连锁与重组

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引言

大多数生物体内的遗传物质以 DNA 的形式存在。它体积庞大，包含大量排列成长链的核苷酸。为了适应微小的细胞，遗传物质被紧密地缠绕在一起。原核生物中的 DNA 是环状的，而真核生物中的 DNA 则是长臂的染色体。DNA 的一小段编码特定的性状，称为基因。基因是遗传单位，携带来自亲代的信息传递给子代。基因位于染色体臂上的特定位置，称为基因座。连锁和重组解释了生物体中基因的遗传。

摩根的实验

1910 年，人们对染色体、基因和遗传的了解还非常有限。当时，人们已经知道遗传是通过某些称为基因的因子进行的，这是由孟德尔发现的。此外，一些研究也表明细胞中存在染色体。然而，基因位于染色体上的联系是由托马斯·亨特·摩根在果蝇（学名：Drosophila melanogaster），俗称“果蝇”上的实验提供的。

• 摩根对果蝇进行了育种实验。野生型果蝇的眼睛是红色的，而摩根观察到的一些突变体果蝇的眼睛是白色的。摩根观察到的第一只白眼果蝇是一只雄性果蝇，他将其与一只红眼雌性果蝇杂交，以了解白眼性状的遗传方式。得到的 F1 后代都是红眼果蝇。这些结果表明，白眼性状是隐性的。

• 他进一步重复了 F1 果蝇之间的杂交以及回交。摩根发现了令人惊讶的结果。一些后代由一些红眼果蝇和一些白眼果蝇组成。白眼性状仅在雄性果蝇中发现。在果蝇物种中，雄性果蝇具有 XY 性染色体，而雌性果蝇具有 XX 性染色体。

• 根据获得的结果，很明显，白眼性状的遗传与 Y 染色体的遗传有关，而 X 染色体与此无关。

• 摩根进一步得出结论，负责白眼性状遗传的基因位于 Y 染色体上，由于雄性果蝇具有 XY 性染色体，因此它们有机会遗传和表达白眼突变。

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连锁

假设两个编码不同性状的基因序列紧密地位于同一染色体上，并且它们发生重组或交换的可能性较小。它们更有可能一起遗传到后代。

在这种情况下，这两个基因一起遗传，称为连锁基因，这种现象称为连锁。

• 连锁现象最早由贝特森和庞尼特在他们对甜豌豆植物的实验中提出，当时他们观察到某些性状一起遗传。然而，他们的观察结果是通过说明甜豌豆只有有限数量的染色体，并且每个染色体都承载了许多基因序列来解释的。

• 连锁的证据是由T.H. 摩根的育种实验提供的。

• 连锁背后的物理因素是基因之间的距离。

• 紧密排列在染色体上的两个基因在细胞分裂的减数分裂过程中发生交换或重组的可能性较小。因此它们一起遗传。

• 而那些在染色体上距离较远的基因发生重组或交换的可能性更大，一起遗传的可能性较小。

• 基因之间的物理距离由厘摩根 (cM)定义。

• 连锁基因的遗传不遵循孟德尔的独立分配定律。孟德尔的定律指出不同基因的等位基因彼此独立遗传。

连锁分为两种类型

• 完全连锁是指基因一起遗传，一个基因的遗传保证了另一个基因的遗传。它们之间的距离非常小，以至于它们在减数分裂中发生重组的可能性非常小。

• 不完全连锁是指两个基因一起遗传的可能性较小。它们在配子形成过程中减数分裂期间被交换分离的可能性存在。

重组

真核生物通过减数分裂产生配子进行有性繁殖。雌性配子是卵子，而雄性配子是精子。

• 在减数分裂的第一阶段，同源染色体的染色单体臂重叠并暂时融合形成交换。

• 生物体中的同源染色体是两条长度相同、着丝粒位置相同且基因对应于相同基因座的染色体，成对存在。每对同源染色体中有一条来自母亲，另一条来自父亲。

• 因此，交换导致两条染色体之间遗传物质的交换，从而导致重组。

重组类型如下

• 同源重组 - 它是发生在减数分裂期间同源染色体之间的一种自然类型。

• 非同源重组 - 发生在非同源（不同）染色体之间。

• 位点特异性重组 - 它是发生在特定短核苷酸序列上的遗传交换。它需要位点特异性酶的作用。

• 复制重组 - 它是导致新 DNA 片段复制的遗传交换。它主要在转座因子中观察到。

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连锁和重组的意义

• 连锁基因遗传发生交换的可能性最小。这保留了亲本基因组合，而不允许在群体中产生新的组合。

• 连锁使得育种者难以在一个植物中培育出所有所需的性状。

• 重组导致变异的产生，从而导致新性状的形成，这些新性状经过几代最终导致新物种的形成。

结论

连锁和重组描述了生物体中的遗传。连锁是指两个独立基因一起遗传。正是基因之间的距离决定了它们是完全连锁还是不完全连锁。摩根在果蝇上的实验为基因的连锁提供了清晰的概念。二倍体生物体通过减数分裂形成单倍体配子。同源染色体在减数分裂期间发生交换。这使得母本和父本染色体之间可以交换遗传物质或重组，从而导致变异。变异是生物多样性的原因。

常见问题

Q1. 摩根为什么选择果蝇进行他的实验？

A1. 果蝇生命周期短，易于在实验室中培养。它们表现出高度的性二态性，并在单个繁殖周期中产生大量后代。所有这些原因使得果蝇成为摩根研究的首选生物。

Q2. 基因图谱是什么意思？

A2. 基因图谱是找到所有基因的基因座以及它们之间距离的过程。在先进的分子生物学工具开发之前，连锁分析是用于绘制基因图谱的方法。

Q3. 重组频率是什么？

A3. 重组频率测量位于染色体上的两个基因之间的遗传连锁。它用于构建连锁图。

Q4. 重组频率得出什么结论？

A4. 重组频率直接反映了所研究基因之间的物理距离。重组频率越高，两个基因的距离越远，而重组频率越低，两个基因的距离越近。

Q5. 谁提出了染色体理论？

A5. 染色体遗传理论是由博韦里和萨顿提出的，他们认为基因位于染色体上。