線粒體遺傳課件

1、關(guān)于線粒體遺傳第一張，PPT共三十五頁，創(chuàng)作于2022年6月線粒體是動物細(xì)胞核外唯一含有有DNA（mitochondrial DNA,mtDNA)的細(xì)胞器其遺傳特點表現(xiàn)為非孟德爾遺傳方式，又稱核外遺傳第二張，PPT共三十五頁，創(chuàng)作于2022年6月第三張，PPT共三十五頁，創(chuàng)作于2022年6月Bud scar9-6第四張，PPT共三十五頁，創(chuàng)作于2022年6月一、線粒體遺傳的表現(xiàn)1、酵母小菌落的突變1940年Boris Ephrussi 和他的同事首次描述了酵母中的小菌落（petite colony）突變現(xiàn)象。從一個酵母菌開始，讓它以無性的方式增殖，長成一個培養(yǎng)物。按例，這個培養(yǎng)物應(yīng)該是均一的，

2、可是取一點兒菌樣，涂布在固體培養(yǎng)基上，讓每一個酵母菌長成一個菌落，他們發(fā)現(xiàn)，其中有一小部分菌落，大約占12，比其它菌落小得多，即所謂小菌落突變體。而那些正常的較大的菌落（grand colony）,即所謂野生型酵母細(xì)胞了。第五張，PPT共三十五頁，創(chuàng)作于2022年6月當(dāng)把這些小菌落突變體分離出來單獨培養(yǎng)時，從遺傳上可將它們分成三類。 分離型小菌落segragation petites: 與正常大菌落的雜交后代一半為正常菌落，另一半為小菌落，這種孟德爾方式的1:1分離，表明此種表型是核基因突變的結(jié)果。 中性小菌落neutral petites:與正常大菌落的雜交后代全部為正常菌落，表現(xiàn)為單親遺傳

3、。 抑制性小菌落suppressive petites:與正常大菌落的雜交后代一些長成大菌落，一些長成小菌落，且比例不定，有些甚至只形成小菌落，具有菌系特異性。第六張，PPT共三十五頁，創(chuàng)作于2022年6月中性小菌落是細(xì)胞質(zhì)遺傳的證明小菌落酵母的細(xì)胞內(nèi)缺少細(xì)胞色素a和b，還缺少細(xì)胞色素氧化酶，不能進行有氧呼吸；線粒體是細(xì)胞呼吸的代謝中心，細(xì)胞色素a和b，細(xì)胞色素氧化酶等也存在于線粒體中；推斷這些小菌落的變異與線粒體有關(guān)。第七張，PPT共三十五頁，創(chuàng)作于2022年6月aaAAa正常A小菌落A/a正常（減數(shù)分裂）子囊孢子 圖 中性小菌落與正常菌落雜交 第八張，PPT共三十五頁，創(chuàng)作于2022年6月

4、正反交結(jié)果是否相同？第九張，PPT共三十五頁，創(chuàng)作于2022年6月A正常 mt缺失 mt核基因A正常酵母的某些線粒體的DNA具缺失突變nAn線粒體DNA發(fā)生缺失，發(fā)育為小菌落，可真實遺傳an交配型a，正常菌落Aa2n質(zhì)、核都融合了AAaa減數(shù)分裂成4個子囊孢子，萌發(fā)后發(fā)育為酵母，線粒體隨機分配到各子囊孢子中正常菌落 核基因 2A：2a=1：1 正常分離當(dāng)小菌落與正常的酵母雜交時，胞質(zhì)融合，線粒體均復(fù)制，并隨機分配到子囊孢子中，每個子囊菌都獲得正常的線粒體，小菌落消失。第十張，PPT共三十五頁，創(chuàng)作于2022年6月2、紅色面包霉的緩慢生長突變型的遺傳1952年 Marry Mitchell 分離

