細(xì)胞質(zhì)遺傳課時(shí)

1、第十章 細(xì)胞質(zhì)遺傳 (cytoplasmic inheritance,目 錄,一、 細(xì)胞質(zhì)遺傳的概念及特點(diǎn) 0.5課時(shí) 二、 母體影響 0.5課時(shí) 三、 線粒體遺傳 1.0課時(shí) 四、 葉綠體遺傳 1.0課時(shí) 五、共生體遺傳 0.5課時(shí) 六、核外遺傳與雄性不育性 0.5課時(shí),一、 細(xì)胞質(zhì)遺傳(cytoplasmic inheritance,一)概念,1. 細(xì)胞質(zhì)遺傳(cytoplasmic inheritance,細(xì)胞質(zhì)內(nèi)遺傳物質(zhì)傳遞、表達(dá)規(guī)律 細(xì)胞質(zhì)內(nèi)遺傳物質(zhì)的分布 細(xì)胞器：線粒體、質(zhì)體、中心體等 共生體：卡巴粒 附加體：質(zhì)粒 細(xì)胞質(zhì)基因組 細(xì)胞器和細(xì)胞質(zhì)顆粒中的遺傳物質(zhì)的統(tǒng)稱,一、 細(xì)胞質(zhì)遺

2、傳(cytoplasmic inheritance,一)概念,細(xì)胞質(zhì)基因位于細(xì)胞核之外，又稱核外遺傳,2.核外遺傳(extranuclea inheritance,卵細(xì)胞：為子代提供細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)內(nèi)各種物質(zhì) 精細(xì)胞：只提供細(xì)胞核，不提供或極少提供細(xì)胞質(zhì) 細(xì)胞質(zhì)基因決定的性狀，只能通過卵細(xì)胞傳給子代，受母本基因型控制，又稱母體遺傳。 細(xì)胞質(zhì)遺傳、核外遺傳及母體遺傳都是研究細(xì)胞質(zhì)基因的遺傳規(guī)律及現(xiàn)象,一、 細(xì)胞質(zhì)遺傳(cytoplasmic inheritance,一)概念,3.母體遺傳(maternal inhertance,一、 細(xì)胞質(zhì)遺傳(cytoplasmic inheritance,二)

3、特點(diǎn),一、 細(xì)胞質(zhì)遺傳(cytoplasmic inheritance,二)特點(diǎn),二、 母體影響（maternal influence,核基因產(chǎn)物殘留在卵細(xì)胞中使子代性狀暫不表達(dá) 包括 母體卵細(xì)胞殘留物質(zhì)對(duì)下代某生育階段表型影響，地中海粉螟(Ephestia)色澤遺傳(短暫影響) 。 母體卵細(xì)胞殘留物質(zhì)對(duì)下代整個(gè)世代影響，如錐實(shí)螺的外殼旋轉(zhuǎn)方向的遺傳(終生影響)。 與細(xì)胞質(zhì)遺傳相似，但不是細(xì)胞質(zhì)遺傳,一)概念及特點(diǎn),1.母體影響(maternal influence,幼蟲皮膚色澤及成蟲眼睛色澤受Aa基因控制，AA幼蟲有色、成蟲褐眼， aa幼蟲無色、成蟲紅眼,二、 母體影響（maternal i

4、nfluence,二)短期母體影響,1.地中海粉螟(Ephestia,正反交后代中aa基因型相同，但表型均同母體。 Aa母體后代因含有犬尿氨酸色素A (核基因產(chǎn)物)呈紅色，成蟲期A物質(zhì)消失后表達(dá)正常；aa后代無A物質(zhì)真實(shí)表達(dá)。 上代卵細(xì)胞殘留物質(zhì)影響子代幼蟲期性狀正常表達(dá),規(guī)律： 正反交F1均為母體遺傳，F(xiàn)3均為右:左=3:1核基因遺傳 子代表型受母體基因型控制,D后代全右旋、d全左旋 母體基因型使后代性狀推遲一個(gè)世代表達(dá),二、 母體影響（maternal influence,二)長(zhǎng)期母體影響,1.錐實(shí)螺(limnaea heredity)雜交實(shí)驗(yàn),2.前定作用,母體卵細(xì)胞的生命活動(dòng)狀態(tài)決定受

