09第九章 染色体畸变

null遗传学下册遗传学下册null染色体畸变 基因突变 基因和基因组 突变和重组机理 细胞质遗传 发育遗传 遗传Main topics:null生 物 体 的 变 异Environmental variation (环境变异)Recombinant variation (重组变异)MutationChromosomal variation (染色体畸变)Gene mutation (基因突变)null第九章 染色体畸变染色体结构变异 染色体数量变异 人类染色体异常与疾病（Chromosomal Variation）null第一节 染色体结构变异染色体结构变异的原因和类别原因： 自发变异 诱发变异 类别： 缺失、重复、倒位、易位 研究材料：果蝇唾腺染色体、玉米染色体等null一、缺失 （Deletion）定义：染色体上某一区段及其所带的基因一起丢失的现象。 缺失的类型和产生顶端缺失和中间缺失。 顶端缺失：缺失部分是某臂外端，比较少见。 容易形成染色体桥、进入“断裂-愈 合-桥”的循环nullnull(A) Formation of a bridge in one cell and a fragment in the other. (B) Formation of a bridge and a fragment in the same cell.(A) Bridge breaking at middle, with fragment at top. (B) Off-center bridge breakage. (C) Bridge apparently moving to one pole. (D) A lagging bridge.玉米第二次减数分裂后期有丝分裂后期null中间缺失：缺失部分是某臂内段，稳定，比较常见。缺失纯合体： A B C D F A B C D F 缺失杂合体： A B C D E F A B C D F ABCDEF ABCDFnull3. 缺失的细胞学效应 减数分裂时，同源染色体配对出现弧状结构（缺失环）。弧状结构是正常的染色体部分。 null4. 缺失的遗传学效应（1）影响个体生活力:影响程度和缺失区段大小、所含基因多少、重要程度、染色体倍性有关。缺失部分太大不能存活；一般缺失杂合体比纯合体生活力强一些； （2）缺失一般使配子败育，花粉尤其如此，所以一般通过雌配子传递。null果蝇缺刻翅型Notch 是因为包括 Notch 基因在内的染色体片段发生缺失造成的 上图为正常表型 下图为突变型null玉米 ：非甜粒 SuSu显性；甜粒 susu 隐性 非甜粒 SuSu X 甜粒 susu  F1 非甜粒 Susu (显性性状） UVSuSu花粉 X susu  F1 2株甜粒 732株非甜粒 （假显性） （显性） 原因： - su Susu(2) 有时会出现拟显性现象(pseudo-dominance)null缺失作图原理 缺失杂合体常出现拟显性现象，将某一隐性性状个体与一系列（表现正常的）缺失杂合体进行杂交，对出现假显性（隐性性状）的个体进行细胞学鉴定以确定隐性基因在染色体上的位置。例如（上）果蝇小眼不齐基因的定位。 假显性鉴定缺失片段的染色体位置null二、重复 （Duplication）1. 定义：在正常染色体组的基础上，增加了额外的染色体部分的一种变异现象。null2. 重复的类型和产生顺接重复 反接重复 移位重复产生重复有两种方式：（1）同源染色体间不等交换 （2）断裂重接1 2 3 4 5 61 23 4 5 61 2 5 6 1 2 3 4 3 4 5 6 null3. 重复的细胞学效应a.缺失与重复往往相伴出现 b.