5、到了一種紅色面包霉中的“緩慢生長型”突變（poky，po） ，這種 poky 突變體生長遲緩，呼吸貧弱，這一性狀跟酵母菌的小菌落一樣，也是細(xì)胞質(zhì)遺傳的。第十一張，PPT共三十五頁，創(chuàng)作于2022年6月在紅色面包霉的生活史中，兩種接合型都可以產(chǎn)生原子囊果和分生孢子。原子囊果相當(dāng)于一個卵細(xì)胞，它包括細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)兩部分。原子囊果可以被相對接合型的分生孢子授精，分生孢子在授精中只提供一個單倍體的細(xì)胞核。第十二張，PPT共三十五頁，創(chuàng)作于2022年6月粗糙鏈孢霉是子囊菌綱的真菌，野生型的菌絲呈紅色，且多生在淀粉質(zhì)食物如面包上，所以又叫紅色面包霉。第十三張，PPT共三十五頁，創(chuàng)作于2022年6月鏈孢霉的

6、生活史第十四張，PPT共三十五頁，創(chuàng)作于2022年6月2、紅色面包霉的緩慢生長突變型的遺傳生長緩慢突變型在幼嫩階段不含細(xì)胞色素氧化酶a,b;由于細(xì)胞色素氧化酶的產(chǎn)生是與線粒體直接關(guān)聯(lián)，且觀察到突變型的線粒體結(jié)構(gòu)不正常；推測有關(guān)基因存在于線粒體中。第十五張，PPT共三十五頁，創(chuàng)作于2022年6月這種poky突變體與野生型的正反交后代在表型上有明顯的差異： 正交：poky（）野生型（）poky突變型 反交：野生型（）poky（） 全為野生型雜交中如果用poky突變體作為母本，緩慢生長特性可以一直傳遞下去。第十六張，PPT共三十五頁，創(chuàng)作于2022年6月正交：Aa正常mt缺失mt接合時只提供核AAA

7、Aaaaa（+）（野生型）（）（poky）子囊孢子從“+”接合型那里得到正常線粒體，全部野生型。 核基因 A：a=1：1第十七張，PPT共三十五頁，創(chuàng)作于2022年6月（+）（poky）（）（野生型）反交：AaAAAAaaaa核基因 A：a=1：1全部poky第十八張，PPT共三十五頁，創(chuàng)作于2022年6月二、線粒體遺傳的分子基礎(chǔ)（一）線粒體DNA（mitochondrial DNA,mtDNA)的分子特點mtDNA是雙鏈分子，是裸露的，主要呈環(huán)狀，但也有線性的。與核DNA有明顯不同。mtDNA與原核生物的DNA一樣，沒有重復(fù)序列；mtDNA的浮力密度比較低mtDNA的兩條鏈的密度不同（重鏈

8、H鏈、輕鏈 L鏈）線粒體基因組大小變化較大。第十九張，PPT共三十五頁，創(chuàng)作于2022年6月第二十張，PPT共三十五頁，創(chuàng)作于2022年6月（二）mtDNA的遺傳學(xué)特點1、半自主性線粒體DNA能夠編碼自己的mRNA、rRNA和tRNA，合成一部分自身所需的蛋白質(zhì)，線粒體的這一功能稱為線粒體的半自主性。2、母系遺傳（maternal inheritance）3、閾值效應(yīng)突變型mtDNA的表達受細(xì)胞中線粒體的異質(zhì)性水平以及組織器官維持正常功能所需的最低能量影響，可產(chǎn)生不同的外顯率和表現(xiàn)度。4、遺傳密碼的差異性5、突變率極高第二十一張，PPT共三十五頁，創(chuàng)作于2022年6月線粒體生物合成依賴于核基因

9、的證明：啤酒酵母細(xì)胞色素氧化酶的生物合成實驗第二十二張，PPT共三十五頁，創(chuàng)作于2022年6月為什么線粒體遺傳表現(xiàn)為母系遺傳？第二十三張，PPT共三十五頁，創(chuàng)作于2022年6月（三）人類線粒體基因組的結(jié)構(gòu)及其特點1. 結(jié)構(gòu)：16,569bp的cccDNA, 能夠編碼13個蛋白質(zhì)、2個rRNA和22個tRNA:mRNA: cytb、CO(3個)、ATPase(2個)、NADH脫氫酶系（7）rRNA: 16S和12StRNA: 22個tRNA,作為轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物加工的“標(biāo)點符號”在tRNA前后為加工酶切位點 第二十四張，PPT共三十五頁，創(chuàng)作于2022年6月2. 特點：基因組結(jié)構(gòu)小、基因排列緊密，無內(nèi)含