5、精卵或子代表型性狀的現(xiàn)象，稱前定作用或延遲遺傳。 所以，母體影響母體遺傳：母體影響是核基因物質(zhì)推遲子代性狀表達(dá)；母體遺傳是質(zhì)基因控制性狀表達(dá),錐實(shí)螺旋轉(zhuǎn)方向受卵細(xì)胞第一次卵裂紡錘體的傾斜方向決定。即母體受精卵卵裂方向旋轉(zhuǎn)方向 D基因紡錘體右傾斜呈右旋，d基因紡錘體左傾斜呈左旋,二、 母體影響（maternal influence,二)長(zhǎng)期母體影響,三、 線粒體遺傳（mitochondrion inheritance,一)酵母菌線粒體遺傳 1949，Ephrussi,三、 線粒體遺傳,一)酵母菌線粒體遺傳 1949，Ephrussi,3.小菌落變異與線立體,小菌落的細(xì)胞色素a、b含量及氧化酶活性

6、比野生型顯著降低，因不能有氧呼吸和有效利用有機(jī)物而菌落變小。測(cè)定小菌落線粒體DNA，幾乎檢測(cè)不到。所以，小菌落突變是線粒體基因突變。 細(xì)胞色素氧化酶和ATP酶基因大片段缺失多為無線粒體小菌落，雜交后代因野生型mtDNA隨機(jī)分配呈野生型。但小片段缺失突變因自身mtDNA能復(fù)制轉(zhuǎn)錄，后代大小菌斑并存,三、 線粒體遺傳,二)線粒體基因組（mitochondrion genome mtDNA,三、 線粒體遺傳,三)線粒體基因組（mitochondrion genome mtDNA,3. mtDNA組成,多為呼吸相關(guān)基因,已定位38個(gè) 3個(gè)rRNA基因(26s,18s,5s) 22個(gè)tRNA基因(如Le

7、u，Lle等) 3個(gè)色素氧化酶：coxI、II、III 2個(gè)NADH脫氫酶：ND1，DN5 3個(gè)核糖體蛋白：rps4、13、14 5個(gè)ATP酶： atpA1、2、6、9、10 基因組大小差異明顯 人鼠牛16569.16275.16338bp，但酵母達(dá)78kb，植物達(dá)570kb 酵母有內(nèi)含子但哺乳動(dòng)物無,三、 線粒體遺傳,三)線粒體基因組（mitochondrion genome mtDNA,3. mtDNA組成,方式：不對(duì)稱不同步D環(huán)式復(fù)制。重鏈H先復(fù)制并置換親鏈產(chǎn) 生D環(huán)，當(dāng)D環(huán)置換到輕鏈L起點(diǎn)時(shí)H反向復(fù)制新鏈， 輕鏈L開始復(fù)制。 特點(diǎn)：活躍不均一。如 0-多次/周期，核非分裂期能復(fù)制。 特

8、有復(fù)制系統(tǒng)和特定基因。如線粒體DNA聚合酶、細(xì)胞色素氧化酶、細(xì)胞色素和ATP酶等基因,三、 線粒體遺傳,三)線粒體基因組（mitochondrion genome mtDNA,4.mtDNA復(fù)制,三、 線粒體遺傳,三)線粒體基因組（mitochondrion genome mtDNA,5. 轉(zhuǎn)錄翻譯的半自主性,特有轉(zhuǎn)錄系統(tǒng)，如核糖體和多種RNA(rRNA.tRNA.mRNA) 特有翻譯系統(tǒng)，如線粒體基因翻譯的蛋白質(zhì)8-62種，隨基因組不同，編碼的RNA和蛋白種類數(shù)不等 。 半自主性，與核基因組相互依存。如線粒體的核糖體蛋白是核基因合成產(chǎn)物與線粒體DNA轉(zhuǎn)錄的rRNA結(jié)合形成，稱半自主性,如：細(xì)