重复区段一般不包括着丝粒，如果有的染色体为双着丝粒，染色体不稳定 c.重复杂合体联会形成重复环，弧状结构是重复的部分。 （注意区分重复环与缺失环）null4. 重复的遗传学效应a.生活力降低：重复比缺失造成的影响小，重复部分太大也会影响生活力甚至导致死亡 b.不致死的重复可导致复杂表型，并具有剂量效应，同一基因重复次数越多表型效应越显著 c.位置效应：基因由于变换了在染色体上的位置导致表型效应发生改变 d.带有重复染色体的配子一般是不育的nullnullnull动态突变（dynamic mutation）DNA序列中由于寡核苷酸拷贝数目的变化，引起生物表型改变的突变，称为动态突变。动态突变通常是由三联体密码子重复数目的增加而形成的。 X脆性染色体综合症是由于在X染色体 长臂末端（Xq27.3）位置上CGG拷贝 数目增加到200以上，引起基因的改变， 形成痕迹很重的脆性部位，该部分很容 易被折断，所以被称为脆性染色体。脆性Xnull 三联体密码子的重复与疾病 疾 病 密码子 正常拷贝 患者拷贝 脊髓肌肉萎缩症 CAG(gln) 11-33 40--62 亨廷顿症 CAG(gln) 11-34 42--100 X脆性染色体 CGG(arg) 6-54 250-4000 强直型肌营养不良 CTG(leu) 7-23 49-75 小脑共济失调 CAG(glu) 4-18 40-200 null三、倒位 （Inversion）1. 定义：染色体某区段及其基因顺序发生180o倒转的变异现象。2. 倒位的类型臂内倒位（Paracentric inversion） 臂间倒位 ( Pericentric inversion) 倒位纯合体 倒位杂合体 (联会时形成倒位环）nullnull人和黑猩猩的四号染色体因一个臂间倒位而不同 人和黑猩猩的四号染色体因一个臂间倒位而不同 null倒位环nullnull3. 倒位的细胞学特点（1）倒位杂合体在减数分裂同源染色体配对时，形成倒位环。（臂内倒位的情况下，着丝粒在倒位环的外部；臂间倒位的情况下，着丝粒在倒位环的内部） （2）在倒位环内如果发生单交换，一半的配子是重组型的，将是不育的；另一半配子是非重组型的，是可育的。nullnullnullnull4. 倒位的遗传学效应（1）倒位杂合体配子败育率上升，造成部分不育。（为什么？） （2）抑制或大大降低了倒位环内基因重组，倒位区段呈现很强的连锁关系。（为什么？） （交换后配子死亡或活力严重降低，最终导致重组型配子数显著减少，使重组率大大降低，表现为强连锁关系） （3）靠近倒位圈的区段经常不能正常联会，导致交换机会下降。null5. 平衡致死品系一对同源染色体各带有一个座位不同的隐性致死基因，通过倒位使得这对同源染色体之间不能发生交换，所以隐性致死基因可以双杂合子的状态永久保存下来，该品系被称为平衡致死品系(balanced lethal strain)。nullD: 展翅， 显性；纯合致死(D/D)，3号chr上。 GL: 粘胶眼，显性，纯合致死(GL/GL)， 3号chr上。 某学者为了研究D基因，长期保存D/+品系, 但最终失败。 （为什么？） 所以引入GL基因，通过D/+ × GL/+, 选出D+/+GL品系。null用D+/+GL品系可以长期保存致死基因D吗？ 分析：null然而，这种保存方法的可行性依赖于一个前提，即在D 和GL之间没有交换发生（为什么？）。 因此，需要在D 和GL之间造成一个倒位，倒位后的品系将永远以隐性致死基因的杂合态保存下来，这样的品系就是平衡致死品系。平衡致死品系（思考：在该染色体上D—GL之外造成倒位，能否形成平衡致死品系？）null四、易位 （ Translocation）1. 