基因定位基因定位 （mapping）基因所属连锁群或染色体的测定系谱分析法644非整倍体测交法645四分体分析法645连锁群法645利用染色体易位的基因定位646 基因在染色体上的位置的测定根据重组频率的基因定位647根据所测基因在某一已知染色体647区段中是否存在的基因定位648根据并发事件的基因定位648根据基因行为的定位648测定绝对位置的基因定位649 基因精细结构分析重组频率定位法649缺失定位法649共转导定位法650体细胞重组定位法650650650基因转变的梯度定位法小结基因所属连锁群或染色体以及基因在染色体上的位置的测定。它是遗传学研究中的 一项基本工作；至于一个基因内部的突变位点的测定则一般称为基因精细结构分析。染 色体基因定位方法多数也适用于染色体外遗传研究中的基因定位。基因定位是遗传学研究中的重要环节。在遗传学的早期研究中并未发现果蝇等生物 的基因在染色体上的位置和生理功能有什么关系。但以后发现一些有类似表型效应的基 因是紧密连锁的。例如1945年E. B.刘易斯在果蝇中发现与中胸发育有关的几个基因 相邻接，构成一个复合座位或称基因复合体或拟等位基因系列；I960年J. L.莫诺和 F.雅各布报道大肠杆菌的与乳糖发酵有关的几个基因紧密连锁，构成一个操纵子。可 见基因的位置并不是和它们的功能完全无关的，因此基因定位有助于了解基因的功能。 此外，测定了某一基因在某一染色体上的位置以后，便可以用这一基因作为所属染色体 或其一部分的标记，追踪并研究染色体的行为。例如通过分析大肠杆菌的接合过程中各 个标记基因在受体菌株中出现的先后次序，就有助于了解接合过程中染色体的行为（见 细菌接合）；在许多生物中根据杂交子代中各个标记基因的组合，可以研究染色体干涉、 染色单体干涉和染色体畸变；在育种工作中也经常通过标记基因来识别染色体的替换。 1913年C.B.布里奇斯首先在果蝇中通过X染色体的不离开现象证实了白眼基因（white, w）是在X染色体上。同年A. H.斯特蒂文特根据两个基因之间的距离愈远则交换频率 愈高这一假设，首先在果蝇中进行了基因定位工作。基因所属连锁群或染色体的测定系谱分析法 在早期的人类遗传学研究中，基因所属染色体的测定一般都通过系谱分析进行。由于女子有两个X染色体，男子有一个X染色体和一个Y染色体，Y染 色体上不存在和X染色体相应的等位基因（也就是说对于X连锁基因来讲，男子是半合 体）。因此男性患者的X连锁致病基因必然来自母亲，以后又必定传给女儿。这种遗传 方式称为交叉遗传。如果在一个家系中外祖父是某种疾病的患者，母亲的表型是正常的， 外孙中有半数是患者，就可以判断有关的隐性致病基因是在X染色体上。色盲基因便是 1911年通过系谱分析最早发现的人的性连锁基因。位置在X染色体上的性连锁基因称 为X连锁基因。常染色体遗传也有它自己的系谱特点（见人类遗传性疾病）。根据系谱 分析一般只能够判断基因属于性染色体或常染色体，可是不能判断究竟属于哪一个常染 色体。非整倍体测交法 非整倍体测交法可以用来测定基因属于哪一个常染色体。用常染色体隐性突变型纯合体（a/a）和野生型二倍体（+/+ ）杂交，再用子一代杂合 体（a/+ ）和隐性亲本回交，在它们的子代中表型是野生型的和表型是突变型的各占 50（见孟德尔定律）。杂交a f a X+ / +回交a/+淬如果常染色体隐性突变型纯合体和某一染色体的野生型三体（）品系（见 染色体畸变）杂交，子一代中的三体个体再和隐性亲本回交，在它们的子代中野生型和 突变型之比是5：1而不是1：1。