9、胞色素氧化酶 共7個(gè)亞基，核基因編碼4個(gè)，mtDNA編碼3個(gè) 如：寡酶素 共9個(gè)亞基，核基因編碼5個(gè)，mtDNA編碼4個(gè) 這種現(xiàn)象又稱混合起源。 線粒體蛋白質(zhì)共有100多種，約10種蛋白是自身合成，其余為核基因合成,三、 線粒體遺傳,三)線粒體基因組（mitochondrion genome mtDNA,6. 轉(zhuǎn)錄翻譯的雙重控制性,三、 線粒體遺傳,三)線粒體基因組（mitochondrion genome mtDNA,7.密碼子的寬松性及偏離密碼子,線粒體tRNA能識(shí)別反密碼子第3位AUGC任一堿基，稱寬松性。偏離密碼子，線粒體基因組與核基因組的密碼子部分偏離 UGA： 核DNA中是終止密碼

10、，mtDNA是色氨酸 UAG/UAA：核DNA中是終止密碼，mtDNA是谷氨或半光氨酸 AGA/AGG：核DNA中是精氨酸，mtDNA終止密碼,三、 線粒體遺傳,三)線粒體基因組（mitochondrion genome mtDNA,8.人類mtDNA基因疾病,mtDNA視神經(jīng)基因突變疾病 呼吸異常，眼球炎癥萎縮或失明 mtDNA肌陳攣基因突變 肌肉紅色，陳發(fā)性顛攣。 遺傳特點(diǎn)：母體傳遞； 某基因全部mtDNA突變稱純質(zhì)體，癥狀最嚴(yán)，部分mtDNA突變稱異質(zhì)體，癥狀與突變數(shù)目有關(guān)。 攜帶者正常表型和純、異質(zhì)體的母體均可傳遞,一)紫茉莉 (Mirabilis jalap heredity)斑枝遺

11、傳,1.紫茉莉莖色雜交實(shí)驗(yàn) Corres 1909,四、 葉綠體遺傳,一)紫茉莉 (Mirabilis jalap heredity)斑枝遺傳,2.細(xì)胞質(zhì)條斑基因不規(guī)則表達(dá)的原因,四、 葉綠體遺傳,二)玉米葉條斑 (striped iojap trait)遺傳,四、 葉綠體遺傳,四、 葉綠體遺傳（chloroplast inheritance,三)衣藻(chlamydomonas reiukardi )葉綠體遺傳,1.衣藻雜交實(shí)驗(yàn),四、 葉綠體遺傳,三)衣藻葉綠體遺傳,2. 核基因交配型為mt+時(shí)，葉綠體DNA不丟失,環(huán)狀雙鏈裸露，浮力密度小 種間差異小120-190kb，無 5端甲基胞嘧啶

12、反向重復(fù)序列將其劃分成長(zhǎng)短單鏈區(qū)(LSC，SSC,四)葉綠體基因組（ctDNA genome,1.ctDNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),四、 葉綠體遺傳,四、 葉綠體遺傳,已定位113個(gè)基因 RNA基因36：rRNA4和tRNA32 轉(zhuǎn)錄翻譯基因26：核糖體蛋白21個(gè)，聚合酶3個(gè)和其他2個(gè)。 葉綠體功能基因43：類囊體及羧化酶32個(gè)，脫氫酶11個(gè) 反密碼子環(huán)和功能基因內(nèi)均有內(nèi)含子,四)葉綠體基因組（ctDNA genome,2.ctDNA的物理圖譜,五) ctDNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯特點(diǎn),1. 半自主性,四、 葉綠體遺傳,復(fù)制半自主性。ctDNA能自我復(fù)制，但復(fù)制酶和參與蛋白是核DNA提供。 轉(zhuǎn)錄半自主性。ct

