自由交配的 话。那么AA出现的几率则是p2,Aa的几率 是2qp,aa的几率是q2。3者几率相加为1, 则说明此种群基因频率以及基因型频率达到 平衡,会一代代稳定不变的传下去。

? 然后实际上,前面提到的五个条件是不可能

完全满足的。所以也间接说明了生物进化的 必然性。然而,由于进化是一个漫长的过程, 基因频率的变化往往都是非常细微的,甚至 接近理想状态。所以哈迪-温伯格定律对于我 们研究种群中基因频率变化的情况还是很有 现实意义的。

并发率
? 并发率=实际双交换率/理论双交换率
? 发生在双交换时,一个点的交换可能会影响

到第二次交换出现的概率。有可能增加,也 可能减少,所以并发率可能大于一。

适合度
? 在某种环境条件下,某已知基因型的个体将

其基因传递到其后代基因库中的相对能力, 是衡量个体存活和生殖机会的尺度。适合度 越大,存活和生殖机会越高。

数量性状遗传(参考)
数量性状遗传常用的遗传参数主要有5类: ? ①遗传力。即某一性状的表型方差(或表型变异量) 中遗传成分所占的比重。 ? ②配合力。即两个亲本(纯系、自交系或品种)材料 杂交后,在杂种后代的产量或其他性状表现中所起 作用相对大小的度量。 ? ③遗传相关。指同一遗传材料中两个性状间由于遗 传原因所体现的相关,即这个性状基因型值间的相 关。
?

④遗传进度。又称遗传获得量。即在一定选择强度 下,从原来群体中选出的后代的某性状平均值比原 群体平均值提高的数值。预期的遗传进度(△G)是选 择差(i,选择前和选择后上下代两个平均值的差数) 和性状遗传力(h)的函数,即△G=ih。i为绝对值,受表 型标准差(σp)的影响。为使之标准化,以便比较不同 性状和不同群体的选择效果,可将上式两边均除以σp, 得是相对值,可写为k,称为选择强度。这样遗传进度。 如为广义遗传力,;如有狭义遗传力,则。测定遗传 进度可以估计对某性状的选择效果。 ? ⑤选择指数。一种综合选择的指标。即把选择的目 标性状扩大到与该主要性状有较密切关系的一些性 状,对每个性状都按其相对经济重要性和不同性状 间的表型相关与遗传相关,通过多元统计方法进行 适当加权,形成如下的线性关系: 。
?

狭义、广义遗传率(力)
? 遗传方差
? 由于群体中个体间基因型的不同所造成数量

性状表型值变异的度量,是表型方差的一部 分。包括加性遗传方差和非加性遗传方差。 ? 总表型方差可以表示为: VP=VG+VE

?

VP=VG+VE

VP表示表型方差 VG表示遗传方差 VE表示环境方差

其中遗传方差又细分为:VG=VA+VD+VI ? VA加性方差 ,VD显性方差 ,VI上位方差。 ? 广义遗传力=VG / VP ? 狭义遗传力=VA / VP
?

植物的双受精
? 被子植物特有的受精方

式。受精过程中在卵和 精子融合时,有第二个 雄配子与中央细胞的极 核融合形成3n的胚乳核。

真菌的遗传计算
? 每发生一次交换,一个子囊中有半数孢子发

生重组。所以,着丝粒与基因间的重组率为:

红色面包霉的特点
?

红色面包霉(真菌类)的特点:
? 易于繁殖、培养、管理; ? 可直接观察基因表现,无需测交; ? 可获得、分析单次减数分裂的结果;等。

?

红色面包霉减数分裂特点:
? 每次减数分裂结果(四个分生孢子,或其有丝分裂产生

的八个子囊孢子)都保存在一个子囊中;
? 四分子或八分子在子囊中呈直线排列——直列四分子,

直列八分子,具有严格的顺序。

六种子囊孢子排列方式

不可遗传的变异: 环境条件

生物的变异
可遗传的变异 (来源)

染色体变异

基因突变

基因重组

? 1,染色体变异

结构变异:缺失,重复,倒位,易位

非整倍体变异
数目变异 一倍体变异

整倍体变异
多倍体变异

? 2,基因突变

(1)碱基对改变的突变

(2)碱基对增添或缺失的突变

? 3,基因重组,

a.一般性重组,即是同源染色体自由组合。 是一种最常见的类型。 b.位点专一性重组,就是参与重组的 DNA的同源部分很少。但重组可以发生在 部分特殊的位点上。

c.异常重组 这种重组主要与转座子有关,我们先来 了解一下转座子。 转座子,也叫插入成分或易位子,也称 “跳跃基因”或“可移动的遗传因子”,是 某些特定的DNA序列片段,能从一个染色体 或质粒转移至另一个染色体或质粒,而且它 携带着可识别的基因。


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