杂交 a f a X +/ + +回交a/+/+ X a/a回交子代 a / a: + a / + a /+?+ a./ a.211 耶 突变型比例5:1如果常染色体隐性突变型纯合体和某一染色体的野生型单体品系（）杂交，在子代中就出现50的突变型个体，而不是100的野生型。杂交a/aX+子一代a / +:si野生型 突变型比例1:1根据上述三种不同的杂交结果，可见只要具备相当于每一染色体的一系列三体和单 体品系，便能从杂交子代的突变型和野生型的比数中判断任何一个突变基因所属的染色 体。小麦是多倍体植物，多倍体植物增加或减少一个染色体不会使它的生活力受到严重 的影响，因此容易建立整套三体或单体品系，使基因定位工作得以顺利进行。除了小麦 等植物以外，这一方法也用在酵母菌的遗传学研究中。四分体分析法 由于子囊菌减数分裂所形成的四分体包被在一个子囊里，所以 判断两个基因是否连锁，只需计算出各种类型的四分体数（即子囊数）。如果其中一个 基因所属的连锁群已经知道，便很容易测定另一基因是否属于同一连锁群。四分体有三种，即亲代二型（PD）、非亲代二型（NPD）和四型（T）。如果有关的 两个基因是连锁的，即 PD 是不交换或二线双交换的结果， NPD 是四线双交换的结果， T 是单交换或三线双交换的结果（见连锁和交换）。如果有关的两个基因是不连锁的，那 么双基因杂交子代中所出现的四分体类型要看这两个基因各自和着丝粒之间是否发生 交换而定（表 1）。表1舉基因杂交子吒的四分替类型的出数假定基因连锁假定基因不连锁两个基因间四分体基師著丝粒间四分体不交换PD都不交换1PD : 1NPD单童换T苴中一条交换T双交换1PD : 2T : 1NPD两诃麥换1PD j 2T : 1NPD根据这些关系，可以得到这样的规律：在双基因杂交子代的四分体类型中如果 PD 数大大地超出 NPD 数而且 T 多而 NPD 少，那么这两个基因是连锁的，如果 PD 数和 NPD 数接近而且T少而NPD多，那么是不连锁的，一般把NPD/T的比值大于或小于1/4 作为判断的标准。连锁群法 利用近着丝粒距离基因的定位法 如果某一染色体上有一个离着丝粒距离较近的已知基因，另外有一个基因同样离着丝粒很近，可是不知道它是否属于同 一染色体。把这样两个突变型品系进行杂交，如果这两个基因属于同一染色体，它们之 间的重组频率不应超过两者的着丝粒距离之和；如果它们不属于同一染色体，那么它们 的重组频率应是 50（见连锁和交换）。由于这两个基因与着丝粒距离都是较近的， 所以增加了这一判断的可靠性。用这一方法曾测得粗糙脉孢菌的连锁群数是 7。同线法 如果一个细胞得到或丢失一条染色体则将同时得到或失去这条染色体上的全部基因。如果其中某些基因是已知的，而另一连锁关系未知的基因恰恰和上述基 因同时得到或失去，便可以判定后一基因和前一基因属于同一连锁群（表 2）。这一原理曾广泛应用于人的基因定位。仙台病毒或聚乙二醇能促使人的体细胞和啮 齿类动物的体细胞相融合（见体细胞遗传学），融合细胞在有丝分裂过程中随机地丢失 人的染色体。通过细胞学观察，特别是应用显带染色（见核型）方法，可以选出具有某 个或某几个人染色体的融合细胞株，再经组织培养并测定其中是否出现待测基因的表型 就可以判断待测基因所属的染色体。表2同罐沬基因定僅的原理.细胞袜A B-QD E甲+ -+ - + -测定性状”內+ -+ -T+ +1- + -保锻的染色対 2+ -+ -牴- -+ +注：正号或负号表示有或没有某一性状。