13、DNA能轉(zhuǎn)錄70s的核糖體，但眾多核糖體小亞基和轉(zhuǎn)錄酶是核基因生產(chǎn)。 翻譯半自主性。ctDNA能翻譯光系統(tǒng)膜蛋白，但光系統(tǒng) 電子固定蛋白是核基因生產(chǎn)。ctDNA能生產(chǎn)葉綠體組成相關(guān)的蛋白、但不能生產(chǎn)葉綠體發(fā)育增殖相關(guān)的蛋白,五) ctDNA的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯系統(tǒng),2.雙重控制性,四、 葉綠體遺傳,同一物質(zhì)雙重起源。如:二磷酸核酮糖羧化酶RuBp 核DNA編碼：8個(gè)小亞基 ctDNA編碼：8個(gè)大亞基 同一過程雙重起源.如葉綠體蛋白合成需30余種tRNA 核DNA和ctDNA約各控制1半。 同一系統(tǒng)雙重起源。如:光合作用系統(tǒng) ctDNA：光合系統(tǒng)(葉綠素合成酶,電子傳遞) 核DNA：光合系統(tǒng)以及C

14、O2 固定有關(guān)酶類,一) 共生體的概念和特點(diǎn),五、共生體(symbiont)遺傳,1.共生體(symbiont)與附加體(episome,寄主細(xì)胞質(zhì)中一種寄生顆粒，與寄主共生存，稱共生體(symbiont)；如草履蟲卡巴粒 能獨(dú)存于寄主細(xì)胞或整入其染色體上的顆粒，稱附加體(episome)；大腸桿菌F因子,共生體和附加體均能自我復(fù)制，對(duì)寄主特征特性有一定影響，類似細(xì)胞質(zhì)遺傳,二)草履蟲卡巴粒(Kappa particles) 遺傳,五、共生體(symbiont)遺傳,2.草履蟲(parameclum aurelia)種類,放毒型a 產(chǎn)生草履蟲毒素，殺死敏感者 產(chǎn)毒的決定因素有： 有卡巴粒者放毒

15、，無者感毒 核基因K時(shí)卡巴粒維持，k時(shí)消失 敏感型b 不產(chǎn)生草履蟲毒素 細(xì)胞質(zhì)內(nèi)無卡巴粒,二)草履蟲卡巴粒遺傳,五、共生體(symbiont)遺傳,3.草履蟲繁殖,短時(shí)間接合 核基因交換卡巴粒未交換，自體受精，后代放毒：感毒=1：3 長(zhǎng)時(shí)間接合 核基因及卡巴粒均交換，自體受精，后代放毒：感毒=1：1,特點(diǎn)：胞質(zhì)內(nèi)卡巴粒決定表型，呈細(xì)胞質(zhì)遺傳 顯性核基因K+卡巴粒=卡巴粒維持，放毒；隱性核基因k+卡巴粒 =卡巴粒消失，感毒,二)草履蟲卡巴粒遺傳,五、共生體(symbiont)遺傳,4.接合重組(conjugation recombination,二)草履蟲卡巴粒遺傳,五、共生體(symbiont

16、)遺傳,5. 卡巴粒遺傳特點(diǎn),依賴K核基因維持卡巴粒和增殖放毒個(gè)體； k核基因時(shí)卡巴粒5-8代消失，呈敏感型；有K沒有卡巴粒者不放毒。 卡巴粒直徑約0.2mm，有類似細(xì)胞壁內(nèi)、外膜，有DNA、RNA、蛋白質(zhì)和脂類物質(zhì)。 卡巴粒中可能有噬菌體基因組，能編碼草履蟲素，產(chǎn)生放毒型個(gè)體,三)質(zhì)粒的遺傳,五、共生體(symbiont)遺傳,1.大腸桿菌的F因子,2.酵母環(huán)狀質(zhì)粒（2 環(huán)） 能傳遞酵母基因 3.玉米線狀質(zhì)粒（S1、S2） 能影響玉米花粉育性,滾環(huán)式復(fù)制，決定細(xì)菌性別 F+F-F+，Hfr+F-Hfr+F- 能轉(zhuǎn)移基因，進(jìn)行基因定位 F +F-F+ 類似細(xì)胞質(zhì)遺傳,五、 雄性不育性(male