定义：一条染色体上的一个片段转移到非同源染色体上的一种变异现象。2. 易位的类型单向易位 相互易位 易位纯合体 易位杂合体••••nullnull易位和交换的异同： 均为染色体片段的交换。但是发生的染色体不同，交换是发生在同源染色体(非姊妹染色单体)之间，易位是发生在非同源染色体之间。发生时期也不同，交换发生在粗线期，易位可以发生在各个时期。3. 易位的细胞学特点图象：T 字形（单向易位杂合体） 十字型（相互易位杂合体） 育性：半不育性（所有易位杂合体）null邻近式分离：配子不育 交互式分离：配子可育相互易位杂合体（配子染色体组成有什么规律？）null50%50%null4. 易位的遗传学效应（1）易位杂合体形成的配子中，一半可育一半不育，因此易位杂合体是半不育的。（2）改变基因间连锁关系，原来连锁的基因由于易位成为独立遗传，而原来独立遗传的基因由于易位成为连锁遗传。易位杂合体容易出现假连锁现象（pseudo-linkage）。null果蝇：bw —褐眼， e —黑檀体bw+e+bw+bwee+bwbweebwebwebwe×（野生型）（双隐性）♂ ♀(只产生两种配子，? )(只产生1种配子)bw 和e表现出假连锁！！！（思考：如果反交，结果怎样？）null（3）易位对个体的生长发育造成不良影响，甚至死亡。平衡易位：主要遗传物质没有丢失，个体表型正常。不平衡易位：主要遗传物质没有丢失，个体发育受影响。人、动物中多为平衡易位。 （4）导致染色体数目改变：罗伯逊易位（Robertsonian translocation）在两个端着丝粒染色体之间发生，当两个端着丝粒染色体在着丝粒区发生断裂后，长臂在着丝粒区相互重接，短臂则往往会丢失，容易导致染色体数目改变（减少）。 家猪：2n=38，欧洲野猪2n=36，37；家猪15、17 号染色体罗伯逊易位形成一对中着丝粒染色体，两个小的丢失2n=36；15、17 染色体各一条进行罗伯逊易位后形成一条中着丝粒染色体，一个小的丢失则2n=37。目前在欧洲野猪已发现15／17、16／17罗伯逊易位，而在家猪仅发现一种13／17罗伯逊易位。 nullnull第二节 染色体数目的变异一、染色体的数目及其变异类型染色体数目是物种的特征之一 染色体组和基数 单倍体、二倍体、多倍体 整倍体和非整倍体染色体数目变异的主要类型见下表：nullnull二、整倍体 ( Euploid )（一）单倍体（haploid）1. 定义 单元单倍体:即一倍体，含一个染色体组，由二倍体产生如玉米2n=2x=20的单倍体n=x=10 多元单倍体：由多倍体产生的单倍体，如小麦2n=6x=42 的单倍体n=3x=212. 产生：自发产生（孤雌生殖和孤雄生殖），诱发产生（花粉培养和花药培养等）3. 特点（1）高度不育，一般不能产生种子。主要原因在减数分裂期间都是单价体，无法联会→不育。 （2）细胞、组织、器官和植株一般都比它的二倍体和四倍体弱小。null4. 应用价值（1）单倍体本身的每个染色体组是单的，全部基因也是单的，一旦人为加倍，不仅可以由不育→可育，而且全部基因都变成纯合。所以育种上可大大缩短年限。 （2）单倍体基因是单的，所以不管它是显性还是隐性均可充分表现，所以是研究基因性质及其作用的好材料。 （3）异源多倍体的多个染色体组之间并不都有是绝对异源的，某个或某些之间可能有部分同源的关系。异源多倍体的单倍体孢母细胞减数分裂时，任何染色体都只是单个，所以除去不得不成单价体外，还可能与自己部分同源的另一个染色体联会成二价体。通过其联会分析，就可得知彼此同源的关系。null（二）多倍体之同源多倍体1. 定义： 多倍体（polyploid）同源多倍体（autopolyploid）马铃薯是同源四倍体2n=4x=AAAA=48，4 个染色体组源于同一物种，每组12 条染色体，那么它的单倍体n=2x=24， 2. 