假如有五个人-鼠融合细胞株A、B、C、D、E,它们分别保留有人染色体1、2、3 中的这一个或那一个，例如细胞株 A 保留染色体 2，细胞株 D 保留 1、 2、 3 这三个染色 体等。分别测定甲、乙、丙、丁四种表型,如某种酶的活性或某种抗原的存在与否等。 已经知道这些特性都是小鼠细胞所没有的,从表 2 的结果可以看到任何一个细胞株只要 测得（或不能测得）甲这一性状时必然同时可以测得（或不能测得）丙这一性状。这一 结果说明这两种酶或抗原蛋白的基因属于同一染色体。其次可以看到任何一个细胞株凡 是保留染色体 2 的必然出现上述性状,可见上述两个基因都在人的 2 号染色体上。单元化定位法 在构巢曲霉这一类真菌的准性生殖过程中,杂合二倍体细胞在 有丝分裂时常随机地丢失它的染色体。染色体在多次有丝分裂过程中逐条丢失而使二倍 体细胞终于转变为单倍体细胞的过程称为单元化。如果一对染色体中带有显性的野生型 基因的染色体丢失了,那么同源染色体上隐性基因的性状便得以表现。此外,通过体细 胞交换也可以从杂合二倍体得到表现隐性性状的子代细胞。不过一次体细胞交换只能导 致着丝粒一侧的隐性基因的性状得以表现,而同一染色体同时发生两次交换的概率极 低,因此假如一个染色体的着丝粒两侧的隐性基因的性状都在一个子代细胞中表现,那 就说明这是带有显性基因的染色体丢失的结果。另一个待测的隐性突变型如果同时得以 表现,这就是它和已知基因有连锁关系的证据。利用染色体易位的基因定位 直接观察法 易位（见染色体畸变）使染 色体上的基因改变连锁关系,所以易位可以用来进行基因定位。如果易位所涉及的染色 体是可以被识别的,那就更有利于定位工作。如果在遗传学分析中发现某两个连锁群的 连锁关系都发生了改变,同时在显微镜下又可以辨认出有两个染色体发生了相互易位, 那么就可以知道两个连锁群和两个染色体的对应关系。例如遗传学分析的结果说明小鼠 品系T1380的相互易位涉及连锁群LGII和LGK。品系RB 163H的相互易位涉及连锁群 LGII和LG刈。细胞学观察说明前者涉及染色体9和17,后者涉及染色体9和19,因此 知道连锁群LGII属于染色体9,连锁群LGK属于染色体17,连锁群LG刈属于染色体19。某些生物的染色体具有天然的标记，例如果蝇的唾腺染色体具有容易辨认的横纹， 玉米的染色体有容易辨认的巨大的染色粒，所以通过直接的细胞学观察就可以辨认出易 位所涉及的染色体，但是对于染色体数较多而又没有天然标记的生物，就需用显带技术 鉴定染色体的易位。上述小鼠的连锁群所属的染色体便是应用显带技术鉴定的(见核 型)。假连锁法 相互易位杂合体只有在减数分裂过程中通过交互离开所形成的平衡 配子才能够存活，并使非同源染色体上的基因显示假连锁现象(见染色体畸变)。所以 把带有属于已知染色体的标记基因的相互易位品系作为测交品系和一个突变型品系杂 交，如果发现这一突变基因经常和标记基因的野生型等位基因相连锁，就可以判定突变 基因一定在相互易位的两个染色体中的一个上面。例如在粗糙脉孢菌中有一个品系(图 1),它的第I染色体上带有白色分生抱子基因(albino, al)，第W染色体上带有温 度敏感的蔓延菌落基因(colonial temperaturesensitive, cot),第W染色体上带有 黄色分生抱子基因(yellow conidia, ylo)，同时它还是染色体I-II、W-V和皿-灯 相互易位品系。用它作为测试菌株和任何一个突变型菌株进行杂交,就可以通过一次杂 交大致上测得这一突变型所属的染色体。例如具有这一突变性状的杂