17、 sterility,一)雄性不育性的現(xiàn)象,1.雄蕊發(fā)育異常呈不育花粉，雌蕊正常能受精結(jié)實(shí) 2.已從18科110多種植物中發(fā)現(xiàn)雄性不育性 水稻、玉米、高梁、洋蔥、蓖麻、甜菜和油菜等作物用雄性不育性生產(chǎn)雜交種，獲得巨大效率 小麥、大麥、珍珠粟、谷子和棉花等作物，在雄性不育性利用領(lǐng)域已有廣泛研究。 3.雄性不育類型 據(jù)雄性不育機(jī)制分為核不育和質(zhì)核互作不育型兩類,1.生產(chǎn)上已利用的雄性不育性多為自然界自發(fā)突變。 2.核不育型雄性不育性多為核內(nèi)一對(duì)隱性基因(ms)控制，純合不育時(shí)(msms)才表現(xiàn)出雄性不育性 3.常規(guī)育種法難保持不育系的雄性不育性 因：不育(msms)可育(MsMs)F1100%可育

18、 不育(msms)可育(Msms)F150%不育 則：不育性易恢難保，利用受到很大限制。 4.目前用核糖核酸酶barnase基因?qū)胫参矬w內(nèi)創(chuàng)造雄性不育系研究，已經(jīng)在煙草、油菜、小麥、棉花、番茄、西瓜、大白菜、菜心、柑橘、楊樹等多種植物上應(yīng)用,五、雄性不育性(male sterility,二)核不育型雄性不育性,五、雄性不育性(male sterility,二)核質(zhì)互作不育性(male sterility interaction between cytoplasmic and nucleus,1. 不育性受核、質(zhì)基因共同控制,五、雄性不育性(male sterility,二)核質(zhì)互作不育,2.

19、能三系配套,五、雄性不育性(male sterility,3.孢子體不育和配子體不育,二)核質(zhì)互作不育,玉米T型不育系mtDNA上有Turf13閱讀框 Turf13編碼12.96 kdolton多肽，影響ATP酶及細(xì) 胞色素c氧化酶的活性，產(chǎn)生雄性不育性。 rfrf純合隱性時(shí)Turf13基因表達(dá)，產(chǎn)生雄性不育 RfRf顯性時(shí)Turf13基因受抑制，不產(chǎn)生雄性不育,五、雄性不育性(male sterility,三)雄性不育性與線粒體DNA 有關(guān),1. mtDNA中Turf13基因表達(dá)時(shí)產(chǎn)生雄性不育性,五、雄性不育性(male sterility,三)雄性不育性與線粒體DNA 有關(guān),2. S因子插

20、入mtDNA內(nèi)產(chǎn)生雄性不育，環(huán)出時(shí)恢復(fù)正常,五、雄性不育性(male sterility,四)雄性不育性與葉綠體DNA,第10章 作業(yè)及習(xí)題,一、作業(yè)： P248-249 2.5 二、復(fù)習(xí)題 （一）名詞注釋 1.cytoplasmic inheritance 2.maternal inheritance 3.maternal influence 4.male sterility （二）填空 1、細(xì)胞質(zhì)基因遺傳有三大特點(diǎn)：其一、性狀傳遞受母體控制，似乎與父本無關(guān)，稱母體傳遞性。其二、質(zhì)基因分配上具有( )性，其三、親本組配方式上具有( )性。 2、兩個(gè)椎實(shí)螺雜交，其中一個(gè)是右旋的，結(jié)果產(chǎn)生的后代

21、再進(jìn)行自交，產(chǎn)生的F2全部為左旋的；該親代的基因型是（ ），其F1的基因型是（ ）。 3、一個(gè)雄性不育植株，用純合可育基因型的花粉進(jìn)行受粉，F(xiàn)1的基因型為（ ），表現(xiàn)型為（ ）。 4、按雄性敗育時(shí)期分類有兩大類型，F(xiàn)1花粉全可育，F(xiàn)275%可育的類型為（ ），F(xiàn)1花粉半可育，F(xiàn)2全可育的類型為（ ）。 5、玉米利用細(xì)胞質(zhì)雄性不育性保持方法可以是：A雄性不育自交系S（rfrf）與B雄性可育自交系N（rfrf）雜交獲得單交種AB；C雄性不育自交系S（rfrf）與D雄性可育自交系N（RfRf）雜交獲得單交種CD；然后再把兩個(gè)單交種雜交獲得雙交種ABCD。該雙交種的基因型有( )，該雙交種中不育株占(