产生： 自发产生、 诱发产生（秋水仙素等）3. 特点:(1)形态特征如叶片肥厚、茎杆粗壮、花、果实、种子、花粉粒、气孔等较大，但器官组织随染色体组增加而增大的关系有一定限度，超过一定限度不存在上述关系。如甜菜最适宜的多倍体不是同源四倍体，而是同源三倍体。一般生长缓慢，成熟较晚。null（2）生理生化代谢改变，一般随剂量增大加强，如四倍体番茄VC 含量比二倍体高一倍。（3）同源多倍体一般有不同程度的不育性，与减数分裂能否形成正常的配子有关。4．减数分裂时染色体的行为（1）同源三倍体III 2/1 II + I 2/1 1/1形成的配子中染色体组合成分均不平衡，使其高度不育，平衡配子为2x 或x，机会很少。null应用：香蕉是天然的同源三倍体2n=3x=33。 无子西瓜的育成：2n=2x=22 在幼苗期加倍成4n=4x=44 作为母本，和2n=2x=22 杂交，得到的种子就是2n=3x=33，种下就是无子西瓜。偶尔也结子，概率极低。（2）同源四倍体 Ⅳ 2/2 3/1 Ⅲ+Ⅰ 2/2 3/1 2/1 Ⅱ+Ⅱ 2/2 Ⅱ+Ⅰ+Ⅰ 2/2 3/1 2/1 1/1 均衡式分离占多数，育性有所下降。null（三）多倍体之异源多倍体1. 定义： 异源多倍体 （allopolyploid）2. 产生：（1） AA x BB ----- AB ------- AABB （2） AAAA x BBBB ---------- AABB分布广泛，多为异源四倍体，异源六倍体，被子植物30%--35%，禾本科中70%为异源多倍体。如小麦：2n=6x=AABBDD=42；普通烟草2n=4x=TTSS = 483. 特点：（1） 形态巨大性与同源多倍体相似 （2） 由于染色体组来自不同物种，一般表现为双亲中间类型 （3）偶倍数异源多倍体育性正常，自然界常见；奇数倍的异源多倍体是不育的，比较少见。null4. 普通小麦的起源和异源八倍体小黑麦的培育（1）小麦起源：由三个原始种先后杂交加倍产生T. monococcum (一粒小麦) 2n=14, AA A.speltoides (拟斯卑尔脱山羊草) 2n=14, BBAB 不育杂种T.dicoccoides (拟二粒小麦) 2n=28, AABBsquarrosa (方穗山羊草) 2n=14, DDABD 不育杂种T. aestivum (普通小麦) 2n=42, AABBDD染色体加倍染色体加倍null（2）异源八倍体小黑麦的培育黑麦穗大、粒大、抗病和抗逆性强，小麦面粉质量好。小黑麦的培育综合了双亲的优点。黑麦(2n=RR=14)小麦(2n=6x=AABBDD=42)F1(4x=ABDR=28) 异源八倍体小黑麦 （2n=8x=AABBDDRR=56）染色体加倍null三、非整倍体 （aneuploid）非整倍体的主要类型：单体、缺体、三体非整倍体产生的原因：减数分裂不正常，同源染色体不联会或联会后不分离，产生n-1, n+1配子，正常情况下产生n 配子。 n-1 n+1 nn-1 n+1 n缺体或双单体二倍体单体二倍体双三体或四体三体单体三体二倍体null二倍体生物：较少出现单体或缺体 多倍体生物：经常出现非整倍体 二倍体和多倍体：均可出现超倍体 (三体、四体等) null（一）单体（monosomic)和 缺体（nullisomic）1. 存在： 常见于异源多倍体生物中，例如普通烟草（异源四倍体，2n=4x=TTSS=48）是第一个分离出全部24 个不同单体的植物。 普通小表也有21 个不同染色体单体。另外，普通小麦的21 对染色体都有了各自的缺体。2. 特点（1）生活力低 （2）育性低null3. 