10、子和極少調(diào)節(jié)序列；22個tRNA用于蛋白質(zhì)的合成充分體現(xiàn)密碼子的兼并性；基因組中4個密碼子不同于核基因組的密碼子。對稱轉(zhuǎn)錄每條DNA各一個啟動子，完全轉(zhuǎn)錄?；蜣D(zhuǎn)錄產(chǎn)物mRNA無5-“帽”結(jié)構(gòu)。第二十五張，PPT共三十五頁，創(chuàng)作于2022年6月三、典型的線粒體遺傳?。ㄒ唬㎜eber遺傳性視神經(jīng)病Leber遺傳性視神經(jīng)?。↙HON）是以德國眼科醫(yī)師Theodor Leber的名字命名的。該病是人類發(fā)現(xiàn)的第一種母系遺傳的疾病。 本病起病為急性或亞急性眼球后神經(jīng)炎，導(dǎo)致雙側(cè)視神經(jīng)萎縮和大片中心暗點而突然喪失視力，周圍視力通常無損害。第二十六張，PPT共三十五頁，創(chuàng)作于2022年6月第二十七張，PPT

11、共三十五頁，創(chuàng)作于2022年6月(二）mtDNA突變與氨基糖甙類抗生素致聾mtDNA12SrRNA基因1555位點AG的突變與這類耳聾有關(guān)，隨后國內(nèi)外的一些研究證實該突變導(dǎo)致機體對氨基糖甙類抗生素感性升高。AAID的發(fā)生是遺傳因素和環(huán)境因素共同作用的結(jié)果。耳聾基因攜帶者僅在接觸氨基甙類抗生素后才出現(xiàn)聽力下降。第二十八張，PPT共三十五頁，創(chuàng)作于2022年6月（三）MELAS綜合征（線粒體腦肌癥）MELAS綜合征又稱為線粒體肌病腦病伴乳酸中毒及中風(fēng)樣發(fā)作綜合征。 又稱為肌陣攣性癲癇伴碎紅纖維病,是一種線粒體肌病，它除了具有破碎的肌紅纖維和形態(tài)異常的線粒體外，還伴有失調(diào)的陣攣性癲癇（周期性抽搐）。

12、本病有明顯的母系遺傳特點，患者的母系親屬常表現(xiàn)一定癥狀如腦電圖異常、擴張性心肌病等。第二十九張，PPT共三十五頁，創(chuàng)作于2022年6月第三十張，PPT共三十五頁，創(chuàng)作于2022年6月 80%90%的患者的mtDNA的tRNALys基因8344 bp AG突變；小部分病人是該基因的8356位存在TC突變。突變使tRNA結(jié)構(gòu)改變，線粒體蛋白質(zhì)合成受阻，產(chǎn)生了一系列MERRF特定的翻譯產(chǎn)物，而幾乎所有氧化磷酸化成分含量都減少。第三十一張，PPT共三十五頁，創(chuàng)作于2022年6月 MERRF綜合征家族成員mtDNA通常為雜質(zhì)性，氧化磷酸化酶水平會隨年齡的增大而迅速降低。 20歲以下的個體，其mtDNA突變達95%時才會出現(xiàn)MERRF癥狀，突變85%時表型仍正常；60-70歲的人mtDNA突變在63%時就表現(xiàn)中度異常，突變?yōu)?5%時則表現(xiàn)嚴(yán)重癥狀。 第三十二張，PPT共三十五頁，創(chuàng)作于2022年6月(四）Kearns-Sayre 綜合征Kearns-Sayre 綜合征（KSS）又稱為慢性進行性眼外肌麻痹。常見臨床表現(xiàn)是進行性眼外肌麻痹和視網(wǎng)膜色素變性。還包括心肌傳導(dǎo)功能異常、共濟失調(diào)、耳聾、癡呆和糖尿病。第三十三張，PPT共三十五頁，創(chuàng)作于2022年6月KSS mt