22、 )。 6、一個(gè)Dd的椎實(shí)螺自交，子代的基因型為（ ）子代的表型為（,7、麥粉蛾幼蟲的有色和成蟲的褐色眼，都需要犬尿素的存在；由于隱性突變基因a純合時(shí)不能合成犬尿素，因而幼蟲身體無色，成蟲為紅色眼。如果基因型為Aa的褐眼雌蛾與基因型為aa的紅色雄蛾交配，其子代幼蟲的表型為（ ）、基因型為（ ）。 8、草履蟲品系A(chǔ)是放毒型，品系B和C是敏感型，三者均為純系。品系A(chǔ)與品系B雜交的后代與品系C雜交（均長(zhǎng)時(shí)間接合）其后代的基因型為（ ）,后代的表型為（ ）。 三、選擇填空 1、草履蟲有毒型的遺傳是受細(xì)胞質(zhì)內(nèi)( )所決定核外遺傳。 a、線粒體； b、葉綠體； c、Ti質(zhì)粒； d、卡巴粒。 2、蕃茄品種中

23、發(fā)現(xiàn)一株矮桿，用其作母本與正常株雜交，F(xiàn)1全為矮桿，F(xiàn)2全為正常，F(xiàn)3代產(chǎn)生正常：矮桿=3：1分離。則該矮桿的遺傳方式為( )。 a、細(xì)胞質(zhì)遺傳； b、母體影響； c、細(xì)胞核遺傳； d、質(zhì)核互作遺傳。 3.ctDNA的結(jié)構(gòu)是（ ） a.雙螺旋結(jié)構(gòu) b.雙鏈桿狀結(jié)構(gòu) c.環(huán)狀單鏈結(jié)構(gòu) d.環(huán)狀雙鏈結(jié)構(gòu) 4.水稻核質(zhì)互作不育型能三系配套。雄性不育系與雄性可育系(父本)雜交，后代10%的雄性不育。該父本的基因型為( )。 a、S(rfrf)； b、S(RfRf)； c、N(rfrf)； d、N(Rfrf)。 5、已知果蠅對(duì)CO2 的敏感性是由于它有一種叫Sigma的細(xì)胞質(zhì)顆粒，而抗CO2的果蠅沒有該

24、顆粒，指出下列雜交組合中無Sigma顆粒的組合（ ）。 a、敏感性抗性； b、敏感性抗性抗性； c、抗性 敏感性； c、敏感性抗性敏感性,6、紫茉莉花有綠色、白色和花斑三種不同的顏色的植株，指出下列交配能產(chǎn)生花斑后代的組合（ ）。 a、綠色 白色； b、白色 綠色 ； c、花斑 綠色； c、綠色 花斑 。 四、是非題（正確題畫，錯(cuò)誤題畫） 1、線粒體DNA為裸露雙鏈DNA，有環(huán)狀也有桿狀。( ) 2、F1花粉100%可育、F2代產(chǎn)生育性分離的不育類型，稱配子體不育。( ) 3、細(xì)胞核雄性不育型保持系多、恢復(fù)系少，難以配套。( ) 4、細(xì)胞質(zhì)遺傳主要是控制性狀的基因位于細(xì)胞質(zhì)內(nèi)，由于細(xì)胞質(zhì)分離是隨機(jī)割裂，而使性狀表達(dá)上呈隨機(jī)性。( ) 五、復(fù)習(xí)題 1、一個(gè)果蠅特殊突變品系的雌蠅和野生型雄蠅雜交產(chǎn)生的后代中凡能成活的是雌蠅。假設(shè)此是由于性連鎖致死突變或者是一種母體遺傳因子使雄性致死，那么用什么樣的雜交可以加以區(qū)分？ 2、兩種品系(A,B)的果蠅進(jìn)行正反交結(jié)果如下： AB 后代全為雌性 BA 后代全為雄性，僅少數(shù)或沒有雌性