应用： 主要应用于基因定位 ey/ey: 果蝇无眼 +/+ ： 果蝇有眼 单体果蝇：2n-1 ey/ey X 2n-1 ey/+ ey/- 有眼 无眼 与某一单体（如4号单）杂交，出现了无眼果蝇，证明ey基因在该单体的染色体上null如果是缺体，则可直接把某个隐性性状与染色体相对应。例如如果发现某种缺体中出现了隐性性状，说明控制该性状的基因位于所缺的那一对染色体上。第四染色体缺体无眼证明ey基因位于第四染色体上null（二）三体（trisomic）1. 存在1910 年在直果曼陀罗中发现了一种球形蒴果突变型，以后又陆续发现许多种不同的突变型。到1920 年才知道这些突变型比正常的直果曼陀罗多一个染色体，即12 对多出一个，实际上是11Ⅱ+1Ⅲ，因此出现三体这个名词。三体在普通二倍体和异源多倍体中都有存在。例如番茄的12 对染色体都有三体。水稻的12对染色体也有全套的三体。null三体的类别 初级三体：多出的一条染色体是染色体组中某一条完整的染色体。如水稻 1 号初级三体，是多出整条1 号染色体。 次级三体：多出的一条染色体是某个成员的等臂染色体（两个臂完全相同）。如水稻1 号次级三体。 三级三体：多出的一条染色体是两种染色体的各一段连接而成的，称三级三体。如水稻1 号与9 染色体易位产生的三级三体。null3. 应用2. 特点与单体与缺体相比，三体对生活力的影响较小，容易存活。但多种三体之间的表现型变异比较明显。增加的染色体常使花粉不育，额外的染色体都是通过雌配子传递的。三体植物也是部分不育的。（1）用于基因定位第四染色体三体先与无眼果蝇杂交，子一代再与无眼果蝇分别测交，如果有的测交后代出现野生型：无眼= 5:1， 则说明无眼基因在第四染色体上。nullnull（2）用于杂交制种大麦基因：ms---雄性不育，MS---雄性可育 r----种皮黄色， R----种皮褐色三级三体：ms rms rMS Rms rms rms r种皮黄色，雄性不育 用于杂交制种种皮褐色，雄性可育 用于第二年再生产♂♀null第三节 人类染色体异常与疾病null1. 染色体数目异常与疾病人类的常染色体异常：多倍体和非整倍体一般很难存活。三体能够活下来，但都不正常。null21三体：Down氏综合症，先天愚型, 智力严重迟钝，面容特殊，倒八字眼，舌头常伸出，通贯手，平均寿命16岁null18三体：Edwards氏综合症， 几乎每个器官都有畸形，生后1-2个月死亡null13三体：Patau氏综合症，兔唇，裂颚，大脑和心血管严重缺陷，一般生后3个月死亡 14 三体：仅见于流产胎儿null人类的性染色体异常：Turner氏综合症 （45, XO） 女性表型，不育，矮小，颈蹼，肘外翻Klinefelter氏综合症 （47, XXY） 男性，不育，青春期以后表现女性特征（人妖？）nullX三体（47, XXX），X四体（48, XXXX）X三体 + 18三体生育力低，智力低，身体畸形，精神分裂症null2. 染色体的结构异常与疾病最常见的是缺失或易位综合症， 例如：3号染色体发生重复和缺失null5号染色体短臂缺失哭声似猫叫，发育慢，畸形小头，先天心脏病，智力不全猫叫综合症null4p– ：发育迟缓，智力低下，头面畸形，先天心脏病，活不到2岁。 13q– 或 13p– ：视网膜母细胞瘤，无拇指，生长迟缓，智力低。 18q– ：生长迟缓，智力低，眼球震颤，先天心脏病 ph’ chromosome： 22号染色体长臂移位到9号染色体长臂，白血病。 14/21 易位：类似21三体，即类似Down氏综合症null所以，国家提倡实行优生优育、婚前检查、产前诊断等婚育政策，对于防止异常胎儿出生、减少家庭和个人的痛苦与不幸，很有必要！第九章结束